CN101595569A - 太阳辐射收集器 - Google Patents

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CN101595569A CNA2007800464413A CN200780046441A CN101595569A CN 101595569 A CN101595569 A CN 101595569A CN A2007800464413 A CNA2007800464413 A CN A2007800464413A CN 200780046441 A CN200780046441 A CN 200780046441A CN 101595569 A CN101595569 A CN 101595569A
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Abstract

一种包括聚光器(12)和光伏电池(14)的太阳辐射收集器(10)，聚光器(12)至少包括棱镜形的主要部(16)，主要部(16)包括：主入口孔(20)，其具有周边、适于接收辐射的外表面以及内表面；主接收器平面；侧壁(26)，其至少沿部分周边而与主入口孔(20)相接；以及反射底部表面。主要部(16)适于利用至少自主入口孔(20)的内表面的全内反射而将通过主入口孔(20)进入的辐射向着主接收器平面(24)进行聚集。主入口孔(20)包括参照区域，该参照区域被限定为主入口孔的位于两条线(36a，36b)之间的区域，所述线中的每一条是主入口孔(20)与虚平面(37a，37b)的相交线，虚平面与主接收器平面(24)的最末端(24a，24b)以及主入口孔(20)均垂直；主入口孔(20)的总面积超过了参照区域的总面积。

Description

太阳辐射收集器
技术领域
本发明涉及太阳辐射收集器，特别是涉及适合于聚集辐射的太阳辐射收集器。
背景技术
众所周知，可以通过各种方法利用太阳辐射来产生可用能源。其中一个方法是使用适于将太阳辐射转换成电的光伏电池。
进一步认识到，可以通过聚集太阳光来降低使用光伏电池产生电的单位功率成本。这样，相同量的太阳光可以射到能够提取相似量的或等量的电的更小型的因此更廉价的光伏电池。
现有技术中已知聚集太阳辐射的很多方法和装置。例如，授权给Uematsu等人的US 6294723公开了一种光伏模块，该光伏模块包括多个聚光器以及多个光电检测器，各聚光器具有光入射平面和反射平面，并且各光电检测器与这些聚光器中的一个相接触，即使该模块被安置为使得春(秋)分时的太阳光从右上侧倾斜地而不是垂直地入射到光入射平面，例如在该模块被安置为与屋顶等的曲面相接触的情况下，该模块也能够在全年中有效地捕获光并有效地产生电力。在该模块中，各聚光器被形成为满足下面如下关系的形状：在包括光入射平面、反射平面和光电检测器的横截面中从光入射平面的法线向右倾斜的第一入射光的光捕获效率比在上述横截面中从该法线向左倾斜的第二入射光的光捕获效率大，并且这些聚光器都布置在一个方向上。
授权给Gibson的US 2006/0283495公开了一种太阳能电池装置结构及其制造方法。该装置具有后盖元件，该后盖元件包括表面区域和背部区域。该装置还具有覆盖该后盖元件的表面区域而设置的多个光伏区域。在一个优选实施方式中，该多个光伏区域占据了整个光伏空间区域。该装置具有覆盖该后盖元件的一部分的封装材料以及与该封装材料连接的前盖元件。至少沿所述后盖元件和所述前盖元件的外周区域具有一交界区域。至少在该交界区域形成有密封区域以形成与该后盖元件和该前盖元件独立的太阳能电池。在一个优选实施方式中，对于独立的太阳能电池来说，该整个光伏空间区域/该后盖的表面区域的比例是大约0.8或小于0.8。
此外，在下述出版物中公开了太阳能聚光器：
·Ideal Prism Solar Concentrators，by D.R.Mills and J.E.Giutronich(published in Solar Energy，Vol.21，pp.423-430 by Pergamon Press，Ltd.，Great Britain；
·A New Static Concentrator PV Module with Bifacial Cells forIntegration on Facades：The PV Venetian Store，by J.Alonso，et al.，appearing in Photovoltaic Specialists Conference，2002.ConferenceRecord of the Twenty-Ninth IEEE，19-24May，2002，pp.1584-1587；and
·High Efficiency Photovoltaic Roof Tile with Static Concentrator，byS.Bowden，et al.，appearing in Photovoltaic Energy Conversion，1994.，Conference Record of the Twenty Fourth；IEEE Photovoltaic SpecialistsConference-1994，1994 IEEE First World Conference on，5-9 December，1994，pp.774-777。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种包括聚光器(例如，填充有电介质的聚光器)和光伏电池的太阳辐射收集器，其中，所述聚光器至少包括棱镜形的主要部，该主要部：
·包括：
主入口孔，该主入口孔具有周边、适于接收辐射(例如太阳光)的外表面、以及内表面；
主接收器平面；
侧壁，该侧壁至少沿部分所述周边而与所述主入口孔相接；以及
反射底部表面；并且
·适于利用至少自所述主入口孔的所述内表面的全内反射而将通过所述主入口孔进入的辐射向着所述主接收器平面进行聚集；
其中，所述主入口孔包括参照区域，该参照区域被限定为所述主入口孔的位于两条线之间的区域，所述线中的每一条是所述主入口孔与虚平面的相交线，其中所述虚平面与所述主接收器平面的最末端以及所述主入口孔均垂直(在几何形状上，该参照区域可以被形成为位于所述主入口孔上的矩形，其中例如当所述主入口孔和所述主接收器平面之间的相交线与所述周边的相对的一个边平行时，该矩形的一个边与所述主入口孔和所述主接收器平面之间的相交线重合)；所述主入口孔的总面积大致超过了所述参照区域的总面积，即至少部分所述周边大致偏离了所述参照区域(即从所述参照区域向外延伸)。因此，其聚光率大于其中入口孔与所述参照区域大致重合的类似设计的参照太阳辐射收集器的聚光率。
将会认识到，下文中在说明书和权利要求书中，术语棱镜和棱镜形应理解为是指能够透射的固体，而不限于任何特定形状。
将进一步认识到，下文中在说明书和权利要求书中，术语孔应理解为是指光入射表面，即，光通过其进入的表面，而不一定是指具有物理上的孔或开口。
在加以必要的变更的情况下，通过组合以下实施方式中的任意一个或更多个可以进一步实施所述太阳辐射收集器。
该太阳辐射收集器可以进一步包括辅助部，所述辅助部：
·具有与所述主接收器平面大致重合的第二入口孔；
·包括所述光伏电池；并且
·适于将经由所述第二入口孔而进入的辐射向着所述光伏电池进行引导。
所述辅助部可以是棱镜。所述主要部和所述辅助部可以一体地形成为单棱镜。
所述辅助部可以包括至少一个反射表面，该反射表面具有至少包括抛物面部的至少一个截面(即，其被形成为复合抛物面型聚光器[CPC])。
所述光伏电池可以是双面的，所述辅助部的所述反射表面被形成为具有两个抛物线段和以圆弧形成的中央段，使得：
·所述两个抛物线段的焦点互相重合并与所述圆弧的圆心重合，且位于所述辅助部内；
·所述抛物线段中每一个的近端与所述中央段的一端重合；
·所述抛物线段中每一个的远端与所述反射平面的一端重合；
·第一线和第二线间形成的锐角等于所述辅助部的接收角的一半，其中所述第一线连接所述圆弧的圆心以及所述抛物线段之一的远端，并且所述第二线从所述圆弧的中点起延伸出所述圆弧的圆心；以及
·所述光伏电池至少从所述圆弧的圆心延伸到所述反射表面的中央段的一点；
所述辅助部的接收角大致等于所述主要部的出射角。
所述光伏电池可以突出到所述反射表面之外。
所述光伏电池的第一边缘可以与所述第二入口孔的第一边缘大致重合，所述反射表面被形成为具有呈圆弧的第一段和呈抛物线的第二段，使得：
·所述光伏电池在所述第一段的第一端和所述辅助部的所述第二入口孔的第一端之间延伸；
·所述第二段在所述第一段的第二端和所述第二入口孔的第二端之间延伸；
·所述第二段的抛物线的焦点与所述第一段的第一端重合；以及
·第一线和第二线之间形成的锐角等于所述辅助部的所述接收角的一半，其中所述第一线沿所述第二入口孔延伸，所述第二线垂直于从所述第一段的第一端延伸至所述第一段的第二端的线；
所述辅助部的所述接收角大致等于所述主要部的所述出射角。
所述光伏电池可以是单面的。或者，所述光伏电池可以是双面的，并且能够透射红外辐射，所述太阳辐射收集器进一步包括上转换材料，该上转换材料适于将照射在其上的光再辐射为包含可见范围内的光谱分量的辐射，并且被设置成使得再辐射的光射到所述光伏电池上。
所述光伏电池可与所述主入口孔大致平行。
所述辅助部的所述反射表面可以是适于允许至少红外辐射从中通过的分色镜。
所述辅助部的侧壁可以向远离所述第二入口孔的方向互相倾斜(即，使得，所述辅助部在平面图中呈梯形)。
所述主要部的与所述主接收器平面相邻的至少两个侧壁可以是平面的，并且所述辅助部的侧壁与所述主要部的所述至少两个侧壁共面。
所述太阳辐射收集器的所述主入口孔可以呈包括至少四条边的形状，其中：
·第一边与所述主接收器平面的一个边缘重合；以及
·第二边和第三边都与所述侧壁之一的一个边缘重合。
所述主入口孔可以被形成为六边形；其第一边、第二边和第三边构成了六边形的相邻边，所述第一边位于所述第二边和所述第三边之间。。
所述第二边和所述第三边可以都在其近端与第一边相邻，并且都被形成为抛物线段，使得：
·形成所述第二边的抛物线的焦点与所述第一边和所述第三边之间的交点重合；
·形成所述第三边的抛物线的焦点与所述第一边和所述第二边之间的交点重合；
·第一线与第二线之间形成的锐角等于所述主要部的所述接收角的一半，其中所述第一线在所述第二边的近端和所述第二边的焦点之间延伸，所述第二线与所述第一边垂直地延伸。
所述侧壁可以从所述主入口孔垂直地突出出来。
或者，所述侧壁中至少一个侧壁的至少一部分可以被设置为使得其与所述主接收器孔形成一锐角。所述部分可以与所述主接收器孔相接。所述至少一个侧壁可以包括主接收器孔接触部，该主接收器孔接触部以非锐角与所述主接收器孔相接，所述部分与所述主接收器孔接触部相接。
所述主入口孔可以是平面的。
所述主入口孔的形状可以是在之间不留空隙地与具有相同形状的其他太阳辐射收集器镶嵌在一起。
所述底部反射表面可以是适于允许至少红外辐射从中通过的分色镜。
根据一个选择，所述主要部可以具有沿着与所述主接收器平面垂直的平面截取而呈直角三角形的截面，使得：
·其第一直角边与所述主接收器平面重合；
·其第二直角边与所述反射底部表面重合；以及
·其斜边与所述主入口孔重合。
根据另一选择，所述主要部可以具有沿着与所述主接收器平面垂直的平面截取而呈直角三角形的截面，使得：
·其第一直角边与所述主入口孔重合；
·其第二直角边与所述主接收器平面重合；以及
·其斜边与所述反射底部表面重合。
根据上述两个选择的其中之一，所述斜边与所述第二直角边之间的角度可以由下式给出：
θ = θ c - sin - 1 [ 1 n sin ( π 2 - θ a ) ] 2
其中：
·θ是所述斜边与所述第二直角边之间的角；
·θc是所述棱镜的全内反射的临界角；
·n是所述棱镜的折射率；以及
·θa是在安装所述太阳辐射收集器的位置处以弧度为单位的太阳的最大接收仰角。
所述太阳辐射收集器的所述主入口孔可以呈包括至少四条边的形状，其中：
·第一边与所述主接收器平面的一个边缘重合；以及
·第二边和第三边都与所述侧壁之一的一个边缘重合。
所述主入口孔可以被形成为六边形；其第一边、第二边和第三边构成了六边形的相邻边，所述第一边位于所述第二边和所述第三边之间。所述侧壁可以从所述主入口孔垂直地突出出来。所述主入口孔可以是平面的。
所述主入口孔的形状可以在之间不留空隙地与具有相同形状的其他太阳辐射收集器镶嵌在一起。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括聚光器和光伏电池的太阳辐射收集器，所述聚光器至少包括辅助部和棱镜形主要部，所述主要部：
·包括：
主入口孔，该主入口孔具有适于接收辐射的外表面，以及内表面；
主接收器平面；
反射侧壁，所述反射侧壁与所述主入口孔限定了上边缘；以及
反射底部表面；并且
·适于利用自所述主入口孔的所述内表面的全内反射而将通过所述主入口孔进入的辐射向着所述主接收器平面进行聚集；
所述辅助部：
·具有与所述主接收器平面大致重合的第二入口孔；
·具有与所述第二入口孔横向设置的所述第二接收器平面；
·包括沿所述接收器平面的所述光伏电池；以及
·包括具有沿着与所述第二入口孔和所述第二接收平面均垂直的平面截取的呈抛物面的截面的至少一个反射表面。
将会认识到，术语“横向设置”应当在其最宽泛的意义上加以理解，亦即，这两个平面互成一角度，使得这两个平面的沿着与这两个平面均垂直的平面截取的所有截面都是类似的。
在加以必要的变更的情况下，通过组合以下实施方式中的任意一个或更多个可以进一步实施所述太阳辐射收集器。
所述辅助部可以是棱镜。此外，所述主要部和所述辅助部一体地形成为单棱镜。
所述光伏电池可以是双面的，所述辅助部的所述反射表面被形成为具有两个抛物线段和以圆弧形成的中央段，使得：
·所述两个抛物线段的焦点互相重合并与所述圆弧的圆心重合，且位于所述辅助部内；
·所述抛物线段中每一个的近端与中央段的一端重合；
·所述抛物线段中每一个的远端与所述反射表面的一端重合；
·第一线和第二线间形成的锐角等于所述复合抛物面型聚光器的接收角的一半，其中第一线连接所述圆弧的圆心以及所述抛物线段之一的远端，并且所述第二线从所述圆弧的中点起延伸出所述圆弧的圆心；以及
·所述光伏电池至少从所述圆弧的圆心延伸到所述反射表面的所述中央段的一点。
所述辅助部的接收角大致等于所述主要部的出射角。
所述光伏电池可以突出到所述反射表面之外。
所述光伏电池的第一边缘可以与所述第二入口孔的第一边缘大致重合，所述反射表面被形成为具有呈圆弧的第一段和呈抛物线的第二段，使得：
·所述光伏电池在所述第一段的第一端与所述辅助部的所述第二入口孔的第一端之间延伸；
·所述第二段在所述第一段的第二端与所述第二入口孔的第二端之间延伸；
·所述第二段的抛物线的焦点与所述第一段的第一端重合；以及
·第一线和第二线之间形成的锐角等于所述复合抛物面型聚光器的的所述接收角的一半，其中所述第一线沿所述第二入口孔延伸，所述第二线垂直于从所述第一段的第一端延伸至所述第一段的第二端的线。
所述光伏电池可以是单面的。或者，所述光伏电池可以是双面的，并且能够透射红外辐射，所述太阳辐射收集器进一步包括上转换材料，该上转换材料适于将照射在其上的光再辐射为包含可见范围内的光谱分量的辐射，并且被设置成使得再辐射的光射到所述光伏电池上。
所述光伏电池可与所述主入口孔大致平行。
所述辅助部的所述反射表面可以是适于允许至少红外辐射从中通过的分色镜。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括聚光器和光伏电池的太阳辐射收集器，所述聚光器至少包括辅助部和棱镜形主要部，该主要部：
·包括：
主入口孔，该主入口孔具有适于接收辐射的外表面，以及内表面；
主接收器平面；
反射侧壁，所述反射侧壁与所述主入口孔限定了上边缘；以及
反射底部表面；并且
·适于利用自所述主入口孔的所述内表面的全内反射而将通过所述主入口孔进入的辐射向着所述主接收器平面进行聚集。
所述辅助部：
·具有与所述主接收器平面大致重合的第二入口孔；
·具有与所述第二入口孔横向设置的第二接收器平面；并且
·包括沿所述接收器平面的所述光伏电池；
所述辅助部的侧壁沿着远离所述第二入口孔的方向互相倾斜。
在加以必要的变更的情况下，通过组合以下实施方式中的任意一个或更多个可以进一步实施所述太阳辐射收集器。
所述主要部的与所述主接收器平面相邻的至少两个侧壁可以是平面的，所述辅助部的所述侧壁与所述主要部的所述至少两个侧壁共面。
所述辅助部可以是棱镜。此外，所述主要部和所述辅助部可以一体地形成为单棱镜。
所述辅助部可以包括至少一个反射表面，该至少一个反射表面具有至少包括抛物线部的至少一个截面(即，其被形成为复合抛物面型聚光器[CPC])。
所述光伏电池可以突出到所述反射表面之外。
所述光伏电池的第一边缘与所述第二入口孔的第一边缘大致重合，所述反射表面被形成为具有呈圆弧的第一段和呈抛物线的第二段，使得：
·所述光伏电池在所述第一段的第一端与所述辅助部的所述第二入口孔的第一端之间延伸；
·所述第二段在所述第一段的第二端与所述第二入口孔的第二端之间延伸；
·所述第二段的抛物线的焦点与所述第一段的第一端重合；以及
·第一线和第二线之间形成的锐角等于所述辅助部的所述接收角的一半，其中所述第一线沿所述第二入口孔延伸，所述第二线垂直于从所述第一段的第一端延伸至所述第一段的第二端的线；
所述辅助部的接收角大致等于所述主要部的出射角。
所述光伏电池可以是单面的。或者，所述光伏电池可以是双面的，并且能够透射红外辐射，所述太阳辐射收集器进一步包括上转换材料，该上转换材料适于将照射在其上的光再辐射为包含可见范围内的光谱分量的辐射，并且被设置成使得再辐射的光射到所述光伏电池上。
所述光伏电池可与所述主入口孔大致平行。
所述辅助部的所述反射表面可以是适于允许至少红外辐射从中通过的分色镜。
根据本发明更进一步的另一方面，提供了一种包括多个根据上述方面和/或实施方式中的任意一个的太阳辐射收集器的太阳能电池阵列。
根据上述方面，特别是当均利用上述直角三角形截面来实施各太阳辐射收集器时，该太阳能电池阵列由以下实施方式中的任意一个来实施：
·所述太阳辐射收集器的所述主入口孔可以均被设计为用于安装成大致水平地定位，使得所述主接收器平面的与所述主入口孔相接触的边缘沿东西向的线定位，并且所述主接收器平面的面对着所述主要部的内部的表面面向赤道。
·所述太阳辐射收集器的所述主入口孔可以均被设计为用于安装成大致垂直地定位，使得所述主接收器平面的与所述主入口孔相接触的边缘沿东西向的线定位，并且所述主接收器平面的面对着所述主要部的内部的表面面向上。
将会认识到，根据上述方面中的任意一个的太阳辐射收集器和/或太阳能电池阵列：
·具有平板形因数；
·具有平板形因数；
·可以用作非跟踪式(即，静态)聚光器；
·一旦安装(除了清洁之外)不需维护；
·可以被设计为在地球上的任何地方使用；以及
·通过一些设计，利用双面光伏电池可以实现高达大约9的聚光率。
附图说明
为了理解本发明并领会在实践中如何实施本发明，下面参照附图仅以非限制性实施例的方式说明本发明的实施方式，在附图中：
图1A和1B分别是太阳辐射收集器的一个实施例的透视图和俯视图；
图1C和1D分别是太阳辐射收集器的一个另选实施例的底部透视图和仰视图；
图1E和1F分别是太阳辐射收集器另一个另选实施例的底部透视图和仰视图；
图2A是沿图1A中II-II线截取的该太阳辐射收集器的截面图；
图2B至2D是图2A中例示的该太阳辐射收集器的聚光器的辅助部的细部图；
图3A示出了图1A和图1B中例示的该太阳辐射收集器在使用时的俯视图；
图3B是图1A和1B中例示的该太阳辐射收集器的透视图，表示了与其主入口孔相交的虚平面；
图4A例示了包括多个图1A至3所示的太阳辐射收集器的太阳能电池阵列；
图4B和4C是沿图4A中的IV-IV线截取的该太阳能电池阵列的截面图；
图5A是根据本发明的一个修改例的沿图1A中的II-II线截取的该太阳辐射收集器的截面图；
图5B是图5A中例示的太阳辐射收集器的聚光器的辅助部的细部
图5C是根据本发明的又一个修改例的图5A和5B中例示的太阳辐射收集器的截面图；
图6是根据一个修改例的位于该太阳辐射收集器的辅助部与其光伏电池之间的交界面的细部图；
图7A、8A和9A是根据又一个修改例的太阳辐射收集器的俯视图；
图7B、8B和9B例示了太阳能电池阵列，各太阳能电池阵列分别包括多个在图7A、8A和9A中例示的太阳辐射收集器；
图10A是太阳辐射收集器的又一个实施例的俯视图；
图10B是在图10A中沿VIII-VIII线截取的该太阳辐射收集器的截面图；以及
图10C例示了包括多个图10A和10B所示的太阳辐射收集器的太阳能电池阵列。
具体实施方式
如图1A和图1B所示，本发明提供了由10总括指示的太阳辐射收集器。该收集器10包括由棱镜构成的聚光器12以及可嵌在其中的光伏电池14。该聚光器12可由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或任何其他合适的材料制成。如图1B所示，该聚光器12包括主要部16和可选的辅助部18。
该主要部16限定在主入口孔20(其构成了该聚光器12的平面式的顶部表面)、底部反射表面22(其例如通过设置有高反射性涂层而具有高反射性)、以及主接收器平面24之间。在图1A和1B所示的实施方式中，该主要部被形成为在平面图中呈六边形。该主要部16的侧壁26从该主入口孔20垂直向下延伸。
根据另选实施例，例如图1C至1E中所示，该主要部16的侧壁26中的至少一些从该主入口孔20以非垂直的方式向下延伸，即，这些侧壁以与该主入口孔20之间形成锐角的方式设置。这些侧壁可以是直的或者具有如CPC那样的抛物面反射器的形状。这些侧壁也可以涂有反射材料或者被设计成对射到其上的辐射进行全内反射。
根据第一另选实施例，如图1C和1D所示，一些侧壁的由26a表示的第一部(在图1C中不可见)从该主入口孔20大致垂直地或者稍成钝角地向下延伸。与该主入口孔20成锐角布置的辅助部26b设置在第一部26a下方。此外，该聚光器包括与该主入口孔20成锐角布置的最后面的侧壁26c。
根据第一另选实施例，如图1E和1F所示，该聚光器的最前面的侧壁26d(在图1E中不可见)从该主入口孔20大致垂直地或者与之稍成钝角地向下延伸。该聚光器的最后面的侧壁26e从该主入口孔20以与之成锐角布置的方式向下延伸。
根据第一实施例中的任意一个，该聚光器12的聚光率增加。此外，可以使用更小的光伏电池14。
将会认识到，尽管在附图中用实线表示该主接收器平面24，但是该主接收器平面可能无法在物理上进行区分，例如，该主要部和辅助部可以由连续式棱镜构成。
该辅助部18包括反射表面28、侧壁30、以及第二入口孔25，其中，该反射表面28例如通过设置有高反射性涂层而具有高反射性，第二入口孔25根据本实施例而与该主要部的该主接收器平面24重合。该辅助部18的侧壁30可与该主要部16的侧壁26共面，即侧壁30以远离该第二入口孔25的方向互相倾斜(因此，从平面图中看，该辅助部呈梯形)。根据本实施例呈双面的该光伏电池14沿其第二接收平面而嵌在该辅助部18内。
在图2A中可以最佳地看出，该主要部具有直角三角形截面，其中，第一直角边(cathetus)32a构成该主接收器平面24，第二直角边32b构成该底部反射表面22，而该斜边32c构成该主入口孔20。该辅助部18的该反射表面28被形成为复合抛物面型聚光器(CPC)，例如形成有圆形渐开线。
此外，图2A例示了经由该主入口孔进入的辐射的射线R是如何经由全内反射而向该主接收器平面反射的。
例如，如图2B更详细所示，该反射表面22可以被形成为具有呈圆弧的由22a指示的中央段和两个抛物线段22b。这两个抛物线的焦点彼此重合并与该圆弧的圆心重合，如点22c所示。该点22c位于该辅助部内。该辅助部进一步被形成为使得第一线22d与第二线22e之间形成的锐角等于该辅助部的接收角的一半(该辅助部的接收角应当被设计为等于该主要部的出射角)，其中，第一线22d连接该圆弧的圆心与这两个抛物线段之一的远端，第二线22e从该圆弧的中点起延伸出该圆弧的圆心。如图2C和2D所示，该光伏电池14可以沿该中央段22a的任一半径设置。
此外，该光伏电池14的突出部14a稍微突出到顶点之外。下面将说明这样做的目的。
在选择该第二直角边32b与该斜边32c之间的角度(即，该底部反射表面22的平面与该主入口孔20的平面之间的角度)时，该角度如图2A所示的θ，主要考虑的是经由该主入口孔进入的辐射将在该聚光器12的该主要部16内进行反射，直到到达该主接收器平面24。这样，减小了反射的辐射量。为确保使反射的辐射量减小，应当确保照射在该主入口孔20上并且通过该主入口孔20而进入的辐射在该棱镜内部的全内反射。为实现这一点，该棱镜角度θ由下式确定：
θ = θ c - sin - 1 [ 1 n sin ( π 2 - θ a ) ] 2 - - - ( 1 )
其中，
·θ是棱镜角度；
·θc是棱镜的全内反射的临界角；
·n是棱镜的折射率；以及
·θa是安装该太阳辐射收集器的位置上以弧度为单位的阳光的最大接收仰角。
例如，由Ideal Prism Solar Concentrators by D.R.Mills andJ.E.Giutronich(published in Solar Energy，Vol.21，pp.423-430byPergamon Press，Ltd.，Great Britain，以引证方式将其全部内容并入于此)可知，在这种情况下该主要部的聚光率由下式给出：
C = 1 sin θ - - - ( 2 )
其中，C是该主要部的聚光率。
对于折射率为1.5的材料和接收角为90度(即，在赤道)的情况来说，C接近2.8。
进入该主接收器平面24的辐射直接地或者通过从该反射表面28的内部反射出来而射到该光伏电池14上。由于该反射表面28被形成为抛物面，该辐射被进一步聚集(例如上升了大约7％)，这可以将总聚光率提高到大约3。
在使用中，如图3A所示，经由该主入口孔20沿着位于与该主接收器平面24垂直的平面内的路径进入该聚光器12的如箭头34a和34b所示的辐射(由于图3A例示了该太阳辐射收集器的俯视图，该辐射即使在经由该主入口孔进入之后也被示出为直线；将认识到，事实上该辐射是在该接收器内反射，如图2A所示)被直接反射至该主接收器平面。(为清楚起见，该辅助部没有在图3中示出。)对于进入虚线36a和36b之间的区域36的所有辐射而言都是如此。将会认识到，如图3B所示，各虚线36a和36b是主入口孔20的平面与虚平面37a和37b之间的相交线，虚平面37a和37b与该主入口孔以及该主接收器平面24的最末端24a和24b垂直。经由该主入口孔外侧区域36进入该聚光器的由箭头34c和34d表示的辐射离开侧壁26向该主接收器平面24反射。由于每单位区域的射到光伏电池上的辐射量因电池的尺寸减小而增加，这使得聚光率增加。此外，因为太阳的方位角在一天中不断变化，进入该聚光器12的辐射通常不沿着与该主接收器平面垂直的平面内的路径而进入。因此，可以将该主入口孔的确切形状(即诸如六边形的角之类的几何参数)设计为使到达该主接收器平面的辐射量最优。这取决于该太阳辐射收集器10的使用位置。这些参数可由如光线追踪的计算方式而确定。设计该主入口孔的形状时需要考虑的因素包括整体系统聚光率、材料成本、预期使用位置以及期望的效率。
因为该光伏电池14在使用中由于其上的辐射聚集而发热，例如通过在其突出部14a上附接可与冷却散热器或者周围空气热学上接触的诸如冷却片之类的冷却元件(未示出)可以对光伏电池14进行冷却。
此外，该底部反射表面22和/或该辅助部18的该反射表面28可以是分色镜(dichroic filter)，该分色镜适于允许红外辐射通过，并至少对可见光谱中的光进行反射。根据这一修改，到达该光伏电池14的光将变得更冷。
如图4A所示，可以将多个太阳辐射收集器10镶嵌在一起以形成通常用100表示的太阳能电池阵列。由于该太阳辐射收集器10的形状，在相邻的收集器的主入口孔20之间没有缝隙，因此射到太阳能电池阵列上的所有辐射进入到这些收集器中的一个。如图4B所示，由于该主要部16的截面为三角形，各太阳辐射收集器10的辅助部18位于与之直接相邻的太阳辐射收集器下方。因此，没有参与直接收集辐射的辅助部不会干涉主入口孔20的镶嵌。
该太阳能电池阵列可以水平地安装，如图4B所示，使得各主接收器平面24的与该主入口孔20接触的边缘沿着东西向的线定位，并且该主接收器平面的面对该主要部内部的表面21面向赤道。
如图4C所示，该太阳能电池阵列也可垂直地安装，使得各主接收器平面24的与该主入口孔20接触的边缘沿着东西向的线定位，并且该主接收器平面的面对该主要部内部的表面朝上。
可以对以上参照图1A至图3描述的非限制性实施例进行修改。
例如，如图5A所示，并在图5B中更详细地示出的，该辅助部18的该反射表面28的截面的形状可以是具有呈圆弧形的第一段22f以及呈抛物线段形式的第二段22g的非对称CPC，使得该抛物线的一端与该第二入口孔25的一端重合，并且该抛物线的焦点与该接收位置的另一端重合。此外，第一线22h与第二线22j之间形成的锐角α等于该辅助部的接收角的一半(该辅助部的接收角应当被设计为等于该主要部的出射角)，其中，第一线22h沿该第二入口孔25延伸，第二线22j与从该第一段的第一端延伸到该第一段的第二端的线22k垂直。可以是单面或双面的该光伏电池14沿着第二接收平面延伸，该第二接收平面在该第一段的一端和由该主要部16的该底部反射表面22与该主接收器平面24所限定的相交线之间延伸。该光伏电池14可以沿任意角度设置，例如，与该主入口孔20平行。该光伏电池14的突出部14a并非是必需的，因为冷却系统可以与其下部进行热学接触。
如图5C所示，在图5A和5B中所示实施例的光伏电池14为双面的情况下，由适于将红外辐射为可见光谱中的辐射的材料制成的上转换(up-conversion)表面40设置在该光伏电池下方并布置为使得来自该光伏电池的辐射向后反射。使用中，可能占到达该光伏电池的总辐射大约25％的任何红外辐射从该光伏电池穿过(已知红外辐射大致能透过双面光伏电池)并射到该上转换表面40上。红外光照射到该上转换材料上，并且将其再辐射为包含可见范围内的光谱成分的辐射。该再辐射的辐射照在该光伏电池14的底侧，因此增加了转换为电的太阳辐射的总量。此外，因为该红外辐射最终转换为电，所以浪费的热量更少，并且该光伏电池14受热的程度比不设计成这样的情况要小。尽管图5C中所示的该上转换表面40为平面的，但应认识到，该上转换表面40可以是任何其他期望的形状，例如曲面等。
如图6所示，该辅助部18的与光伏电池邻接(abut)的表面可以形成有位于其母线(bus-bar)14b之上的槽42。该槽42被形成为使得其表面44对射到其上的所有辐射进行反射(即，全内反射)。因此，更多的光到达了该光伏电池14的有效(active)区域14c，从而增加了由此产生的电量。
如图7A至9B所示，该主入口孔20可具有与上述参照图1A至3而描述的形状不同的形状。例如，如图7A所示，该主入口孔的边可包括第一边38a、第二边38b和第三边38c、第四边38d和第五边38e以及第六边38f，其中，第一边38a构成该主接收器平面的顶部边缘，第二边38b和第三边38c被形成为抛物线段，第四边38d和第五边38e被形成为与第二边和第三边互补(complementary)，而第六边38f与第一边平行且与第一边的长度相等。如图7A所示，第二边38b的抛物线的焦点与第三边和第一边的交点重合。第一线38g与第二线38h之间形成的锐角等于该主要部的接收角的一半，其中，第一线38g在该第二边38b的焦点与该第二边和第四边的交点之间延伸，第二线38h与该第一边垂直。(示出了辅助部18以供参考。)将会认识到，图7A中所示的太阳辐射收集器的侧壁构成了复合抛物面型聚光器。
图8A和9A例示了太阳辐射收集器10的主入口孔20的其他可能的设计，示出了各自的辅助部18以供参考。
如图7B、8B和9B所示，可以将多个太阳辐射收集器镶嵌起来形成太阳能电池阵列100，相邻的太阳辐射收集器10之间没有缝隙，其中，各太阳辐射收集器分别如图7A、8A和9A所示。
根据另一实施例，如图10A和10B所示，该太阳辐射收集器10的该主入口孔20可以被形成为两部分20a和20b，每一部分被形成为相同的等腰梯形，并被布置成其各自的短平行边互相重合。该光伏电池14从重合的短平行端向下延伸。
如图10B所示，收集器的一侧被形成为具有第一部分16(其具有平面的主入口孔20b)、底部反射表面22、以及主接收器平面24(如图10B中的虚线所示)，这些部分参照图2如上所述地以类似方式布置。该辅助部18被限定在该主接收器平面24与该光伏电池14之间。另一侧具有底部反射部22，该反射部22成一角度以将来自另一侧的辐射直接向该光伏电池14进行反射。
如图10C所示，可以将多个太阳辐射收集器(各太阳辐射收集器如图10A所示)镶嵌起来以形成太阳能电池阵列100，在相邻的太阳辐射收集器之间没有缝隙。在使用中，该电池阵列被定位成使得该光伏电池14(如图10C中虚线所示)沿东西向的线设置。
本发明所属领域的技术人员将容易认识到，在不偏离本发明的范围的情况下可以做出多种变化改变和修改(加以必要的修正)。

Claims (53)

1.一种包括聚光器和光伏电池的太阳辐射收集器，所述聚光器至少包括棱镜形的主要部，该主要部：
·包括：
主入口孔，该主入口孔具有周边、适于接收辐射的外表面、以及内表面；
主接收器平面；
侧壁，该侧壁至少沿部分所述周边而与所述主入口孔相接；以及
反射底部表面；并且
·适于利用至少自所述主入口孔的所述内表面的全内反射而将通过所述主入口孔进入的辐射向着所述主接收器平面进行聚集；
其中，所述主入口孔包括参照区域，该参照区域被限定为所述主入口孔的位于两条线之间的区域，所述线中的每一条是所述主入口孔与虚平面的相交线，其中所述虚平面与所述主接收器平面的最末端以及所述主入口孔均垂直；所述主入口孔的总面积大致超过了所述参照区域的总面积。
2.根据权利要求1所述的太阳辐射收集器，该太阳辐射收集器进一步包括辅助部，所述辅助部：
·具有与所述主接收器平面大致重合的第二入口孔；
·包括所述光伏电池；并且
·适于将经由所述第二入口孔而进入的辐射向着所述光伏电池进行引导。
3.根据权利要求2所述的太阳辐射收集器，其中，所述辅助部是棱镜。
4.根据权利要求3所述的太阳辐射收集器，其中，所述主要部和所述辅助部一体地形成为单棱镜。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的太阳辐射收集器，其中，所述辅助部包括至少一个反射表面，该反射表面具有至少包括抛物面部的至少一个截面。
6.根据权利要求5所述的太阳辐射收集器，所述光伏电池是双面的，所述辅助部的所述反射表面被形成为具有两个抛物线段和以圆弧形成的中央段，使得：
·所述两个抛物线段的焦点互相重合并与所述圆弧的圆心重合，且位于所述辅助部内；
·所述抛物线段中每一个的近端与所述中央段的一端重合；
·所述抛物线段中每一个的远端与所述反射平面的一端重合；
·第一线和第二线间形成的锐角等于所述辅助部的接收角的一半，其中所述第一线连接所述圆弧的圆心以及所述抛物线段之一的远端，并且所述第二线从所述圆弧的中点起延伸出所述圆弧的圆心；以及
·所述光伏电池至少从所述圆弧的圆心延伸到所述反射表面的中央段的一点；
所述辅助部的接收角大致等于所述主要部的出射角。
7.根据权利要求6所述的太阳辐射收集器，其中，所述光伏电池突出到所述反射表面之外。
8.根据权利要求5所述的太阳辐射收集器，所述光伏电池的第一边缘与所述第二入口孔的第一边缘大致重合，所述反射表面被形成为具有呈圆弧的第一段和呈抛物线的第二段，使得：
·所述光伏电池在所述第一段的第一端和所述辅助部的所述第二入口孔的第一端之间延伸；
·所述第二段在所述第一段的第二端和所述第二入口孔的第二端之间延伸；
·所述第二段的抛物线的焦点与所述第一段的第一端重合；以及
·第一线和第二线之间形成的锐角等于所述辅助部的所述接收角的一半，其中所述第一线沿所述第二入口孔延伸，所述第二线垂直于从所述第一段的第一端延伸至所述第一段的第二端的线；
所述辅助部的所述接收角大致等于所述主要部的所述出射角。
9.根据权利要求8所述的太阳辐射收集器，其中，所述光伏电池是单面的。
10.根据权利要求8所述的太阳辐射收集器，其中，所述光伏电池为双面的并且能够透射红外辐射，所述太阳辐射收集器进一步包括上转换材料，该上转换材料适于将照射在其上的光再辐射为包含可见范围内的光谱分量的辐射，并且被设置成使得再辐射的光射到所述光伏电池上。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的太阳辐射收集器，其中，所述光伏电池与所述主入口孔大致平行。
12.根据权利要求5至11中任一项所述的太阳辐射收集器，其中，所述辅助部的所述反射表面是适于允许至少红外辐射从中通过的分色镜。
13.根据权利要求2至12中任一项所述的太阳辐射收集器，其中，所述辅助部的侧壁向远离所述第二入口孔的方向互相倾斜。
14.根据权利要求13所述的太阳辐射收集器，其中，所述主要部的与所述主接收器平面相邻的至少两个侧壁是平面的，并且所述辅助部的侧壁与所述主要部的所述至少两个侧壁共面。
15.根据前述权利要求中任一项所述的太阳辐射收集器，其中，所述太阳辐射收集器的所述主入口孔呈包括至少四条边的形状，其中：
·第一边与所述主接收器平面的一个边缘重合；以及
·第二边和第三边各与所述侧壁之一的一个边缘重合。
16.根据权利要求15所述的太阳辐射收集器，其中，所述主入口孔被形成为六边形；其第一边、第二边和第三边构成了六边形的相邻边，所述第一边位于所述第二边和所述第三边之间。
17.根据权利要求15所述的太阳辐射收集器，其中，所述第二边和所述第三边都在其近端与第一边相邻，并且都被形成为抛物线段，使得：
·形成所述第二边的抛物线的焦点与所述第一边和所述第三边之间的交点重合；
·形成所述第三边的抛物线的焦点与所述第一边和所述第二边之间的交点重合；
·第一线与第二线之间形成的锐角等于所述主要部的所述接收角的一半，其中所述第一线在所述第二边的近端和所述第二边的焦点之间延伸，所述第二线与所述第一边垂直地延伸。
18.根据前述权利要求中任一项所述的太阳辐射收集器，其中，所述侧壁从所述主入口孔垂直地突出出来。
19.根据权利要求1至17中任一项所述的太阳辐射收集器，其中，所述侧壁中至少一个侧壁的至少一部分被设置为使得其与所述主接收器孔形成一锐角。
20.根据权利要求19所述的太阳辐射收集器，其中，所述部分与所述主接收器孔相接。
21.根据权利要求19所述的太阳辐射收集器，其中，所述至少一个侧壁包括主接收器孔接触部，该主接收器孔接触部以非锐角与所述主接收器孔相接，所述部分与所述主接收器孔接触部相接。
22.根据前述权利要求中任一项所述的太阳辐射收集器，其中，所述主入口孔是平面的。
23.根据前述权利要求中任一项所述的太阳辐射收集器，其中，所述主入口孔的形状为能够在之间不留空隙地与具有相同形状的其他太阳辐射收集器镶嵌在一起的形状。
24.根据前述权利要求中任一项所述的太阳辐射收集器，其中，所述底部反射表面是适于允许至少红外辐射从中通过的分色镜。
25.根据前述权利要求中任一项所述的太阳辐射收集器，其中，所述主要部具有沿着与所述主接收器平面垂直的平面截取而呈直角三角形的截面，使得：
·其第一直角边与所述主接收器平面重合；
·其第二直角边与所述反射底部表面重合；以及
·其斜边与所述主入口孔重合。
26.根据前述权利要求中任一项所述的太阳辐射收集器，其中，所述主要部具有沿着与所述主接收器平面垂直的平面截取而呈直角三角形的截面，使得：
·其第一直角边与所述主入口孔重合；
·其第二直角边与所述主接收器平面重合；以及
·其斜边与所述反射底部表面重合。
27.根据权利要求25至26中任一项所述的太阳辐射收集器，其中，所述斜边与所述第二直角边之间的角度由下式给出：
θ = θ c - sin - 1 [ 1 n sin ( π 2 - θ a ) ] 2
其中：
·θ是所述斜边与所述第二直角边之间的角；
·θc是所述棱镜的全内反射的临界角；
·n是所述棱镜的折射率；以及
θa是在安装所述太阳辐射收集器的位置处以弧度为单位的阳光的最大接收仰角。
28.一种包括聚光器和光伏电池的太阳辐射收集器，所述聚光器至少包括辅助部和棱镜形主要部，所述主要部：
·包括：
主入口孔，该主入口孔具有适于接收辐射的外表面，以及内表面；
主接收器平面；
反射侧壁，所述反射侧壁与所述主入口孔至少限定了部分上边缘；以及
反射底部表面；并且
·适于利用自所述主入口孔的所述内表面的全内反射而将通过所述主入口孔进入的辐射向着所述主接收器平面进行聚集；
所述辅助部：
·具有与所述主接收器平面大致重合的第二入口孔；
·具有与所述第二入口孔横向设置的第二接收器平面；
·包括沿所述接收器平面的所述光伏电池；以及
·包括具有截面的至少一个反射表面，该至少一个反射表面具有至少包括抛物线部的至少一个截面。
29.根据权利要求28所述的太阳辐射收集器，其中，所述辅助部是棱镜。
30.根据权利要求29所述的太阳辐射收集器，其中，所述主要部和所述辅助部一体地形成为单棱镜。
31.根据权利要求28至30中任一项所述的太阳辐射收集器，所述光伏电池是双面的，所述辅助部的所述反射表面被形成为具有两个抛物线段和以圆弧形成的中央段，使得：
·所述两个抛物线段的焦点互相重合并与所述圆弧的圆心重合，且位于所述辅助部内；
·所述抛物线段中每一个的近端与所述中央段的一端重合；
·所述抛物线段中每一个的远端与所述反射平面的一端重合；
·第一线和第二线之间形成的锐角等于所述复合抛物线型聚光器的接收角的一半，其中所述第一线连接所述圆弧的圆心以及所述抛物线段之一的远端，并且所述第二线从所述圆弧的中点起延伸出所述圆弧的圆心；以及
·所述光伏电池至少从所述圆弧的圆心延伸到所述反射表面的所述中央段的一点。
32.根据权利要求31所述的太阳辐射收集器，其中，所述光伏电池突出到所述反射表面之外。
33.根据权利要求28至30中任一项所述的太阳辐射收集器，所述光伏电池的第一边缘与所述第二入口孔的第一边缘大致重合，所述反射表面被形成为呈圆弧的第一段和呈抛物线的第二段，使得：
·所述光伏电池在所述第一段的第一端与所述辅助部的所述第二入口孔的第一端之间延伸；
·所述第二段在所述第一段的第二端与所述第二入口孔的第二端之间延伸；
·所述第二段的抛物线的焦点与所述第一段的第一端重合；以及
·第一线和第二线之间形成的锐角等于所述复合抛物线聚光器的所述接收角的一半，其中，所述第一线沿所述第二入口孔延伸，所述第二线垂直于从所述第一段的第一端延伸至所述第一段的第二端的线。
34.根据权利要求33所述的太阳辐射收集器，其中，所述光伏电池是单面的。
35.根据权利要求33所述的太阳辐射收集器，其中，所述光伏电池是双面的并且能够透射红外辐射，所述太阳辐射收集器进一步包括上转换材料，该上转换材料适于将照射在其上的光再辐射为包含可见范围内的光谱分量的辐射，并且被设置成使得再辐射的光射到所述光伏电池上。
36.根据权利要求33至35中任一项所述的太阳辐射收集器，其中，所述光伏电池与所述主入口孔大致平行。
37.根据权利要求28至36中任一项所述的太阳辐射收集器，其中，所述辅助部的所述底部反射表面和所述反射表面中的至少一个是适于允许至少红外辐射从中通过的分色镜。
38.一种包括聚光器和光伏电池的太阳辐射收集器，所述聚光器至少包括辅助部和棱镜形主要部，该主要部：
·包括：
主入口孔，该主入口孔具有适于接收辐射的外表面，以及内表面；
主接收器平面；
反射侧壁，所述反射侧壁与所述主入口孔限定了上边缘；以及
反射底部表面；并且
·适于利用自所述主入口孔的所述内表面的全内反射而将通过所述主入口孔进入的辐射向着所述主接收器平面进行聚集。
所述辅助部：
·具有与所述主接收器平面大致重合的第二入口孔；
·具有与所述第二入口孔横向设置的第二接收器平面；并且
·包括沿所述接收器平面的所述光伏电池；
所述辅助部的侧壁沿着远离所述第二入口孔的方向互相倾斜。
39.根据权利要求28所述的太阳辐射收集器，其中，所述主要部的与所述主接收器平面相邻的至少两个侧壁是平面的，所述辅助部的所述侧壁与所述主要部的所述至少两个侧壁共面。
40.根据权利要求29所述的太阳辐射收集器，其中，所述辅助部是棱镜。
41.根据权利要求40所述的太阳辐射收集器，其中，所述主要部和所述辅助部一体地形成为单棱镜。
42.根据权利要求28至41中任一项所述的太阳辐射收集器，其中，所述辅助部包括至少一个反射表面，该至少一个反射表面具有至少包括抛物线部的至少一个截面。
43.根据权利要求42所述的太阳辐射收集器，所述光伏电池是双面的，所述辅助部的所述反射表面被形成为具有两个抛物线段和以圆弧形成的中央段，使得：
·所述两个抛物线段的焦点互相重合并与所述圆弧的圆心重合，且位于所述辅助部内；
·所述抛物线段中每一个的近端与中央段的一端重合；
·所述抛物线段中每一个的远端与所述反射表面的一端重合；
·第一线和第二线间形成的锐角等于所述辅助部的接收角的一半，其中第一线连接所述圆弧的圆心以及所述抛物线段之一的远端，并且所述第二线从所述圆弧的中点起延伸出所述圆弧的圆心；以及
·所述光伏电池至少从所述圆弧的圆心延伸到所述反射表面的所述中央段的一点；
所述辅助部的接收角大致等于所述主要部的出射角。
44.根据权利要求43所述的太阳辐射收集器，其中，所述光伏电池突出到所述反射表面之外。
45.根据权利要求42所述的太阳辐射收集器，所述光伏电池的第一边缘与所述第二入口孔的第一边缘大致重合，所述反射表面被形成为具有呈圆弧的第一段和呈抛物线的第二段，使得：
·所述光伏电池在所述第一段的第一端与所述辅助部的所述第二入口孔的第一端之间延伸；
·所述第二段在所述第一段的第二端与所述第二入口孔的第二端之间延伸；
·所述第二段的抛物线的焦点与所述第一段的第一端重合；以及
·第一线和第二线之间形成的锐角等于所述辅助部的所述接收角的一半，其中所述第一线沿所述第二入口孔延伸，所述第二线垂直于从所述第一段的第一端延伸至所述第一段的第二端的线；
所述辅助部的接收角大致等于所述主要部的出射角。
46.根据权利要求45所述的太阳辐射收集器，其中，所述光伏电池是单面的。
47.根据权利要求45所述的太阳辐射收集器，其中，所述光伏电池是双面的，并且能够透射红外辐射，所述太阳辐射收集器进一步包括上转换材料，该上转换材料适于将照射在其上的光再辐射为包含可见范围内的光谱分量的辐射，并且被设置成使得再辐射的光射到所述光伏电池上。
48.根据权利要求45至47中任一项所述的太阳辐射收集器，其中，所述光伏电池与所述主入口孔大致平行。
49.根据权利要求38至48中任一项所述的太阳辐射收集器，其中，所述辅助部的所述底部反射表面和所述反射表面中的至少一个是适于允许至少红外辐射从中通过的分色镜。
50.一种包括多个根据前述权利要求中任一项所述的太阳辐射收集器的太阳能电池阵列。
51.一种包括多个根据权利要求25至27中任一项所述的太阳辐射收集器的太阳能电池阵列。
52.根据权利要求51所述的太阳能电池阵列，其中，所述太阳辐射收集器的所述主入口孔均被设计为用于安装成大致水平地定位，使得所述主接收器平面的与所述主入口孔相接触的边缘沿东西向的线定位，并且所述主接收器平面的面对着所述主要部的内部的表面面向赤道。
53.根据权利要求51所述的太阳能电池阵列，其中，所述太阳辐射收集器的所述主入口孔均被设计为用于安装成大致垂直地定位，使得所述主接收器平面的与所述主入口孔相接触的边缘沿东西向的线定位，并且所述主接收器平面的面对着所述主要部的内部的表面面向上。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102122061A (zh) * 2010-01-07 2011-07-13 夏普株式会社 免跟踪式低聚光太阳能聚光器、太阳能聚光器阵列和波导聚光器
CN102208474A (zh) * 2011-01-28 2011-10-05 徐诵舜 太阳能高效收集利用格栅形聚光镜

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9040808B2 (en) 2007-05-01 2015-05-26 Morgan Solar Inc. Light-guide solar panel and method of fabrication thereof
CN101681949B (zh) 2007-05-01 2013-03-27 摩根阳光公司 光导太阳能电池板及其制备方法
US9337373B2 (en) 2007-05-01 2016-05-10 Morgan Solar Inc. Light-guide solar module, method of fabrication thereof, and panel made therefrom
US20090250093A1 (en) * 2008-04-08 2009-10-08 Zupei Chen Enhanced concentrator PV pannel
JP2012514323A (ja) 2008-12-31 2012-06-21 ピタゴラス ソーラー インコーポレイテッド 太陽光プリズム集光器
US8885995B2 (en) 2011-02-07 2014-11-11 Morgan Solar Inc. Light-guide solar energy concentrator
US9202958B2 (en) 2011-11-03 2015-12-01 Guardian Industries Corp. Photovoltaic systems and associated components that are used on buildings and/or associated methods
US8328403B1 (en) 2012-03-21 2012-12-11 Morgan Solar Inc. Light guide illumination devices
US9741886B2 (en) * 2013-01-24 2017-08-22 Ron HELFAN Thin film solar collector and method
US9595627B2 (en) 2013-03-15 2017-03-14 John Paul Morgan Photovoltaic panel
US9714756B2 (en) 2013-03-15 2017-07-25 Morgan Solar Inc. Illumination device
US9960303B2 (en) 2013-03-15 2018-05-01 Morgan Solar Inc. Sunlight concentrating and harvesting device
WO2014138857A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 John Paul Morgan Light panel, optical assembly with improved interface and light panel with improved manufacturing tolerances
EP2793271A1 (en) 2013-04-16 2014-10-22 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA - Recherche et Développement Solar photovoltaic module
JP6351459B2 (ja) * 2014-09-22 2018-07-04 株式会社東芝 太陽電池モジュール
KR102060989B1 (ko) 2017-09-22 2019-12-31 (재)한국나노기술원 발광형 태양 집광 장치용 태양전지의 제조방법 및 그 태양전지를 이용한 발광형 태양 집광 장치

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4002499A (en) * 1974-07-26 1977-01-11 The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration Radiant energy collector
US4158356A (en) * 1977-02-22 1979-06-19 Wininger David V Self-powered tracking solar collector
AU522513B2 (en) * 1977-06-24 1982-06-10 Unisearch Limited Solar concentrator & radiation distributor
US5646397A (en) * 1991-10-08 1997-07-08 Unisearch Limited Optical design for photo-cell
JPH10221528A (ja) * 1996-12-05 1998-08-21 Toyota Motor Corp 太陽電池装置
JP3174549B2 (ja) * 1998-02-26 2001-06-11 株式会社日立製作所 太陽光発電装置及び太陽光発電モジュール並びに太陽光発電システムの設置方法
US6541694B2 (en) * 2001-03-16 2003-04-01 Solar Enterprises International, Llc Nonimaging light concentrator with uniform irradiance
US6840636B1 (en) * 2003-05-08 2005-01-11 Carl R Colvin Solar diffusion loss compensator and collimator
US7403680B2 (en) * 2003-12-02 2008-07-22 3M Innovative Properties Company Reflective light coupler
US20050185416A1 (en) * 2004-02-24 2005-08-25 Eastman Kodak Company Brightness enhancement film using light concentrator array
US20060266407A1 (en) * 2005-03-10 2006-11-30 Lichy Joseph I Apparatus and method for electrically connecting photovoltaic cells in a photovoltaic device
US20070095386A1 (en) * 2005-06-06 2007-05-03 Solaria Corporation Method and system for integrated solar cell using a plurality of photovoltaic regions
US20080128016A1 (en) * 2006-11-08 2008-06-05 Silicon Valley Solar, Inc. Parallel Aperture Prismatic Light Concentrator
CN101681949B (zh) * 2007-05-01 2013-03-27 摩根阳光公司 光导太阳能电池板及其制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102122061A (zh) * 2010-01-07 2011-07-13 夏普株式会社 免跟踪式低聚光太阳能聚光器、太阳能聚光器阵列和波导聚光器
CN102208474A (zh) * 2011-01-28 2011-10-05 徐诵舜 太阳能高效收集利用格栅形聚光镜
CN102208474B (zh) * 2011-01-28 2012-11-28 徐诵舜 太阳能高效收集利用格栅形聚光镜

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Publication number Publication date
US20100024868A1 (en) 2010-02-04
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