制造太阳能集中器的方法
【专利摘要】本发明涉及由透明材料制造太阳能集中器（1）的方法，其中太阳能集中器（1）具有光入口表面（2）、光出口表面（3），和有利地光传导部件（4），其布置在光入口表面（2）和光出口表面（3）之间并且有利地沿着光入口表面（3）的方向逐渐变细，导引导部件被光入口表面（2）和光出口表面（3）之间的导传导部件表面（5）界定，和其中为了形成太阳能集中器（1），透明材料在模制光出口表面(2)的上模具（16）和模制光入口表面（3）的下模具（10）之间被精密模制。
【专利说明】制造太阳能集中器的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及制造具有透明材料的固态主体的太阳能集中器的方法，该固态主体包括射入(表)面和光射出(表)面。
【背景技术】
[0002]图1显示了已知的太阳能集中器101，其在图2中描绘成横截面图形。太阳能集中器101包括光射入(或入口)面102和研磨的光射出(或出口)面103以及光引导(导光)部件(或部分)104，其位于光射入面102和光射出面103之间并且沿着光射出面103的方向逐渐变细。附图标记105表示限定了在光射入面102和光射出面103之间的光引导部分104的光引导部分表面。图3显示了又一个已知的太阳能集中器201，其在会议“3rtInternationalWorkshop on Concentrating Photovoltaic Power Plants，，期间被披露，该会议于2010年10月20日至22日在不来梅港举行。
[0003]文献EP1396035B1披露了一种太阳能集中器模块，在其前侧包括前透镜，在其后侧包括接收器单元，并且在前透镜和接收器单元之间包括反射器，反射器至少沿着接收器单元的两个相对侧具有倾斜的侧壁，在模块的中间有扁平的垂直反射器，其中侧壁反射器被缩短从而使集中器的高度H和透镜的焦距F之间的比值处于0.6到0.9之间。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是降低太阳能集中器的生产成本。本发明的又一目的是在有限的预算内制造特别高质量的太阳能集中器 。
[0005]上述目的通过由透明材料生产太阳能集中器的方法完成，其中太阳能集中器包括光射入(入口)面、光射出(出口)面和，有利地，光通道(光引导或导光)部分，其位于光射入面和光射出面之间并且有利地沿着光射入面的方向逐渐变细，该光通道(光引导)部分被光射入面和光射出面之间的光通道(光引导或导光)部分表面所限定，和其中在适合于/构形成用于模制/成形光射出面的上模具和适合于/构形成用于模制/形成光射入面的下模具之间，将透明材料坯模制造以形成太阳能集中器。在此，特别提出光射入面和光射出面是坯模制造的。
[0006]从本发明的意义上，太阳能集中器特别地是次级集中器。从本发明的意义上，固态主体特别地是整体式的。
[0007]从本发明的意义上，透明材料特别地是玻璃。从本发明的意义上，透明材料特别地是硅酸盐玻璃。从本发明的意义上，透明材料特别地是文献W02009/109209A1中描述的玻璃。从本发明的意义上，玻璃特别地包括:
[0008]0.2至2%重量百分比的Al2O3,
[0009]0.1至1%重量百分比的Li2O,
[0010]0.3，特别地是0.4至1.5%重量百分比的Sb2O3,
[0011]60至75%重量百分比的SiO2,[0012]3至12%重量百分比的Na2O,
[0013]3至12%重量百分比的K2O,和/或
[0014]3至12%重量百分比的CaO。
[0015]从本发明的意义上所采用的光通道(光引导或导光)部分(或段)(在下文中，在关于该组件的上下文中将仅仅使用术语“光通道部分”，光被从射入至射出地引导通过该组件；在以下通篇说明书和权利要求中包括以引导通道的所述方式起作用的任何部分、段或类似物体)，沿着太阳能集中器的光轴延伸，特别是在大于光射出面的和/或太阳能集中器的直径的长度上延伸。从本发明的意义上所采用的光通道(导光)部分(或段)表面特别地相对于太阳能集中器的光轴倾斜。太阳能集中器的光轴特别地是光射出面的一垂直直线或特定垂直直线。光通道部分表面可以有涂层。
[0016]从本发明的意义上，术语坯模制造特别地应当理解为如下方式:光学地操作的或有效的表面在压力下被模制(注射成型)从而使该光学地操作的表面的轮廓的任何随后的(精加工或)后处理可以被省却或不应用或不必提供。因此，特别提出在坯模制造之后，不研磨光射出面，即将不必对其进行研磨处理。
[0017]在本发明的又一个有利的实施方式中，太阳能集中器包括布置在光射入面和光射出面之间的包括外边缘的支撑(或者，如以下某些地方使用的，“托架”)框架，其中支撑框架和/或外边缘被坯模制造或完全坯模制造，其中发生完整/完全的模具接触。从本发明的意义上，支撑框架特别地也可以是凸缘。从本发明的意义上，支撑框架特别地可以被构形成完全或至少部分地沿圆周延伸。从本发明的意义上，支撑框架特别地可以沿着太阳能集中器的光轴的方向延伸到光射出面之外。从本发明的意义上，外边缘特别地是太阳能集中器的位于距离太阳能集中器的光轴最远处的部分。从本发明的意义上，外边缘特别地是太阳能集中器的具有最大径向延 伸的部分。特别地，提供了下列结构:支撑框架沿着相对于太阳能集中器的轴的正交方向至少部分地延伸到光通道部分之外和/或支撑框架相对于太阳能集中器的光轴径向地至少部分突出到光通道部分之外。
[0018]在另一个有利的本发明实施方式中，面向光射入面的支撑框架的表面是借助于下模具的第一模具部件(组件)和借助于下模具的第二模具部件(组件)而坯模制造的。关于这一点，特别提供了:借助于第一模具部件和第二模具部件，将台阶、凸起或高起部模压成型(注射成型)到面向光射出面的支撑框架的表面上。高起部特别地基本上平行于太阳能集中器的光轴延伸。在又一个有利的本发明实施方式中，第一模具部件，特别地至少部分地，然而有利地，完全包围第二模具部件。在本发明的有利实施方式中，第二模具部件被构形成是至少两部分组成的。在此，可以特别提供:其包括模制部分/部件和托架或支撑部分/部件，其中支撑部分将不会与透明材料接触。模制部分和支撑部分特别地通过螺钉连接在一起。当施加压力时，特别提供了:使得上模具和下模具(相对于彼此放置并且)彼此接近。关于这一点，可以使上模具接近下模具和/或可以使下模具接近上模具。特别地使上模具和下模具彼此接近直到它们彼此接触或形成封闭的整个模具为止。在又一个有利的本发明实施方式中，在整个模具的封闭运动之后或在施加压力时，上模具接触第一模具部件。为了注射成型的目的，一个或多个相应的模具沿着太阳能集中器的光轴或垂直地移动。
[0019]在本发明的又一个实施方式中，光射出面是凸起地弯曲的。在本发明的又一个实施方式中，凸起的光射出面以大于30_的曲率弯曲。在本发明的又一个实施方式中，光射出面弯曲以使得其距离理想平面或光射出面的(最大)轮廓偏差达到小于100 μ m。从本发明的意义上，理想平面特别地是通过光通道部分表面进入光射出面的转换部的平面。从本发明的意义上，光射出平面特别地是通过光通道部分表面进入光射出面的转换部的平面。从本发明的意义上，当被放置成通过光射出面的(曲率的)顶点时，光射出平面特别地是平行于通过光通道部分表面进入光射出面的转换部的平面的平面。从本发明的意义上，当被放置成通过光射出面的(曲率的)顶点时，光射出平面特别地是正交于逐渐变细的光通道部分的平面。从本发明的意义上，当被放置成通过光射出面的(曲率的)顶点时，光射出平面特别地是正交于太阳能集中器的光轴的平面。在本发明的又一个实施方式中，凸起的光射出面弯曲以使得其距离理想平面或光射出面的(最大)轮廓偏差达到大于lym。在本发明的又一个实施方式中，光射出面是平面的。平面的光射入面或光射出面分别可以表现为基于收缩的，特别是表现为距离理想平面的凹入的轮廓偏差，所述轮廓偏差，例如，可能达到高达20 μ m或甚至高达40 μ m。
[0020]在又一个有利的本发明实施方式中，太阳能集中器或透明材料分别可以具有2g和50g之间的质量。
[0021]在又一个有利的本发明实施方式中，透明材料在即将(模压/注射)成型之前具有不大于104’5dPas的粘度。
[0022]在又一个有利的本发明实施方式中，在所述坯模制造之前，借助于低气压(也定义为低压或负压，低于环境压力的压力，欠压)，透明材料以液态被吸入下模具中。在又一个优选的本发明实施方式中，低气压达到至少0.5巴。在又一个优选的本发明实施方式中,低气压特别地对应于真空。在又一个 有利的本发明实施方式中，低气压产生于下模具的孔中，该孔开放于用于模制光射入面的下模具表面的最底端位置。在又一个有利的本发明实施方式中，用于模制光射入面的下模具表面具有至少一个孔，每一个孔都位于用于模制光射入面的下模具表面表现为局部最低点和/或水平延伸的那些位置，其中低气压产生于相应的孔中。从本发明的意义上，提供于下模具中的孔特别地是钻孔。
[0023]在又一个有利的本发明实施方式中，随后，然而在所述坯模制造之前，使透明材料冷却下来。从本发明的意义上，冷却(下来)可以主动发生，特别是通过供给冷却剂，或通过等待直到同样获得所需的粘度或温度而被动发生。冷却(下来)特别地可以通过在透明材料已经借助于低气压以液态被吸入第二模具中之后延迟关闭由上模具和下模具形成的整个模具而发生。在此，延迟特别地包括至少0，02tTg的时间间隔。延迟特别地包括至多0，15tTg的时间间隔。延迟或冷却下来分别特别地持续至少0，02tTg。延迟或冷却下来分别特别地持续至多0，15tTg。在此，tTg是在相应的(主动和被动)冷却下来的条件下，直到透明材料的每个区域达到等于或低于相变温度Tg的温度为止所需的时间。
[0024]当进行冷却下来操作时或在冷却下来之后可以提供:例如通过火焰局部加热面向上模具的液态透明材料的表面。
[0025]在又一个有利的本发明实施方式中，在坯模制造之后，借助于在上模具中产生的低气压(如上定义)将太阳能集中器吸出下模具。在又一个有利的本发明实施方式中，太阳能集中器随后在悬挂状态中被冷却下来。冷却(下来)可以主动发生，特别是通过供给冷却剂，或通过等待直到达到所需的粘度或温度而被动发生。在悬浮状态中的冷却(下来)特别地可以持续至少5秒钟。此后，特别地提供了:特别地在增加热量时，太阳能集中器在冷却传送机或退火炉上的合适的支撑装置上被冷却。
[0026]在又一个有利的本发明实施方式中，上模具包括一个或若干孔，其开放于用于模制托架框架的上模具的面中，其中在上模具中产生的低气压产生于孔中。从本发明的意义上，在上模具中提供的孔特别地是钻孔。
[0027]上述目标进一步通过制造太阳能模块的方法而实现，其中上述太阳能集中器通过其光射出面连接到光电元件上和/或关于光电元件固定地对齐。
[0028]在产生电能的有利工艺中，使太阳光进入上述太阳能模块的太阳能集中器的光射入面。在又一个有利的产生电能的工艺中，使太阳光进入上述太阳能集中器的光射入面。
[0029]本发明特别地能够减小光通道部分的收缩或者将这种收缩转换到支撑/托架框架。此外，即使在供应的透明材料的数量有轻微波动的情况下，也可以获得坯模制造的光射出面以及坯模制造的光射入面。借助于本发明，特别地能够仅仅在一个加压步骤/注射步骤中完成太阳能集中器，这连同该太阳能集中器的高质量导致其生产费用的减少。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]由下列实施方式的实例说明，优点和细节将变得明显。在图中:
[0031]图1表示已知太阳能集中器的透视图；
[0032]图2表示图1中显示的太阳能集中器的截面图；
[0033]图3表示又一个已知的太阳能集中器的透视图；
[0034]图4表示制造太阳能集中器的方法；
[0035]图5表示根据本发明生产的太阳能集中器的实施方式的实例；
[0036]图6表示带有光射入面的视图的根据图5的太阳能集中器的透视图；
[0037]图7表示带有光射出面的视图的根据图5的太阳能集中器的透视图；
[0038]图8表示形成根据图5的太阳能集中器的模具的实施方式的实例；和
[0039]图9表示包括根据图5的太阳能集中器的太阳能模块的实施方式的实例。
【具体实施方式】
[0040]图4表示制造根据图5、图6和图7的太阳能集中器I的方法或工艺，其中太阳能集中器I借助于侧视图而被描绘于图5中，借助于从上方的透视图而被描绘于图6中，借助于从下方的透视图而被描绘于图7中。太阳能集中器I是玻璃的整体式部件，包括:
[0041]0.2至2%重量百分比的Al2O3,
[0042]0.1至1%重量百分比的Li2O,
[0043]0.3，特别是0.4至1.5%重量百分比的Sb2O3,
[0044]60至75%重量百分比的SiO2,
[0045]3至12%重量百分比的Na2O,
[0046]3至12%重量百分比的K2O,和
[0047]3至12%重量百分比的CaO。
[0048]太阳能集中器I包括坯料模制的光射入面2和坯料模制的光射出面3以及位于光射入面2和光射出面3之间并且沿着光射入面2的方向逐渐变细的光通道(引导)部分4。附图标记5表示在光射入面2或支撑框架61和光射出面3之间限定了光通道部分4的光通道(引导)部分表面。太阳能集中器I还包括支撑框架61，其包括坯模制造的外边缘62。此外，支撑框架61具有表面63，表面63面向光射出面3并且包括台阶、凸起或高起部64。
[0049]图4中示出的工艺由程序阶段或步骤301开始，其中透明材料的下滴在分配器的出口被切断。为此目的，图8中显示的下模具10被放置在该出口之下以使得下滴直接在下模具10中结束或直接落入下模具10中。可以提供:下滴被切断并落入下模具10中，或者其在流动通过下模具10时被接收然后被切断。
[0050]下模具10包括模具部件或模具组件15并且模具部件或模具组件11用于形成光通道部分表面5和用于形成光射出面3，其中模具部件15围绕或包围模具部件11。模具部件15是在权利要求的意义上采用的第一模具部件/组件的实施方式的实例。模具部件11是在权利要求的意义上采用的第二模具部件/组件的实施方式的实例。部分模具11包括模制部分:组件12和托架或支撑件13，模制部分组件12通过螺钉与托架或支撑件13连接在一起。模制部分组件12或部分模具11在用于模制光射入面2的表面中分别包括至少一个钻孔21或22，所述钻孔21或22分别布置在用于模制光射入面2的下模具表面具有局部最低点或水平延伸的位置处。钻孔21和22通向托架部件13的圆周槽23，其中可以通过钻孔24产生低气压(如上定义:低压或负压，低于环境压力的压力，欠压)，该低气压在钻孔21和22中产生低气压。
[0051]步骤301之后是步骤302，其中在钻孔21和22中产生低气压从而使透明材料被吸入或吸取入下模具10中。然后是步骤303，其中在0，02tTg和0，15tTg之间的一段时间内将液态材料冷却下来，其中tTg是在主动和被动冷却(下来)的条件下直到透明材料的每个区域达到等于或低于相变温度Tg的温度为止所需的时间。在步骤302和303或其后的过程中，下模具10被放置在加压(注射)设备中。随后是可选的步骤304，在这个步骤中例如通过火抛光或火焰抛光加热面向上模具16的透明材料表面,该表面在加压(压力注射)之后形成光射出面3。
[0052]然后是步骤305，其中透明材料在下模具10和由附图标记16表示的上模具之间被坯模制造成太阳能集中器I。在此，提供了:支撑框架61的外边缘或凸缘62在完全模具接触的情况下被坯模制造。使上模具16和模具部件15相互接触。借助于模具部件/组件15和模具部件/组件11之间的凸起形成台阶64。
[0053]然后是步骤306，其中由下模具10和上模具16形成的模具被打开。为此目的，例如使上模具16向上移动。上模具16具有由附图标记17表示的钻孔，其通向上模具16的表面，该表面用于形成托架框架61。提供了:在钻孔17中产生低气压以使得容易且完全加压的太阳能集中器1，与上模具16—起，被移出下模具10。随后可提供:太阳能集中器I的某些区域被冷却空气吹。替代地或另外地可以提供:光通道部分表面5被加热。
[0054]提供了可选的步骤307，其中太阳能集中器I被热涂层。此外，借助于可选的步骤308提供太阳能集中器I的光学/视觉检验。然后是步骤309，其中太阳能集中器I被送到退火炉(冷却路径)并且在此选择性地冷却下来(通过增加热量)。
[0055]图9表示包括根据本发明制造的太阳能集中器I的太阳能模块40的实施方式的实例。太阳能模块40包括散热片(冷却体或冷却兀件)41,其上布置光电兀件42。光射出面3借助于粘合层连接到光电元件42。可以提供与托架框架61接合的保持装置。此外，太阳能模块40包括被设计为菲涅耳透镜的初级太阳能集中器45用于将太阳光50引导到太阳能集中器I的光射入面2上，后者被布置或构形或提供为次级太阳能集中器。通过光射入面2引导到或进入太阳能集中器I的太阳光通过太阳能集中器I的光射出面3射出并且与光电兀件42相碰和相撞。
[0056]分别在图4到15中使用的要素、尺寸和角度是考虑到简单和清楚而绘制的并且不必按照比例绘制。例如，有些要素、尺寸和角度的数量级分别相对于其它要素、尺寸和角度被放大，以便增强对本发明实施方式的实例的理`解。
【权利要求】
1.一种由透明材料制造太阳能集中器(I)的方法，其中太阳能集中器(I)包括光射入面(2)、光射出面(3)和，有利地，光通道(引导)部分(4)，光通道部分(4)位于光射入面(2)和光射出面(3)之间并且有利地沿着光射入面(3)的方向逐渐变细，该光通道部分被光射入面(2)和光射出面(3)之间的光通道(引导)部分表面(5)限定，其特征在于在适合于模制光射出面(3)的上模具(16)和适合于模制光射入面(2)的下模具(10)之间，透明材料被坯模制造以形成太阳能集中器(I)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述坯模制造之前，透明材料借助于低气压以液态被吸入下模具(10)中。
3.根据权利要求3所述的方法，其特征在于低气压为至少0.5巴。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其特征在于低气压产生于下模具(10)的孔(21，22)中，该孔开放于适合于模制光射入面(2)的下模具(10)表面的最底端位置。
5.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其特征在于用于模制光射入面(2)的下模具(10)的表面具有至少一个孔(21，22)，每一个孔都位于用于模制光射入面(2)的下模具(10)表面具有局部 最低点和/或水平延伸的那些位置，其中低气压产生于相应的孔(21，22)中。
6.根据任何一项前述权利要求所述的方法，其特征在于在坯模制造之后借助于在上模具(16)中产生的低气压将太阳能集中器(I)从下模具(10)中取出。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于太阳能集中器(I)随后在悬挂状态中被冷却。
8.根据权利要求6和7中任何一项所述的方法,其特征在于上模具(16)包括一个或若干孔(17)，其开放于构形成用于模制托架框架(61)的上模具(16)的面中，其中在上模具(16)中产生的低气压产生于孔(17)中。
9.一种制造太阳能模块的方法，其特征在于根据任何一项前述权利要求中所述的方法制造的太阳能集中器(I)通过其光射出面(3)连接到光电元件(42)和/或关于光电元件(42)固定地对齐。
10.一种产生电能的方法，其特征在于使太阳光进入根据权利要求9的方法制造的太阳能模块的太阳能集中器(I)的光射入面(2)。
【文档编号】H01L31/052GK103459334SQ201280013088
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年1月26日 优先权日:2011年3月30日
【发明者】W·温特泽尔, 拉尔斯·阿诺德, 哈根·戈德曼 申请人:博士光学欧洲股份公司