CN1019435B - 太阳能收集器中与初级聚光器配合使用的光电池罩 - Google Patents

太阳能收集器中与初级聚光器配合使用的光电池罩

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CN1019435B CN87106958A CN87106958A CN1019435B CN 1019435 B CN1019435 B CN 1019435B CN 87106958 A CN87106958 A CN 87106958A CN 87106958 A CN87106958 A CN 87106958A CN 1019435 B CN1019435 B CN 1019435B
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Abstract

本发明提供了一个太阳能收集器，包括：一个初级聚光器，一个或多个太阳能电池和一个改进的太阳能电池罩装置。每个太阳能电池都有一个韧性电泡罩，此罩著地减少了有效区上的栅条遮挡和罩体自身的反射造成的光损耗，此罩采用一种透光的，韧性的材料、诸如硅酮聚合物，置于电池的受光表面上，由于有棱镜被成形在罩的外表面上，所以入射的太阳光被棱镜折射到电池有效区上而不致于落在无效的栅条或导电元件上，每个棱镜都有一个预定的形状，它是由用于太阳能收集器上的初级聚光器的类型所决定的。

Description

本申请是申请号为752023，申请日为1985年7月5日专利申请的后续申请;后者又是申请号为653148，申请日为1984年9月24日专利申请的后续申请。
本发明叙述了一个太阳能收集器，更确切地说是一个光罩，它与收集器的一个初级聚光器共同提高太阳能电池的效率。
光电池也称为太阳能电池正日益广泛地被用来扩大光电转换的应用。这种电池通常由硅或其它半导体材料的受光面附近形成一个PN结所组成。电池的上下两部分之间，在太阳光的照射下，产生一个电位差。为了利用这种电能，需要借助于电路使光致电流从电池的顶部流过某一负载传导到电池的底部。构成这种电路的一般方法是在电池的受光面上放置导电元件或金属导线网。因为太阳能电池的生产目前比较昂贵，所以提高太阳能系统光电转换效率的方法是利用一个装有所谓初级聚光器的太阳光收集器把一个大区域上的太阳光聚焦在较小的太阳能电池上，这样的聚光器可以是一个US·4069812所述的条状菲涅尔透镜。另一个高效率的聚光器是US·4545366中描述的双聚焦太阳能聚集器。由于这类装置的使用，增大了会聚在太阳能电池上的入射能量，电池的输出电流会提高许多倍。对于有初级聚光器的太阳能收集器，为了有效地传导这样的大电流，与无聚光器太阳能收集器相比，需要有更粗的栅条或更宽大的导体元件与电池一起使用。
但是由于这种栅条被安置在太阳能电池的顶部，它会妨碍部分太阳光入射到半导体材料上进行 光电转换。因此，目前的太阳能电池设计都基于一个电阻损耗与栅条遮挡损耗两者折衷的方法，前者取最小值，则需要大和多的栅条;后者取最小值，则需要细而少的栅条。目前电池的设计由于这些导体元件的存在，电转换效率受到限制。典型的情况是，电池的5%-25%光照区域被不透明的栅条遮挡，引起电转换效率成比例地降低。
另一个与光电太阳能转换系统相联系的损耗是由电池的密封引起的。为了防止潮湿、灰尘、大气给电池带来的损害，现有的电池使用诸如玻璃等光学透明的电介质包层覆盖在受光的电池表面上。它的缺陷在于这种透明密封剂反射了一部分来自其外表面的光线，这是因为介质材料的折射率比周围空气的折射率大的缘故。一般地说，有3-5%的入射光由于密封剂外表面的反射被损耗掉了，进而再次降低了电转换效率。
在太阳能电池上，加一个电池罩使太阳光从栅条处折射到电池的有效区域上去是公知技术。US·4053327就叙述了这样的结构。这份专利中的电池罩被设计成太阳能收集器的每个电池上的一个平板膜层。有几个理由都证明这样的太阳能电池罩是在商业上不可行的。采用普通的平板结构，由于电池罩直接暴露在恶劣的环境之中，暴露的罩子表面会沉积上灰尘，降低其功能。这份专利采用的平板结构电池罩也是不经济的，因为其能量接收区域上的每一部分都必须罩起来。同时，电池罩必须被模压在电池上，这除了材料本身的消耗外，还包含了许多劳动力的耗费。
另外一个妨碍该电池罩广泛使用的难题是太阳能电池的能量接收区域通常有一个固定的取向（如：固定在住宅的屋顶上）。由于入射的太阳光线与太阳能电池的能量收集区域之间的夹角对于固定的平板收集器来说每一年里和每一天内都在不断地变化，象上述专利所说的电池罩在大部分时间里将不能高效地工作，因为要想使它们高效地工作，就需要使其与光线垂直。
另外，由于太阳能电池原料与电池罩原料热胀冷缩的特性不相同，上述的电池罩在商业上没有价值。大多数太阳能电池是硅制成的，硅具有很低的热膨胀系数，大约为3.0×10-6/F°。相比之下，现有技术电池罩的材料通常是玻璃或硬塑料，如聚丙烯塑料，它的热膨胀系数较大，大约为4.5×10-5/F°。电池与罩子的热膨胀系数不匹配将导致罩子在正常的工作环境下不能很好对准栅条，这里的正常工作环境包括一个大的温度变化范围。由于电池罩胀缩尺寸的变化幅度通常与栅条间隔和栅条的宽度具有相同的量级，因此这个对准偏差是实际存在的。这种对准偏差还将导致效能的严重下降。
据此，目前需要一种改进的太阳能收集器，它带有一个初级聚光器，这个聚光器具备了光电池罩的整个优点。
本发明提供了一种有独特结构的太阳能电池罩，以此来提高太阳能电池的效率。这个太阳能电池是用在带有初级聚光器的太阳能收集器内的。上述的太阳能电池罩，通过减少这种聚光收集器的太阳能电池上因导电元件阻挡而引起的光损耗，构成了一个较高效率的太阳能电池转换系统。实际上，电池罩以前表面对来自罩内光的反射，也减小了光损耗。
电池罩最好是用韧性的、光学透明的、易模压的材料覆盖在初级聚光器的每个电极上构成。电池罩是由材料外表面上的许多折射棱镜组成的，这些棱镜具体是用于把入射的太阳光折射到电池的有效区域内，而不落在以外的区域上。更进一步地说，罩子还使被它自身反射的一部分光再次进入电池罩，投射在电池的有效区域上。
电池罩的各个棱镜都有具预定的形状，这取决于太阳能收集器的初级聚光器。更确切地说，棱镜的形状随初级聚光器的最大横向入射角和通过光路分析获得的棱镜，厚度，孔径角诸最佳值的变化而变化。取得的最佳结果是每个棱镜的棱边需对准太阳能电池受光面的金属栅条。
根据本发明，改进的太阳能电池罩是工作在带有初级聚光器的太阳能收集器的电池上。其初级聚光器最好是条状的，单焦或双焦菲涅尔透镜。
附图的简要说明：
为了完整地理解本发明及其优点，请参考下列附图及对附图的具体说明：
图1，是一个常规的光电接收器放大的剖面图，它表示了一个典型的电池密封系统，该系统在受光面上带有导电元件或栅条。
图2，是本发明的一种太阳能电池罩放大的立体图。
图3，是图2所示实施例的放大的剖面图。
图4，是另一个实施例的太阳能电池罩的放大的剖面图。
图5，是具有双焦初级聚光器的太阳能收集器，且沿其纵轴放置许多太阳能电池的局部剖面透视图。
图6，是本发明中最佳的太阳能电池罩的剖面透视图。
图7，是确定图6中的太阳能电池罩的最佳棱镜几何形状方法的流程图。
在几幅附图中，相同标号表示相同的成相似的部分。图1表示了一个接收入射太阳能并产生电能的太阳能接收装置1。接收装置1包括光电池3。光线5.7.9.11.13照射在透光的外壳15上，并且被其折射到电池3的光敏表面或有效区域17上。电池3包括导体元件或栅条19.21.23.25.和27。如图所示，光线9被外壳15折射到栅条23上。光线29.31和33有一部分从外壳15上反射而离开能量接收器。图1所示，能量接收器1表示了一个现有技术的装置，在这个装置中，一部分投射到能量接收器1上的光线被折射到栅条上而没有落到电池的有效区域17上。另一部分入射光线被外壳反射而根本未到达太阳能电池材料3上。
图2表示一个改进的太阳能接收器35，它由表面嵌有栅条或导电元件39，41，43，45和47的太阳能电池37组成。一个透光的棱柱形电池罩49位于包含有栅条39-47的电池表面区域上。电池罩49的上表面相邻排列着许多棱柱，棱柱的顶棱51-61正对在电池37的有效区域上;棱柱谷棱63-71分别地正对在网线39-47的上方，且彼此在空间上，分别是同步延伸的。电池罩的下表面可以被连结在太阳能电池和网线上。
图3表示图2的太阳能接收器35，和光线73.75.77.79.81直射到该接收器电池罩49棱柱形的上表面，然后折射到光电池材料表面的有效区域37上。图3还表示出，光线83.85.和87投射在棱柱形电池罩49上，虽然其中一部分光被电池罩49反射出来，但还有反射光线85A和87A落到相邻棱柱上，这些光线继续被折射、反射最终落到电池37上。
图4表示另一个实施例，它包括一个有圆柱形棱镜91.93.95.97.99和101的电池罩89，而不是如图2和图3中表示的那种直线型的棱镜。光线103、105、107、109和111投射到圆柱形棱镜上并折射到光电池113的有效区域上。从图4中可以看出，圆柱棱镜的谷棱位于栅条113-121的正上方，并且在空间上是沿着栅条113-121的方向同步延伸。
回到图1，现在来说明太阳能电池的工作情况和怎样使用那种经过加工、在其前后表面之间形成和PN结的半导体材料（如：硅）来实现光电转换的太阳能光电池系统的一般方法。在太阳光的照射下，光电池3的前后表面之间产生了一个可以利用的电位差，以后当电池被连接到某个电路上时，将产生一个电流流过电路的负载，为了高效地收集这一有用的电流，导电栅条19-27被沉积在太阳能电池3的受光面上。这些栅条通常是金属制成的，如银或铜，并且是不透光的。为了防止栅条19-27和半导体元件3受如氧化或腐蚀这样的环境损害，要用一个光学透明的电介质材料15，如玻璃，来密封太阳能电池的前表面。太阳光5-13可以穿过密封层15。然而可惜的是，一部分传入的光达到了金属栅条上，如图1指出的栅条23，而没有到栅条之间的电池有效区域17上，照到不透光的栅条上的光线，或者被栅条吸收，或者被栅条反射，而没有被转换成电能。电池有效区域上的这种栅条遮挡一般要引起5-25%能量损耗，这是由电池栅条遮挡区域的大小决定的。
另一个与图1的整个太阳能光电池系统相联系的较大的光损耗是密封层的反射。入射光线29-33的一部分被密封层15的前表面反射，这个反射是由于密封层的折射率比周围空气的折射率大而产生的。一般地，3-5%的入射光因反射而损失掉。
图2-4中的太阳能电池罩把上述光损耗降到了最小。参看图2，这个例子中棱柱形介质电池罩49被结合在太阳能电池37中。图3所示的入射光73-81被罩49的棱柱折射，从而使太阳光投射到电池37的栅条39-49之间的有效区域上。由于几乎全部的太阳光线都落在了电池的有效区域上，所以获得了高的电能转换效率。而且棱柱形电池罩49实际上消除了栅条遮挡的损耗，并有效地改进了电池的性能。电池罩同时还可减小介质电池罩自身的反射损耗。再一次看图3，入射太阳光线83 -87被棱柱形电池罩部分地反射，形成反射光线83A-87A。然而那些光线又进入相邻棱柱成为传输光线83B-87B，而不是被损耗了。某些透射的光线83B直接进入到太阳能电池，其它那些光线85B-87B在棱柱内表面被全部反射，形成光线85C-87C进入太阳能电池37。所以基本上全部的反射光线最终都到达了太阳能电池37上。与图1常规太阳能电池系统相比，本系统有效地提高了电能转换效率。
为了达到最佳的转换效率，由许多棱柱所构成的棱柱形电池罩49被放置在金属栅条39-47上，并平行于栅条，棱柱的谷棱63-71正对着栅条39-47，同时棱柱的顶棱正对着栅条39-47之间的电池有效区域上。
在所提供的实施例中，电池罩是用一种韧性的、光学透明的、易模压的、耐用的材料，诸如某种硅酮聚合物（比如通用电气公司的商业牌号为RTV-615的产品）而制成的，并整个地结合在太阳能电池上。由于这种韧性的罩在温度变化大的情况下，其膨胀或压缩的程度与太阳能电池的硅材料一致，所以这种材料是很合适的。当然也就不会象现有技术中玻璃或丙烯酸类物质形成的电池罩那样，在栅条与电池罩的棱柱之间引起对准偏差。
本发明给出的实施例中，电池罩是与这样一批太阳能电池连用的，由它们集合就组成带有初级聚光器的太阳能收集器的能量接收器。这样的聚光器的一种设计就是US·4，069，812的“线聚焦”结构。另一种设计是“双焦点”结构，它与US·4，545，366“双聚焦太阳能聚光器”给出的结构一样。本发明也可以用其它点聚焦型的初级聚光器，它与仅在一个方向上跟踪太阳的线聚焦聚光器是一样的。
参见图5，提供了一个如US·4，545，366中带有初级聚光器131的太阳能收集器。聚光器131有许多沿其长度方向相邻排列、连在一起的柱面透镜132。聚光器131的内表面是由许多条状棱镜134与太阳能收集器的纵轴138（聚集线）保持平行，在垂直于柱面透镜132的轴向的方向上相邻排列连在一起所组成的。如果没有柱面透镜132，入射光将会象US·4，069，812所述的那样，被棱镜134折射后，沿纵轴138聚焦。虽然这个线聚焦作用是很有效的，但是要想从收集器获得最大的能量输出，还需要有一个沿纵轴138方向连续不断的光电表面。因为用于实现光电转换的硅太阳能电池成本较高，这种处理有些不经济。但是，用柱面镜132与条状棱镜垂直耦合的设计结构，则可使入射到聚光器131上的能量在两个方向上聚焦。进一步说，是柱面镜132把光会聚向收集器的各个分立的太阳能电池136，条状棱镜134再把会聚的入射能量沿纵轴138聚焦，由此可以用分立的太阳能电池代替如US·4，069，812所述的太阳能电池排。
根据本发明，在图5收集器上的，与初级聚光器131连用的每个太阳能电池136都有一个确定的几何形状的电池罩。现在参见图6，这个透视图表示了本发明提出的电池罩的几何形状。当图2-4所示类型的电池罩与图5的初级聚光器连用时，入射到每个电池罩上的光线的方向取决于电池罩在所用聚光器聚焦区的位置以及聚光器的类型。如图6，上述情况可以通过会聚光线142得到证明，此光线位于Y-Z平面中具有一个横向入射角α;同时还可以从会聚光线144得到证明，它位于X-Z平面中并具有一个纵向入射角β。对于图5的双焦点初级聚光器，横向入射角α大约在-45°～45°之间变化（对应α＝0°，光线来自透镜中心），而纵向入射角β大约在-4°～4°之间变化。通过比较，US·4，069，812的条状菲涅尔透镜，其横向入射角的变化也大致相同，而最大的纵向入射角始终为0°。一般的点聚焦初级聚光器其横向和纵向入射角通常是相等的，且在-30°～30°之间变化。总之，线聚焦型的、在一个方向跟踪太阳的初级聚光器，α角大约在-30°～30°之间变化，β角大约在-23°～23°之间变化，且其确切值取决于一年中的具体时间而有所不同。
根据本发明，图6电池罩的每条棱柱146被设计成一种完全一样的独特的形状，以使来自收集器初级聚光器的全部光线（指所有非零α和β角的光线）达到最佳聚焦状态。下面是四个有关各种选择方案的光路分析方程，以便由此确定最佳棱镜柱罩体的结构。有效折射率：
N＇=0.5×[ (N2-Sin2α)/(1-Sin2α) ]1/2+0.5N（1）
这里α是初级聚光器的最大横向入射角，N 是电池罩材料的折射率。
棱镜焦距的理论值：
r0＝ (W(N＇-Cosφm))/(2(N＇-1)Sin=φm) （2）
这里W是栅条148中心线之间的间隔，φm是孔径角。
棱镜底部厚度的理论值：
Tt＝ (W)/(2tan φm) （3）
棱镜形状，当-φm≤φ≤φm时
r＝ (N＇-1)/(N＇-cosφ) （4）
参见图7，这是根据本发明提出，为确定图6中太阳能电池罩的各棱镜146最佳几何形状方法的流程图。这个方法从步骤150开始，选择一个棱镜孔径角φm的预选值。步骤152，棱镜的形状同上述方程（1）-（4）计算出来（采用预选的φm值）。已知材料的性质为N，初级聚光器的最大横向入射角为α，最大纵向入射角为β，相邻栅条148中心线之间的间隔为W，如图6所示，因此从方程（1）可计算出有效折射率N。由方程（2），（3）可按预选的φm值确定棱镜焦距理论值Y0和底原理论值Tt。同样地，在此步中可用方程（4）确定出极坐标表示的棱镜顶部的形状。
对于所选定的φm值，可以一次确定整个棱镜的形状，在步骤154中，设立一个底厚T作为参考值（对棱镜来说，它与预选的φm参考值是相对应的）。例如：定为底厚的预选值，亦即理论底厚Tt。在步骤156中，计算出来自初级聚光器的全部光线包括入射角为α和β值时的光路（通过描出一条光路的分析图）。这些光线通过棱镜的折射，落在电池上，以这个方式对所有光线描光路，所得的成象宽度在图6中定为S。在步骤158中，把“几何会聚比率”（GCR）定义为W/S，这是针对预选的φm值而得出的。在步骤160中，如果所有的底厚T可能值均被求出，则用一个检验步骤来确定采用哪一个值。如果未被全部求出值，则在步骤162中将选出一个新的T值，并返回到步骤156。然后在步骤158中产生一个新的GCR与新的厚度值（步骤162选出的）相对应。而且新的GCR值仍是预选的φm值的函数。
如果在步骤160中检验的结果是肯定的，则继续步骤164，保留由预选的φm值算出的最大的GCR。在步骤166中，如果所有可能的φm值都被取过，则用另一个检验步骤来确定采用哪一个。如果没有取完全部可能值，则在步骤168中将选择出一个新的预选的φm值，然后返回步骤152。步骤152-166随即对新的φm预选值（S）重复运行。如果步骤166的检验结果是肯定的，进入步骤170，将继续选择最大的GCR这个在步骤164的大量往返中保留下来的值。此GCR值是代表所用初级聚光器最大限度消除栅条遮挡时对应的底厚T和孔径角φm。
图7给出的设计程序阐述棱柱形状的计算过程，这个形状与已有技术中那种需要与太阳保持垂直的平板式电池是截然不同的。尤其是方程（1）定义了一个有效折射率N′，它的值比实际折射率要高。这个较高的N′值是符合设计出的棱柱形状对非零α角光比对α角为0°的光线的折射效力更强这一实际的。如果方程（1）中的α＝0，则N′＝N;方程（2）表示棱镜的底厚由相应的φm和W所确定;方程（4）表示孔径角在其极值范围之内的非球表（经过球差校正的）棱镜的形状。
如果上述光路分析是在β＝0的特殊情况下进行的，则底厚最佳值T将十分接近其理论值Tt。然而对非零的β值，由于纵向入射角β引起的图象畸变，底厚的最佳值一般比其理论值小。
概括起来，这个优化设计方法计算出了一个有效折射率、棱镜焦距的理论值，底厚理论值和棱镜的外形，计算过程是通过把每个预选的φm值依次代入方程（1）-（4）来实现的。然后通过改变底厚进行光线的光路分析，以产生一个最大的GCR值。这个过程是对多个φm预选值重复进行的，为的是找到一个或是使金属栅条尽可能最多，或是使允许的制造误差（厚度和对准）最大的棱镜 形状。这个设计方法，虽然进行了优化，但不意味着仅限于此。例如：本方法可以在158步骤中改变φm值（而不是T）来计算GCR值，这种情况下166-168步骤的重复计算应该选择不同的底厚（以代替φm）。
下面给出的计算机程序可用于实现图7的计算：
copyright    1986，Enrech，Inc.
0    ren    rhis    program    calculates    lens    prism    perfcrmance
10    def    fn    as（k）＝atn（k/sqr（1-k＊k））
20    pi＝4＊atn（1）
25    input"case    title-;ct
30    input"lens    rin    angle    in    deg";rd：ra＝rd/180＊pi
32    input"prism    width    in    mils";W
34    input"long    inc    angle    in    deg";ld
40    input"prism    rim    angle    in    degrees";pd
50    for    dy＝-10to10    step    2
60    pm＝pd＊pi/180
65    li＝ld＊pi/180
70    n1＝1
80    n2＝1.41
90    z1＝fn
as（sin（ra）/n2）：
z2＝cos（z1）/cos（ra）＊n2：nd＝（n2+z2）/2
100    rm＝w/2/sin（pm）
110    r0＝rm＊（n1/nd＊cos（pm）-1）/（n1/nd-1）
140    for    a1＝0    to（ra+.001）step    ra
145    for    z3＝0    to（li+.001）step    li
150    il（1）＝-sin（z3）：il（2）＝-cos（z3）＊cos（al）：il（3）＝-cos（z3）
＊sin（a1）
160    for    p＝-pm    to    1.01＊pm    step    .2＊pm
170    t＝-atn（sin（p）/（n1/nd-cos（p）））
180    n（1）＝sin（t）：n（2）＝cos（t）：n（3）＝0
190    idn＝il（1）＊n（1）+il（2）＊n（2）+il（3）＊n（3）
195    if    idn＞＝0    then    380
200    t1-n1/n2＊idn-sqr（1-n1＊n1/n2/n2-n1＊n1/n2/n2＊idn＊idn）
210    t2＝＝n1/n2
220    for    q＝lto3：i2（q）＝t1＊n（q）+t2＊il（q）：nextq
230    r＝r0＊（n1/nd-1）/（n1/nd＊cos（p）-1）
240    x＝r＊sin（p）
250    y＝r＊cos（p）
260    xi＝x-（y+dy）＊i2（1）/i2（2）
270    if    abs（xi）＞＝xm    then    xm＝abs（xi）
280    ta＝fnas（sqr（1-idn＊idn））
290    tp＝fnas（n1/n2＊sin（ta））
300    r1＝sin（ta-tp）/sin（ta+tp）
310    r2＝tan（ta-tp）/tan（ta+tp）
320    rho＝.5＊（r1＊r1-r2＊r2）
330    tr＝1-rho
340    print"alpha＝"a1＊180/pi：print-long    inc＝"z3＊180/pi
350    print"x＝"x
360    print"x-int＝"xi
370    print"tau＝"tr
375    tt＝tt+tr：kc＝kc-1
380    next    p
390    print"gcr＝"w/2/xm
400    nextz3：nextal
410    print"tau-avg＝"tt/kc
500    openl，4，7：cmd1
502    if    z4＝0    then    printct：print"    "
505    if    z4＝0    then    print"lens    rim    angle＝"rd"degrees"
506    if    z4＝0    then    print"prism    rim    angle＝"pd"degrces"
510    if    z4＝0    then    print"prism    width＝"w"mils";
530    if    z4＝0    then    print"refractive    index＝"n2
550    if    z4＝0    then    print"longitudinal    incidence
angle＝"ld-degrees"
555    if    z4＝0    then    print"average    prism    transmittance＝"int（tt/kc＊10000+.5）/10000
557    if    z4＝0    then    print"    "：print""
560    print"prism    true    thickness-theoretical    thickness＝"dy"nils";
570    print"＊＊＊    geometric    concentration    ratio＝"int
（w/2/xm＊1000+.5）/1000;
572    print＃1：closel
574    kc＝0：xm＝0：tt＝0：z4＝z4+1：nextdy
575    z4＝0：gosub577：end
577    input"design    thickness    error    in    mils";dy
578    openl4，7：cmd1
580    print"    "：print"prism    shape    data"
600    iem    prism    shape
610    for    p＝-pmtopm    step    pm/10
700    r＝r0＊（n1/nd-1）/（n1/nd＊cos（p）-1）
710    x＝r＊sin（p）
720    y＝r＊cos（p）：yp＝y+dy
725    x＝int（x＊1000+.5）/1000：y＝int（y＊1000+.5）/1000：yp＝int（yp＊1000+.5）/1000
730    print"x＝"x"mils    y＝"y"mils    yp＝"yp"mils"
740    nextp：printchr（12）
750    print＃1：closel
800    return
上述程序可以在任何有相应输入输出设备的，适当的计算机系统上执行。这些系统是现有技术已有的、不属于本发明的组成部分。
本发明提供的这种电池罩，最好是用诸如硅酮聚合物这样的韧性的、光学透明的、易模压的、耐用的材料制成。这种类型的太阳能电池罩与太阳能收集器的初级聚光器配合使用有极大的优点。因为太阳能电池被盖在自身的太阳能收集器的初级聚光器之下，它们几乎不可能遭受到环境因素的影响;但这一点在现有技术中都是一个主要存在的问题。
尽管已经对本发明做了详细的说明，但是其中的附图和实施例只是能够使人更清楚地理解本发明，而不是要限制本发明的内容。只有权利要求书才是对本发明的实质和范围的限制。
Copyright1986，Entech，Inc.
0    rem    this    program    calculates    lens    prism    perfcrmance
10    def    fn    as（k）＝atn（k/sqr（1-k＊k））
20    pi＝4＊atn（1）
25    input"case    title";ct$
30    input"lens    rim    angle    in    deg";rd：ra＝rd/180＊pi
32    input"prism    width    in    mils";w
34    input"long    inc    angle    in    deg";ld
40    input"prism    rim    angle    in    degrees";pd
50    for    dy＝-10to10    step    2
60    pm＝pd＊pi/180
65    li＝ld＊pi/180
70    n1＝1
80    n2＝1.41
90    z1＝fn
as（sin（ra）/n2）：z2＝cos（z1）/cos（ra）＊n2：nd＝（n2+z2）/2
100    rm＝w/2/sin（pm）
110    r0＝rm＊（n1/nd＊cos（pm）-1）/（n1/nd-1）
140    for    a1＝0    to（ra+.001）    step    ra
145    for    z3＝0    to（l1+.001）    step    li
150    il（1）＝-sin（z3）：i1（2）＝-cos（z3）＊cos（a1）：il（3）＝-cos（z3）
＊sin（a1）
160    for    p＝-pm    to    1.01＊pm    step    .2＊pm
170    t＝-atn（sin（p）/（n1/nd-cos（p）））
180    n（1）＝sin（t）：n（2）＝cos（t）：n（3）＝0
190    idn＝i1（1）＊n（1）+i1（2）＊n（2）+i1（3）＊n（3）
195    if    idn＞＝0    then    380
200    t1-n1/n2＊idn-sqr（1-n1＊n1/n2/n2-n1＊n1/n2/n2＊idn＊idn）
210    t2＝＝n1/n2
220    for    q＝lto3：i2（q）＝t1＊n（q）+t2＊il（q）：nextq
230    r＝r0＊（n1/nd-1）/（n1/nd＊cos（p）-1）
240    x＝r＊sin（p）
250    y＝r＊cos（p）
260    xi＝x-（y+dy）＊i2（1）/i2（2）
270    if    abs（xi）＞＝xm    then    xm＝abs（xi）
280    ta＝fn    as（sqr（1-idn＊idn））
290    tp＝fn    as（n1/n2＊sin（ta））
300    r1＝sin（ta-tp）/sin（ta+tp）
310    r2＝tan（ta-tp）/tan（ta+tp）
320    rho＝.5＊（r1＊r1-r2＊r2）
330    tr＝1-rho
340    print"alpha＝"a1＊180/pi：print"long    inc＝"z3＊180/pi
350    print"x＝"x
360    print"x-int＝"xi
370    print"tau＝"tr
375    tt＝tt+tr：kc＝kc+1
380    next    p
390    print"gcr＝"w/2/xm
400    nextz3：nextal
410    print"tau-avg＝"tt/kc
500    open1，4，7：cmd1
502    if    z4＝0    then    printct$：print"    "
505    if    z4＝0    then    print"lens    rim    angle＝"rd"degrees";
506    if    z4＝0    then    print"prism    rim    angle＝"pd"degrces"
510    if    z4＝0    then    print"prism    width＝"w"mils";
530    if    z4＝0    then    print"refractive    index＝"n2
550    if    z4＝0    then    print"longitudinal    incidence    angle＝"ld"degrees"
555    if    z4＝0    then    print"average    prism    transmittance＝"int（tt/kc＊10000+.5）/10000
557    if    z4＝0    then    print"    "：print"    "
560    print"prism    true    thickness-theoretical    thickness＝"dy"mils";
570    print"＊＊＊    geometric    concentration    ratio＝"int（w/2/xm＊1000+.5）/1000;
572    print＃1：closel
574    kc＝0：xm＝0：tt＝0：z4＝z4+1：nextdy
575    z4＝0：gosub577：end
577    input"design    thickness    error    in    mils";dy
578    open1，4，7：cmd1
580    print"    "：print"prism    shape    data"
600    rem    prism    shape
610    for    p＝-pmtopm    step    pm/10
700    r＝r0＊（n1/nd-1）/（n1/nd＊cos（p）-1）
710    x＝r＊sin（p）
720    y＝r＊cos（p）：yp＝y+dy
725    x＝int（x＊1000+.5）/1000：y＝int（y＊1000+.5）/1000：yp＝int（yp＊1000+.5）/1000
730    print"x＝"x"mils    y＝"y"mils    yp＝"yp"mils"
740    nextp：printchr$（12）
750    print＃1：closel
800    return

Claims (8)

1、用于把太阳能转换成电能的太阳能转换器，其中该转换器有一个聚焦区，其特征在于：
初级聚光器，它包括接收太阳能以将该能量聚集到所述转换器的聚焦区的装置；
位于聚焦区内的一或多个光电池，每个电池都带有激活材料和位于激活材料上并遮住其一部分的导电元件，该激活材料用于接收太阳能并由此产生出电信号；
位于从所述初级聚光器到一或多个所述光电池的太阳能路径上的次级聚光器，所述次级聚光器带有用于从一个大角度视场进行接收和会聚的折射部件，所述视场大致包括所述初级聚光器的全部聚光表面，太阳能照到所述光电池的激活材料区上但不会照到位于活性材料区上的导电元件上。
2、如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于每个折射部件具有作为初级聚光器产生的预定横向入射角的函数的有效折射率。
3、如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于各折射部件的形状都是折射部件的预定基底厚度和孔径角的函数。
4、如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于折射部件具有预定的宽度，该宽度等于一对平行直导电元件之间的距离。
5、如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于初级聚光器是线状焦点菲涅耳透镜。
6、如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于初级聚光器是双焦点菲涅耳透镜。
7、如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于初级聚光器是点聚焦菲涅耳透镜。
8、如权利要求1所述的太阳能转换器，进一步包括一个与具有一个或多个位于其聚焦区的太阳能电池的初级聚光器连用的光电池罩，其特征在于：
用于每个太阳能电池的韧性电池罩，该电池罩有许多棱镜以接收来自初级聚光器的全部太阳能，每个棱镜都有一个预定的形状，且由下列方程所确定：
N1＝0.5× N 2 -sin 2 α 1-sin 2 a +0.5N （1）
这里α是自初级聚光器入射的最大横向入射角，N是电池罩材料的折射率
ra＝ (w(N＇-cosφm))/(2(N＇-1)sinφm) （2）
这里W是相邻两栅条中心线之间的距离，φm是棱镜的孔径角。
Tt＝ (W)/(2tanφm) （3）
r＝ro(N＇-1)/(N＇-cosφ) （4）
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