CN101943765A - 聚光透镜、复眼式透镜聚光器及复眼式聚光太阳电池组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种既具有较高的透过率又能够保证聚光后光斑能量分布更为均匀的聚光透镜，以及使用该聚光透镜的复眼式透镜聚光器和复眼式聚光太阳电池组件。该透镜为一块可将相互平行的入射光线折射到一个位于该透镜外侧的接收面上进而形成光斑的凸透镜，若设其中任意一条入射光线和所述透镜的接触点与该透镜光轴之间的垂直距离为x，该入射光线经透镜折射到所述接收面上后形成的投影点与所述光斑中心的垂直距离为m，并且该透镜的半径为a，所述光斑的半径为b，则该透镜满足以下条件，即：x/m＝a/b。该聚光透镜的透过率高达90％～93％，并且通过该聚光透镜聚光后光斑能量分布曲线近似为“马鞍”形。

Description

聚光透镜、复眼式透镜聚光器及复眼式聚光太阳电池组件

技术领域

本发明涉及聚光光伏发电技术领域中用于将太阳光汇聚并投射到光伏电池上的聚光透镜及复眼式透镜聚光器；本发明还涉及一种基于上述聚光透镜和复眼式透镜聚光器的复眼式聚光太阳电池组件。

背景技术

聚光光伏发电技术是公认的可降低光伏发电成本的有效途径。目前，一个完整的聚光光伏发电系统主要包括复眼式聚光太阳电池组件、太阳跟踪器、电能存储或逆变设备等几部分。复眼式聚光太阳电池组件作为光电转换部件，主要由复眼式透镜聚光器和安装有光伏电池晶片的电路板所组成。

其中，复眼式透镜聚光器包括多块平面阵列的聚光透镜。使用时通过太阳跟踪器使聚光透镜基本正对阳光照射方向，然后通过这些聚光透镜分别将太阳光汇聚并投射到电路板上与各个聚光透镜相对应的光伏电池晶片的接收面上，从而使各个光伏电池晶片中产生电流，这些电流通过电路板上的线路输出。

公开号为CN101640502A的发明专利申请文件所公开的聚光太阳电池组件极具代表性。该电池组件中采用的点聚光菲涅尔透镜已成为业界公认的聚光透镜的最佳选折。仍有许多公开了采用聚光菲涅尔透镜作聚光透镜的聚光光伏发电技术的参考文献，在此不再赘述。

实际上，采用菲涅尔透镜并非没有缺憾。比如，由于菲涅尔透镜表面纹路的加工缺陷，会造成一部分入射光线的损失，导致光线透过率仅处于75％左右的较低水平上；而且这种加工缺陷又是以目前的加工技术所难以克服的。又如，菲涅尔透镜可看成由多个同光轴凸透镜的组合，故其聚光后光斑能量分布不够均匀。

采用普遍使用的球面凸透镜替代菲涅尔透镜可解决光线透过率较低的问题。然而，球面凸透镜只能将光线集中于该透镜的焦点，因此无论将光伏电池晶片安装在其焦点略靠前或靠后的位置，都会造成电池晶片接收面的中心与周边的光斑能量分布不均，致使电池内部产生电势差，进而形成内部电流，这一部分电流会在电池内部消耗掉，减小了电池输出功率；另外，内部电流的产生也是电池内部的温度升高的重要原因，而电池内部温度升高又使得聚光太阳电池组件的效率下降。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种既具有较高的透过率又能够保证聚光后光斑能量分布较为均匀的聚光透镜，并提供一种使用该聚光透镜的复眼式透镜聚光器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种聚光透镜，该透镜为一块可将相互平行的入射光线折射到一个位于该透镜外侧的接收面上进而形成光斑的凸透镜，若设其中任意一条入射光线和所述透镜的接触点与该透镜光轴之间的垂直距离为x，该入射光线经透镜折射到所述接收面上后形成的投影点与所述光斑中心的垂直距离为m，并且该透镜的半径为a，所述光斑的半径为b，则该透镜满足以下条件，即：x/m＝a/b。

作为上述技术方案的优选方案，该透镜具有以其光轴为旋转轴的旋转凸面以及与该旋转凸面相对的端平面，该旋转凸面与任意一个通过该透镜光轴的纵截面的交线为一条可使该纵截面上沿透镜径向分布并与其光轴平行的入射光线折射到所述接收面上形成投影直线的曲线，将该曲线反映在其所在纵截面上并以所述端平面的中心点为坐标原点的平面坐标系中的曲线方程为：

$(h+y)\frac{n\frac{\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}}{\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}-\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\sqrt{1-n^2\frac{{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}}{\sqrt{1-n^2\frac{{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}+n\sqrt{\frac{{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}}=(1+\frac{b}{a})x$

其中，系数h为所述端平面与接收面之间的直线距离；系数a为所述透镜的半径；系数b为所述投影直线的长；系数n为透镜折射率；变量x为所述曲线上任意一点与透镜光轴之间的横向距离，变量y为该点与端平面之间的纵向距离。

必须指出，该曲线方程的获得并不是申请人在现有技术的启示下进行有限次实验就能够得到的。实际上，该曲线方程的获得是基于申请人创造性的认识到，要使聚光后光斑能量分布均匀的一个较好办法，是通过透镜的旋转凸面将光线等比例压缩到接收面上。也就是说，当入射光线经过所述曲线上的任意一点折射到接收面上以后，该点在曲线方程上的横坐标x与接收面上的投影点距透镜光轴的横向间距m之间的比值，应该等于所述透镜的半径a与所述投影直线半长b之间的比值，即x/m＝a/b。根据已知的透镜折射规律并结合上面的等式，可得到下面一组方程：

x/m＝a/b..........................(1)

sin(θ)＝nsin(β).................(2)

x-m＝(h-y)tan(β-θ)..............(3)

$\tan \left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}...\left(4\right)$

其中，变量“θ”和“β”分别表示光线经过所述曲线时的入射角大小和折射角大小。其余系数及变量的含义均已在上面进行了解释。在上述方程组的基础上，经数学推导可得到上述曲线方程。

该曲线方程所决定的旋转凸面的形状完全能够在产业上得以实现。由于现有透镜通常采用模压的方式成型，成型后旋转凸面的形状通过成型模具来控制。在模具设计过程中，只要将上述曲线方程输入模具设计软件，即能够生成曲线再旋转形成旋转凸面的理论数模；在模具制造过程中通过数控机床就能够加工出相应的模具型腔。

申请人还需要指出的是，上面所公开的具有所述特殊曲线方程的聚光透镜仅仅是本发明所要保护的聚光透镜中的一个实例而已。实际上，这个具有所述特殊曲线方程的聚光透镜是一个平凸透镜，因此与该透镜光轴平行的入射光线仅由该透镜的旋转凸面进行一次折射，故任意一条入射光线和所述透镜的接触点与光轴之间的垂直距离就是该入射光线经过所述曲线上的其中一点在曲线方程上的横坐标x；这些平行的入射光线经该透镜折射到所述接收面上后所形成的光斑半径就是所述投影直线半长b；并且入射光线从该接触点经透镜折射到接收面上的投影点与光斑中心的垂直距离就是该投影点距透镜光轴的横向间距m。

虽然平凸透镜具有结构简单，利于透镜设计和制造等优点，但是在本发明的技术启示下，还可采用与上述特殊曲线方程的聚光透镜的等同替代方案。比如也可以将透镜设计为两面均为旋转凸面的凸透镜。这时，只要遵循x/m＝a/b(其中，设入射光线和所述透镜的接触点与该透镜光轴之间的垂直距离为x，该入射光线经透镜折射到所述接收面上后形成的投影点与所述光斑中心的垂直距离为m，并且该透镜的半径为a，所述光斑的半径为b)的条件，并结合已知的镜折射规律，就可以推导出这两个旋转凸面的方程，并最终获得这两个旋转凸面的理论数模。

本发明的复眼式透镜聚光器包括多块平面阵列的聚光透镜，所述各透镜为一块可将相互平行的入射光线折射到一个位于该透镜外侧的接收面上进而形成光斑的凸透镜，若设其中任意一条入射光线和所述透镜的接触点与该透镜光轴之间的垂直距离为x，该入射光线经透镜折射到所述接收面上后形成的投影点与所述光斑中心的垂直距离为m，并且该透镜的半径为a，所述光斑的半径为b，则该透镜满足以下条件，即：x/m＝a/b。

其中，该复眼式透镜聚光器上的多块平面阵列的聚光透镜可粘贴在一块透明的玻璃板上以便与电路板封装成的一个箱型结构的复眼式聚光太阳电池组件。当然，这些聚光透镜也可以与该玻璃板一体成型。

具体的，所述各聚光透镜具有以透镜光轴为旋转轴的旋转凸面以及与该旋转凸面相对的端平面，该旋转凸面与任意一个通过该透镜光轴的纵截面的交线为一条可使该纵截面上沿透镜径向分布并与其光轴平行的入射光线折射到一个所述接收面上形成直线光斑的曲线，将该曲线反映在其所在纵截面上并以所述端平面的中心点为坐标原点的平面坐标系中的曲线方程为：

$(h+y)\frac{n\frac{\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}}{\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}-\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\sqrt{1-n^2\frac{{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}}{\sqrt{1-n^2\frac{{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}+n\sqrt{\frac{{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}}=(1+\frac{b}{a})x$

其中，系数h为所述端平面与接收面之间的直线距离；系数a为所述透镜的半径；系数b为所述投影直线半长；系数n为透镜折射率；变量x为所述曲线上任意一点与透镜光轴之间的横向距离，变量y为该点与端平面之间的纵向距离。

进一步的，各聚光透镜的周边被截成具有至少三个柱面的多边形结构；该复眼式透镜聚光器中任意相邻聚光透镜之间通过两透镜相对的柱面粘接。显然，将各聚光透镜的周边截成具有至少三个柱面的多边形结构的目的，是为了方便的将相邻聚光透镜之间粘接起来使复眼式透镜聚光器中的各聚光透镜呈平面阵列。

具体的，各聚光透镜的周边被截成具有四个柱面的四边形结构，其中相邻柱面之间相互垂直；该复眼式透镜聚光器中任意相邻聚光透镜之间通过两透镜相对的柱面粘接进而使该复眼式透镜聚光器中的各聚光透镜呈矩形阵列。显然，将各聚光透镜的周边截成具有四个柱面的四边形结构，且相邻柱面之间相互垂直的目的，是使该复眼式透镜聚光器中的各聚光透镜呈矩形阵列。并且，将聚光透镜的周边截成四边形结构的好处还在于，聚光后光斑的形状也为四边形结构，因此相应的可将各光伏电池晶片也制成四边形结构，这样在进行电池切割时既能够节省材料又可以便于加工。

本发明还提供了一种采用了上述复眼式透镜聚光器的复眼式聚光太阳电池组件。

本发明的有益效果是：通过光学模拟实验发现，该聚光透镜的透过率高达90％～93％，并且通过该聚光透镜聚光后光斑能量分布曲线近似“马鞍”形，即表明光斑能量分布均匀。本发明的聚光透镜不仅可用于聚光光伏发电技术领域，也可用于其他具有均匀聚光要求的光学设备上。

附图说明

图1为本发明复眼式透镜聚光器的分解示意图。

图1(a)为复眼式透镜聚光器的整体结构示意图。

图1(b)为构成复眼式透镜聚光器中单个聚光透镜的结构示意图。

图2为图1(b)的放大图。

图3为图2的A向全剖视图(以纵截面2为剖面)。

图4为采用传统球面凸透镜作为聚光透镜后光斑能量分布图。

图4中光斑亮度表示能量高低，亮度越高表示能量越高。

图5为采用传统球面凸透镜作为聚光透镜后光斑能量分布曲线。

图5的横坐标为光斑宽度，纵坐标为能量强度。因此，图5可以看作在图4的横截面或纵截面上观察光斑能量分布。

图6为采用本发明的聚光透镜后光斑能量分布图。

图6中光斑亮度表示能量高低，亮度越高表示能量越高。

图7为采用本发明的聚光透镜后光斑能量分布曲线。

图7的横坐标为光斑宽度，纵坐标为能量强度。因此，图5可以看作在图4的横截面或纵截面上观察光斑能量分布。

图8为本发明聚光透镜另一种实施方式的示意图。

图9为本发明复眼式聚光太阳电池组件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图9所示的复眼式聚光太阳电池组件，该组件是由复眼式透镜聚光器5和安装有多片光伏电池晶片7的电路板6封装而成的一个箱型结构；如图1～3所示，其中的复眼式透镜聚光器5具有多块平面阵列的聚光透镜1，这些聚光透镜1均为一块可将平行于其光轴103的入射光线3折射到一个与该聚光透镜1对应的光伏电池晶片7的接收面4上的凸透镜；其中，如图2～3所示，所述各聚光透镜1具有以透镜光轴103为旋转轴的旋转凸面101以及与该旋转凸面101相对的端平面102，该旋转凸面101与任意一个通过该透镜光轴103的纵截面2的交线为一条可使该纵截面2上沿透镜径向分布的入射光线3折射到所述接收面4上形成投影直线的曲线104，将该曲线104反映在其所在纵截面2上并以所述端平面102的中心点为坐标原点A的平面坐标系中的曲线方程为：

$(h+y)\frac{n\frac{\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}}{\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}-\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\sqrt{1-n^2\frac{{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}}{\sqrt{1-n^2\frac{{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}+n\sqrt{\frac{{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}}=(1+\frac{b}{a})x$

其中，系数h为所述端平面102与接收面4之间的直线距离；系数a为所述聚光透镜1的半径；系数b为所述投影直线的半长；系数n为透镜折射率；变量x为所述曲线104上任意一点B与透镜光轴103之间的横向距离，变量y为该点B与端平面102之间的纵向距离。

该曲线方程的获得是基于申请人创造性的认识到，要使聚光后光斑能量分布均匀的一个较好办法，是通过透镜的旋转凸面101将光线等比例压缩到接收面4上。也就是说，当入射光线3经过所述曲线104上的任意一点B折射到接收面4上以后，该点B在曲线方程上的横坐标x与对应接收面上的投影点距透镜光轴103的横向间距m之间的比值，应该等于所述聚光透镜1的半径a与所述投影直线半长b之间的比值，即x/m＝a/b。根据已知的镜折射规律并结合上面的等式，可得到下面一组方程：

x/m＝a/b..............................(1)

sin(θ)＝nsin(β).....................(2)

x-m＝(h-y)tan(β-θ)..................(3)

$\tan \left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}...\left(4\right)$

其中，变量“θ”和“β”分别表示光线经过所述曲线时的入射角大小和折射角大小。其余系数及变量的含义已在上面进行了解释。在该方程组的基础上，可数学推导得到上述曲线方程。

如图2所示，各聚光透镜1的周边被截成具有至少三个柱面105的多边形结构；该复眼式透镜聚光器中任意相邻聚光透镜1之间通过两透镜相对的柱面105粘接。显然，将各聚光透镜1的周边截成具有至少三个柱面105的多边形结构的目的，是为了方便的将相邻聚光透镜1之间粘接起来使复眼式透镜聚光器中的各聚光透镜1呈平面阵列。

具体的，各聚光透镜1的周边被截成具有四个柱面105的四边形结构，其中相邻柱面105之间相互垂直；该复眼式透镜聚光器中任意相邻聚光透镜1之间通过两透镜相对的柱面105粘接进而使该复眼式透镜聚光器中的各聚光透镜1呈矩形阵列。显然，将各聚光透镜1的周边截成具有四个柱面105的四边形结构，且相邻柱面105之间相互垂直的目的，是使该复眼式透镜聚光器中的各聚光透镜1呈矩形阵列。

使该复眼式透镜聚光器中的各聚光透镜1呈矩形阵列的好处在于，经这些聚光透镜1折射的光斑也为矩形，因此可将光伏电池晶片7的形状设计为矩形。由于这些光伏电池晶片7是通过一块较大的电池片切割而成的，当光伏电池晶片7为矩形时，即能够便于切割同时又可以节省材料。

现对本发明复眼式聚光太阳电池组件中的复眼式透镜聚光器所使用的聚光透镜1与普通球面凸透镜聚光后光斑能量分布均匀性进行对比。对于普通球面凸透镜聚光后光斑能量分布，如图4所示，光斑中心的亮度最高，其周边亮度骤然降低；反映在图5所示的曲线图上为一陡然升降的波浪形。图4～5说明能量集中在光斑的中心部位，可见能量分布极不均匀。对于本发明所使用的聚光透镜1聚光后光斑能量分布，如图6所示，矩形光斑的亮度一致；反映在图7所示的曲线图上近似为一“马鞍”形，说明光斑上各点能量均位于“马鞍”形曲线的波峰位置，可见能量分布比较均匀。

此外，通过光线透过率测试，发现本发明的聚光透镜的透过率高达90％～93％，而菲涅尔透镜的透过率为75％左右，证明本发明的聚光透镜还具有良好的透过率。

申请人还需要说明的是，在进行上述对比时，已将两个试验的光线的入射总能量调整一致，并保证了接收面上的光斑大小基本相等。对于图7所示的曲线图，其波峰位置并不是十分平滑，在一定范围内具有上下波动，主要由于本试验模拟的是太阳光谱，光线能量本身就不是十分均匀造成。

本发明的聚光透镜1也可以采用图8所示的方式得以实现。图8所示的聚光透镜的两侧面分别为旋转凸面。这两个旋转凸面与任意一个通过该透镜光轴103的纵截面2的交线分别为图8中所示的曲线106和曲线107。若以图8中所示的F点为坐标原点(即透镜光心)，设透镜半径为a，入射光线经该透镜边缘并折射到接收面4上后形成的投影点与光轴103的垂直距离为b，点C(x，y)为任意一入射光线3与曲线106的交点，点D(x1，y1)为该入射光线3经过曲线106折射后的光线与曲线107的交点，该入射光线3经透镜两次折射后在接收面4上的投影点为点E(m，h)，曲线107上点D处的法线与光轴103的夹角γ、C点的入射角θ和折射角β以及D点的入射角ε和折射角α均为未知数，透镜半径为a、坐标原点F与接收面4的垂直距离h、入射光线经该透镜边缘并折射到接收面4上后形成的投影点与光轴103的垂直距离b以及透镜的折射率均为已知数，可得到下面的一组方程：

x/m＝a/b..............................(1)

sin(θ)＝nsin(β).....................(2)

$\tan \left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}...\left(3\right)$

tan(θ-β)＝(x-x1)/(y+y1).............(4)

sin(α)＝nsin[γ+(θ-β)].............(5)

tan(α-γ)＝(x1-m)/(h-y1).............(6)

$\tan \mathrm{\γ}=\frac{\mathrm{dy}1}{\mathrm{dx}1}...\left(7\right)$

并且，由于该聚光透镜的两侧面分别为旋转凸面，因此还具有如下边界条件，即：

当x＝0时，tanθ＝0

当x1＝0时，tanγ＝0

这样，就能够推导出曲线106和曲线107的曲线方程。

通过上面两个具体实施方式，总结出本发明的关键是运用了以下思路：若设其中任意一条入射光线3和所述透镜的接触点与该透镜光轴103之间的垂直距离为x，该入射光线3经透镜折射到所述接收面4上后形成的投影点与所述光斑中心的垂直距离为m，并且该透镜的半径为a，所述光斑的半径为b，则该透镜应满足以下条件，即：x/m＝a/b。

Claims (10)

1.一种聚光透镜，该透镜为一块可将相互平行的入射光线(3)折射到一个位于该透镜外侧的接收面(4)上进而形成光斑的凸透镜，其特征在于：若设其中任意一条入射光线(3)和所述透镜的接触点与该透镜光轴(103)之间的垂直距离为x，该入射光线(3)经透镜折射到所述接收面(4)上后形成的投影点与所述光斑中心的垂直距离为m，并且该透镜的半径为a，所述光斑的半径为b，则该透镜满足以下条件，即：x/m＝a/b。

2.如权利要求1所述的聚光透镜，其特征在于：该透镜具有以其光轴(103)为旋转轴的旋转凸面(101)以及与该旋转凸面(101)相对的端平面(102)，该旋转凸面(101)与任意一个通过该透镜光轴(103)的纵截面(2)的交线为一条可使该纵截面(2)上沿透镜径向分布并与其光轴(103)平行的入射光线(3)折射到所述接收面(4)上形成投影直线的曲线(104)，将该曲线(104)反映在其所在纵截面(2)上以所述端平面(102)的中心点为坐标原点(A)的平面坐标系中的曲线方程为：

$(h+y)\frac{n\frac{\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}}{\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}-\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\sqrt{1-n^2\frac{{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}}{\sqrt{1-n^2\frac{{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}+n\sqrt{\frac{{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}}=(1+\frac{b}{a})x$

其中，系数h为所述端平面(102)与接收面(4)之间的直线距离；系数a为所述透镜的半径；系数b为所述投影直线的半长；系数n为透镜折射率；变量x为所述曲线上(104)任意一点(B)与透镜光轴(103)之间的横向距离，变量y为该点(B)与端平面(102)之间的纵向距离。

3.如权利要求2所述的聚光透镜，其特征在于：该透镜的周边被截成具有至少三个柱面(105)的多边形结构。

4.如权利要求3所述的聚光透镜，其特征在于：该透镜的周边被截成具有四个柱面(105)的四边形结构，其中相邻柱面(105)之间相互垂直。

5.复眼式透镜聚光器，包括多块平面阵列的聚光透镜(1)，所述各透镜为一块可将相互平行的入射光线(3)折射到一个位于该透镜外侧的接收面(4)上进而形成光斑的凸透镜，其特征在于：若设其中任意一条入射光线(3)和所述透镜的接触点与该透镜光轴(103)之间的垂直距离为x，该入射光线(3)经透镜折射到所述接收面(4)上后形成的投影点与所述光斑中心的垂直距离为m，并且该透镜的半径为a，所述光斑的半径为b，则该透镜满足以下条件，即：x/m＝a/b。

6.如权利要求5所述的复眼式透镜聚光器，其特征在于：所述各聚光透镜(1)具有以透镜光轴(103)为旋转轴的旋转凸面(101)以及与该旋转凸面(101)相对的端平面(102)，该旋转凸面(101)与任意一个通过该透镜光轴(103)的纵截面(2)的交线为一条可使该纵截面(2)上沿透镜径向分布并与其光轴(103)平行的入射光线(3)折射到所述接收面(4)上形成投影直线的曲线(104)，将该曲线(104)反映在其所在纵截面(2)上并以所述端平面(102)的中心点为坐标原点(A)的平面坐标系中的曲线方程为：

$(h+y)\frac{n\frac{\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}}{\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}-\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\sqrt{1-n^2\frac{{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}}{\sqrt{1-n^2\frac{{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}+n\sqrt{\frac{{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}}=(1+\frac{b}{a})x$

其中，系数h为所述端平面(102)与接收面(4)之间的直线距离；系数a为所述透镜的半径；系数b为所述投影直线的半长；系数n为透镜折射率；变量x为所述曲线上(104)任意一点(B)与透镜光轴(103)之间的横向距离，变量y为该点(B)与端平面(102)之间的纵向距离。

7.如权利要求6所述的复眼式透镜聚光器，其特征在于：各聚光透镜(1)的周边被截成具有至少三个柱面(105)的多边形结构；该复眼式透镜聚光器中任意相邻聚光透镜(1)之间通过两透镜相对的柱面(105)粘接。

8.如权利要求7所述的复眼式透镜聚光器，其特征在于：各聚光透镜(1)的周边被截成具有四个柱面(105)的四边形结构，其中相邻柱面(105)之间相互垂直；该复眼式透镜聚光器中任意相邻聚光透镜(1)之间通过两透镜相对的柱面(105)粘接进而使该复眼式透镜聚光器中的各聚光透镜(1)呈矩形阵列。

9.复眼式聚光太阳电池组件，该组件是由复眼式透镜聚光器(5)和安装有多片光伏电池晶片(7)的电路板(6)封装而成的一个箱型结构，所述复眼式透镜聚光器(5)具有多块平面阵列的聚光透镜(1)，这些聚光透镜(1)均为一块可将相互平行的入射光线(3)折射到一个位于该透镜外侧的接收面(4)上进而形成光斑的凸透镜，其特征在于：若设其中任意一条入射光线(3)和所述透镜的接触点与该透镜光轴(103)之间的垂直距离为x，该入射光线(3)经透镜折射到所述接收面(4)上后形成的投影点与所述光斑中心的垂直距离为m，并且该透镜的半径为a，所述光斑的半径为b，则该透镜满足以下条件，即：x/m＝a/b。

10.如权利要求9所述的复眼式聚光太阳电池组件，其特征在于：所述各聚光透镜(1)具有以透镜光轴(103)为旋转轴的旋转凸面(101)以及与该旋转凸面(101)相对的端平面(102)，该旋转凸面(101)与任意一个通过该透镜光轴(103)的纵截面(2)的交线为一条可使该纵截面(2)上沿透镜径向分布并与其光轴(103)平行的入射光线(3)折射到所述接收面(4)上形成投影直线的曲线(104)，将该曲线(104)反映在其所在纵截面(2)上并以所述端平面(102)的中心点为坐标原点(A)的平面坐标系中的曲线方程为：

$(h+y)\frac{n\frac{\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}}{\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}-\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\sqrt{1-n^2\frac{{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}}{\sqrt{1-n^2\frac{{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}+n\sqrt{\frac{{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}{1+{\left(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\right)}^2}}}=(1+\frac{b}{a})x$

其中，系数h为所述端平面(102)与接收面(4)之间的直线距离；系数a为所述透镜的半径；系数b为所述投影直线的半长；系数n为透镜折射率；变量x为所述曲线(104)任意一点(B)与透镜光轴(103)之间的横向距离，变量y为该点(B)与端平面(102)之间的纵向距离。

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