CN101944548A - 用于聚光型单色光太阳能电池系统的双锥形分光棱镜 - Google Patents

用于聚光型单色光太阳能电池系统的双锥形分光棱镜 Download PDF

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刘�文
龚贻文
王双保
聂晶
徐智谋
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Abstract

本发明属于太阳能电池领域的分光器件，涉及一种用于聚光型单色光太阳能电池系统的双锥形分光棱镜，由n个相同的三角棱镜组成，每个三角棱镜的外表面由一个矩形底面、两个等腰三角形端面，两个梯形侧面组成；两个三角形端面为抛光面，两个梯形侧面之间的夹角为360°的n分之一，相邻三角棱镜的相邻梯形侧面拼接在一起，由三角形端面拼接而成的两个类锥形表面，一个作为入射端面，一个作为出射端面。本发明能有效减小分光棱镜体积，压缩分光面积，从而降低生产成本；并能提高效率，易于加工，适合大批量生产。

Description

用于聚光型单色光太阳能电池系统的双锥形分光棱镜
技术领域
本发明涉及一种分光棱镜，适用于聚光型单色光太阳能电池系统的分光器件。
背景技术
自然界的太阳光是最环保、最清洁、最舒适的自然能源，取之不尽，用之不竭。研究发现采用聚光技术可以大大缩小太阳能电池的面积，从而降低成本。由于太阳光的广谱特性，而单结太阳能电池对特定窄谱的光有较高的吸收效率，使得光能利用率不够高。因此有多结串联太阳能电池的提出，各个结对应不同的波段有各自的吸收峰，可以大大增加光伏电池的效率。但是外延生长多层结构，工艺复杂。
对于聚光型太阳能光电池，将太阳光聚光再分成单色光，再利用对应单色光谱的光电池分别发电，可大大提高光电池的效率。利用图1所示的结构理论上可以很好的将聚光再变成平行光的太阳光分成紧凑的单色光圆环，满足聚光型单色光电池系统的需要。但实际生产过程中，这样的双锥型分光棱镜很难加工，加工工艺复杂，费用很高，这对于降低发电成本起了限制。
发明内容
本发明为解决上述应用于聚光型单色光太阳能电池系统的分光棱镜的加工困难，成本较高的问题，提出了一种解决方案。该方案如下：
一种用于聚光型单色光太阳能电池系统的双锥形分光棱镜，由n个相同的三角棱镜组成，每个三角棱镜的外表面由一个矩形底面、两个等腰三角形端面，两个梯形侧面组成；两个梯形侧面共上底边，下底边分别为矩形底面的一对相平行的边，矩形底面的另外一对边分别作为两个等腰三角形端面的底边，两个等腰三角形端面的腰同时也作为两个梯形的腰；两个三角形端面为抛光面，两个梯形侧面之间的夹角为360°的n分之一，相邻三角棱镜的相邻梯形侧面拼接在一起，由三角形端面拼接而成的两个类锥形表面，一个作为入射端面，一个作为出射端面。
作为优选实施方式，三角棱镜的两个端面与矩形底面分别形成的夹角根据不同的玻璃材料而不同，以保证紫外光谱能从出射端面出射；所述三角棱镜的相邻梯形侧面由紫外胶拼接。
本发明的技术效果在于：
1.整个分光单元可由多块特别设计的三角棱镜拼接而成，切成三角棱镜的形式加工更方便便宜，降低成本；且多块三角棱镜拼接构成的双锥形分光棱镜能有效减小分光棱镜体积，压缩分光面积，从而降低生产成本。
2.利用三棱镜拼接而成的分光元件，可以将平行的入射光在出射面近似的分成同心的紧凑相连的圆环光谱。若直接用三角棱镜分光，出射光谱为分离的多个圆形，各分离的光谱圆的所占面积较大，而利用本发明的分光棱镜分出的同心圆面积较小，结构紧凑。因此利用本发明的分光棱镜分光能节约材料成本。
附图说明
附图1为本发明的双锥形分光棱镜的整体结构示意图；
附图2为构成本发明的双锥形分光棱镜的一个三角棱镜示意图；
附图3为应用到聚光型单色光太阳能电池系统的本发明的分光单元示意图。
具体实施方式
本发明实施方案如下：
附图1为本发明的双锥形分光棱镜的整体结构示意图，可以说是一种理想的双锥形分光棱镜，该种理想的分光棱镜，上下两个底面均为锥形，加工工艺复杂且，费用昂贵。据此，本发明利用图2所示的几块(6、8或12块)三角棱镜拼接后，可以模拟出图1所示的双锥形分光棱镜。利用多块三棱镜拼接成一个上下两端有锥形凹槽的正多面体(正6面体、正8面体或正12面体)，得到聚光型单色光电池系统采用的双锥形分光棱镜。
一个三角棱镜的外表面由两个等腰三角形端面A、B，两个梯形侧面C、D和一个矩形底面E、组成。两个梯形侧面C、D共上底边，下底边相等，分别为矩形底面E的一对相平行的边。矩形底面的另外一对边分别作为两个等腰三角形端面A、B的底边，两个等腰三角形端面A、B的腰同时也作为两个梯形侧面的腰。一个三角棱镜，只需要将三角形端面A、B需要抛光即可。以由12个这样的三角棱镜构成的双锥形分光棱镜为例，每个三角棱镜的两个梯形侧面之间的夹角为30°，相邻三角棱镜的梯形侧面用紫外胶拼接在一起。
玻璃材料上的选取根据实际需求可以选择K9、石英玻璃或火石玻璃。折射率：火石玻璃＞石英＞K9；熔点：火石玻璃＞石英＞K9；价格：火石玻璃＞石英＞K9。玻璃的折射率越大，分光特性越好；入射光柱能量越大，分光玻璃所承受的温度越高。
本发明的采用多个三角棱镜构成的双锥形分光棱镜，上下两个近似锥形表面由三角棱镜的端面拼接而成，三角棱镜的两个端面与矩形底面分别形成的夹角应当根据不同的玻璃材料而设计不同，以保证紫外光谱能从出射端面出射。
本发明巧妙的利用组合法将附图1所述的装置分成了若干数目的三角棱镜加工，单个的三角棱镜加工容易，拼接简单，总体成本较低，有利于产业化。
图3中，聚光型单色光太阳能电池系统分光单元是本发明的双锥形分光棱镜结构。它是一种色散装置，包括前锥形分光棱镜13和后锥形分光棱镜14。它的前锥形分光棱镜13可以将广谱太阳光中不同频率的光谱分开，产生色散，后锥形分光棱镜14能够进一步将不同频率的光分开，使得出射光入射到光伏电池上面。不同的频率的光圆对称的色散到光伏电池组上面，光伏电池组由各个半径不同的光伏电池1，2…n构成(图中的编号7，8，9，10分别标识环状光伏电池1，2和n以及中间波段光伏电池)，而圆心处没有入射光，因此也没有放置光伏电池。构成光伏电池组的各个环状光伏电池1，2…n的最大吸收频率不同，由分光棱镜射出的不同频率的光对应入射到各个环状光伏电池1，2…n上面，最大效率的完成各频率光谱分量的光电转换。环状光伏电池1，2…n分别为单结的半导体光电池，对特定频率吸收效率很高。
总体来说，本发明较好地解决了聚光型单色光电池系统中的分光需求，且减少了对应光谱所需分光面积，因而可以节约整个发电系统的成本。

Claims (3)

1.一种用于聚光型单色光太阳能电池系统的双锥形分光棱镜，由n个相同的三角棱镜组成，每个三角棱镜的外表面由一个矩形底面、两个等腰三角形端面，两个梯形侧面组成；两个梯形侧面共上底边，下底边分别为矩形底面的一对相平行的边，矩形底面的另外一对边分别作为两个等腰三角形端面的底边，两个等腰三角形端面的腰同时也作为两个梯形的腰；两个三角形端面为抛光面，两个梯形侧面之间的夹角为360°的n分之一，相邻三角棱镜的相邻梯形侧面拼接在一起，由三角形端面拼接而成的两个类锥形表面，一个作为入射端面，一个作为出射端面。
2.根据权利要求1所述的双锥形分光棱镜，其特征在于，三角棱镜的两个端面与矩形底面分别形成的夹角根据不同的玻璃材料而不同，以保证紫外光谱能从出射端面出射。
3.根据权利要求1所述的双锥形分光棱镜，其特征在于，所述三角棱镜的相邻梯形侧面由紫外胶拼接。
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