一种高倍聚光太阳能发光模组的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种高倍聚光太阳能发光模组，包括聚焦装置、二次匀光元件和保护罩以及聚光装置，其中：该聚焦装置包括菲涅尔透镜和反射镜，所述反射镜具有斗形口部和半球状底部，该菲涅尔透镜覆盖在所述反射镜口部，使之所述菲涅尔透镜与该底部形成间距；该二次匀光元件与所述底部抵接，该聚光装置包括聚光电池，所述聚光电池与所述基部结合，藉由前述结构或其构造的结合，实现了该发光模组，从而达成了减少模块厚度，改善光斑质量，降低安装精度要求以及高倍聚光效果的良好效果。
【专利说明】 一种高倍聚光太阳能发光模组
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及太阳能光伏发电【技术领域】，具体是指一种高倍聚光太阳能发光模组及其构建的发电模组。
【背景技术】
[0002]在光伏发电成本中,聚光光伏(CPV)技术尤为被研究者所关注。
[0003]这种技术之所以被广泛关注，主要因为廉价的聚光材料代替了相对昂贵的太阳能电池，并且可以通过聚光方式来进一步提高太阳能电池发电效率，相比:就采用高污染高能耗的晶硅太阳能电池而言，更为清洁的外延生长技术的三五族聚光太阳能电池也更为环保。
[0004]常规CPV技术分两大类，即透射点聚光型和反射面聚光型。对于透射点聚光型来说，一般采用低成本的平面菲涅尔透镜来实现高倍聚光，所采用的平面菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，这样结构的透镜和凸透镜作用类似，都是起到入射光汇聚的作用。图1是采用这样方式构成的发电示意图，其中，平面菲涅尔透镜1，二次匀光元件2，当广谱太阳光入射到菲涅尔透镜I后，经过二次匀光元件2多次反射后到达聚光电池表面，形成均匀的入射光斑。再由多种不同材料构成的多结聚光太阳能电池能够吸收不同波长的光谱，从而实现更高效率发电。尽管图1所示光路结构非常简单，但直接使用该结构也会存在一些问题，主要表现在下面几个方面:
[0005]第一，焦径比过高而导致模块厚度增加。如图2所示，对于平面菲涅尔透镜I来说，焦径比是其重要参数，焦径比越大，则入射角度需要改变就越小，透镜透射损失也越小。而为了获取大的焦径比参数，就不得不增加模块厚度，因此采用这样结构来实现高倍聚光时，一般需要较厚的模组结构，如此会增加其制作成本和重量。
[0006]第二，光斑质量不好。对于一般的菲涅尔透镜，即使具有较大的焦径比，但透镜远离中心的地方往往由于光线偏转角度过大，对各环之间的拨模角度要求很高，往往不易达到而导致入射光透射损失。此外，由于聚烯烃材料在长期紫外光照射情况下，本身容易发生硫化反应而变黄，这些原因都导致光斑质量不好。
[0007]第三，光斑控制精度过高，冗余设计不足。采用图1的结构所设计的聚光模组对于控制的精度要求较高，而实际装配生产中，由于焊接，结构和安装误差的影响，很难控制在
0.5mm的安装精度，这样就容易造成光斑错位，影响收光效率。
【发明内容】
[0008]为解决上述技术问题，本实用新型的主要目的在于提供一种高倍聚光太阳能发光模组及其构建的发电模组。
[0009]为达成上述目的，本实用新型应该的技术方案是:一种高倍聚光太阳能发光模组，包括聚焦装置、二次匀光元件和保护罩以及聚光装置，其中:该聚焦装置包括菲涅尔透镜和反射镜，所述反射镜具有斗形口部和半球状底部，该菲涅尔透镜覆盖在所述反射镜口部，所述菲涅尔透镜与该底部形成间距；该二次匀光元件与所述底部抵接，该聚光装置包括聚光电池，所述聚光电池与所述基部结合。
[0010]在本实施例中优选，所述的二次匀光元件还包括中间部和基部，所述保护罩包括穿孔。
[0011]在本实施例中优选，所述的顶部贯穿该穿孔与所述底部抵接。
[0012]在本实施例中优选，所述的顶部与该中间部之间还设有环形平面。
[0013]在本实施例中优选，所述的环形平面与该底部结合。
[0014]在本实施例中优选，所述的顶部为球形体、所述中间部为锥形体以及所述基部为方形体。
[0015]一种实用于所述的高倍聚光太阳能发光模组的发电模组，其中:所述的发光模组包括汇集板。
[0016]在本实施例中优选，所述汇集板将若干发光模组整合为一体。
[0017]在本实施例中优选，所述发光模组至少为35个并以阵列态势安装于汇集板上。
[0018]本实用新型与现有技术相比，其有益的效果是:可以有效减少模块厚度，改善光斑质量，降低安装精度要求，从而实现高倍聚光效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是现有技术的聚光太阳能发光模组示意图。
[0020]图2是现有技术的双焦斑短焦距多曲面组合聚光模组曲线图。
[0021]图3是本实用新型实施例的剖面结构示意图。
[0022]图4是本实用新型实施例的爆炸结构示意图。
[0023]图5是图4中二次匀光元件的放大结构示意图。
[0024]图6是本实用新型待配套于发电模组上的立体结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
[0026]请参阅图3并结合参阅图4所示，本实用新型提供一种高倍聚光太阳能发光模组，包括聚焦装置10、二次匀光元件20和保护罩30以及聚光装置40，其中:
[0027]该聚焦装置10包括菲涅尔透镜11和反射镜13，所述菲涅尔透镜11为透射焦斑菲涅尔透镜，其表面为高透射玻璃的板形镜片12 ;所述反射镜13为双曲抛物面反射镜并具有斗形口部131和半球状底部132，其中:该菲涅尔透镜11覆盖在所述反射镜13 口部131，使之所述菲涅尔透镜11与该底部132形成上下照应的间距，从而使得该菲涅尔透镜11上的光芒照射至该底部132。
[0028]请结合参阅图5所示，该二次匀光元件20在所述保护罩30的维护下其顶部21贯穿该保护罩30的穿孔31与所述底部132抵接，该二次匀光元件20包括顶部21、中间部22和基部23，所述顶部21基于球形，贯穿该穿孔31与所述底部抵接；中间部22连接顶部21与基部23，在顶部21与中间部22之间设有环形平面221，藉此可与该底部132稳固结合，在本实施例中，该中间部22基于锥形体，该基部23基于方形体，其以从小到大的渐进的态势将顶部21与基部23连成一体。
[0029]请再参阅图4所示，该聚光装置40呈方块状，并包括相对的中间设有聚光电池41以及侧面设有的翅片散热片42，所述聚光电池41与所述基部23结合，藉此可产生入射光强。
[0030]在本实用新型实施例中，第一个焦斑通过靠近圆心的高焦径比的矩形菲涅尔透镜11获得，由于矩形菲涅尔透镜11的直径较小，因此能够有效回避诸如折射角度过大或者拔模角度不易控制而导致的额外光损耗，另外，也可以在不增加模块厚度的情况下，选择更大焦径比来进一步降低光损耗。第二个焦斑通过高反射率的双曲抛物面反射镜13获得，对于这部分远离圆心的光能量，一次反射后能够降低所需光程直线距离，因此能够减少模组厚度。通过选择最佳菲涅尔透镜焦径比和最佳反射距离，平衡两者的最佳位置，就可得到最佳效率点，从而确定最佳光学结构。另外一个重要因素是电池表面光斑均匀性，这个直接影响了发电效率，为了得到更为优化的光斑密度，需要对所需的二次匀光元件20进行优化设计。由于光路结构采用双焦斑设计，因此需要对两个光斑分别进行匀光处理。本实用新型中所采用的二次匀光元件20由一个凸透镜和一个反双曲抛物面组合构成，凸透镜可以对由矩形菲涅尔透镜11产生的第一焦斑进行匀光处理，而反双曲抛物面则对抛物面双曲反射镜13产生的第二焦斑进行匀光处理。通过合适的优化设计，可以将第一焦斑位于凸透镜焦点附近，而反双曲抛物面反射镜则与抛物面反射镜13反向共焦，如图3所示，这样的设计，则可以获得比较均匀的光斑形状。
[0031]在本实用新型实施例中，矩形菲涅尔透镜11可以采用玻璃硅胶菲涅尔透镜，高透射镜面12则可以采用低铁钢化超白玻璃作为基板。矩形菲涅尔透镜11可以在高压真空条件下，利用粘接剂直接将高透镜硅胶在高透射镜12上固化成玻璃硅胶菲涅尔透镜。这样的方式可以保护透镜本身，并且透镜本身没有硫化和变形问题。
[0032]在本实用新型实施例中，矩形菲涅尔透镜11所占整个高透射镜12面积的35%到45%之间，在该面积内所形成的菲涅尔透镜11具有足够高的焦径比和可以保证的拔模角度。该区域的太阳光通过该区域形成第一焦斑。
[0033]在本实用新型实施例中，矩形菲涅尔透镜11的最佳焦径比为1: 1.3到1: 1.6之间，尽管图1所示常规结构一般也是在这个区间内，但是本实用新型由于采用了较小的透镜面积，因此，在同样的焦径比参数下，其焦距要比常规结构要短，从而模块厚度得到降低。
[0034]在本实用新型实施例中，双曲抛物面反射镜13作为第二焦斑反射面，可以采用高反射率的银镜，双曲抛物面反射镜13的焦点不与矩形菲涅尔透镜11相重合，但正好和二次匀光元件20的反双曲抛物面的焦点相重合，这样，一次反射光可以再次经过焦点再次反射均匀分布在电池表面上。
[0035]在本实用新型实施例中，所设计的二次匀光元件20与传统的二次匀光元件2在结构上有较大区别，为了得到更为均匀的光斑，需要针对两个不同位置的焦斑进行光斑优化处理，因此可以选择凸透镜和反双曲反射镜的组合，考虑到加工制作的难度，也可以选择球透镜和反双曲抛物面的组合，球透镜焦距2mm到4mm，反双曲抛物面与一次反射的双曲抛物面反射镜13共焦，这样的设计可以保证两个焦斑有较好的均匀性。
[0036]在本实用新型实施例中，在500倍聚光条件下,采用5_X5mm聚光电池片，高透射镜面12面积可以选择在120mmX120mm到140mmX140mm之间，矩形菲涅尔透镜11的面积可以选择在75mmX75mm到95mmX95mm之间，最佳焦径比可以选择在1: 1.3到1: 1.6之间，这个模组的整个厚度只有120_到140mm,远小于常规聚光模块厚度。
[0037]请比对参阅图2与图3、图4所示，上述高倍聚光太阳能发光模组，其光谱原理在于，一部分广谱的太阳光通过透射镜12经菲涅尔透镜11，透射到二次匀光元件20上形成第一个焦斑；而另外一部分的入射光通过透射镜12后，被反射镜13 —次反射后，再到二次匀光元件20上形成第二个焦斑。两个焦斑汇集经过该二次匀光元件20后，在聚光装置40的聚光电池41的表面得到一个均匀的入射光强。所述的二次匀光元件20与传统的二次匀光元件2在结构上有较大区别，为了得到更为均匀的光斑，需要针对两个不同位置的焦斑进行光斑优化处理，考虑具体制作工艺的可执行性，可以采用凸透镜和反抛物面相结合来制作。
[0038]在本实施新型实施例中，该高倍聚光太阳能发光模组，其整体上为密封结构，并结合多结聚光电池41与高导热系数的陶瓷基板相粘接，再和翅片散热片42相固定；考虑到电池接收面积因素，菲涅尔透镜11为矩形设计，透射形成矩形光斑；双曲抛物面反射镜13构成正四面体形成四个一次反射面。相比较图1所示的常规菲涅尔透射结构，整个模组降低了厚度，减少了成本。
[0039]请结合参阅图6所示，为高倍聚光太阳能发光模组的实用，其是利用若干发光模组所构建的一个发电模组50，若干发光模组可以35个，设计成阵列串连的整体，并用环氧树脂密封，从而具有较高的可靠性。
[0040]综上所述，仅为本实用新型之较佳实施例，不以此限定本实用新型的保护范围，凡依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本实用新型专利涵盖的范围之内。
【权利要求】
1.一种高倍聚光太阳能发光模组，包括聚焦装置、二次匀光元件和保护罩以及聚光装置，其特征在于:该聚焦装置包括菲涅尔透镜和反射镜，所述反射镜具有斗形口部和半球状底部，该菲涅尔透镜覆盖在所述反射镜口部，使之所述菲涅尔透镜与该底部形成间距；该二次匀光元件与所述底部抵接，该聚光装置包括聚光电池，所述聚光电池与所述基部结合。
2.如权利要求1所述的高倍聚光太阳能发光模组，其特征在于:所述的二次匀光元件还包括中间部和基部，所述保护罩包括穿孔。
3.如权利要求2所述的高倍聚光太阳能发光模组，其特征在于:所述的顶部贯穿该穿孔与所述底部抵接。
4.如权利要求2所述的高倍聚光太阳能发光模组，其特征在于:所述的顶部与该中间部之间还设有环形平面。
5.如权利要求4所述的高倍聚光太阳能发光模组，其特征在于:所述的环形平面与该底部结合。
6.如权利要求5所述的高倍聚光太阳能发光模组，其特征在于:所述的顶部为球形体、所述中间部为锥形体以及所述基部为方形体。
7.一种实用于如权利要求1所述的高倍聚光太阳能发光模组的发电模组，其特征在于:所述的发光模组包括汇集板。
8.如权利要求7所述的发电模组，其特征在于:所述汇集板将若干发光模组整合为一体。
9.如权利要求8所述的发电模组，其特征在于:所述发光模组至少为35个并以阵列态势安装于汇集板上。
【文档编号】H02S40/22GK203747745SQ201420130326
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】官成钢, 温晨龙, 高倩, 吕辉, 靳继鹏, 刘守华 申请人:武汉凹伟能源科技有限公司