用于聚光太阳能光伏系统的二次聚光器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于聚光太阳能光伏系统的二次聚光器，包括：所述二次聚光器的整体形状为圆柱、圆台、棱柱或棱台中的任一种，二次聚光器的顶部表面为凹凸不平的曲面，所述二次聚光器的底部与聚光太阳能光伏系统的太阳能电池连接在一起，经过抛物面反射镜或菲涅耳透镜汇聚的太阳光照射在二次聚光器顶部，在顶部曲面的折射作用和侧壁的反射作用下均匀汇聚到底部并被太阳电池所吸收。所述二次聚光器能够利用顶部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，适用于跟踪精度较低的聚光系统，有助于降低聚光太阳能光伏系统的成本。
【专利说明】用于聚光太阳能光伏系统的二次聚光器
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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勻、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 种二次聚光器采用了倒棱台的结构，其顶部为平面或穹顶形状，主要利用光线在棱台侧壁 的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 光器顶部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，本发明提供一种用于聚光太阳能光伏系统的二次聚光器，所述 二次聚光器的顶部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] 进一步的，在上述二次聚光器中，通过所述二次聚光器的轴心的纵剖面的顶部曲 线的一介导函数为非单调函数。
[0009] 进一步的，在上述二次聚光器中，所述二次聚光器的底部与聚光太阳能光伏系统 的太阳能电池连接在一起。
[0010] 进一步的，在上述二次聚光器中，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。
[0011] 进一步的，在上述二次聚光器中，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。
[0012] 进一步的，在上述二次聚光器中，通过控制二次聚光器的顶部表面的法线方向和 坚直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。
[0013] 进一步的，在上述二次聚光器中，通过下述公式控制所述二次聚光器的顶部表面 的法线方向和坚直方向的夹角多：
【权利要求】
1. 一种用于聚光太阳能光伏系统的二次聚光器，其特征在于，所述二次聚光器的顶部 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。
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也的纵剖 面的顶部曲线的一介导函数为非单调函数。
3. 如权利要求1所述的二次聚光器，其特征在于，所述二次聚光器的底部与聚光太阳 能光伏系统的太阳能电池连接在一起。
4. 如权利要求1所述的二次聚光器，其特征在于，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。
5. 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。
6. 如权利要求5所述的二次聚光器，其特征在于，通过控制二次聚光器的顶部表面的 法线方向和竖直方向的夹角W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。
7. 如权利要求6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顶部 表面的法线方向和竖直方向的夹角公：
其中，马为入射的光线经所述顶部表面折射后与竖直方向的夹角，g为入射的光线与 竖直方向的夹角，《为二次聚光器的折射率。
8. 如权利要求7所述的二次聚光器，其特征在于，巧根据公式马=a-1別获取，巧根据 公式巧.=成_1 +2〇；'-180。a=2、3、4、……）获取，其中，为所述侧壁和水平方向的夹角， &a=l、2、3、……）分别为依次在所述侧壁全反射时的光线与所述侧壁的法线的夹角，且 满足
9. 如权利要求1所述的二次聚光器，其特征在于，所述二次聚光器的顶部表面的面积 大于入射的光斑的面积。
10. 如权利要求1所述的二次聚光器，其特征在于，所述二次聚光器的顶部和底部分别 蒸锻有增透膜。
【文档编号】H02S40/22GK104426471SQ201310408240
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】雷刚, 程志君, 范襄 申请人:上海空间电源研究所