[发明专利]具有可变拔模角的聚光菲涅尔透镜

说明书

技术领域

本发明涉及透镜领域。特别地，本发明涉及用于聚光光伏发电机的透镜领域。更具体地，本发明涉及一种菲涅耳透镜和相应的模具，所述透镜包括多个拔模面，其中每个拔模面(draft facet)都具有拔模角(draft angle)。

背景技术

近年来，由于能源价格的不断增涨，特别是化石燃料的价格的不断增涨，人们对可再生能源已显示越来越多的兴趣。可再生能源的一种特别受赞赏的形式在于：通过光伏发电机将太阳光转换成电。光伏发电机胜过其它可再生能源比如风能、潮汐能和生物质能的优点包括以下事实：它不需要运动件从而降低了成本并减少维护，并且它可以安装在尺寸范围从几平方厘米到占地数平方公里的光伏园区的几乎任何地方。

光伏发电机的一种特别有利的形式包括聚光光伏发电机。甚至更具体地，聚光光伏发电机是优选的，因为它们相比于非聚光光伏发电机，降低了材料成本。特别地，太阳光经由至少一个透镜汇聚到一个单元(cell)。以此方式，单元的尺寸可以减小，从而降低实现该单元的必要的与半导体材料和工艺相关联的成本。

通常，在聚光光伏发电机中，使用菲涅耳透镜。菲涅耳透镜胜过标准透镜的优点在于如下事实：它们能利用更薄的表面达到太阳光汇聚的相同值，从而降低了对透镜的空间要求和材料成本。在大多数情况下，菲涅尔透镜是正方形的、或长方形的、并且布置为具有彼此相邻的若干镜头的透镜板(lens plate)。例如，图4示意性地示出用于实现透镜板4000的两个透镜4100和4200的顶视图。特别地，在透镜4200中，多条圆形线图示出菲涅耳透镜的分面(facet)。在透镜4100中，仅表示出其中一些分面，以便于说明。更具体地，透镜4100中的最小图示分面对应于半径R41。对应于半径R42的较大分面连同对应于更大半径R43的分面一起示出。如可见的，仅具有半径小于或等于透镜4100的宽度4001的一半的那些分面达成完整的圆周。这是例如对于具有半径R41和R42的分面的情况。对于一些分面比如具有半径R43的分面，仅圆周的一些部分嵌合(fit)在透镜4100内。嵌合在透镜4100中的最后一个圆周，理想上为嵌合在透镜4100中的具有最大值的半径R44对应的圆周。

图1示意性地示出单个菲涅尔透镜1000的沿透镜的直径截取的截视图。

特别地，菲涅尔透镜1000实现在具有多个透镜部段1100-1600的比如玻璃的或塑料的基底1001上。更具体地，透镜部段1100-1600的每一个都包括：斜坡面(slope facet)和拔模面。例如，关于透镜部段1500，标出了斜坡面1540和拔模面1550。斜坡面和拔模面由它们的角度和长度来限定。更具体地，透镜部段1100-1600的每一个的斜坡面1540具有：参照透镜部段1300的相应斜坡面1540所标出的斜坡角(slope angle)1341。类似地，透镜部段1100-1600的每一个的拔模面1550具有：参照透镜部段1100的相应拔模面1550所标出的拔模角1151。

斜坡面1540是提供光学功能的分面。在另一方面，使用拔模面1550以达到菲涅耳透镜1000的平坦形状、却不提供光学功能。因此，一般而言，菲涅耳透镜的目标是具有尽可能小的拔模角1151，以减少菲涅耳透镜的不实现任何光学功能的表面，以最大化透镜的效率。

然而，拔模角1151的减小只可能到一定程度。这特别是由于复制成型的(replicated)菲涅尔透镜的制造方法。由于加工成型的(machined)菲涅尔透镜过于昂贵，所以采用较廉价的复制成型菲涅尔透镜的方法。通常，用于实现菲涅尔透镜的第一主结构首先制在金刚石上，从而变成金属基底。该第一主结构然后通过使用电铸(electroforming)而以镍复制。由第一镍复制品，进而制得镍模具以构建完整的生产用具，该生产用具然后用于复制成型的透镜或透镜板的大批量生产中。在此制造方法中的关键工艺步骤是镍模具对的分离。在该步骤中，拔模角1151起着关键作用，因为该角度越小则分离两个镍模具所需的力就越大。这通常意味着该角度不能被减小到零，而必须在菲涅耳透镜的光学效率与透镜本身经由上述工艺的可制造性之间找到最优的最小角度。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种菲涅耳透镜和相应的模具，其实现高效率的同时仍提供高水平的可制造性。