光采集和聚集系统的制作方法

专利名称：光采集和聚集系统的制作方法
光采集和聚集系统相关申请数据本申请要求在西班牙专利商标局于2008年11月12日提交的西班牙优先权申请号P20083237的优先权。背景1.发明领域本发明的实施方式通常关于光采集和聚集系统。更具体地，本发明的实施方式贯注于太阳辐射采集和聚集系统及其部件；用于光采集、传输和聚集的方法；及所述太阳辐射采集和聚集系统及其部件的应用；且更具体地，贯注于太阳能聚集光伏(CPV)系统。2.
背景技术：
从20世纪到现在，已提出和开发了无数太阳能系统和组成这些系统的部件。尽管有这个长期的努力和对其投入的大量的资源，但是目前可用的太阳能系统在成本和效率方面与用于商业和居住环境的能量产生的替代形式并没有竞争力。

图1是示意性示出一般的传统太阳光伏系统的截面图。太阳辐射1入射到集光器 2例如透镜上。透镜将所采集的光聚集(聚焦)到能够将所采集的能量传输到光伏(PV)电池8的有源次级部件31中。如图1所示，该系统包括三个单元的线性阵列，每个单元包括透镜、次级部件和PV电池。太阳能采集系统的一个众所周知的设计目标是单元尺寸减小而效率增大。S卩，如果太阳能系统相对地薄、紧凑、容易部署、易于维修及成本有效，则太阳能系统可在商业上受益。如图1所示，在每个光采集透镜和PV电池之间有一一对应性。图2以与图1类似的方式示出了该系统的更紧凑的设计。图1中的每个采集透镜 2被两个直径较小的采集透镜^和22代替，这两个直径较小的采集透镜共同采集与图1中的单个较大的透镜2相同的光通量。虽然在图2中部署的系统比图1的系统薄，但尺寸减小的代价是有源部件31i、312*PV电池S1A2的数量变为两倍。类似地，如果透镜部件2被分为4个较小的透镜，则有源部件和PV电池的数量将增大4倍，依此类推。随之产生的部件数量的增大升高了系统成本和潜在的系统故障率。考虑到太阳能领域的这些及其他已知的挑战，发明人认识到更薄、更紧凑、更高效、更可靠、价格更低及以其它方式在当前技术水平上改进的太阳能系统和相关部件的利益和优势。概述本发明的一个实施方式贯注于光采集和聚集系统。该系统包括主聚光器、单光传输结构及光引导结构。该系统可有利地包括次级聚光器。该系统可还包括与每个单元-系统相关的PV电池，所述每个单元-系统包括多个主聚光器及相应的多个光引导结构、单光传输结构及可选地，次级聚光器。例证地，太阳辐射以垂直入射被聚焦到薄的片型波导传输结构的大面积表面上。 光引导结构在所述传输结构处或内拦截所聚焦的光并通常使其横向偏转以沿着所述传输结构的平面长度传播。可提供次级聚光器以聚集在所述波导内的并从所述波导的出射端耦合出的光，其有利地进入PV电池内。根据非限制的、可选的方面，主聚光器可为可采集入射的太阳辐射并将该入射辐射聚集到较小的区域中的各种已知元件的任何一种。折射元件(例如，透镜)、反射元件(例如，反射镜)和衍射元件(例如，全息图)是可使用的主聚光器的非限制性实例。根据各种非限制方面，单个主聚光器可采取传统的聚焦透镜、菲涅尔透镜、直圆柱透镜、曲圆柱透镜 (例如，全环或其弧段)、抛物面反射镜(或其段)的形式及本领域已知的其他形式。因此， 单元-系统可包括但不限于以间隔开的非重叠透镜阵列(例如，方形、六角形、三角形、其他的阵列形状)的形式的主聚光器部分、直圆柱透镜型的聚光片、及圆(或其弧段)_环形圆柱透镜型聚光片。与单元-系统相关的单光传输结构是薄片波导的形式；S卩，具有比该结构的一般长度L小得多的厚度T ；因此具有由T/L限定的低纵横比。该结构将以上(顶)表面和下 (底)表面为界限，所述上(顶)表面和下(底)表面限定所述结构内的较高的折射率和结构外的较低的折射率之间的边界，以便便于光沿着所述结构的内部的长度经由本领域内已知的全内反射(TIR)进行传播。该结构将具有一端(以下称为出射端)，光从该端传播出传输结构。根据各个非限制方面，该结构的内部可包含适于在有或没有散射和/或镜面反射的情况下通过IlR在其内传播光的固体、液体、或气体材料。前述的光引导结构提供了一种装置，通过该装置，从主聚光器聚集的光被输入到传输结构的出射端和/或在光传输结构内的期望传播方向上被引导到所述传输结构的出射端。因此，光引导结构可适当地起作用来例如从主聚光器捕获多半垂直入射到传输结构的顶表面或底表面上的焦斑，并例证性地以90度使它改变方向，以便使它沿着传输结构的长度朝向其出射端传播。在一个非限制方面，光引导结构可以是被横向切割为传输结构的顶表面或底表面的光反射面，其经由TIR、镜面反射、漫反射、衍射、多光束干涉及用于改变传播光束的方向的其他已知的光学过程来反射输入光。在每个单传输结构中，多个光引导结构将相应地与单元-系统的多个主聚光器相关。因此，根据相应的主聚光器中的每个的配置和几何尺寸，每个光引导结构可为有限的或连续的结构。根据非限制方面，传输结构的顶表面和/或底表面可具有平的、楼梯式、或梯形形状的顶表面或底表面，其可为平的或弯曲的，该传输结构包含光引导结构作为其整体的表面部分。根据可选的方面，光引导结构可以按棱镜、光栅、量子点、光子晶体或能够提供带有或不带有主聚焦元件的光引导结构的所需功能的其他结构的形式布置在传输结构的内部中。可选的次级聚光器用于采集在低纵横比传输结构内传播的光并进一步聚集它以用于通过传输结构的出射端耦合出并有利地进入被布置成接收耦合出的光的PV电池。根据非限制方面，聚光光学部件可以操作地耦合到(例如，模压到、粘接到、自由空间对齐到， 等等)传输结构的出射端以接着聚集和耦合出该光到PV电池中。光学部件可由与适于执行预期功能的传输结构相同或不同的材料制成。可选地，传输结构的出射端本身可被成形 (例如，抛物线式成锥形的；直线式成锥形的；梯形式成锥形的；或以其他方式适当成形的) 以在传输结构的出射端一体地形成次级聚光器。这样的形状将支持在传输结构内传播的光的IlR和/或镜面反射和/或漫反射。本发明的另外的特征和优点将在随后的详细描述中被阐明，且从该描述中部分地对本领域技术人员来说是明显的，或者通过如本文所述的实践本发明——包括权利要求及附图——而被认识到。应理解，上文的概括描述和下文的详细描述仅为本发明的示例，且旨在提供用于理解本发明的性质和特征的概览或框架，如它被主张的。附图被包括以提供对本发明的进一步理解，且被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了本发明的各种实施方式且与描述一起来解释本发明的原理和操作。附图的简要描述图1是一般现有技术太阳能系统的截面示意图；图2是与图1示出的系统类似的更紧凑的一般现有技术太阳能系统的截面示意图；图3是根据本发明的例证性实施方式的光采集和聚集系统的截面示意图；图4是根据本发明的例证性实施方式的与图3示出的系统类似的更紧凑的光采集和聚集系统的截面示意图；图5A-5E示出了根据本发明的可选的例证性方面的主聚光器配置的各个例证性方面；图6A、6B示出了根据本发明的一个例证性方面的系统的环_圆形主聚光器部件的不同视图；图7示出了根据本发明的示例性方面的主聚光器部件的示意性截面图；图8示出了根据本发明的示例性方面的反射型系统的示意性截面图；图9A、9B示出了根据本发明的示例性方面的以反射折射系统的形式的主聚光器单元的示意性截面图；图10为了说明目的示出了一般的光传输结构的示意性透视图；图11示意性示出了根据本发明的例证性方面的包含两个光引导结构的光传输结构的截面图；图12示意性示出了根据本发明的例证性方面的可选的光传输结构和一体的光引导结构的截面图；图13示意性示出了根据本发明的例证性方面的可选的光传输结构和一体的光引导结构的截面图；图14示意性示出了根据本发明的例证性方面的可选的光传输结构和一体的光引导结构的截面图；图15是根据本发明的例证性方面的带有离散的光引导结构的光传输结构的示意性俯视平面图；图16是根据本发明的例证性方面的带有连续的光引导结构的光传输结构的示意性俯视平面图；图17是根据本发明的例证性方面的带有连续的光引导结构的光传输结构的示意性俯视平面图；以及图18A、18B分别示出了根据本发明的非限制的例证性实施方式的以抛物面聚光器和直梯形聚光器的形式的可选的成形次级聚光器的透视图。本发明的实施方式的详细描述图3示意性地示出了根据本发明的例证性实施方式的光采集和聚集单元-系统100-1的截面部分，其提供了系统部件、系统配置和系统操作的总体概览。如所示，太阳辐射(光)301入射到主聚光器30 上。通过如主聚光器的性质所确定的折射、反射或衍射， 光301被聚集到相应的区域30 ，其被示为焦平面上的焦斑。相应的光引导结构30 拦截光的焦斑，并提供用于将光注入单元-系统的单传输结构350中并引导它在箭头313的方向上在传输结构内传播的装置。如箭头313在传播方向上增大的粗体所示，由于从多个主聚光器和相应的光引导结构注入的光，朝着图3的右侧传播的光强度累积地增大。传输结构350具有在309处表示的出射端，传播的光将在出射端离开传输结构。一个可选的次级聚光器310被示为直接耦合到传输结构的出射端，并用于通过次级聚光器的出射端进一步聚集从传输结构耦合出的光，所示次级聚光器具有有利地依尺寸制定成匹配光伏(PV)电池的入口孔径的减小的表面积。PV电池380被示为布置在次级聚光器的出射端处以直接接收进一步聚集的耦合出的光。图4示意性地示出根据本发明的一个例证性实施方式的光采集和聚集单元-系统 100-2的截面部分，其与图1的100-1的系统类似，除了主聚光器40 的数量和大小分别增大和减小且光引导结构40 的数量增大以匹配每个相应的主聚光器以外，导致比图3示出的更紧凑(至少更薄)的系统。注意，再次，每个单元-系统仅具有一个相应的光传输结构和一个PV电池。下面是根据本发明的非限制方面的适合于用在具体化的发明中的各种部件和部件系统的描述。主聚光器主聚光器具有两个主要功能采集入射太阳辐射；及在与相应的光引导结构重合的期望聚集位置处将入射辐射聚集成期望光斑尺寸。因此，除了其它特征以外，主聚光器的特征还在于聚焦功率参数。在下文中，对于每个主聚光器，将聚集的光斑称为焦斑，并将聚集位置称为焦平面，虽然该术语并不旨在将聚光限制到主聚光器的光学焦点本身。根据一个实施方式，主聚光器是折射部件；S卩，在本领域中已知的各种类型的透镜。基于系统设计参数，可以提供用具有期望物理和光学特性的适合的材料制成的折射部件，所述物理和光学特性包括但不限于折射率、尺寸、形状、曲率、二次曲线常数、方位、几何结构等。将进一步认识到，根据本发明的非限制方面的光采集和聚集单元-系统将包括多个主聚光器，所述多个主聚光器例如以非重叠的阵列被离散地布置为一组互连的单独透镜，例如以组的非重叠阵列被布置为透镜的环形或其他有顺序的互连，及其他配置。根据一个例证性方面，主聚光器502是矩形柱状透镜，如为了说明分别在图5A和 5B中被示为两个端对端和边并边连接的透镜。例如，每个透镜可具有ImmX 3mm的通光孔径和非球面表面轮廓。根据该例证性方面的主聚光器单元将具有例如与圆形或弧形焦斑相对立的直线排列的焦斑。图5C、5D和5E分别示出了使用方形透镜、三角形透镜和六角形透镜的交替的主聚光器透镜形状和阵列形状。将认识到，如下所述，主聚光器单元不需要限于这些透镜或阵列形状。在另一个例证性方面，如图6A、6B所示，每个主聚光器60 是一个圆形柱状透镜或其弧形部分。如所示，多个透镜602η以环形(径向)方式相互连接。每个透镜602具有直径d，其可以或可以不是常数。如图6A进一步示出的，每个透镜602具有在180度的全弧上延伸的截面剖面。同样，如所示，所有的透镜60 具有相同的f/#。然而，剖面和/或 f/#可在透镜中间变化，如下文结合图7所示的。根据图6的例证性实施方式，所采集的输入光将最终在向内径向方向(粗体箭头L)上传播到位于每个单元-系统的径向原点处的 PV电池680。因此，单元形状可以是被示为图6B中的饼形切片的形式的从几度可能一直到全360度的几何弧形，取决于与每个单元-系统相关的PV电池的入口孔径。图7以截面剖面示出了光采集和聚集系统的非限制、例证性方面，所示系统包括多个主聚光器702η和具有一体地合并的光引导结构710的折射率为η2的光传输结构。每个透镜702η具有弯曲的锯齿截面剖面，所述剖面具有从0度(即，R水平)到90度(R竖直)或更小的可变的径向范围R。虽然在该实例中f/#保持相等，透镜的通光孔径D从最大的环(图的右端)到最小的环(图的左端)单调增大。光引导结构710在光传输结构720 的底表面715中形成，形成如所示的阶梯形表面。光传输结构的顶表面是平的，且表示高/ 低折射率边界(Ii1Sn2)以在传输结构内支持TIR。在一种原型设计中，透镜的通光孔径范围从0. 5mm到约7mm。光引导结构的尺寸被优化为在0. 05mmX0. 05mm到ImmX Imm之间。 光引导结构的角度被优化为在41°到45°之间。从主聚光器入射到光引导结构上的光的锥角被优化为在20°到23°之间。光在光引导结构内在方向L上传播。根据另一实施方式，主聚光器是一反射部件，即，本领域众所周知的各种类型的反射镜。在图8中示出了例证性反射型系统的截面图，其中参考数字802表示反射主聚光器。 入射的阳光1被主聚光器采集并聚焦到传输结构820中的光引导结构810上。聚集的光在朝向PV电池所位于的单元的中心的箭头L的方向上被全内反射或以其他方式反射。本领域技术人员将认识到，根据主聚光器的预期功能，反射主聚光器单元的几何结构可类似于上述折射型主聚光器单元的几何结构。根据一个可选的方面，主聚光器单元可包括如图9A、9B大体上所示的反射折射系统。太阳辐射1入射到折射部件932上，且此后在聚焦到传输结构920中的相应的光引导结构上之前在半聚集状态中传播到反射部件934。光引导结构和光传输结构根据本发明的一个实施方式，光引导结构和光传输结构形成一体的部件。如上所讨论的，光引导结构的功能是从主聚光器接收焦斑(其在一个方向上传播)并将光引导到传输结构中，因此光可在传输结构内在大体上横穿入射光方向的方向上传播。根据本发明的实施方式的一般片型光传输结构1050在图10的示意性透视图中示出。该结构具有宽(W)、长(L)和厚⑴的一般尺寸，如在附随的x-y-z坐标系统中所标出的。光传输结构具有由T/L定义的低纵横比。在示例性设计中，T为大约3到5mm，而L在约300mm-500mm之间。宽度(W)可根据总系统几何形状(例如，矩形、圆形、饼形等)变化。 光传输结构具有间隔开厚度(T)的顶表面部分1021和底表面部分1022，光在出射端IOM 离开光传输结构，如实线箭头指示的。光传输结构——本质上为光波导——有利地具有在结构内的较高的折射率Ii1和在顶表面部分和底表面部分或紧邻其处的较低的或相等的折射率n2，使得光经由全内反射(TIR)主要在结构内传播，如虚线箭头所示。适当的顶表面和 /或底表面的部分也可具有反射涂层以有助于未被全内反射的残留光的传播。图11示意性地示出合并两个例证性光引导结构1102、1104的例证性光传输结构的截面。光引导结构1104是光传输结构的一个表面，其由从底表面部分1022的区域延伸的局部横切的横向切口形成。对于光引导结构1104，来自与光引导结构1104相关的主聚光器(未示出)的聚焦辐射1130在其焦点处被光引导结构1104拦截。根据光引导结构1104 的角度方向，由于在表面后的凹口区域具有小于或等于光传输结构(例如，PMMA)的折射率 H1的折射率112 (例如，空气)，聚焦辐射主要从表面1104全内反射。可选地或另外，类似的光引导结构1102是光传输结构的一个表面，其由从顶表面部分1021的区域延伸的局部横切的横向切口形成。对于光引导结构1102，来自与光引导结构1102相关的主聚光器(未示出)的聚焦辐射1132在其焦点处被光引导结构1102拦截。阴影区域1103表示表面1102 上的反射涂层，其将入射的聚焦光1132反射到结构内以用于朝向结构的出射端的随后IlR 传播。光引导结构的准确的角方向将取决于反射过程的性质、透镜的f/#、及传输结构的折射率n2。例如，光引导结构1104后的凹口区域可填充有较低折射率的介质材料以便于在光传输结构内的TIR。图12-14示出了光传输结构及一体的光引导结构的可选方面。在每种情况中，光传输结构具有折射率n2 > 1，且被具有折射率叫=1的空气包围。在图12中，光传输结构1250被示为具有平的顶表面1201和阶梯形底表面1202 ； 即，底表面包括多个类似于在图11中描述和标记为1104的结构的光引导结构1210n。向上通到每个光引导结构的底表面部分1209n是直的斜面。来自与光引导结构^^^相关的相应的主聚光器(未示出)的聚焦光1230i主要从表面UlO1全内反射到斜面部分120 上， 光从该斜面进一步主要被全内反射并且当其在方向L上朝着其将被输出的出射端12M传播时仍将进一步主要被全内反射。图13示意性地示出了与光传输结构1250类似的光传输结构1350的阶梯式表面的截面，除了在每个相应的光引导结构1310η之前的底表面部分1309η平行于顶表面部分 1301及光传输结构的宽度在每个台阶处增加每个相应的光引导结构的高度以外，如所示。图14示出了光传输结构和光引导结构的另一个可选的设计。在这种情况下，顶表面部分1401阶梯式地平行于连续平坦的底表面部分1402。将认识到，在图11-14的截面中示出的传输结构例如可被挤压，因此具有直的宽度尺寸或例如可弯曲以遵循主聚光器的形状(例如，环形/柱形)。图15是光传输结构1550的示意性俯视平面图，其具有从顶表面部分1501延伸的离散的光引导结构1510tqp和从底表面部1502延伸的光引导结构1510bqt。图16和17分别示出了可选的光传输结构1650、1750，其具有单独地连续的顶部光引导结构和底部光引导结构1610TQP、1610BQT和1710TOP、1710BQT，其均取决于它们每个相应的主聚光器(未示出)的几何结构。在它们相应的光引导结构上的聚焦光斑的宽度将部分地取决于系统的厚度。 该厚度可影响光引导结构的尺寸。因此，例如，如果光引导结构的倾斜的反射面在约 130μπι-140μπι之间，其基部尺寸约130 μ m，高度尺寸约140 μ m，则聚焦光的宽度可有利地为约100 μ m(即，100 μ m直径；100 μ mX柱形主聚光器的长度，等等)。这些尺寸为主聚光器焦点方向和每个相应的光引导结构的位置之间的对准误差提供一定的空间。将在下面描述更详细的数值实例。由于严格和具有挑战性的对准要求，主聚光器表面和光引导结构可有利地被制造为一体的单元以减轻或最小化其间的未对准。
光传输结构的可选的所设想的实施方式可包括整个嵌入光传输结构内的光引导结构。这种光传输结构的实例可包括棱镜、光栅、量子点、光子晶体及能够提供带有或不带有主聚焦元件的光引导结构的所需功能的其他结构。次级聚光器如上所述，在光传输结构内传播的光在如所示的光传输结构的出射端处例如在图 10的IOM处耦合出。虽然在示例性方面，光传输结构的厚度T可为大约3mm-5mm，但光传输结构(见图10)的宽度W不需要被限制，除了所述结构用来在出射端处累积地聚集所有输入到光传输结构的光以用于最终输入到PV电池以外，如在图3和4示意性地示出的。位于邻近(有利地，紧邻)传输结构的出射端处的PV电池的被限制的入口孔径可受益于传播光的进一步聚集，在该情况下在传输结构的出射端和PV电池之间的次级聚光器将是有利的。图18A、18B示意性地示出了分别以抛物面聚光器和直梯形聚光器的形式的两个示例性的、不同地成形的次级聚光器1800-1、1800-2。如所示，例如，在图18A中，主聚光器部分1802具有多个主聚光器，其将入射光1聚焦到具有相应的多个光引导结构(未示出) 的单光传输结构1804。光通过IlR在传输结构内在方向L上传播。分离的复合抛物面次级聚光器1800-1被示为直接耦合(例如，粘接)到传输结构的出射端，于是次级聚光器的表面1801成为传输结构的最终出射端。不是分离的部件，例如(不排除其他适合的形状)，次级聚光器1800-1 (1800- 可为挤压的或模压的光传输结构的以复合抛物面(1800-1)或直梯形(1800- 形状的整体端。根据次级聚光器的设计，传播光可继续被全内反射直到耦合出，或可以用其他方式反射直到耦合出。相应地，次级聚光器可具有与传输结构相同或不同的材料，可为实心的、空心的、填充气体的、或以其他方式被适当地构造以执行其预期的功能。因此描述了光采集和聚集系统的各种实施方式，包括构成该系统的部件的各种实施方式和方面。本领域技术人员将认识到，基于系统几何结构和其他设计参数，将需要设计折衷来优化各种系统参数的一些或全部，包括但不限于采集效率、聚集率、系统尺寸、部件尺寸、光引导技术及其他。虽然本文描述了本发明的具体实施方式
，但本领域技术人员将认识到，可对本发明做出许多等效形式、修改、替代和变化，而不偏离如所附的权利要求限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种光采集和聚集系统，包括主聚光器，其具有聚焦功率，被布置成拦截太阳光输入并将所述输入聚集在光聚集位置上；光传输结构，其具有顶表面部分和被内部区域分开的相对的底表面、及出射端，所述光传输结构的特征为在朝向所述出射端的预期光传播方向上的长度尺寸，其中所述内部区域具有大于紧邻所述顶表面和所述底表面处的折射率的折射率；光引导结构，其在与所述光聚集位置重合的位置中一体地布置在所述光传输结构内或上，所述光引导结构光学地耦合到所述主聚光器，其中所述光引导结构能够沿着朝向所述出射端的所述预期光传播方向引导来自所述主聚光器的聚集的太阳光输入。
2.根据权利要求1所述的系统，包括多个主聚光器和相应的多个光引导结构。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述多个主聚光器为平面间隔开的阵列的形式。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述多个主聚光器为紧邻的同心环的至少一部分的形式，此外其中所述预期光传播方向是径向向内的方向。
5.根据权利要求2所述的系统，其中所述多个主聚光器为横向紧邻的直圆柱的形式， 此外其中所述预期光传播方向横穿所述圆柱的纵向轴。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述主聚光器是反射元件。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述主聚光器是折射元件。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述主聚光器是衍射元件。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述光传输结构为低纵横比片的形式。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述光引导结构包括从所述传输结构的顶表面部分和底表面部分中的至少一个向内延伸的成角度的反光表面。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述光引导结构包括在所述传输结构的所述顶表面部分和所述底表面部分的至少一个中的横向切口。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述成角度的反光表面是平的。
13.根据权利要求10所述的系统，其中所述成角度的反光表面是弯曲的。
14.根据权利要求10所述的系统，其中所述成角度的反光表面在所述传输结构中具有与相应的主聚光器的横向宽度一致的横向宽度。
15.根据权利要求10所述的系统，其中所述传输结构的顶表面和底表面中的至少一个是平的且所述传输结构的所述顶表面和所述底表面中的至少一个是阶梯式的，其中所述光引导结构的所述成角度的反光表面连接所述传输结构的阶梯区域和紧邻的阶梯区域。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述阶梯区域是平的。
17.根据权利要求15所述的系统，其中所述阶梯区域是倾斜的。
18.根据权利要求10所述的系统，其中所述成角度的反光表面以支持来自紧邻所述成角度的反光表面的所述顶表面或底表面的全内反射的角度来布置。
19.根据权利要求10所述的系统，其中所述光引导结构是空气棱镜。
20.根据权利要求1所述的系统，还包括被布置成接收从所述光传输结构的所述出射端耦合出的光的光伏电池。
21.根据权利要求1所述的系统，还包括次级聚光器，所述次级聚光器耦合到所述出射端以进一步聚集和耦合出来自所述光传输结构内的所传播的光，其中所述次级聚光器具有面积小于所述光传输结构的出射端的面积的出射端。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述次级聚光器是直接耦合到所述传输结构的所述出射端的光学元件。
23.根据权利要求21所述的系统，其中所述次级聚光器为所述光传输结构的一体地成形的出射端区域的形式。
24.根据权利要求23所述的系统，其中所述次级聚光器为所述传输结构的复合抛物面成形的出 射端区域。
25.根据权利要求23所述的系统，其中所述次级聚光器是所述传输结构的复合梯形成形的出射端区域。
26.根据权利要求1所述的系统，其中单元-系统包括多个所述主聚光器、相应的多个所述光引导结构、及仅一个单光传输结构。
27.根据权利要求26所述的系统，还包括光伏(PV)电池，所述光伏(PV)电池被布置在接收从所述光传输结构之一的所述出射端和次级聚光器的出射端耦合出的光的位置。
28.根据权利要求27所述的系统，其中所述次级聚光器被布置在所述光传输结构的出射端和所述PV电池之间。
29.一种用于传输光的方法，包括 采集初始光输入；将所述初始光输入光学地聚集到光聚集位置；将包括一体的光引导结构的仅一个单光传输结构布置在使所述光引导结构的位置与所述光聚集位置重合的位置处；经由所述光引导结构将光的传播方向从在所述光传输结构的外部的输入方向改变到在所述光传输结构的内部的输出方向；及通过所述光传输结构将光传播到其出射端并进入PV电池。
30.根据权利要求29所述的方法，包括仅在所述光传输结构的顶表面区域处改变光的传播方向。
31.根据权利要求29所述的方法，包括仅在所述光传输结构的底表面区域处改变光的传播方向。
32.根据权利要求29所述的方法，包括在所述光传输结构的顶表面区域和底表面区域处改变光的传播方向。
33.根据权利要求29所述的方法，包括将光的传播方向改变近似90度。
34.根据权利要求29所述的方法，包括仅通过全内反射来改变光的传播方向。
35.根据权利要求29所述的方法，包括仅通过全内反射使光传播通过所述光传输结构。
36.根据权利要求29所述的方法，包括通过全内反射和漫反射使光传播通过所述光传输结构。
37.根据权利要求29所述的方法，包括在从所述光传输结构输出光并将光输入到所述 PV电池之前，进一步聚集传播通过所述光传输结构的光。
38.根据权利要求29所述的方法，包括将所述初始光输入光学地聚集成圆斑。
39.根据权利要求29所述的方法，包括将所述初始光输入光学地聚集成矩形斑。
40.根据权利要求四所述的方法，包括将所述初始光输入光学地聚集成非圆非矩形斑。
41.根据权利要求四所述的方法，还包括 采集多个初始光输入；将所述多个初始光输入中的每个光学地聚集到相应的多个光聚集位置； 其中所述仅一个单光传输结构包括在与所述多个光聚集位置重合的位置上的相应的多个一体的光引导结构。
全文摘要
一种光采集和聚集系统包括主聚光器、光传输结构及与主聚光器光学相关的光引导结构。该系统可包括可选的次级聚光器。每个单元-系统包括多个主聚光器和相应的多个光引导结构、及仅一个单光传输结构。光伏(PV)电池可有利地与每个单元-系统相关。太阳辐射由主聚光器聚焦到合并在低纵横比片型波导光传输结构中的相应的光引导结构上。每个相应的光引导结构拦截所聚焦的光并使其横向偏转以主要经由全内反射(TIR)沿着光传输结构的长度方向朝向光传输结构的出射端传播，在出射端光可被输入到PV电池。可选的次级聚光器可进一步将从传输结构出耦合的光聚集到PV电池中。
文档编号F24J2/06GK102272537SQ200980154257
公开日2011年12月7日 申请日期2009年2月20日 优先权日2008年11月12日
发明者O·佩雷尔斯利格罗, 丹尼尔·瓦兹奎兹莫利尼, 欧塞比奥·贝尔纳伯马丁尼兹, 胡安·卡洛斯·马丁尼兹安东 申请人:阿文戈亚太阳能新技术公司