[发明专利]用于太阳能发电的由聚合物材料制备的基于特定菲涅耳透镜的长寿命光学聚光器

说明书

技术领域

本发明涉及用于将太阳辐射聚焦的，在下侧面具有以一个或多个菲涅耳透镜形式的表面结构化的聚光器，并涉及其由聚合物材料利用特定挤出方法的制备。本发明聚光器可以在可用于光伏目的或太阳能加热目的的装置中应用。

本发明聚光器使得能够尤其经济地制备并将太阳辐射有效地聚集到物体例如太阳能电池或吸收器单元上，不论它们的几何结构如何。

本发明聚光器当在极端和苛刻气候带中使用时具有高寿命和-与这相结合的-高光学性能。

例如，这涉及用于聚集性光伏器件中的高性能太阳能电池领域，并同样涉及可用于聚集性太阳能集热器中的吸收管，例如在抛物面型槽技术方面。

背景技术

菲涅耳透镜是源自十八世纪早期的开发并用于投影监视器，高射投影仪，泛光灯，例如用于汽车的头灯、灯塔和相似应用领域。近来，菲涅耳透镜还已经用作用于将太阳能聚焦并随后转化成电的太阳能聚光器（特别是光伏器件）。

为了确保与太阳辐射的聚集的精确度，此外还有此类板或膜与光学元件例如菲涅耳透镜在所述太阳能应用中的强度、尺寸稳定性和可容易安装性有关的性能，根据现有技术必需将这些结构化膜层压或粘结到支撑膜或板上。然而，此种工艺方案与高成本相关联。另外，品质和寿命处于危险之中或受限，这归因于潜在的弱点和潜在的与所使用的粘合体系的不利的相互作用。

或者，可以使用所谓的热层压，其可以任选地在线配置。然而，这一目的所要求的高温和高压导致光学结构的破坏或损坏，由此，太阳辐射的聚集的精确度（预期的应用中所必需的）不能得到保持。

在线层压公开在US5,945,042和US6,375,776中用于厚度为10-100μm或35-150μm的薄载体膜。此类薄膜由于尺寸稳定性原因不适合用于光伏器件或太阳能集热器。

从丙烯酸酯基材制备线性菲涅耳透镜的方法在US5,656,209中描述为使用三辊磨机共挤出高粘度和低粘度熔体来制备线性菲涅耳透镜。这种方法的缺点是所得的光学结构是非清晰的或没有通过压花工具精确地复制并因此不适合用于预期的将太阳辐射精确聚集的应用。另外，所得的产物不具有高UV稳定性，更尤其是在苛刻的气候条件下。

WO2009/121708又公开了一种将具有光学结构的膜热层压到聚合物片材上而没有损害该结构的方法。然而，层压方法经常具有的缺点是，附加的粘合剂层和所导致的在板内的相界面数目的增加导致光学性能的损害和因此导致能量产出损耗。

此外，工艺成本高并且所要求的品质即使有的话也仅能制备到非常有限的程度。

另外，此类现有技术体系必须频繁地清洁。例如，此类装置描述在WO2009028000中。

WO2009/099331中公开的相似体系具有的缺点是，它具有附加的基体和液体填充剂，该基体具有在菲涅耳透镜上面的平坦下边缘。然而，这种附加的材料降低透射率。另外，这种体系仅能以非常昂贵且不方便的方式制备。

大多数现有技术方法的目的在于通常利用层压方法制备菲涅耳结构，但是这（如所述那样）与明显的品质和成本缺点相关联。

所述公开内容都没有教导如何达到一般要求的规格，该规格由1.寿命，尺寸稳定性，2.太阳辐射聚集的精确度，3.UV和气候老化稳定性和4.这些膜或板的耐磨性构成。因此，脱层、混浊、气泡形成、刮痕或泛黄经常仅在短的操作时间后就发生。

发明内容

问题

本发明的目的是提供用于将太阳辐射聚集的新型聚光器，其在预期的寿命内具有尤其高的效率并且同时能够实现高品质和廉价的生产。本发明聚光器可以在可用于光伏目的或太阳能加热目的装置中使用。

同时，聚光器当然必须在苛刻气候带中具有至少20年的寿命，确保太阳辐射聚集的高精度并与现有技术相比在环境影响和清洁操作方面具有改进的耐受性或至少相等的耐受性。

更具体地说，本发明的目的是，特别是关于现有技术，提供一种方法，采用该方法还可以在单层聚合物片材上获得具有长寿命尺寸稳定性的尤其清晰的表面压花。

另外，由该方法获得的聚光器应该具有自撑特征。

在本文中，术语自撑理解为是指工件在弯曲或成形步骤后在最高到至少50℃，优选至少65℃的使用温度，和周围环境条件，例如风速下，保持这种形式。在用于太阳辐射的聚光器方面，例如，这是指几何结构一旦成形就在装置的运输、安装和操作过程中被保持。

没有明确提出的其它目的从随后的说明书、权利要求书和实施例的总体关联而是明显的。

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