一种二次聚光器的制造方法
【专利说明】
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技术领域
[0002] 本发明涉及能源领域太阳能光伏技术，特别涉及一种用于聚光太阳能光伏系统的 二次聚光器。
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【背景技术】
[0004] 与普通太阳能电池相比，聚光太阳能电池具有更高的转换效率，是光伏发电领域 的重点发展方向之一，然而高倍率的聚光太阳能光伏系统存在光斑强度分布不均匀、对太 阳跟踪器的跟踪精度要求高等问题，采用二次聚光器可有效改善光斑强度分布的均匀性， 如发表于Proc.ofSPIEVol. 7785 778509-1 的论文《SecondaryopticsforFresnel lenssolarconcentrators》以及发表于《红外与激光工程》第40卷第2期的论文《应用 于聚光光伏模组的全反射式二次聚光器的设计与性能分析》对二次聚光器进行了讨论。这 些二次聚光器普遍采用了倒棱台或倒圆台的结构，其侧壁为光滑的平面或圆锥面，主要利 用光线在二次聚光器侧壁的多次全反射来对光线进行汇聚、重新分配从而达到提高光强均 匀性的目的。然而这种具有中心对称结构的二次聚光器在入射光角度发生变化时，其光强 分布必然发生改变从而影响均匀性，因此需要采用高精度的太阳跟踪器，对太阳光入射角 度的跟踪精度要优于±1°，这就增加了聚光太阳能光伏系统的成本，限制了聚光太阳能电 池的发展和工程应用。另外，这种二次聚光器的具体形状需要根据实际的入射光情况进行 专门的优化设计才能得到较好的均匀性，如果入射光的角度、焦距发生改变，其光强分布均 匀性也将发生改变，因此其通用性较差。
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【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种用于聚光太阳能光伏系统的二次聚光器，利用二次聚 光器侧壁的凹凸不平的曲面来提高光强分布的均匀性，解决现有技术在入射光线偏离轴心 较大时不适用的问题以及通用性差的问题。
[0007] 为解决上述问题，本发明提供一种二次聚光器，其整体形状为柱状，包括顶部和底 部，所述底部可与聚光太阳能光伏系统的太阳能电池连接在一起，所述聚光器的侧壁表面 为由多个微小单元周期性规则排列或不规则随机形状构成的凹凸不平的曲面。
[0008] 在一些实施例中，通过所述二次聚光器的轴心的纵剖面的侧边为曲线。
[0009] 在一些实施例中，所述二次聚光器的底部形状、面积与所述太阳能电池的有效受 光区域的形状、面积保持一致。
[0010] 在一些实施例中，入射的光线经所述二次聚光器的顶部表面折射后不从二次聚光 器的侧壁透射出去，而是直接射到所述太阳能电池上或从所述二次聚光器的侧壁全反射后 射到所述太阳能电池上。
[0011] 在一些实施例中，通过控制二次聚光器的侧壁表面的法线方向和水平方向的夹角 以及二次聚光器的高度来保证入射的光线经所述二次聚光器的顶部表面折射后不从二次 聚光器的侧壁透射出去，而是直接射到所述太阳能电池上或从所述二次聚光器的侧壁全反 射后射到所述太阳能电池上。
[0012] 在一些实施例中，通过下述公式控制所述二次聚光器的侧壁表面的法线方向和水 平方向的夹角.4 :
【主权项】
1. 一种二次聚光器，其整体形状为柱状，包括顶部和底部，所述底部可与聚光太阳能光 伏系统的太阳能电池连接在一起，其特征在于所述聚光器的侧壁表面由多个微小单元构成 的凹凸不平的曲面所组成。
2. 如权利要求1所述的二次聚光器，其特征在于通过所述二次聚光器的轴心的纵剖面 的侧边为曲线。
3. 如权利要求1所述的二次聚光器，其特征在于所述底部的形状和面积与所述太阳能 电池的有效受光区域的形状和面积保持一致。
4. 如权利要求1所述的二次聚光器，其特征在于入射的光线经所述二次聚光器的顶部 表面折射后直接射到所述太阳能电池上，或从所述二次聚光器的侧壁全反射后射到所述太 阳能电池上。
5. 如权利要求4所述的二次聚光器，其特征在于通过控制二次聚光器的侧壁表面的法 线方向和水平方向的夹角以及二次聚光器的高度来保证入射的光线经所述二次聚光器的 顶部表面折射后直接射到所述太阳能电池上，或从所述二次聚光器的侧壁全反射后射到所 述太阳能电池上。
6. 如权利要求5所述的二次聚光器，其特征在于通过下述公式控制所述二次聚光器的 侧壁表面的法线方向和水平方向的夹角A:
其中，^为入射的光线经所述顶部表面折射后与坚直方向的夹角，^为光线在所述侧 壁第k次反射点位置的侧壁表面的法线方向和光线的夹角，且满足
为二次聚
光器的折射率，爲为光线在所述侧壁第i次反射点位置的侧壁表面的法线方向和水平方向 的夹角。
7. 如权利要求6所述的二次聚光器，其特征在于， 获取，其中，d & 为入射的光线和坚直方向的夹角，为二次聚光器的折射率。
8. 如权利要求1所述的二次聚光器，其特征在于所述聚光器顶部表面的面积大于入射 的光斑的面积。
9. 如权利要求1所述的二次聚光器，其特征在于所述聚光器的顶部和底部分别蒸镀有 增透膜。
10. 如权利要求1所述的二次聚光器，其特征在于所述聚光器的整体形状为圆柱、圆 台、棱柱或棱台中的任一种。
【专利摘要】一种二次聚光器，其整体形状为柱状，包括顶部和底部，所述底部可与聚光太阳能光伏系统的太阳能电池连接在一起，所述聚光器的侧壁表面由多个微小单元构成的凹凸不平的曲面所组成。本发明能够利用二次聚光器侧壁的凹凸不平的曲面来提高光强分布的均匀性，解决现有技术在入射光线偏离轴心较大时不适用的问题以及通用性差的问题，具有很好的实用性，节约了聚光太阳能光伏系统的制造成本。
【IPC分类】H01L31-054
【公开号】CN104716215
【申请号】CN201310665605
【发明人】雷刚, 程志军, 范襄
【申请人】上海空间电源研究所
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月11日