BR112019027997A2 - aparelho fresnel concentrador de luz e sistema concentrador de luz solar - Google Patents

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Abstract

A presente invenção refere-se a um dispositivo condensador Fresnel e um sistema de energia solar do tipo condensador, em que o dispositivo condensador compreende uma primeira e segunda camadas de lente Fresnel (110, 130), cada camada de lente compreendendo pelo menos uma lente Fresnel do tipo condensador (111, 131); e uma camada de guia de luz em forma de caixa reta (120), a primeira e a segunda camadas de lente Fresnel (110, 130) sendo dispostas respectivamente em suas duas extremidades, e a camada de guia de luz em forma de caixa reta (120) é configurada para direcionar uma luz (LL) da primeira camada de lente Fresnel (110) descendo até a segunda camada de lente Fresnel (130). Ao utilizar duas camadas de lente Fresnel (110, 130) para executar respectivamente a convergência da luz e usando a camada guia em forma de caixa reta (120) entre elas para ajudar a direcionar a luz de uma camada superior para uma camada inferior, o dispositivo condensador pode não apenas se adaptar a uma ampla gama de ângulos de incidência, mas também obter uma grande taxa de convergência de luz em baixa altura, evitando a dependência dos sistemas de rastreamento solar.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APARE- LHO FRESNEL CONCENTRADOR DE LUZ E SISTEMA CONCEN- TRADOR DE LUZ SOLAR".
CAMPO TÉCNICO
[001] A presente invenção refere-se a elementos ópticos e ener- gia limpa e, em particular, a aparelhos de concentração de luz de Fresnel contendo lentes de Fresnel e sua aplicação em sistemas de concentração solar.
FUNDAMENTOS
[002] Com o crescente foco na proteção ambiental, os sistemas de energia solar têm crescido em popularidade. Entre eles, os siste- mas de concentração solar estão recebendo cada vez mais atenção por serem capazes de aumentar a eficiência de utilização da energia solar.
[003] As lentes Fresnel são frequentemente usadas como ele- mentos ópticos do tipo concentrador em sistemas solares concentra- dores de luz disponíveis. No entanto, ao empregar uma estrutura ópti- ca na qual uma lente Fresnel é usada para focalizar diretamente sobre um dispositivo que utiliza energia da luz, o sistema convencional de concentração de luz tende a ser menos adaptável ao ângulo de inci- dência da luz solar, tornando o sistema solar disponível limitado em dois aspectos, ou seja, ele precisa ser usado em conjunto com um dispositivo de rastreamento solar, e sua taxa de concentração é restri- ta.
[004] Além disso, o dispositivo de concentração do sistema solar disponível também apresenta escassez em termos de altura, devido a que a altura do dispositivo de concentração da luz geralmente aumen- ta à medida que a taxa de concentração aumenta.
[005] Portanto, é necessário estudar um aparelho de concentra- ção de luz Fresnel que tenha melhor adaptabilidade ao ângulo de inci-
dência e possa aumentar a taxa de concentração ou reduzir a altura do sistema.
SUMÁRIO
[006] De acordo com um aspecto da presente descrição, um dis- positivo de concentração de luz de Fresnel fornecido pode incluir uma primeira e uma segunda camada de lente de Fresnel e uma camada guia de luz em forma de caixa reta. Cada camada de lente pode incluir pelo menos uma lente Fresnel concentradora de luz. A camada guia de luz em forma de caixa reta tem um formato de caixa reta, a primeira e a segunda camada de lentes Fresnel são dispostas respectivamente em duas extremidades do formato de caixa reta, e a camada guia de luz em forma de caixa reta é configurada para direcionar uma luz da primeira camada de lente Fresnel para a segunda camada de lente Fresnel.
[007] De acordo com outro aspecto da presente descrição, um sistema de concentração de luz solar fornecido pode incluir o aparelho de concentração de luz de Fresnel da presente descrição e pelo me- nos um dispositivo que utiliza a energia da luz. O dispositivo que utiliza energia de luz tem uma superfície receptora de luz disposta em um caminho óptico atrás do aparelho de concentração de luz de Fresnel.
[008] De acordo com o aparelho de concentração de luz de Fres- nel, por meio da utilização de duas camadas de lente de Fresnel para realizar respectivamente a convergência de luz e usando a camada de guia de luz em forma de caixa reta entre elas para ajudar a direcionar a luz de uma camada superior para uma camada inferior, o aparelho de concentração de luz pode não apenas se adaptar a uma ampla gama de ângulos de incidência, mas também obter uma grande taxa de convergência de luz a baixa altura, evitando a dependência dos sis- temas de rastreamento solar.
[009] Exemplos específicos de acordo com a presente descrição são descritos em detalhes abaixo com referência aos desenhos ane- xos. Conforme aqui utilizado, termos que indicam uma posição, como "superior", "inferior", "topo", "fundo" e similares, referem-se apenas a relações posicionais relativas, sem significado absoluto. Os números de série ou números de sequência usados aqui, como "primeiro", "se- gundo", etc., são meramente ilustrativos, sem nenhum significado res- tritivo.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0010] A FIGURA 1 é um diagrama esquemático de um aparelho de concentração de luz de Fresnel de acordo com a Concretização 1;
[0011] A FIGURA 2 é um diagrama esquemático de um aparelho de concentração de luz de Fresnel de acordo com a Concretização 2;
[0012] A FIGURA 3 é um diagrama esquemático de um sistema de concentração solar de acordo com a Concretização 3; e
[0013] A FIGURA 4 é um diagrama esquemático de um sistema de concentração solar de acordo com a Concretização 4;
DESCRIÇÃO DETALHADA Concretização 1
[0014] Com referência à FIGURA 1, um aparelho de concentração de luz de Fresnel de acordo com uma Concretização da presente des- crição é mostrado esquematicamente na estrutura após ser decom- posto longitudinalmente. O aparelho de concentração de luz de Fres- nel pode incluir uma primeira camada de lente Fresnel 110, uma ca- mada guia de luz em forma de caixa reta 120 e uma segunda camada de lente Fresnel 130.
[0015] Uma lente de Fresnel é usada como um elemento óptico na camada de lente de Fresnel na presente descrição e cada camada de lente pode incluir pelo menos uma lente de Fresnel para concentração de luz. A lente Fresnel é fina, com várias vantagens, incluindo fina, le- ve e conveniente para a produção em lote. Uma lente Fresnel "concen-
tradora" (ou "astigmática") neste documento refere-se a uma lente Fresnel que condensa funcionalmente a luz em direção ao centro ópti- co da lente (ou difunde-se para fora do centro óptico), e sua superfície dentária geralmente vem de uma superfície convexa da lente (ou uma superfície côncava da lente). Uma lente Fresnel "linear" neste docu- mento, incluindo uma lente Fresnel linear astigmática e uma lente Fresnel concentradora de luz linear significa que o centro de foco da lente é uma linha em vez de estar concentrada em um ponto. Por exemplo, a superfície do dente de uma lente Fresnel linear pode ser originada de uma superfície cilíndrica côncava (ou convexa) ou de uma superfície cilíndrica polinomial côncava (ou convexa). A lente Fresnel pode ser uma lente Fresnel de um único lado com uma super- fície dentada e um plano, ou uma lente Fresnel de dois lados com am- bas as superfícies dentadas. Cada superfície dentária de cada lente Fresnel pode ser uma superfície simples da lente contendo apenas uma unidade Fresnel, ou uma superfície composta de lentes composta por várias unidades Fresnel, formando assim uma lente Fresnel com- posta.
[0016] Cada superfície dentária de cada lente Fresnel pode ser uma superfície simples da lente contendo apenas uma unidade Fres- nel, ou uma superfície composta de lentes composta por várias unida- des Fresnel, formando assim uma lente Fresnel composta. Em outras concretizações, a primeira e a segunda camada de lente Fresnel tam- bém podem ser uma estrutura mais complexa, tal como ter várias len- tes Fresnel ou ter uma lente Fresnel de dupla face ou uma lente Fres- nel composta. De preferência, uma lente Fresnel de foco múltiplo pode ser usada em pelo menos uma camada de lente. A chamada lente Fresnel de foco múltiplo é dividida em diferentes regiões de acordo com a distância do seu eixo óptico central, em que a região mais dis- tante do eixo óptico central tem uma distância focal mais curta e a re-
gião mais próxima do eixo óptico central tem uma distância focal mais longa. A chamada distância focal mais longa pode incluir um caso em que a distância focal é infinita; nesse caso, a região correspondente é, por exemplo, uma área oca ou é formada por um material transparente plano.
[0017] Em uma Concretização opcional, pelo menos uma lente Fresnel de concentração de luz da primeira ou segunda camada de lentes Fresnel pode empregar uma lente de Fresnel de concentração de luz linear, em que a linha central de foco de cada lente linear é substancialmente perpendicular ao eixo óptico (ou ao eixo central, isto é, a direção na qual a luz solar é incidente verticalmente) de todo o dispositivo de concentração. De preferência, as linhas de foco das len- tes Fresnel de concentração de luz linear de diferentes camadas são perpendiculares entre si, de modo que duas camadas lineares de len- tes Fresnel formam uma lente Fresnel bidimensional (isto é, que pos- sui um único eixo óptico central e foco). Essa estrutura pode ajudar a obter uma distribuição uniforme da intensidade da luz no plano focal ou a obter projetos ópticos complexos por meio de combinações de lentes fáceis de processar.
[0018] A aparência da camada guia de luz em forma de caixa reta 120 pode ser uma forma de tubo de linha reta. A primeira e a segunda camada de lente Fresnel estão respectivamente dispostas em ambas as extremidades da camada guia de luz em forma de caixa reta. A ca- mada guia de luz em forma de caixa reta é usada para direcionar a luz da primeira camada de lente Fresnel para a segunda camada de lente Fresnel. A parede do tubo da camada guia de luz em forma de caixa reta é perpendicular às duas camadas da lente (isto é, substancial- mente a mesma conforme a direção do eixo óptico de todo o dispositi- vo de concentração). Pode ser transparente ou é fornecida com uma superfície refletora do espelho em pelo menos parte da parede interna.
[0019] Vários projetos ópticos podem ser usados para guiar a luz para a camada guia em forma de caixa reta, por exemplo: guiar a luz com a superfície refletora do espelho sobre a parede interna; ou des- viar a luz incidente para baixo assistida por um gás de alta pressão ou gás óptico (que se refere a um gás com um índice de refração maior que 1 a uma pressão atmosférica padrão) preenchido em um primeiro espaço fechado formado pela parede do tubo da camada guia de luz em forma de caixa reta e da primeira e segunda camada de lente Fresnel; ou fornecer outros elementos ópticos que auxiliam na defle- xão da luz no espaço interno da camada de guia de luz em forma de caixa reta.
[0020] Nesta Concretização, é usada uma estrutura na qual a pa- rede interna do tubo é um espelho refletor e um gás óptico 121 é pre- enchido no primeiro espaço fechado. A luz incidente LL é guiada para a camada inferior da lente através da convergência na camada superi- or da lente e da deflexão da camada guia de luz em forma de caixa reta
[0021] Nesta Concretização, a seção transversal da camada guia de luz em forma de caixa reta é quadrada; enquanto em outras concre- tizações, diferentes formas de seção transversal podem ser adotadas. A fim de facilitar o arranjo ou integração estreita de vários dispositivos de concentração de luz, o formato da seção transversal do tubo reto pode ser de várias formas regulares e fáceis de fabricar, por exemplo, pode ser selecionado do grupo que consiste em: quadrilateral, hexa- gonal, circular, etc.
[0022] Nesta Concretização, o dispositivo de concentração de luz de Fresnel pode atingir uma alta taxa de concentração de luz e uma altura relativamente baixa. Pode ser combinado com qualquer disposi- tivo de recepção de energia eletromagnética ou de luz para formar um sistema de concentração de luz ou um sistema de recepção de ener-
gia eletromagnética, por exemplo, para uso em um sistema de concen- tração solar. Concretização 2
[0023] Com referência à FIGURA 2, um aparelho de concentração de luz de Fresnel de acordo com outra Concretização da presente descrição é mostrado esquematicamente na estrutura após ser de- composto longitudinalmente. O aparelho de concentração de luz de Fresnel pode incluir uma primeira camada de lente Fresnel 210, uma camada guia de luz em forma de caixa reta 220 e uma segunda cama- da de lente Fresnel 230 e uma camada cônica de guia de luz 240.
[0024] A relação estrutural básica entre as duas camadas da lente e a camada guia de luz em forma de caixa reta nesta Concretização é semelhante à da Concretização 1, mas existem algumas diferenças principais conforme a seguir:
1. A primeira camada de lente Fresnel 210 preferencialmen- te usa uma lente Fresnel de foco múltiplo 211, cuja superfície está di- vidida em duas regiões concêntricas de formato similar, em que a re- gião mais distante do eixo óptico central (isto é, região periférica A01) tem uma distância focal mais curta e a região mais próxima do eixo óptico central (região central A02) tem uma distância focal mais longa;
2. A segunda camada de lente Fresnel 230 utiliza preferen- cialmente uma lente Fresnel de foco múltiplo 231, que possui uma su- perfície de lente Fresnel apenas na região periférica B01 e a região central B02 é oca; e
3. A camada guia de luz em forma de caixa reta 220 tam- bém inclui um tubo de dispersão de luz 222 tendo uma parede de tubo formada por uma lente Fresnel linear astigmática, em que a direção da extensão do comprimento do tubo de dispersão de luz é consistente com a camada guia de luz em forma de caixa reta e o tubo de disper- são de luz é disposto em um espaço interno da camada de guia de luz em forma de caixa reta. A linha central de focalização de cada lente Fresnel astigmática linear é perpendicular à direção de extensão do comprimento do tubo de dispersão da luz.
[0025] O tubo de dispersão de luz 222 pode dispersar a luz inci- dente para a extremidade inferior do tubo reto para melhorar a defle- xão da luz incidente do eixo óptico pela camada guia de luz em forma de caixa reta, o que é benéfico para os elementos ópticos subsequen- tes para finalmente guiar a luz LL para um dispositivo que utiliza ener- gia da luz. O formato da seção transversal do tubo de dispersão de luz pode ser igual ou diferente do formato da seção transversal da parede do tubo da camada guia de luz em forma de caixa reta que circunda a parte externa. Nesta Concretização, é adotada uma forma de caixa.
[0026] A camada cônica de guia de luz 240 disposta abaixo da se- gunda camada de lente Fresnel 230 pode incluir pelo menos um tubo cônico de guia de luz refletor 241. O tubo cônico de guia de luz com uma abertura superior maior e uma abertura inferior menor pode ser fornecido total ou pelo menos parcialmente com um espelho refletor na sua parede interna, e a luz convergindo através da segunda camada de lente Fresnel pode ser incidente a partir do topo do tubo cônico de guia de luz e ser dirigida para o fundo. A forma da seção transversal do tubo cônico de guia de luz pode ser um quadrilátero, um hexágono, um círculo ou similar.
[0027] O fundo do tubo cônico de guia de luz 241 pode ser fecha- do de modo a fornecer um dispositivo de utilização de energia da luz no mesmo, formando assim um sistema concentrador de luz solar, ou um dispositivo de utilização de energia da luz pode ser empregado pa- ra enclausurar o fundo do tubo cônico de guia de luz. Depois que a parte inferior do tubo cônico de guia de luz é fechada, sua parede de tubo e a segunda camada de lente Fresnel juntas formam um segundo espaço fechado, que pode ser adicionalmente preenchido com gás em alta pressão ou gás óptico para aumentar a taxa de concentração de luz.
[0028] Em um caso simples de um sistema concentrador solar, um dispositivo que utiliza energia da luz que recebe luz de um lado, como um painel fotovoltaico 250 que recebe luz de um lado, pode ser dis- posto na parte inferior do tubo cônico de guia de luz e sua superfície receptora de luz está voltada para a parte superior do tubo cônico de guia de luz. O "painel fotovoltaico" citado na presente descrição pode geralmente se referir a vários tipos de dispositivos de conversão fo- tovoltaica, tais como painéis fotovoltaicos, filmes fotovoltaicos, materi- ais fotovoltaicos de pontos quânticos e similares que são feitos de vá- rios materiais. Concretização 3
[0029] Com referência à FIGURA 3, um sistema concentrador so- lar de acordo com uma Concretização da presente descrição é mos- trado esquematicamente na estrutura após a montagem. O sistema concentrador solar pode incluir uma primeira camada de lente Fresnel 310, uma camada guia de luz em forma de caixa reta 320, uma se- gunda camada de lente Fresnel 330, uma camada cônica de guia de luz 340 e um dispositivo de utilização de energia da luz 350.
[0030] A relação estrutural básica entre as duas camadas da lente e as camadas guia de luz nesta Concretização é semelhante à da Concretização 2, e existem algumas diferenças principais conforme a seguir:
[0031] A primeira camada de lente Fresnel 310 usa uma lente Fresnel de foco múltiplo 311, cuja superfície é dividida em duas regi- ões com formas diferentes, em que a região central C02 é circular e a região periférica C01 é quadrada. Isso reflete a flexibilidade da estrutu- ra de acordo com a presente descrição no projeto do caminho da luz e no projeto da forma.
[0032] Além disso, o dispositivo de utilização de energia da luz350 nesta Concretização é composto, isto é, inclui um dispositivo de con- versão termoelétrica 352 além de um painel fotovoltaico 351. O dispo- sitivo de conversão termoelétrica pode ser disposto em um caminho de condução de calor para o painel fotovoltaico dissipar o calor para fora, de modo a converter ainda a energia térmica em energia elétrica du- rante o processo de dissipação de calor do painel fotovoltaico. O dis- positivo de conversão termoelétrica pode usar, por exemplo, um dis- positivo semicondutor tendo um efeito termoelétrico.
[0033] Nesta Concretização, o painel fotovoltaico 351 e o dispositi- vo de conversão termoelétrica 352 são fornecidos separadamente, em que o painel fotovoltaico 351 é disposto em um tubo cônico de guia de luz e é fixado no tubo cônico de guia de luz por um suporte termica- mente condutor 342. Nesse caso, a parte inferior do tubo cônico de guia de luz pode ser fechada por uma superfície refletora 343. O dis- positivo de conversão termoelétrica 352 pode ser fixado termicamente na parte traseira do fundo do tubo cônico de guia de luz. Neste caso, o painel fotovoltaico 351 pode preferencialmente ser um painel fotovol- taico que recebe luz em ambos os lados para melhorar a utilização da energia da luz.
[0034] Em outras concretizações, por exemplo, quando o painel fotovoltaico 250 com uma única superfície receptora de luz é disposto na parte inferior do tubo cônico de guia de luz, como mostrado na FI- GURA 2, o dispositivo de conversão termoelétrica também pode ser fixado termicamente na parte traseira do painel fotovoltaico com uma única superfície receptora de luz, de modo que o dispositivo composto que utiliza energia de luz seja formado como um todo. Concretização 4
[0035] Com referência à FIGURA 4, um sistema concentrador so- lar de acordo com outra Concretização da presente descrição é mos-
trado esquematicamente na estrutura após ser decomposto longitudi- nalmente. O sistema concentrador solar pode incluir uma primeira ca- mada de lente Fresnel 410, uma camada guia de luz em forma de cai- xa reta 420, uma segunda camada de lente Fresnel 430, uma camada cônica de guia de luz 440 e um dispositivo de utilização de energia da luz 450 e uma bandeja inferior 460.
[0036] Esta Concretização mostra uma implementação integrada do sistema de acordo com a presente descrição, a fim de facilitar a produção e reduzir custos. O aparelho de concentração de luz de Fresnel de acordo com a presente descrição pode ser fabricado indivi- dualmente e depois integrado em conjunto; ou cada camada pode ser composta de várias unidades, e cada camada é integrada separada- mente e depois combinada juntas como um todo; ou algumas cama- das usam uma estrutura integrada de várias unidades, enquanto ou- tras são estruturadas como um único elemento como um todo.
[0037] Como um exemplo, esta Concretização mostra uma mista, em que:
[0038] A primeira camada de lente Fresnel 410 pode incluir uma pluralidade de lentes Fresnel concentradoras de luz 411 dispostas em uma matriz, cada lente 411 pode ser uma lente Fresnel simples ou uma lente Fresnel composta, e toda a camada de lentes 410 pode ser formada pela combinação de uma pluralidade de unidades, ou pode ser um todo integral, e cada lente 411 é dividida por um padrão de sua superfície dentária;
[0039] A segunda camada de lente Fresnel 430 pode incluir uma pluralidade de lentes Fresnel concentradoras de luz 431 dispostas em uma matriz, cada uma das quais é uma lente Fresnel de foco múltiplo com uma cavidade na região central;
[0040] A camada de guia de luz em forma de caixa reta 420 pode ser formada por uma pluralidade de tubos de guia de luz em forma de caixa reta (não mostrados) dispostos em uma matriz, cada tubo guia de luz em forma de caixa reta pode corresponder a um par de lentes 411, 431 ou pode ser um grande tubo em forma de caixa reta de guia de luz como um todo; e
[0041] A camada de guia de luz cônica 440 pode incluir uma plura- lidade de tubos de guia de luz cônica 441 dispostos em uma matriz, em conformidade, o dispositivo de utilização de energia da luz 450 po- de incluir uma pluralidade de painéis fotovoltaicos 451 que são dispos- tos respectivamente na parte inferior do tubo cônico de guia de luz
441.
[0042] Para melhorar a velocidade de dissipação de calor do dis- positivo que utiliza energia da luz e aproveitar ao mesmo tempo o calor dissipado, uma bandeja inferior 460 também pode ser preferencial- mente incluída, a qual está disposta abaixo da camada cônica de guia de luz 440 e é enclausurada com a camada cônica de guia de luz, pa- ra formar um terceiro espaço fechado nesta Concretização. O terceiro espaço pode conter um meio de trabalho, que é conectado termica- mente ao painel fotovoltaico 451. O meio de trabalho pode de prefe- rência ser uma substância com uma grande capacidade térmica, que pode ser um sólido ou um fluido. O calor absorvido pelo meio de traba- lho pode ser fornecido para uso externo através de condução de calor adicional ou através da circulação do meio de trabalho. O meio de tra- balho fluido usado pode ser selecionado entre: água, óleo, fluido refri- gerante, gás comprimido e similar. Nesse caso, uma entrada e uma saída para a entrada e saída do meio de trabalho podem ser ainda fornecidas na bandeja inferior. O sistema de circulação do meio de trabalho líquido pode ser aberto ou fechado, o que pode ser determi- nado de acordo com o tipo do meio de trabalho e a forma desejada de utilização de energia térmica. De preferência, um dispositivo de con- versão termoelétrica (não mostrado) pode ainda ser fornecido na via de condução de calor entre o dispositivo de conversão fotovoltaica e o meio de trabalho. Por exemplo, o dispositivo de conversão termoelétri- ca pode ser disposto na parte traseira do fundo do tubo cônico de guia de luz 441 e embebido no meio de trabalho.
[0043] Como um modo de implementação preferido, esta Concre- tização pode ainda incluir um vibrador piezelétrico 470 tendo uma peça vibratória piezelétrica 471 e um circuito de acionamento (não mostrado nas figuras). A peça vibratória piezelétrica 471 é conectada mecani- camente à primeira camada de lente Fresnel 410 (por exemplo, fixada na parte externa da camada de guia de luz em forma de caixa reta 420) para levá-la a vibrar. O vibrador pode ser usado, por exemplo, para limpeza automática de uma superfície receptora de luz de um dispositivo de concentração de luz ou para remover neve e gelo. Em outras concretizações, a peça vibratória piezelétrica pode ser fixada em outras posições, o que não é limitado na presente descrição.
[0044] Os princípios e as maneiras de implementação presentes na descrição foram descritos acima com referência aos exemplos es- pecíficos, que são meramente fornecidos com a finalidade de entender a presente descrição e não se destinam a limitar a presente descrição. Será possível para aqueles especializados na técnica fazer variações com base no princípio da presente descrição.

Claims (12)

REIVINDICAÇÕES
1. Aparelho de concentração de luz de Fresnel, caracteri- zado pelo fato de que compreende: uma primeira camada de lente Fresnel; uma segunda camada de lente Fresnel; cada camada de lente compreendendo pelo menos uma lente Fresnel concentradora de luz; e uma camada guia de luz em forma de caixa reta que tem um formato de caixa reta, a primeira e a segunda camada de lentes Fresnel estando dispostas respectivamente em duas extremidades do formato de caixa reta, e a camada guia de luz em forma de caixa reta estando configurada para direcionar uma luz da primeira camada de lente Fresnel para a segunda camada de lente Fresnel; em que a parede interna da camada guia de luz em forma de caixa reta é uma superfície refletora espelhada; a camada guia de luz em forma de caixa reta compreende ainda um tubo de dispersão de luz tendo uma parede de tubo formada por uma lente Fresnel linear astigmática o tubo de dispersão de luz é consistente com a camada guia de luz em forma de caixa reta na dire- ção de extensão do comprimento e está disposta em um espaço inter- no da camada de guia de luz em forma de caixa reta, e a linha central focal da lente Fresnel astigmática linear é perpendicular à direção da extensão do comprimento.
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma lente Fresnel concentradora de luz da primeira ou segunda camada de lente Fresnel é uma lente Fresnel de foco múltiplo, ou uma lente Fresnel de dupla face ou uma lente Fresnel composta; e a lente Fresnel de foco múltiplo é dividida em diferentes re- giões de acordo com a distância do seu eixo óptico central, em que a região mais distante do eixo óptico central tem uma distância focal mais curta e a região mais próxima do eixo óptico central tem uma dis- tância focal mais longa, que inclui um caso em que a distância focal é infinita.
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que pelo menos uma lente Fresnel concentradora de luz da primeira ou segunda camada de lente Fresnel é uma lente Fresnel concentradora de luz linear, e a linha central de foco de cada lente Fresnel concentradora de luz linear em diferentes camadas é perpen- dicular uma à outra.
4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos uma das seguintes caracte- rísticas: a primeira lente Fresnel compreendendo uma pluralidade de lentes Fresnel concentradoras de luz dispostas em uma matriz; a segunda lente Fresnel compreendendo uma pluralidade de lentes Fresnel concentradoras de luz dispostas em uma matriz; e a camada guia de luz em forma de caixa reta compreen- dendo uma pluralidade de tubos de guia de luz em forma de caixa reta dispostos em uma matriz, a forma da seção transversal do tubo guia de luz em forma de caixa reta selecionado de um grupo que consiste em formato quadrilateral, hexagonal e circular.
5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma camada cônica de guia de luz disposta abaixo da se- gunda camada de lente Fresnel, em que a camada cônica de guia de luz inclui pelo menos um tubo refletor cônico de guia de luz tendo pelo menos parcialmente um espelho refletor na sua parede interna, uma abertura maior na parte superior e uma abertura menor na parte inferi- or, e a luz que converge através da segunda camada de lente Fresnel é incidente a partir da parte superior do tubo cônico de guia de luz.
6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato que a parte inferior do tubo cônico de guia de luz é fechada, formando um segundo espaço fechado com a segunda camada de lente Fresnel por sua parede do tubo.
7. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um vibrador piezelétrico tendo uma peça vibratória piezelé- trica e um circuito de acionamento, a peça vibratória piezelétrica es- tando mecanicamente conectada à primeira camada de lente de Fres- nel.
8. Sistema de concentração de luz solar, caracterizado pelo fato que compreende: o aparelho de concentração de luz de Fresnel, como defini- do na reivindicação 1; e pelo menos dispositivo que utiliza energia da luz tendo uma superfície receptora de luz disposta em um caminho óptico atrás do aparelho de concentração de luz de Fresnel.
9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato que: o sistema compreende o aparelho de concentração de luz de Fresnel, como definido na reivindicação 5; e o dispositivo de utilização de energia luminosa está dispos- to na parte inferior do tubo cônico de guia de luz ou no tubo cônico de guia de luz, e o dispositivo que utiliza energia da luz inclui um disposi- tivo de conversão fotovoltaica.
10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracteriza- do pelo fato que: o dispositivo de conversão fotovoltaica é um painel fotovol- taico com uma única superfície receptora de luz, que é disposta na parte inferior do tubo cônico de guia de luz e a superfície receptora de luz fica voltada para a parte superior do tubo cônico de guia de luz; ou, o dispositivo de conversão fotovoltaica é um painel fotovol- taico com duas superfícies receptoras de luz, que é disposto no tubo cônico de guia de luz e fixado no tubo cônico de guia de luz por um suporte termicamente condutor, e a parte inferior do tubo guia de luz cônica é fechada por um espelho refletor.
11. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma bandeja inferior disposta abaixo da camada cônica de guia de luz, formando um terceiro espaço fechado com a camada cô- nica de guia de luz, em que o terceiro espaço contém um meio de tra- balho conectado termicamente ao dispositivo de conversão fotovoltai- ca e o meio de trabalho é selecionado a partir de água, óleo, fluido re- frigerante e gás comprimido.
12. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracteriza- do pelo fato que, o dispositivo de utilização de energia da luz compre- ende ainda um dispositivo de conversão termoelétrica disposto sobre uma via de condução de calor para o dispositivo de conversão fotovol- taica dissipar o calor.
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Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4284839A (en) * 1978-12-18 1981-08-18 Johnson Steven A Internal refractor focusing solar energy collector apparatus and method
JPS59110176A (ja) * 1982-12-15 1984-06-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 集光式太陽光発電装置
JPS61145861A (ja) * 1984-12-19 1986-07-03 Mitsubishi Electric Corp 固体撮像素子
US5886821A (en) * 1997-10-02 1999-03-23 Fresnel Technologies, Inc. Lens assembly for miniature motion sensor
JP2000091612A (ja) * 1998-09-08 2000-03-31 Honda Motor Co Ltd 集光追尾式発電装置
JP2005105789A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Seratekku:Kk 圧電振動板を用いた除雪装置
JP2006332113A (ja) * 2005-05-23 2006-12-07 Sharp Corp 集光型太陽光発電モジュール及び集光型太陽光発電装置
US20100012171A1 (en) * 2008-03-05 2010-01-21 Ammar Danny F High efficiency concentrating photovoltaic module with reflective optics
CN101355114A (zh) * 2008-09-24 2009-01-28 江苏白兔科创新能源股份有限公司 一种聚光光伏发电cpv模组
JP2010166010A (ja) * 2009-01-13 2010-07-29 Tsutomu Watanabe 集光閉空間三次元太陽電池
TWI494633B (zh) * 2010-07-23 2015-08-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 聚光裝置
CN102338929B (zh) * 2010-07-27 2016-05-11 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 聚光装置
TW201214732A (en) * 2010-09-24 2012-04-01 Foxsemicon Integrated Tech Inc Light concentrator and solar cell apparatus
JP2012252228A (ja) * 2011-06-03 2012-12-20 Dainippon Printing Co Ltd 反射型スクリーンの製造方法、及び反射型スクリーン
CN102620232A (zh) * 2012-03-28 2012-08-01 陕西科技大学 透射式太阳光隧道直接增强照明的装置
JP2014035803A (ja) * 2012-08-07 2014-02-24 Konica Minolta Inc 太陽光集光用の光学系および太陽光集光システム
US9415428B2 (en) * 2013-08-15 2016-08-16 California Institute Of Technology Methods and systems for self-cleaning of photovoltaic panels
CN104456980B (zh) * 2014-12-09 2017-07-28 中国科学院工程热物理研究所 一种二次聚光反射‑透射型抛物槽式太阳能集热器
RU2017123879A (ru) * 2014-12-10 2019-01-11 Болимедиа Холдингз Ко. Лтд. Система измерения электромагнитного излучения
JP2016138911A (ja) * 2015-01-26 2016-08-04 株式会社クラレ フレネルレンズ、集光型太陽光発電モジュール、及び集光型太陽光発電装置
CN106533328B (zh) * 2015-09-11 2018-05-25 博立码杰通讯(深圳)有限公司 集成式太阳能利用装置及系统
CN206099878U (zh) * 2016-10-20 2017-04-12 博立码杰通讯(深圳)有限公司 聚光式光能接收装置

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