CN102113135A - 用于抛物面太阳能反射器的球面成像透镜的光伏发电机 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于将聚集的太阳光光伏转换成电的发电机。根据本发明的发电机将多个光伏电池合并起来，意图用于在指向太阳的大抛物面反射器的焦点附近运行。在该发电机中，次光学元件将射入的聚集光转递到布置成密集凹阵列的电池上。以与高光伏转换率和每单位输出功率低电池成本相符的高聚光度，将该光传送到该电池上。光进入到发电机中，首先优选地通过密封的窗，并传播经过向场透镜，优选地采用以抛物面焦点为中心的实心球或球透镜的形式。该透镜形成了主反射器的同心的凹广角图像，其中，该聚集光的强度不随着射入到发电机中的聚集光的位置的变化而变化。被制成不同的形状和尺寸的平坦光电电池接收了稳定光，该电池相应于给定的主反射器的凹像被构造成凹阵列。发电机中的光电电池还依大小排列并互连，以便提供保持高而稳定的单一电输出，尽管例如通过主反射器的错误指向或弯曲会导致传送到该发电机上的光出现像差。在一些实施例中，电池被设置成在球透镜所形成的图像后，并且部分光被反射到各电池的小型次反射器上，次反射器采用的是围绕电池周界设置的镜的形式。

Description

用于抛物面太阳能反射器的球面成像透镜的光伏发电机

背景技术

气候变化被认为是已经受到广泛关注的重大问题。由于全世界的能量都产生于矿物燃料，所以大量的温室气体正在我们的大气层中累积。许多专家都认为，如果不马上采取行动来减慢或甚至逆转这样的积累，那么我们的气候和我们所居住的世界就会蒙受灾难性的后果。专家们预言，地球的温度仅仅只上升几度就可以使极地冰融化，从而导致海平面上升，足以使许多沿海城市被水淹没。一些科学家还预言许多种植物和动物会灭绝。考虑到由燃烧矿物燃料产生能量所产生的这些和其它显著的负面影响，迫切地需要可以以符合成本效益的方式产生能量而又不产生大量的温室气体的方法和设备。

太阳能系统不太可能对大气层中的温室气体的减少具有显著的影响，除非使用太阳能发电所用的成本与通过燃烧矿物燃料来发电的成本相比可以是有竞争性的。成本对于太阳能系统是关键的。实际上，成本不可以被过分强调，因为单单成本可能会产生成功和失败之间的差别是非常重要的。只要太阳能发电的成本高于通过燃烧矿物燃料来发电的成本，那么太阳能对我们大气层中的温室气体的减少具有显著影响的机会极小。太阳能转换系统的制造设备和方法一直以来都是迫切需要的，其具有低的总系统成本，且其发电所用的成本与通过燃烧矿物燃料来发电的成本相比是可以是有竞争性的。

在过去，因为相对高的资本成本，特别当与发电的替代方法相比较时，直接由光伏电池产生太阳电的努力不是完全令人满意的。太阳能的公共规模的应用大多数使用了热力系统，其中，太阳光线被集中起来，以便提供通过使用驱动电磁发电机的发动机来将其随后转换成电的热。热力系统普遍使用大的光学反射器来通过聚焦太阳光对工作流体进行加热。通过槽式反射器仅仅将太阳光沿着一个维度聚集到中等水平时，系统中的转换率相对是低的。

已经使用具有多结电池的光伏转换以便由太阳光来发电，其包括具有太阳光聚集的布置，以便提高效率，但是完全聚集的光伏系统的成本太高了，以至于在商业方面没有竞争力。这样的高成本的潜在原因在于，在大多数以前的尝试中使用了聚集光伏系统，因此用于聚集和转换太阳能的单元太小，其通常由通过一个小镜子或透镜将太阳光聚集在电池中来驱动的一个光伏电池组成。优选地，小的单元用于将聚集的太阳光转换成电，因为在尺寸小时它们可以被简单地和被动地冷却，并且容易制造对跟踪器指向错误不敏感的单个电池，但是大规模地制造和配置这种电池以满足公共规模电源的需要是昂贵的。因为使用聚集光伏系统的这种先前的装置的相对高的成本没有竞争力，所以这种设备的影响力小，且每年只占总发电电力的非常小的部分。

对于以低成本每单位功率输送高功率聚集太阳光的光伏发电机系统的需求一直以来都是迫切的，其成本相对于通过燃烧矿物燃料来发电的替代的传统方法的成本是具有竞争力的。

发明内容

本发明的目的和特征

本发明的目的是通过提供更高额定功率的光电发电机来克服过去的局限性，所述发电机被设计以与以低成本/单位功率输送高功率聚集太阳光的大型太阳能反射器一起高效工作。这种发电机(其均包括许多光电电池)利用主动式冷却和内部光学元件来保持该光线均匀地传播通过所有光电电池，尽管主要反射器发生弯曲和错误指向。

本发明的主要目的是通过使用太阳能光电转换而以低成本/单位能量来促进电力的产生。本发明的一个方面涉及通过指向太阳的大型碟形反射器将聚集在双面向中的太阳光的转换。本发明意图用于这样的设备的运行，该设备提供以低成本、但相对高输入功率水平(通常在2-20kW的范围内)递送的聚集的太阳能。以这样功率水平进行的转换导致比可通过热传导到散片结构而简单冷却所产生的局部余热更多的局部余热。

本发明特别适合于与用于强聚集太阳光的设备联合使用，所述设备公开在和本文同步提交的、Roger P.Angel和Warren B.Davison的、题目为“Solar Concentrator Apparatus with Large，Multiple，Co-Axial Dish Reflectors”的申请No.12/463,001中。本发明所使用的大型碟形反射器可以有利地使用在和本文同时提交的、Roger P.Angel和Blain H.Olbert的、题目为“Method of Manufacturing Large Dish Reflectors for a Solar Concentrator Apparatus”的申请No.12/463,026来制成。当传播到各单个焦点上的太阳能大约为8kW时，这些发明一起提供了用于聚集太阳能的最低成本。这一最低的成本来源于对系统的优化，其包括用于最低成本的材料和制造的设计。因此，使用了将支持、排列和跟踪反射器的功能结合起来的钢结构，并且所述刚结构被优化以赋予焦点最低质量的钢/千瓦。当以每年30平方公里的速度制造时，该反射器是薄的整块玻璃材料，其通过具体地优化用于低成本的制造工艺制成，并且足够每年增加大约7千兆瓦(峰值电量)的发电量。

本发明的第二个目的是在紧凑的发电机单元中构造光电电池，该单元只实施整个系统的能量转换功能，并且收集和聚集太阳能的附加功能在设计中清楚地分离。通过设计这样的分离，对于各功能，制造成本可以独立地被最小化，以便以最低的资本成本来提供非常大规模的生产。根据本发明的发电机单元包括光电电池系统(具有包括于小尺寸包内的它们的关联光学、电子和冷却元件)，以便有利于大规模生产、运输和替代，并以便如果该发电机位于主要反射器的主焦点处，使光阻最小化。

本发明的另一个目的是利用低成本/单位能量，该能量通过由与高度聚集光一起使用的光电电池所产生。因此，当其以为1000的非常高的太阳能聚集系数来使用时，即使聚光器光电电池的每单位电池面积比标准硅光电电池贵100倍，其还是可以取得电池成本的减少，该减少是每单位电力输出的大约10倍。因此，本发明的目的就是提供适合于以高达1000或更高的非常高的太阳能聚集度来运行电池的实用设备。

本发明的另外一个目的是通过输入给定的聚集太阳能来产生最大可能的电能，该太阳能来自于用于光学聚集并跟踪太阳移动的给定的符合成本效益的设备。当根据本发明有效地减少了每单位的能量输出时，全部太阳能电力发生系统的主要成本可能就是用于光学聚集和在完全的系统中进行跟踪的设备的主要成本，而不是光电电池的成本。在这一成本体制中，通过根据本发明来使用的多结面的光电电池所获得的大约为40％的高转换效率是特别有价值的。可以获得的发电机效率越高，由给定聚光系统所分配的每单位电能的成本部分越小。

本发明另一个目的是使该发电机可以以高的总效率持续地运转，甚至在当其与低成本和轻盈的聚光器系统和支持结构一起运行时。这种系统可以向发电机提供没有理想地中心聚集的、且其可以在阵风和机械弯曲的作用下相对于发电机入口移来移去的太阳光。因此，尽管在输入中有这样的缺点，但是该发电机应向单个的光电电池或成组的电池提供基本上相同数量的太阳辐射光，以使该光电电池将各自地产生基本上相等的电流，并在其串联时将保持持续的高输出功率。

本发明的另一个目的是将传递到本发明的发电机上的聚集光指向光电电池的光电活性区域，而不是电池上的非光敏性母线或是两者之间的任何间隔，以使转换效率最大化。

本发明的另一个目的是提供用于低的寿命能量成本的高度可靠的发电机。因此，本发明的特征在于在光电电池的照射期间避免局部热点的光学系统，以及其特征在于有效冷却以使热循环和运行温度最小化。

本发明的重要的特征是在该发电机内引入新型光学元件以满足以上目的。根据本发明的光学元件通过许多或所有的光电电池提供期望均匀性的照射，尽管进入的光的非均匀性以及尽管错误指向。根据本发明的内部发电机光学元件可被构造，以使进入到发电机中的几乎所有聚集的太阳光都朝向光电电池的活性区域。该内部发电机光学元件的另一个特征是维持电池照射和高通量的均匀性，尽管在电池处非常高聚集度的光。一般来说，所设置的以高聚集度来照射多个光电电池的光聚集系统对于错误指向和弯曲往往具有低的容差。然而，本发明的发电机的特征在于具有对于错误指向和弯曲有相对高的容差的光聚集系统，以使可以使用低成本的递送设备。在本发明中所使用的内部发电机光学元件被设计以便也尽可能地降低施加在光聚集系统上的要求和制造的容差，并支持使用来向该系统提供输入能量的结构，目的在于降低总系统成本。可以修整内部结构以用于特定主要反射器，以便无论反射器的尺寸和形状都确保高效的照射。

发明概述

根据本发明，提供了一种电光发电机，其用于在弯曲的集光器或镜的焦点处运行，该集电器或镜子优选地为抛物面并优选地将2-20KW的太阳光聚集进紧凑的聚焦区。该发电机优选地合并了多个有效冷却的光伏电池，以便由聚集的太阳光产生电。在工作时，发电机被牢固地安装在所提供的集光器或镜的焦点处，通过所提供的双轴跟踪器将这个牢固的组件指向太阳。根据本发明所构造的多个可重复的发电机非常适合用于公共规模的发电。

根据本发明，发电机将优选地包括多结光伏电池，与其他的光伏电池设计相比，其具有相对高的转换效率。在本发明中，为了极大地降低电池每单位功率输出的成本，优选地以达到或超过太阳能级1000倍的聚光度照射多结光伏电池。

本发明的一个重要方面就是其用作以主反射器的焦点为中心的实心球体或球的形式的向场透镜，该主反射器向其提供聚集的太阳光。根据本发明的球透镜提供了光伏电池的大体均匀和稳定的照射，尽管进入到发电机中的光的分配是不均匀和可变化的。对于在发电机内采用串联电连接的许多光伏电池的本发明的大多数优选实施例来说，照射的均匀性和稳定性是难得的。在该构造中，如果这些电池没有接收到基本上相同的太阳能输入并且输送了相同的电流输出，那么效率就会打折扣。本发明对于输入光的不均匀和可变化的分配具有相对高的容限，这样就允许了太阳能发电机是高度有效的，即使当其由低成本的输送设备所驱动时，其中，输送设备易受到弯曲、风的连续冲击、不对准和光学制造误差的影响，从而导致了输入照射是不均匀且是可变化的。

在本发明中，由球透镜所提供的稳定的照射的区出现在主集光器的凹图像处。因为即使在出现中等程度的错误指向的情况下，由本发明所提供的该图像也没有相对于发电机移动，所以在安装于发电机内且相应于稳定化图像的凹表面(被称为“接收面”)处，照射大体是稳定的。期望的是，在发电机中的光伏电池的构造与用来驱动发电机的主集光器的透镜所形成的图像相匹配。因此，在集光器的特定形状和焦距比方面，根据本发明的发电机优选地都与其使用的主集光器相匹配。例如，如果将光传送到发电机上的主集光器是方形的，那么聚集的光就被分配在整个接收面上，作为该接收面上球透镜所形成的方形集光器的凹图像。

根据本发明的发电机中所使用的透镜的高度优选的形状是球形，因为本发明中的球面透镜广角成像，从而可以与短焦距的主集光器一起使用。此外，球面透镜可以被设置具有小的直径和短的焦距，这样得到了主反射器的小图像并获得了高的聚光度。球面透镜是优选的，也是因为其可以以低成本来制造。具有低OH容量的熔融的石英玻璃是用于球面透镜和球透镜的高度优选的材料，因为在整个太阳光谱上其光吸收率非常低。在实践中，这种材料的透镜可以获得高的通过量。基于整个太阳光谱上的石英的折射率，图像(其是光稳定的地方)将在常规条件(通过f/0.5的抛物面照射)下优选地被安置在大致为球面的表面上，该表面以半径“b”与半径为“a”的球透镜同心，“b”如下定义：

b～1.546a     (1)

本发明的一些实施例的重要方面在于其使用了“次反射器”。在这些实施例中，电池没有被设置成与接收面直接相符以便接收由球透镜所提供的稳定的光，而是其在接收面后面凹进(或偏移)，其中，次反射器处于接收面和光伏电池之间。次反射器的目的在于将接收面的聚集的太阳光稳定且持续的通量重新引导到离散的区域内，所述区域恰好照射了分离的电池的光伏活性区域。穿过接收面的给定区域并进入到次反射器中的光直接地或者通过向内倾斜的镜像壁的反射到达了凹的光伏电池，该壁从接收面向下延伸到达电池的光伏活性区域的周界。构造次反射器的入射面，以使次反射器的组无间隔地平铺接收面的整个照射区域。凹的且分隔的光伏电池被保持为接收面后面的凹阵列。本发明的次反射器的运行取决于在各次反射器上的球透镜所输送的光的接近垂直的入射角。

本发明实施例次反射器实施例次反射器次反射器次反射器次反射器次反射器次反射器次反射器的次反射器的功能和运行都与事先结合光伏电池使用的光漏斗的功能和运行有很大的区别。通常地，这种光漏斗的功能是用于均匀化不稳定地且可变地分配的光，且其在漏斗入口处散布大范围的入射角。

本发明的次反射器提供了几个优点。第一个优点就是高度有效地使用太阳能输入，因为由球透镜所稳定的几乎所有的入射光都指向了其内多个平坦电池的光伏活性区域。次反射器的第二个优点就是简化了电池阵列的制造。布置在次反射器的凹阵列后的电池保持在凹阵列中，但是其被分隔开，用于方便地并排安置旁路二极管和布线。用平坦接收器组件、以低成本大批量生产具有这样分隔的电池的发电机，每个接收器组件携带一个电池，并且所述发电机被制造成配合凹阵列所需的形状和尺寸。以这种方式，通过成熟的电子制造方法并且根据最小的特殊要求，可以将标准的平坦光伏电池组装在标准的单面印刷电路上。次反射器的第三个优点是在于其有效地通过冷气剂的强制流动来冷却电池。通过使用电池后面高热浓度的局部区域之间的空隙(其由使用次反射器所造成)做为排放管道，实现了冷却这些区域的有效流动。由此获得了更高的净输出功率，因为有效的耦合获得了更高的转换效率以及用于驱动冷却泵电机的发电机输出的更低的寄生损失。

基于以下考虑，根据本发明，可以针对给定的抛物面反射器设计发电机。根据本发明与焦距比为f≥0.5的主反射器一起使用的发电机的光线跟踪计算显示了：对于高达δ_m≈a/2F，(2)的最大值的光线偏差角，在接收面处的强度几乎保持不变，其中，“F”是主抛物面的焦距。在实践中，光线的偏差是由一些原因引起的，诸如，太阳的有限角大小(在分支处，δ＝0.004弧度)或制造和指向上的误差。

由球透镜所提供的太阳光的聚集取决于接收面上的位置(从中心向外增加)。对于通过具有焦距F的抛物面进行的照射，在任意点处以角度θ在对着球透镜中心的具有半径“b”的球面接收面上的聚光度C₁可以由以下等式获得：

$C_1={\left(\frac{F}{b}\right)}^2(1+2{\left(\tan \frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)}^2+{\left(\tan \frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)}^4).---\left(3\right)$

以球透镜为例，其设计和性能都考虑到了发电机被设计用来与f/0.5的圆形主反射器(即焦距等于0.5D)一起工作，其中，“D”是反射器的直径。在等式(3)中，在球面接收面的边缘处，边角θ_e＝53.1°，聚光度C₁是比在中心处(θ＝0)高1.56的系数。在等式(2)中，如果期望主反射器的结合的光线偏差为±1°(±0.017弧度)这么高，那么发电机将优选地将半径a＝0.035F的石英球透镜合并。假设在等式(1)中b＝1.546a，并且D＝2F，接着是F/b＝18.5。在等式(3)中，仅仅由(F/b)²＝342给定了接收面的中心处(θ＝0)的聚光度，该聚光度等于边缘处(θ_e＝53.1°)的533。

根据本发明，以上的考虑表明了在发电机的接收面处的聚光度和错误指向容限之间的关系。对于根据本发明的使用球透镜的发电机，错误指向的极限角与中心聚光度有关(C₁≈0.1/δ_m ²)。因此，例如，被选择用来与以上反射器一起使用以便在接收面中心处产生几何聚光度C_1center＝400而在边缘处为C_1edge＝625的石英球将提供与错误指向角δ(高达δ_m＝0.016弧度或0.9°)无关的照射。

当结合球透镜来使用次反射器时，增加了直接地从球透镜入射到光伏活性区域上的边缘反射光，并且与在接收面处的光的聚光度的平均水平相比，提高了在电池处的光的聚光度的平均水平。所提高的聚光度平均值被称为次聚光度C₂。由电池得到的总聚光度“C”相等于地用于球透镜的几何聚光度C₁、次反射器的几何聚光度C₂以及总光通量η的乘积，因此，C＝ηC₁C₂。具有深的次反射器的实施例具有更高的聚光度C₂，因此对于给定的总的聚光度C需要更小的聚光度C₁。一个重要的结论是，具有深次反射器且因此具有更高的次聚光度的发电机(对于给定的总聚光度)提高了对错误指向和其它光线偏差的容限，因为根据由等式(2)给出的由球透镜良好成像的需要所设置的容限仅仅应用于球聚光度C₁。

根据本发明，发电机的优选实施例可以被设置具有在接收面周围的凹阵列中组装的多个光伏电池。可以将电池简单地串联起来，以便高效率地输送电功率，条件是所有的光伏电池单独地接收基本上相同的光功率并产生了基本上相同的电流。因此优选地，构造与各光伏电池相关的接收面的区域，以便使其随着半径增加而变小，其与等式(3)所给出的集光度随着半径的可预见的增加成反比。对于被构造用于给定的主反射器的本发明的具体实施例，通过首先将主反射器区域(其投影垂直于轴线)划分为相同的区域，构建了用于相等功率的接收面的平铺图案。因此被划分的主反射器的接收面上的图像接着也被划分为接收相等功率的区域。例如，对于与方形的主反射器一起使用的本发明的实施例，可以根据投影到主反射器上的矩形方格所形成的接收面上的图像划分接收面。

在本发明的第一和最简单的实施例中，在发电机中的多个单个平坦的光伏电池直接地被来自球透镜的聚集光所照射，并且以不同的形状和尺寸制作电池，以便将弯曲的接收面向外平铺到图像周界。在一些实施例中，平坦电池被塑造成近似于接收平面的多面体的小平面。在这些实施例的一些中，单个地构造了电池，以便接收相等量的功率，如以上所描述的。在一些实施例中，接收面具有球面曲率，并与球透镜同心，选择半径以便生成主集光器的锐利图像(针对集光器光学元件的光线错误指向特性的范围)。在其它的实施例中，接收面可以是非球面的，例如，扁球体，其用于改进在接收面上的主反射器的成像。这种改进的成像是可期望的，用于更好地稳定将要与特别深的碟状主反射器一起使用的发电机的输出功率，或者稳定对抗错误指向的特别大角度的输出功率。

如上所述，这种具有密集地被堆积并且直接地被照射的光伏电池的简单实施例的有限性在于，在电池之间的间隙中或非光敏性的边缘母线中(可以覆盖10％或更多的电池区域)损失了一些光。

根据本发明，在通过使用次反射器的其它实施例中，这样的有限性得到了改善。实施例次反射器不同深度的次反射器用于不同的实施例，由此使电池间隔不同、另外的光集光度C₂不同并且边缘增亮造成的整个电池上的聚光度变化不同。增加的深度提供了更大的电池间隔以及提高的光的聚光度，并且可以降低由边缘增亮所引入的整个光伏电池上的照射的不均匀性。在一些优选实施例中，次反射器采用了在光伏电池周围具有镜像框架的形式。在其它优选的实施例中，在次反射器的侧壁处的反射利用了全内反射，其通过在每个电池的前面放置具有向内倾斜的抛光边缘壁的实心玻璃的棱镜窗来实现。全内反射避免了在外部反射中产生固有的轻微能量损失，如在上述具有镜像框架的次反射器中所使用的。

在使用次反射器的一个优选的实施例(其被称为类型二)中，反射器是浅的，并且在相邻的活性电池区域之间开口的间隙相对较窄。在这种情况下，次聚光度C₂通常是低的(C₂～1.4)，并且在任何一个光伏电池上的照射的特点在于有强边缘增亮。不期望在非均匀照射中焦耳损失大幅地提高，因为亮边缘附近的电池上的窄的载流轨迹内增加的电流仅仅流过在亮边缘处的短通路。在一些实施例中，通过在导热电池基底中的横向扩散，最大程度地降低了沿着边缘的增亮造成的较高温度，以便避免由于过热导致的转换效率降低以及寿命缩短。

在类型二的具体实施例中，为了与圆形主反射器一起使用，次反射器被实现为棱镜窗，并且成组的电池并联电连接，以便提高对错误指向的容限。成组的电池径向取向且是轴对称的，以使所有的电池组产生相同的功率并且输送相同的电流。用于径向组的旁路二极管被设置在接收面的外周周围。对于一个优选的实施例来说，被动的热传递方法是优选的。通过陶瓷基底材料将来自许多光伏电池的废热传导到后面的流体室内。可以使用大型的热管或热虹吸管通过流体室中的沸腾来冷却电池，这导致了蒸汽将翅管提升，以便通过自然对流对其进行冷却。由于重力作用，再浓缩的流体返回到了该室中。在一个改进的实施例中，光伏电池和旁路二极管被焊接成陶瓷杯并且通过陶瓷杯上凹的铜印刷电路连接。对于另外一个实施例来说(其可以更容易地被制造)，将电池焊接到被安装在框架支持件上的单个平坦陶瓷基底上，并通过活性泵液体冷却剂进行冷却。

在方形主反射器的焦点处使用的发电机的特别优选的实施例(其被称为类型三)将球透镜合并，并使用了在接收面处的深的、大致为方形的次反射器。这些提供了电池之间的相对大的间隙，并对其深度进行具体选择，以便最大程度地减少单个光伏电池上的照射的非均匀性。当对次反射器的四个边缘镜的深度以及定向斜角进行选择使得每个镜反射恰好远至电池中心的边缘光时，获得方形电池最高的均匀性。结果就是获得相对均匀的照射，其标准偏差σ₁/<I>＝0.12，且有效地没有边缘增亮，明显的次聚光度C₂～2.6。由以上分析可知，即使对于1000那么高的聚光度，错误指向的角公差δ_m也接近于1度。

在这样高度优选发电机的优选实施例中，次反射器被制成镀银的复制品，其被安装在具有冷却液体、杯状的框架内，并与电池组件分离。各光伏电池被安装到具有突出的旁路二极管(一个或多个)以及缺口侧面的小接收器组件上，以便获得紧贴的安装。电池及其接收器组件被制成具有相同的总形状但具有不同的尺寸，从而在凹的安装面上被装配在一起，该安装面将各电池直接地安置在照射其的次反射器后面。通过螺栓和导热膏将接收器组件附着到凹的安装面上，该安装面采取了持续冷却的铜杯的形状。将接收器组件安装在一起，形成棋盘状的图案，在接收器的相邻的对角之间只需要非常短的电连接件，以便完成串联连接。各接收器组件在所有的四个角处都可以具有输出，以便可能形成这么短的连接件。

对于该实施例，主动冷却是优选的。铜杯的凸出侧面由液体冷却，该液体被抽到远离发电机的散热器上。其中，通过强制对流用空气对该液体进行冷却。在与各电池相对的局部区域中，设置了铜杯的被液体冷却的凸侧面，类似散热片的针或翅片被短地且密集地堆积，以便增大表面面积。在这些区域中，通过喷射流，将冷却液体强制推进到用于改进热传递的铜针之间的间隙或通道中。该流动需要低压，因为备用的逸出通路被设置到这些局部的针/翅片区域的侧面。结果就是，该主动冷却系统的冷却剂泵和扇所造成的寄生功率损失低。

在选择聚光度方面给予很大灵活性的第四个可供选择的实施例类型中，棱镜窗的深度可以极大地被延伸，以便形成光管。这种光管优选地被构造成具有尺寸不同的入射孔径，以便接收相等的功率，并且被构成成具有引入具有相同形状和尺寸的区域上的出射孔径，以便照射相同的矩形光伏电池或相同的方形光伏电池。这种光管具有弯曲的侧面。在这个可供选择的实施例中，光管中的多次反射导致了输出光被重新均匀化，从而变成均匀的，并且次聚光度系数是自由参数，其可以通过选择光管的几何形状来被调节。

附图说明

图1是显示了在抛物面反射器的焦点处就位的发电机的球透镜的位置的优选实施例的透视图。

图2是显示了具有图示的冷却剂结构的根据本发明的发电机的优选实施例的剖视图。

图3是通过抛物面碟面示出了指向发电机的太阳光光线的路线的示意图。

图4a是示出了在发电机安装之前碟面焦点附近的光线的示意图。

图4b是示出了穿过球透镜之后的相同光线的示意图。

图5a是示出了在根据本发明的发电机的球透镜的接收面处被直接地安置的相邻的平板型光伏电池的示意图。

图5b是示出了根据本发明的被设置在三个次反射器后面一个单位深度的光伏电池的示意图，其被构造在发电机的球透镜的接收面周围。

图5c是示出了被设置在三个次反射器后面两个单位深度的光伏电池的示意图，其被构造在发电机的球透镜的接收面周围。

图5d是示出了根据本发明的被设置在三个次反射器后面三个单位深度的光伏电池的示意图，其被构造在发电机的球透镜的接收面周围。

图5e是示出了根据本发明的被设置在三个次反射器后面四个单位深度的光伏电池的示意图，其被构造在发电机的球透镜的接收面周围。

图6a是示出了根据图5a的其中一个电池的照度的示意图。

图6b是示出了根据图5b的其中一个电池的照度的示意图。

图6c是示出了根据图5c的其中一个电池的照度的示意图。

图6d是示出了根据图5d的其中一个电池的照度的示意图。

图6e是示出了根据图5e的其中一个电池的照度的示意图。

图7是示出了针对图5a、5b、5c、5d和5e以及图6a、6b、6c、6d和6e中所示的具有不同深度的次反射器的根据电池照射随聚光度变化的归一化标准偏差的绘图。

图8是示出了入瞳和接收面的相应划分的透视图。

图9a是示出了通过环和轮辐被划分成相等区域的圆形入瞳的示意图。

图9b是示出了相应于图9a中的入瞳的接收面的透视图，其中梯形电池接收相等的功率。

图10a是被划分为相等方形区域的方形表面的平面图。

图10b是示出了用于方形主反射器的发电机的球透镜和接收面的透视图，通过图8中的结构，其被划分为具有相等功率的大致方形的区域。

图11是示出了根据本发明的被抛物面镜反射进发电机内的光线的几何图解。

图12a是显示了穿过薄棱镜窗形式的次反射器的同轴光线的横截面。

图12b是显示了穿过薄棱镜窗形式的次反射器的离轴光线的横截面。

图13a是示出了薄棱镜窗的环的示意图，其中，通过针对同轴照射的光线跟踪来计算出射面处的强度。

图13b是示出了薄棱镜窗的环的示意图，其中，通过针对离轴照射的光线跟踪来计算出射面处的强度。

图14是显示了具有薄棱镜窗、光伏电池以及支持光伏电池的单片结构的组件的细节的剖视图。

图15是显示了通过使用单个印刷电路的聚光型电池的细节的剖视图。

图16a是示出了到达接收面而没有任何错误指向的光线路径的光线图。

图16b是示出了到达接收面且具有微小错误指向角度的光线路径的光线图。

图16c是示出了到达接收面且具有比图16b所示的错误指向角更大的错误指向角的光线路径的光线图。

图16d是示出了到达接收面且具有比图16c所示的错误指向角更大的错误指向角的光线路径的光线图。

图16e是示出了到达接收面且具有比图16d所示的错误指向角更大的错误指向角的光线路径的光线图。

图16f是示出了到达接收面且具有比图16e所示的错误指向角更大的错误指向角的光线路径的光线图。

图16g是示出了到达接收面且具有比图16f所示的错误指向角更大的错误指向角的光线路径的光线图。

图16h是示出了到达接收面且具有比图16g所示的错误指向角更大的错误指向角的光线路径的光线图。

图17是示出了用于光伏电池的电互连以便提高相对于太阳的对反射器的错误指向容限的构造的示意图。

图18a是显示了没有错误指向的单个光伏电池和平行成组的光伏电池中的光伏电流的图示。

图18b是显示了在存在小错误指向角的情况下单个光伏电池和平行成组的光伏电池中的光伏电流的图示。

图18c是显示了与图18b所示的相比错误指向角有所增加的单个光伏电池和平行成组的光伏电池中的光伏电流的图示。

图18d是显示了与图18c所示的相比错误指向角有所增加的单个光伏电池和平行成组的光伏电池中的光伏电流的图示。

图19是根据图2的优选实施例的透视图，其示出了光伏电池的优选的布置和构造。

图20是显示了整个光伏有效区域的周边电池母线和栅格布线的优选布置的梯形光伏电池的平面图。

图21是显示了在图5d和图6d的优选实施例内的次反射器以及支持光伏电池的复合结构的剖视图，其中光线显示了均匀光伏电池照射。

图22是只显示了根据图21的发电机的光学元件、电池以及旁路二极管的透视图。

图23是次反射器的优选设置的平面图。

图24是图23的一个次反射器的平面图，其中射出反射器基体的照度通过点密度来表示。

图25是根据本发明的优选实施例的透视图，其显示了在抛物面反射器的焦点和冷却剂结构处使用球透镜的发电机。

图26是详述了图25的发电机的透视图，为了清晰起见，以断面显示了一些组件。

图27是安装的次反射器的透视图以及支持的冷却框架的部分的剖视图。

图28是支持次反射器的完整框架的透视图。

图29是示意性地显示了80个接收器组件的阵列的透视图。

图30是显示了成排的8个次反射器以及在接收面的整个宽度内成排的8个接收器组件的透视图。

图31是单个接收器组件的透视图。

图32是接收器组件的分解图。

图33是显示了接收器组件安装详情的横截面。

图34是显示了次反射器和接收器组件的详情的透视图。

图35是显示了80个串联的接收器组件的电路图。

图36是显示了用于支持接收器组件的单片铜杯的一些小平面的部分的透视图。

图37a是示出了针对同轴照射的薄次反射器的反射几何图形的示意图。

图37b是示出了针对离轴照射的薄次反射器的反射几何图形的示意图。

图37c是示出了针对同轴照射的厚次反射器的反射几何图形的示意图。

图37d是示出了针对离轴照射的厚次反射器的反射几何图形的示意图。

图38a是示出了针对同轴照射的接收面处具有弯曲侧面的光管的可供选择的实施例的示意图。

图38b是示出了根据图38a中所示的但是是针对离轴照射的接收面处具有弯曲侧面的光管的可供选择的实施例的示意图，

图39a是显示了整个太阳光光谱上的电熔融石英的吸收的曲线图。

图39b是显示了相应于图39a的曲线图的整个太阳光光谱的太阳辐射的相对强度的曲线图。

图40示出了采取铰接瓣片的形式以便保护球透镜入射面的遮光器。

图41a是凹的多电池接收器组件的部分分解透视图，其显示了单片的小平面多面体陶瓷支持件。

图41b是凹的多电池接收器组件的部分分解透视图，其显示了铜印刷电路层。

图41c是凹的多电池接收器组件的部分分解透视图，其显示了光伏电池和旁路二极管。

图41d是凹的多电池接收器组件的部分分解透视图，其显示了棱镜窗。

图42是显示了图41b中的印刷电路铜层的详情并提供图17中示意性显示的电连接的透视图。

图43是图15中的印刷电路的部分顶视图，其示意性显示了光伏电池、旁路二极管以及互连件的位置。

图44是显示了在主反射器处的反射详情的光线图。

具体实施方式

图1是根据本发明的发电机4的透视图，其在抛物面反射器1的焦点处工作。作为被镜1所反射的辐射或光线2的太阳光进入到系统中。镜1的形状使得反射的太阳光辐射或光线3指向发电机4所处的焦点28处。在工作时，发电机4被设计用于在优选的抛物面反射器或镜1的焦点28处使用，该反射器或镜1的轴通过双轴跟踪器指向太阳。

根据本发明将太阳能输送到发电机上的镜1优选地具有大体为抛物面的反射面，该反射面反射尽可能多的太阳光，并将其聚集在发电机4的位置处。抛物面形状的反射器1是优选的，因为其将平行的入射光线2反射到焦点28上。在其中反射器1是大体为抛物面的优选的实施例中，期望的抛物面形状的反射面形状的偏差的特点会在于在主抛物面镜1的反射面处出现表面坡度误差，并且本发明的设计提供了对这种误差的容忍度。这是在制造和工作中可以获得成本效率的期望特征。

在抛物面镜1的焦点28处所使用的发电机4的详情被显示在图2的剖视图中。根据本发明的优选的实施例是大体为球面对称的发电机4，该发电机包括球形向场透镜5以及同心安置的、凹的、碗状的和球面弯曲的接收面9，在该接收面9的周围使用聚光型光伏电池15，如图2所示。使用多个光伏电池15直接由太阳辐射发电。这些电池15是优选的聚光型光伏电池15，其被设计为在聚集的太阳辐射的环境下作用。多个光伏电池15被电连接在一起，以便将由各电池15所产生的电力结合到来自发电机4的总电力输出。电池15可以分别是平坦的，其允许被用于使用传统方法所制造的聚光型光伏电池15。参看图2，显示了球形向场透镜5的横截面。球透镜5的中心优选地被安置在抛物面反射器1的焦点28处，或者非常靠近焦点28。用于球透镜5的优选形状是实心球，因为除了提供主及集光器1的优良的广角成像外，其还可以以低的成本来制造。在工作中，反射光线3穿过球透镜5，并通过光学透镜5的作用可以被折射，这取决于反射光线3相对于透镜5的角度，如将在以下更详细描述的。聚集的太阳光穿过球透镜5(由图2中的附图标记6和7所指出)，在凹的、球面的杯状的接收面9上形成了主抛物面反射器1的图像，其中，该接收面9被定位在与球面透镜5同心的位置上。

本发明的一个重要方面在于，太阳辐射6和7的强度被均匀地分配在整个接收面9上，并得以稳定，以对抗主抛光面镜1的反射面中的跟踪器的错误指向和表面坡度误差。球透镜5用来实现整个接收面9的光强度的稳定，以对抗跟踪器的指向误差。即使跟踪器没有直接地指向太阳，针对大范围的指向误差，在接收面9处的光强度也会相对保持不变。此外，球透镜5可以用作对于优选地被密封封住的腔体8的透光光学孔径。该密封的腔体8保护了在接收面9处的窗11和太阳能电池15。

图3、图4a和图4b示出了均匀地分配和稳定在凹的接收面9处来自抛物面反射器1的光3的强度的球透镜5的光学设计和特性。图3是由大的抛物面镜1反射到发电机4上的光线3的图解。光线3被以横截面示出，其被整个主反射器1沿着对角线从均匀分隔的六点处反射。

透镜5的作用被示出在图4a和图4b中所示的焦点区的详细描绘中。在图4a中示出来自抛物面1的光线3，在没有透镜5时，光线3将直接地向下落到平坦的聚焦面40上。在这种情况下，在任意点处的强度都很大程度上取决于其在聚焦面40中的位置以及反射器1相对于太阳光方向的错误指向角。由抛物面1所反射的光线3平行于抛物面的轴线入射，其由细线3所示。它们在抛物面1的焦点28处会聚于一点。由来自离轴源的抛物面1所反射的光线41由粗虚线显示。由于色差的原因，这些光线41远离中心焦点28移动，并沿半径处向外传播直至点29。

在图4b中所示的详情显示了当引入球面球向场透镜5时以抛物面的焦点28为中心的相同的同轴光线3和离轴光线41的路径。选择透镜5，使其直径与延伸到包含图4a中所有光线41的半径29的平坦的轴对称圆盘40的直径相同。同轴光线3以垂直入射的方式射入以及射出透镜5，且未出现偏差，也就是说，光线3没有被透镜5明显地折射，其在整个凹的接收面上均匀地分配。因为接收面9被定位为大致与由透镜5所形成的主抛物面1的凹像一致，所以离轴光线41被透镜5所折射，然后照射在接收面9上与同轴光线3几乎相同的位置处。因此，透镜5的作用是引导离轴光线41，使其与同轴光线3一样，维持在整个凹的接收面9上的均匀分配。在任意点处的光强度多半与入射的准直光3和41的方向无关，或者与主反射器表面1的变形无关。这样的变形使反射光线3的角度产生偏移，但没有明显移动主反射器1上的反射点。以下将更详细地描述球透镜5的功能和运行。

期望的是，照射在光伏电池15上的太阳辐射基本上被稳定，并在相对于入射太阳辐射的指向误差的范围内是不变的，以避免减少任何一个电池15的照射，任何一个电池15的照射减小可能会中断发电或减少发电量。本文所描述的发电机4的各种实施例都包括了球透镜5和被支持在稳定光9的凹表面周围的多个聚光型电池15。实施例之间的区别主要在于聚光型电池15对于弯曲表面9处聚集的光6和7的光耦合模式，而且区别还在于接收面9周围的电池15的平铺图案，以及用于将来自单个光伏电池15的光伏电流结合起来以便产生发电机4的全输出的策略。

图5a、5b、5c、5d和5e中的示意图示出了将球透镜5的聚集光光耦合到电池15中的不同方法以及它们原理的差别。全部五个图解显示了来自在接收面处的的相同图示区域115且被耦合进三个方形电池的聚集光，但其是以不同的方式耦合并且是进入到不同尺寸的电池中。图5a显示了最简单的耦合，其中，三个方形电池15直接地被放置以便覆盖接收面9上的指定区域115。电池尽可能紧密地放置在一起，以便接受在三个部分47中的每个上入射的可能最大比率的聚集光的光伏转换，所述三个部分47组成了接收面的指定区域115。图6a示出了一个区域47的照射图案，其中，随机点处的密度与强度或聚光度成比例。在这种情况下，密度是均匀的。以下的一个实施例包括了使用这种直接照射的电池的发电机。

图5b、5c、5d和5e示出了将光耦合到光伏电池中的可供选择的方式。这里，直接地或者通过环绕每个电池的镜像框架的形式的方形次反射器45反射，来自接收面的光到达设置在接收面后面的更小方形电池次反射器。所有这些图都是以与图5a相同的比例进行绘制的，并且显示了光穿过接收面的相同区域115进入到次反射器45内(所有的这些反射器45都具有相同尺寸的入射区47，但其深度不同)，并且向电池的馈给的尺寸逐渐变小且密度逐渐增大。次反射器图6b、6c、6d和6e是分别示出了根据图5b、5c、5d和5e所使用的次反射器的不同的构造、单个次反射器的镜像框架45以及整个反射器的输出面46的照度的平面图。在各情况下，随机点处的密度与太阳辐射的强度或聚光度成比例。光伏电池15优选地被定位成紧靠次反射器的输出面46之后。

在这些实例中，光入射面47的中心部分直接地到达电池15的光伏活性区域，而剩下部分则通过在电池边缘周围的倾斜反射面到达该区域。次反射器的反射面可以采取布置为镜像框架45的前表面镜的形式，如图5b、5c、5d和5e所示。可供选择地，次反射器可以采取棱镜窗的形式，其中，光首先进入窗的入射面47，该棱镜窗被安置在接收面处或在其附近。对后一种情况来说，边缘光在棱镜的向内倾斜的抛光边缘处被全内反射，以便穿过面46射到电池15上。不管反射是内部的还是外部的，次反射器的作用将提升在电池15的活性区域上的光的平均聚光度，并将提供用于电池15之间的部件或电连接件的空间。如从图5b到图5e以及从图6b到图6e所连续地显示的：随着反射器45被制得越深，全部入射光中被反射的一部分增加，光射出反射器的区域46就会变得更小、聚光度就会升高，并且被设置成紧靠在反射器之后的电池15之间的间隙就变得更大。该增加的聚光度(相对于接收面9处的入射光的聚光度)被称为次聚光度C₂。虽然参照方形次反射器45描述了图示的实施例，但是也可以使用其他的形状，例如，可以使用梯形和多边形的形状，如结合可供选择的实施例在以下描述的。

在图5b中，边缘反射器是浅的，拦截并反射了少于一半的入射光47，在电池之间的开口的空间相对地窄，并且在接收面115处的大多数光被直接地透射到光伏电池15上。如图6b中所示，整个电池15上的照射在大多数电池区域上保持了均匀性，但是在边缘附近则更亮，在侧边周围的光的聚光度几乎加倍，而在角落处甚至具有更高的聚光度。以下所描述的实施例示出了这种耦合。

在图5c、图5d以及图5e中，边缘反射器被示出为逐渐地更深，且所拦截的来自接收面的的光逐渐更多，如分别在图6c、图6d以及图6e中的相应强度图中所示的。在图5c中，各侧镜反射的光没有达到电池15的中心那么远。如在图6c中所示的，在整个电池15上，聚光度有明显的变化：从在中心处平均值的大约一半到在角落处平均值的大约两倍。在图5e中，来自各侧的反射光到达并超过了电池中心，并且聚光度(如图6e中所示)在中心交叉处特别高，而在角落处较低。图5d表示了特别优选的情况，其中，被各侧壁反射的光到达中点后就没有进一步前进了，而在方形反射器被耦合到方形电池15的情况下，导致电池15的照射是大致均匀的，如图6d中所示。

在图6d所示出的优选实例中，与在接收面9处的入射面47上的入射通量相比，在出射面46处且被输送到电池15的聚光度C₂平均增加大约2.6。在图7的图示中，定量了射出次反射器的聚集光46的均匀度，其中，射出反射器46的强度的归一化标准偏差按照平均出射强度来绘图，其次深度的范围从零(图6a的情况)提高到最大值(图6e的情况)。当归一化标准偏差达到最小值12％(其由图7中的附图标记300所指出)时，在次聚光度C₂等于2.62时，次反射器产生了最高的均匀度，如图5d所示出的情况。聚集光的这种均匀度对于最大程度地提高效率以及延长光伏电池的寿命是理想的。以下的实施例三利用了这一优选的几何形状或“最佳点(sweet spot)”用于与球透镜5结合起来使用的方形次反射器，如图5d和图6d所示。这提供了相对宽的电池间距以及相对均匀的照射。

对于图6d中所示出的具体实例来说，边缘镜以偏离垂直于电池面的方向成倾斜角s＝12.7°平铺，且其所具有的深度等于入射面47处的宽度的87％。入射面47与球透镜的中心成角度＝10°，并且反射是外部的。图6b、6c、6d和6e以及图7是用来计算与图6d中的一样的边缘镜倾斜角和入射光线角，其中不同深度逐渐增大直至最大值，该最大值等于图6e的入射面宽度。对于具有不同角度“s”和角度“”的其他设计的探讨同样地显示了用于具有聚光度C₂的聚光度均匀度的最佳构造，该均匀度只是略微取决于次反射器的结构详情，并且通常地其对应于图7所示的平均聚光度的大约相同的增加，即2.6。

在本发明中被构造用于将多个光伏电池15分隔开的次反射器利用了在接收面9处的光的小入射角，当错误指向的误差小时，在常规条件下这样做是尤其普遍的。小的入射角是本发明光学设计的最重要优势，这基于其使用具有球透镜5的成像光学元件，而不是使用非成像光学元件并基于其使用球面对称而不是平面对称。通过本发明的球透镜5来稳定聚集光，因此提供了优于现有系统的重大改善。通常地，传统的非成像均化器显示了入射角的固有的宽范围，即使是在没有出现指向错误的情况下。以下给出了对不同的实施例中使用的次反射器的特点的更多定量分析。

实施例类型一的实施例

在这些实施例中，光伏电池15被直接地定位在接收面9处，如图5a和图6a所示出的，其在接近接收面9的平坦小平面上被紧密地安装在一起。可以按大小排列与区域47相一致的电池15，以使由每个区域收到的能量进而由直接地被照射的各电池15所产生的电流基本上是相同的，以有助于串联电连接。对于相等的能量，小平面的面积可以根据由以下的等式(9)所给出的聚光度的倒数按大小划分。

在接收面9处的优选的小平面几何形状取决于将要用来照射发电机4的主反射器1的形状、尺寸和焦距比。图8显示了主反射器1和接收面9之间的对应关系，其示意性示出了被设计用来与方形主反射器1一起使用的发电机4，这意味着当从远处顺轴向下看时，该反射器的外形是方形的。朝向主镜1的同轴光线2被示出为穿过垂直于主要抛物面主反射器1的轴的平面65，并且由通过拐角点300、303、315和312被标识的大方形所界定。来自于这些点的光线2照射到主反射器1上，标出了反射器的拐角点320、323、335和332。被方形主反射器1的拐角所反射的光线3穿过球透镜5和焦点28，以便在点340、343、355(图中看不到)和352处标出接收面9的拐角。所有光线3都作为直线从反射器1穿过球形中心点28并到达接收面9上。如果没有偏差，则图示的同轴光线3不会被球透镜5弯曲，因为其被反射向精确地在球透镜5中心处的焦点28，从而以垂直入射的方式射入和射出球透镜5。

通过以下结构，可以便捷地将任何特定主反射器1的接收面划分为接收相等能量的区域，如图8所示出的。将射入的太阳光65的大区域划分为一些更小的相等区域。在这一结构中，可以使用任意数量的相等区域。为了清楚起见，这里显示了小数量的情况。因此，图8显示的是，将方形的太阳光65划分为九个相同的较小方形，诸如被拐角302、303、307和306所标识的方形。等量的太阳能穿过具有相等面积的较小方形中的每个，并如光线2所示出地传播，以便落到被标识的区域内的主反射器1上。例如，首先穿过具有拐角302、303、307和306的较小方形的光落到了由拐角点322、323、327和326所界定的区域内的主反射器1上。光线2被主反射器1反射为光线3，该光线3笔直穿过球透镜5和抛物面焦点28并到达接收面9。例如，从由拐角点322、323、327和326所界定的主反射器1上的区域处被反射的光落到了由角342、343、347和346所界定的区域内的接收面9上。以这种方式构建的接收面9上的各小区域接收了等量的太阳能。通过简单地延长这一几何结构，通过将光输送到主反射器1的平面65上的全部区域划分为相等的较小区域，可以在任何接收面9上定出具有相等能量的区域。这一光学系统的另外一个属性(也是重要的优点)在于，在接收面9上所标识出的任何小区域的形状都类似于由入射光的限定平面65上的相应点所标识的区域的形状。因为在图示的实例中，单个的入瞳形状是方形的，因此，大致地，其在接收面上具有对应相等能量的形状，虽然后者的尺寸并不是都相同的。即使主反射器1多少有点错误引导了反射光线3，从由这一结构所描述的抛物面反射器1上的区域(诸如，由322、323、327和328所界定的区域)所反射的太阳能也仍然被传送到在接收面9上具有相等能量的相应区域(在这个实例中，这些区域由拐角342、343、347和346所界定)。这是因为接收面9就是由主要反射器1的球透镜5所形成的图像的表面。

图9a显示了在适合与大圆形主反射器一起使用的发电机4的接收面9处所具有相等能量的区域的结构实例。最初的平面表面65是圆形的，其被环和轮辐划分为相等的拱顶形区域。因为梯形环的存在，在接收面9上的这一模式的图像相互之间可以非常近似，在任何一个环内，其尺寸都是相等的，如图9b所示。在这一图示中，光伏电池15的总数量是336，需要有十个不同拱顶形形状的电池类型，每个环对应一个类型。在该实例中，接收面9上的外部梯形区域大致为方形，而最里面的环则更明显地为梯形。在大规模生产的情况下，需要用来平铺接收面9上的相等区域的电池15的非矩形形状应该不会显著提高制造成本，因此，其成本应该不会成为限制开发本发明的独特光学和运行优点的因素。实际上，可以制出梯形电池15的构造，其中，光伏电池15被紧邻地布置在圆形晶片上，以通过实施激光划线进行分隔，并且可以最大程度地减少晶片上被浪费的区域。O’Brien等人的标题名为“Infrared Laser Wafer Scribing Using Short Pulses”的专利申请(于2006年5月25日提交，申请序列号为No.11/441,454且于2007年11月29日公开，公开号为US 2007/0272666 A1)公开了激光划线的合适方法，该专利申请以引用的方式并入本文。

图10a和图10b示出了这个实施例类型的接收面的第二个示例性实例，其平铺图案适合用于方形主反射器。图10a是在平坦表面65处的光线的9 x 9电池的规则方形栅格的平面图，其中，所有标识为拐角66的栅格的方形都具有相等的面积。图10b显示了由图8示出的方法所构建的接收面9处的电池15的图案。如图10b所示出的，这里的接收面9被划分成八十一个接收相等能量的大致的方形，虽然其具有不同的面积。

图11示出了图8中用于相等面积结构的光线几何形状。平行于抛物面轴的光线2射到点P(半径r)处的主反射器1，半径r是从抛物面轴VC开始测量的。其像光线3那样以角度θ被反射，该角度θ是从抛物面轴开始测量的。通过考虑直角三角形PHC(其边长HC的长度等于VC-VH)，角度θ可以与r有关。现在，VC＝F(F为抛物面的焦距)，并且HV＝PQ＝z，抛物面在点P处的矢状深度等于r²/4F(其由焦距“F”的抛物面等式可知)。因此HC＝F-z²/4F。考虑到角θ＝HCP，可以由以下等式确定期望的关系：

$\mathrm{\&theta;}={\tan }^{-1}\left(\frac{r}{F-r^2/4F}\right)---\left(4\right)$

参考图10a，在入瞳65处射进任何方形的太阳能都被传播到接收面9上的方形的图像，只除了在透射表面处由球透镜5的内部吸收所造成的小部分损失外。因为入瞳方形都具有相同的面积，并且在整个入瞳上光学损失基本上是恒定的，所以所有接收面上的电池都接收到相同的能量，虽然聚光度随着半径的增加而增加。因此，由以上结构所确定的接收面孔径随着半径的增加而变得更小，以便补偿聚光度的提高。所以，对于这个实施例来说，要求覆盖不同尺寸范围的大致为方形的电池，其面积随着半径的增加而变小，如图10b所示出的。

为了获得电池表面的最大光伏活性部分，优选将本实施例的光伏电池15特别制造成不同的形状和尺寸，并具有片上母线以用于在最小面积的电池表面收集光伏电流。还将安装光伏电池15，使分配用于连接导体的空间最小。遍布每个电池电连接以防止不均匀照射的损伤的旁路二极管位于接收面的后面，以避免另外的光损失。

与具有在聚集光中直接密集排列的电池的所有CPV发电机一样，以上实施例的缺点是，由于不是电池的所有区域都对光敏感，所以不可避免地有功率损失。聚光器PV电池15的面积的光伏活性部分通常不大于90％，其余面积被损失用于电池边缘的不透明电母线。因此，在这样的构造中，通常浪费入射能量的10％或更多。

第二缺点是难以从紧密堆积的电池15后面排除废热。与电池15相关联的旁路二极管30以及电池15之间的电连接优选地必须位于光伏电池15的后面以避免另外的光损失，并且在这个位置，它们会使制造复杂，并会干扰废热的流动。这样的干扰还会引起由于造成了不均匀温度而导致的无效率。

类型二的实施例

如图5b和图6b中示意性地示出，第二类型的实施例合并浅次反射器以引导光远离电池的非光敏边缘。在每个次反射器45后面具有较小电池的次反射器45的阵列可被构造为将相同的功率递送到每个电池15的平铺布置，例如，以上图9b中示出的用于圆形主反射器1的平铺布置和图10b中示出的用于方形主反射器1的平铺布置。作为另外一种选择，当制成并联电连接和串联连接时，向电池15递送不同能量水平的平铺构造会是优选的。如图12a中用于同轴照射的棱镜窗11的详细截面和图12b中用于离轴照射的棱镜窗11的详细截面所示，本实施例中的次反射器可采取镜像框架45或棱镜窗11的形式。这些次反射器11的入射面10的形状和尺寸与在图9b或图10b中它们所替换的电池15相同，但是入射面10现在将与紧挨着出射面12后面设置的较小光伏电池15(未示出)耦合。次反射器可被构造为具有平面的边缘反射表面13，在这种情况下，电池的拐角和边数将与入射面10相同，但是尺寸将按比例缩小。

特别优选的实施例使用具有棱镜窗形式的浅次反射器次反射器和被构造为组合并联和串联电连接的平铺图案。图13a描绘适合于圆形接收面9的这样的平铺和适用于圆形主反射器1的薄棱镜窗的环的示例性构造，阴影表示对于聚光型电池15的光伏活性区域的聚集光输出。在图13a和图13b中，阴影越暗，表示聚光度越高。如图13a所示，光伏电池15及其相关联的结构以在经度中并在同一纬度的环中间隔相等的点为中心。参照图13a，设置特定的光伏电池250至279的棱镜窗输出12的位置，应该理解，为了清晰起见，用附图标记仅显示了图13a中的光伏电池中的大约一半。显示了包括光伏电池250、251、252、253、254、255和280的外环。在优选实施例中，外环中的电池250、251、252、253、254、255和280的形状基本相同。设置包括光伏电池260、261、262、263、264、265和281的中间环。注意的是，与对应的外环电池250相比，中间环电池260成形为高度更大、基底更小的梯形。在优选实施例中，中间环中的电池260、261、262、263、264、265和281中的每个的形状基本相同。还设置光伏电池270、271、272、273、274、275和282的内环。与对应的中间环电池260相比，内环电池270成形为高度更大、基底更小的梯形。在优选实施例中，内环中的电池270、271、272、273、274、275和282中的每个的形状基本相同。

在图2的概览截面中显示了根据本优选实施例的具有浅棱镜窗形式的次反射器的发电机4的细节，在图14和图15的剖视图中显示了电池耦合和冷却的细节。在发电机4实施例的这个实例中，通过图13a中的阴影显示的棱镜窗的输出与平坦的聚光型光伏电池15耦合。杯形接收面9被基本稳定聚光的太阳能辐射6和7照射。太阳能辐射通过棱镜窗11与光伏电池15耦合。棱镜窗11的目的是引导基本连续分布的太阳能辐射6和7远离光伏电池15边缘上的母线37并远离电池15之间的互连件19和铜电路走线18；(如果该太阳能辐射落在母线37和互连件19上，则它原本将会被浪费)。以这种方式，基本上太阳能辐射6和7的全部均被导向光伏电池15的光伏活性表面51上，因此，效率最大。每个棱镜窗11优选具有平面平行的入射面10和出射面12。每个棱镜窗11具有平面抛光的边缘13。如图13a所示，窗11的平坦的入射面10成形为一起组装成基本上无缝地平铺接收面9的多面体。多面体小平面10为多边形，优选地，通常为梯形，并且聚光型电池15也通常为具有与入射面10相同的拐角和边数、但是相应尺寸较小的类似的多边形。多面体在接收面9的中心(图13a和图13b中未示出)附近的小平面通常为具有多于四个边的多边形。

棱镜窗11的基本平坦的出射面12配合组装电池15的梯形光伏活性区域51。棱镜窗11优选地通过薄层的透光材料14与电池15粘合，以使由电介质和全内反射引起的损失最小。靠近窗11的入射面10的边缘进入的光线7在抛光边缘13经受全内反射，从而被有效地引入到光伏活性电池区域51上。如以上所述以及图5和图6所示，透射和反射到光伏电池15的太阳能辐射的均匀度和聚光度取决于窗11的几何形状。

优选地通过对太阳流量具有高透射性的玻璃的精密成型以低成本大量生产棱镜窗11。模具被制成有以便形成较小的出射面12和斜面13的拔模角。以一次成型操作形成这些面12和13之后，通过对更大的平坦入射面10进行研磨和抛光来完成部分形成的棱镜窗11。

没有转换为电的太阳能产生热量，这些热量通过铜-陶瓷夹层17、20和21传导而从电池15中排除。期望通过排除过多的热来冷却发电机4。在图1、图2、图14和图15中示出用于使用与外铜层21直接接触的工作流体22进行冷却的优选的方法和设备。如图所示，最好如图2所示，发电机4优选地合并翅片式冷却管24，并使用被动热管冷却原理，热通过使液体22沸腾而被吸收。参照图2，蒸汽23行进到翅片式冷却管24，并作为浓缩液体25返回。在图2所示的示例性实例中，使用树状结构的翅片式管24，其中，每个管24被定向为与抛物面轴平行。在图示的实例中，管24的所有轴都通到接收面9的顶部上方，以使得对于所有有用的太阳仰角，浓缩液体25回流到接收面9后面的冷却剂22的储存器，而没有必要进行芯吸。应该理解，这种冷却方法仅仅是示例性的，可使用例如通过将液体22抽吸到外部散热体的其它冷却手段。为了在图2中示出，通过支柱26用以抛物面焦点28为中心的球体支持发电机4，由电池15产生的电耦合到可附接到支柱26的布线或导体27，以使得电可被引入和发送到别处使用。如图1所示，可供选择的对发电机4的优选支承为通过轴向杆39到叶片38的支承。在图14和图15所示的优选实施例中，电池15之间的间隙小，并且导热基底被一体化成连续的薄壳20，其具有凹的有小平面的多面体杯20的形式。以下对承载多个光伏电池15的这样的凹形接收器组件的制造方法进行描述。

注意的是，对电池15的加热在聚光度较高的光伏活性区域51的边缘区域和拐角区域中可能不是问题。使基底厚度在厚度上可与边缘增亮的狭窄区域相当，以使得基底中的另外的局部热量将趋向于横向扩散到没有太阳照射或加热的间隙区域中。另外，如图14和图15所示的穿过包铜陶瓷到达冷却液体22的直接短路径使温度上升最少。

尽管可如图2和图14所示使用热沉式或热虹式沸腾来冷却陶瓷碗状部分20的背面，但是熟悉冷却技术的人应该清楚，可使用可供选择的方法。强制液体流动是一种这样的可供选择的方案，其用紧密间隔的翅片或杆作为陶瓷20的背面的一部分以增大表面积来优选地实现强制液体流动。在这种情况下，液体流动被引导在翅片或杆之间以在表面维持液体22中的高温度梯度，因此，有效率地将热量传送到液体22中。另外，以下对后面的实施例所述的热传送可供选择的方案通常可应用于所有实施例。

球透镜5的入射表面可由铰接瓣片状盖子42来保护，其在图40中被显示为处于打开位置。当太阳没有照耀时，这个盖子42将关闭以保护球透镜5不受灰尘和昆虫的损伤，当云散开时，灰尘和昆虫将会在球透镜5的表面上燃烧。作为另外一种选择，如图26所示，本实施例的球透镜5可由透明窗101来保护。

大的错误指向角的影响

由于如图4b所示次成像导致来自碟状结构1上的点的光线之间的一对一对应关系和其在接收面9上的共轭，所以电池15上的聚集光的强度的稳定性被构建到光学设计中。假如这些光线没有朝向球透镜5的边缘位移太远，则所有的光伏电池15都保持被均匀地照射。然而，对于那些远离球透镜5在抛物面焦点28处的中心位移、靠近球透镜5的边缘进入球透镜5的光线，这种稳定性开始被破坏。由于蝶状表面1形状与期望的抛物面大不相同，并且由于组合了诸如太阳的错误指向和角大小有限这样的效果，所以可引起这样的大的光线位移。

考虑随着错误指向角增大的光分布的细节，最好理解大的错误指向角的影响。为此，用常规构建的光线跟踪代码对球透镜5对于离轴照射的响应进行建模。该代码对由电池15前面的抛物面主反射器1、球面球透镜5和棱镜窗11引起的反射和折射进行建模。该模型还包括不透明的盘，该盘在其中心支承球透镜5，并阻挡完全错过球透镜5的大的错误指向角的光线。该代码确定在被球5透射之后哪些光线进入哪个棱镜窗11，并且跟踪这些光线直到电池15，必要时，包括窗11中的多个内反射。

在图16a至图16h中示出了错误指向误差的特征。图16a至图16h描绘与逐渐变大的错指向误差对应的剖视图。图16a至图16h中详细显示的光线穿过球5的路径是从给定的遍布f/0.5抛物面反射器1的直径的点的线反射的光线3的路径。如所示出的，对相对于抛物面轴以不同角度(错误指向角)进入抛物面反射器1的准直光线2的路径进行建模。

对于同轴照射，如图16a所示，光线3以垂直入射的方式射入和射出球透镜5，并且不发生偏离，即，它们沿着从反射器1起的直线路径，穿过球透镜5，到达接收面9上。对图16h所示的离轴照射的极端情况，没有任何光线与球透镜5交叉或者到达接收面9，并且功率输出降至零。对于任何给定的球半径“a”和主抛物面焦距“F”，根据以下公式给出与零输出对应的临界错误指向角δ_c：

c＝a/F.(5)

对于所示情况的临界角δ_c＝1.65°。将看出，由于球透镜5的成像特性，而使得弯曲接收面9的强度相对于高达临界角的一半的指向误差高度稳定。以这些较大的角度，照射面积相对于接收面9偏离中心地移动到图16b至图16h中的右边。根据图16a至图16h中所示的光线的密度给出的接收面9上的强度在左手边缘附近降至零。如果覆盖接收面9的所有光伏电池15分别串联电连接(均通过旁路二极管)，则当该边缘周围的电池15损失足够的电流时，由于旁路二极管的作用，它们的功率将会被完全切断。

具有最佳电连接以增大对错误指向容限的类型二的实施例

为了针对大于δ_c/2的错误指向误差使发电机功率损失最小，一些优选实施例利用图16a-16h中示出的可预测的照射变化来以保持均匀的高电流的方式组合来自光伏电池15的电输出。在这些优选实施例中，通过下述电构造避免这样的损失：在所述电构造中，将光伏电池15的输出组合成并联电连接的径向组。这些光伏策略的目标是，即使当单个的光伏电池15损失或获得功率时，也使光伏电池15组接近于它们在它们的I-V(电流-电压)曲线中的最大功率点工作。理想情况是，对于典型的挠曲和错误指向，电池15或电池15并联组中的电流的峰至谷差幅应该小于平均值的10％。以这个差幅，由串联连接的组的电流失配引起的功率损失可能小于2.5％。通过制成并联连接，可对于更大的错误指向角保持这样的高性能。

将电连接优化以使由错误指向导致的功率损失最小的实施例利用本发明的成像光学元件的系统化可预测的照射变化。如图16d、图16e和图16f所示，当错误指向角超过δ_c/2时，边缘电池180(在左手侧)损失功率，同时伴随有靠近中心的相邻电池181和182的聚光度增大。对于电池181和182，强度甚至可能超过同轴照射的强度。因此，通过连接径向取向的电池组(例如并联组中的180、181和182)，电池电流差在空间上被平均。那么，对于照射持续到边缘(并超过边缘)的情况，图16e和图16f中的左手侧的径向组的平均电流与图16d、图16e和图16f中的接收面183、184和185的相对右手侧的电池的径向平均值相近，但是在任何地方其比图16a所示的同轴照射的情况低。对于对错误指向相对不敏感的总功率输出，这些物理上位于电池15的径向组中的(并联电连接的)电池15组又以图17所绘的方式围绕方位角方向串联电连接。

在图17中，用圆示意性地表示电池15。为了清晰起见，在附图中仅一些电池设有附图标记。由于未被照射的电池15可能以其它方式被发电机的电流损坏，所以旁路二极管30在电池15没有被充分照射时提供导电性。可通过具有形成于内铜层中的走线17和18的印刷电路来制成电池15和旁路二极管30之间的连接。

根据本实施例，遍布接收面9的电池15的优选平铺图案为在增大的错误指向范围内为全部基本上产生相同电流的径向成组提供的那些平铺图案。这样的光伏电池15的平铺对于圆形抛物线反射器1的情况是简单易懂的，圆形抛物线反射器1被球透镜5以圆形周界成像到接收面9。

可参照在图13a和图13b的透视图中显示的照射强度的细节，更好地对将并联的光伏电池15连接成径向取向的组以使得电池电流差在空间上被平均的原理进行说明。图13a针对的是同轴照射，图13b针对的是离轴1度照射。图示的系统的临界角为θ_c＝1.65°。鉴于这些目的，在棱镜窗11的面12射出次反射器的光显示为黑点分布。这些点表示被主反射器1反射的光线3的射出点，光线3以均匀的拟随机空间分布在平面65(图8)作为光线2进入系统。因此，图13a和图13b中的点密度表示照射紧挨着棱镜窗出射窗12后面设置的光伏活性电池区域51的太阳能辐射的聚光度。

来自外环的一个电池250、来自中间环的一个电池260和来自内环的一个电池270形成径向取向的组。电池250、260和270的这个径向取向的组并联电连接，以使得它们的电池电流差在空间上被平均。类似地，光伏电池251、261和271形成并联电连接的径向取向的组。同样，光伏电池252、262和272并联电连接。类似地，外环中的电池280与中间环中的电池281和内环中的电池282并联连接。这些电池组又围绕方位角方向串联电连接。例如，电池250、260和270的第一组与电池251、261和271的第二组串联电连接，电池251、261和271的第二组又与电池252、262和272的第三组串联电连接，等等。

在图13b中，由于跟踪器的1度指向误差，而使得电池280和外环上与其相邻的其它电池没有被充分照射。考虑到这个错误指向对同一个径向组中的三个电池280、281和282的影响，当电池280接收更少的照射时，与图13a中所绘的情况下的各个电池所接收的照射相比，电池281上的照射(一定程度上，电池282上的照射)更强烈。由于电池280、281和282并联连接，所以由电池280、281和282产生的电流被加在一起。来自部分照射的电池280的较小电流然后被加到由于电池281所接收的照射强度增大而造成的来自电池281的增大电流，并且一定程度上，电池282也生成增大的电流。因此，来自电池280的电流的减小被来自电池281和282的增大电流抵消。最终效果是：在指向误差范围内，电池的总电输出被平均或平滑。因此，光伏电池15的这种布置提供这样的发电机4，该发电机4通过用于使反射器1指向太阳的双轴跟踪器持续在扩展的指向误差范围内运转。

为了清晰起见，图13a省略了可位于布置中心的光伏电池15。在图17所绘的布线图中示意性地显示用于圆形对称实施例的光伏电池15的电连接。在这个实例中，存在三个由二十个梯形光伏电池形成的环，二十个电池组串联连接，其中，每个径向组具有并联连接的三个电池。串联链还包括五个电池的中心组(图13a中未示出)，该中心组的尺寸使得在工作时，在允许发电机4和热机械结构24和39形成任何中心遮挡的情况下，并联连接的中心组生成与径向电池组相同的电流。

量化地示出对于与图18a、图18b、图18c和图18d中的圆形主镜一起使用的特定发电机实施例的电并联加法的优点。光线统计用于推导由每个电池15接收的光伏电流与以各个离轴角度入射的光线的相关性。所建模的系统具有圆形f/0.5抛物面反射器1和临界角θ_c＝1.65°，这些参数与用于图16a-16h中的横截面中所示的特定实施例的参数相同。发电机被建模成三个由二十个电池形成的环，每个环如图13a所示。被三个电池环覆盖的径向范围如图16a至图16h所示。太阳被建模成1/2度直径的均匀发射源。对于同轴放置和以0.25°间隔从0.5°到1.25°的离轴角度放置的这个源，计算所有这六十个电池各自的电流。

在图18a、图18b、图18c和图18d所示的曲线图中，六十个十字表示来自六十个电池的每个的电流(垂直轴)。电流被绘制其随方位角(水平刻度)变化。在图18a、图18b、图18c和图18d所绘的直方图中显示了来自如图17中示意性地表示的被电布线在一起的二十个电池15组的电流。对所有光伏电池15平均得到的功率显示为水平虚线。所有流量被归一化为同轴值。

图18a、图18b、图18c和图18d示出径向/并联电连接在错误指向角增大到超过临界角的一半时的优点。例如，在错误指向角为1°(0.61θ_c)时(此时，所有电流(虚线)的平均值降至94％)，各个电池电流大体上从它们的同轴水平的45％伸展到120％，但是径向平均电流在仅为约85％到100％的小得多的范围内改变。三个并联的径向组的串联连接因此产生大于同轴功率的90％的系统功率，并且如果每个光伏电池15在其最大功率点工作，则产生可能的最大值的几个百分比内的系统功率。注意的是，在径向相加的情况下，给定的错误指向角的强度变化为主要是随主反射器的焦距比f和θ_c变化，并且基本上与电池15的环数无关。

具有用于大致方形的主反射器的径向平均化的类型二的实施例

在本实施例中，进行径向平均化以改进错误指向容限的原理应用于如图1所示的与主反射器1一起使用的发电机4，主反射器1具有凸起入射孔径，该孔径为切除了拐角的方形形式。在本实施例中，接收面9的更复杂的平铺向近似径向取向的电池15组提供并联连接。图19示出这样的优选平铺。在这种情况下被成像到接收面9上的主镜1为被切除了拐角的方形，切除拐角后留下完整方形面积的94％。在图示的实例中，从方形的一边测量到另一边，焦距比为f/0.5，从被切除的拐角测量到被切除的拐角，焦距比为f/0.4。在接收面的这个示例性的平铺中，匹配的总光功率的径向组通过使较短半径的组(到方形边的中心)的纵向间隔比较长半径的组(到拐角)的纵向间隔宽来实现。参照图19，平铺片204、205和206上的光伏电池形成并联电连接的电池组。平铺片207、208和209上的光伏电池形成并联电连接的电池组。类似地，平铺片210、211、212和213上的光伏电池形成并联电连接的电池组。因此，相等功率的光伏电池的分组为204、205、206、207、208、209和210、211、212和213。基本相等功率还由三个位于中心的八边形电池201、202和203基于递送到这些电池的太阳能辐射的量而产生。(不包括第四个位于中心的八边形区域200，并且优选地，由于这个区域被热管组件45遮挡，所以在这个区域中不制作光伏电池，从而损失总接收功率的～1％)。在不具有圆形对称形的构造的这个实例中，十六个不同的棱镜窗11和电池15形状必须被制造为如对图13a中所示的圆形几何形状的四倍。在非常大规模的生产中，这个增加的多样性不应该显著提高价格。

应该清楚，以上给出的用于平铺由圆形和方形切除的抛物面形成的接收表9的实例仅仅是示例性的。根据通过任何特定聚光器几何形状制作的接收面的尺寸，可根据以上实例示出的原理来设计提供满意性能的其它平铺几何形状。通过适当地选择球透镜5的半径和将使用的光伏电池15的最佳尺寸和聚光度，发电机4可被构造为适应来自就其抛物面1的尺寸、形状(例如，六边形)和焦距比以及抛物面焦距的比率F/b而言不同的主反射器1的聚集光。在任何特定的情况下，提供如以上示出的实例中那样生成相同电流的径向分组的平铺将是优选的。

与次反射器一起使用的多结电池的最佳化

优选地，利用电池15之间的空间和由反射器提供的可预测的非各向同性的照射这二者，针对非常高的转换效率，对用于本发明的那些实施例的使用次反射器的光伏电池15进行最佳化。优化的过程通过利用本发明的独特照射和几何形状特性而不管高聚光度如何，使电阻损失或焦耳损失最小。电池15还优选地被定制成不同尺寸的梯形或多边形形式，以与次反射器的梯形输出面精准配合。

图20示出具有被最佳化以使电阻损失最小的光伏活性区域51的电池15的特征。电阻损失与聚光度C的平方成比例地增大，并且对于冷却很好的光伏电池15，这些损失设置聚光度的最终极限。利用由围绕相邻电池15的光伏活性区域的所有边的棱镜窗11形成的空间，使用围绕电池15的整个周界延伸的边缘母线37。由于这样的完整周界母线37将会导致光损失，所以它在用于所构建的紧密堆积的阵列中的电池15中将会是不理想的，它并没有本实施例的棱镜窗11的好处，(与上述本发明的第一实施例一样)。然而，为了在电池15的整个面上承载光伏电流的薄接触布线70可如图所示形成角度并且以直角连接到母线37围绕光伏电池15的所有侧边的最近处，本实施例的电池15是极其优选的。这种构造使平均布线长度最短，因此，使在电池15的整个光伏活性区域上示意性地示出的构成接触布线70的薄布线70的电阻和电阻损失最小。(实际上，栅格线将会比图示所示更紧密地间隔)。图示的母线37和布线构造对于使本实施例中的焦耳损失最小是特别优选的，在本实施例中，光的强度在电池15的光伏活性区域的边缘附近强烈。通过阴影点的密度示出图6b和图20中的同轴照射的边缘增亮。阴影越淡，表示远离边缘的聚光度最低，拐角中阴影越暗，表示聚光度最高，引起光被从棱镜窗11的两个相邻边反射到电池表面。

在边缘增亮(和对应的中心变暗)的这些照射条件下，来自所有增亮区域的电流沿着每根布线向下行进更短的距离到达边缘母线37。结果是，与并联布线仅在电池的相对边缘处的两个母线之间延伸的典型电池布线相比，与局部电流平方成比例的逐点焦耳损失或电阻损失减小更多。因此，这样的电池对于本发明不是最佳的，对于本发明，如这里所述的新类型的光伏电池15是优选的。

为了进一步降低电阻损失，遍布活性电池面和边缘母线37的不同的薄的载流布线70的宽度和高度(厚度)将优选地被最佳化为使得焦耳加热和由接触布线70造成的光遮挡引起的组合损失最小。优选地将布线栅格元件制成矩形截面、宽度窄、高度延长，以使由被相邻的向内倾斜的反射表面反射的光引起的阴影最小，同时使电阻损失最小。由于根据本发明，远离边缘被反射的光通常将沿着传导电流的金属栅格的薄手指的方向投影到周界母线，因此几乎不投射阴影，所以由母线37附近的布线通过直射光和边缘反射光投射的阴影将最小。因此，优选的电池设计可包括大于布线厚度与宽度的通常比例，以用于降低由布线遮挡和阴影引起的光损失，而不增大电阻损失。对于典型为传统的非成像均化器的各向同性分布的入射角，这样的设计最佳化是不可能的。

总之，具有浅棱镜窗11形式的次反射器的类型二的实施例具有通过消除电池15之间的非光敏间隙来产生比类型一的实施例多10％或更多的功率的可能性。棱镜窗11的全部可能性优选地通过使用窗12的背部和电池15之间的耦合介质来实现，以有效地消除电介质边界损失并消除由于出射面12处的全内反射损失的光。以下给出根据出射面12处的全内反射而设置的几何形状约束。

上述径向取向的电池15的并联合并具有改进错误指向容限的可能性，然而，目前对于多结电池，每个并联组中的总电流可受达到约二十安培或更小就发生故障的可能性的限制。因此，对于图13a所示的具有二十个并联组的实施例，总功率可限于1kW。这与二十个径向组对应，每个径向组以2.5V的电池电压和20A的电流工作。因此，如果如此受限，则根据本实施例的发电机将会不合适于与收集面积大于3m²的主反射器1(假设总转换效率为33％)一起使用。如果未来的制造改进增大了对电池发生故障的电流限制，则更大的反射器面积可通过图13a的实施例适应。作为另外一种选择，可通过使用更多数量的更窄径向轮辐来构建功率更高的发电机4。

类型三的实施例

高度优选地与方形抛物面主反射器1一起使用的这种类型的实施例合并图5d和图6d所示的大致方形的次反射器，其用于优化方形电池15上的聚光度的均匀度并运行于图7所示的最高均匀度300的点附近。配合方形主反射器1的接收面处图像的次反射器优选地根据每个平铺片产生相等能量的n×n方形平铺图案放置，例如，图9b示出的平铺图案。

通过图21示出本实施例的基本特征，其中示出了具有深棱镜窗11形式的次反射器的实现方式。选择反射几何形状，使得边缘反射光基本覆盖光伏电池15的整个区域。这通过以下方式实现：结合适当地选择侧斜角13和大大增加窗11的厚度，使得来自棱镜窗11四边的每一边的反射7到达窗11的出射面12的中心。结果是均匀度相对高，窗11的出射面12稍大于窗11的入射面10的尺寸的一半，并且聚光度增加约3倍。如图21所示，电池15被安装在支承框架框35中的陶瓷基底20上并通过沸腾液体22而被冷却。

图22的透视图更详细地示出了根据此实施例的发电机4的高度优选的实施例的主要光学和电子元件。其示出了球透镜5、多个方形光伏电池15和旁路二极管30，所述光伏电池15被放置在大致方形的次反射器(这里用镜像框架45的形式示出)的后面。为了清晰起见，图22中省略了所有其它结构。围绕接收面9设置的次聚光反射器45向光伏电池15反射被聚集的阳光3的光线。光伏电池15被定位成紧挨着次聚光反射器45的后面，并且将太阳辐射3转换成电。为获得均匀度所需的深次反射器打开相邻光伏电池15之间的明显间隙，其中，在本实施例中，旁路二极管30和互连的布路被定位得紧紧相邻，既没有干扰电池15的光学输入，也没有干扰其电或热输出。多个光伏电池15电连接在一起，以将每个电池15产生的电能组合成发电机4的总的电输出。次聚光反射器输出46优选地被构造成接收平坦的光伏电池15，如实例中所示。

根据本发明的将要与方形抛物面反射器1一起使用的电动机4中的次反射器45被制造成具有入射孔径47，所述入射孔径47被成形为图10b中示出的接收面9的划分，如通过被投影到反射器上的相同的方形的球透镜5形成的图像一样。以此方式，次反射器入射面47无缝地平铺凹的接收面9，在它们之间形成刀刃，因此所有到达表面9的光线进入它们中的一个或另一个。在此平铺中，入射面47大致为方形，但并不是精确的方形。需要二十种不同的单个的反射器类型，每种类型有4个次反射器，这是9 x 9阵列形式的80个次反射器(缺少中心的一个)的组件所需的。图23是详细地示出二十种不同类型的平面图。为了最清晰地示出它们的大小和相对于方形对称的略微不同，在图23中，所有的反射器都被绘制成相同的比例，它们将会呈现为被分开并翻过来面朝上、与电池共面、并且其中心在规则方形栅格上。(将通过沿着标记为O的原点，以90度为间隔旋转图23所示的完整的一组80个反射器来示出这组反射器。)绘制在左下方的反射器510和511与光轴最近，而最远的对角处的反射器544在右上方示出。示出的中心位于每个反射器内的较小方形表示出射孔径46。这些出射孔径优选地被构造成精确的方形，以便与被照射的电池15的方形光伏活性区域匹配，所述电池15被稍微间隔地设置在出射孔径46的后面。因而，次反射器的4个镜像表面中的每个将被轻微地弯曲，以精确地适形于图23示出的稍微变形的方形的上边界和精确为方形的下边界。因为此轻微的弯曲，传送给电池15的照射的图案将相对于图6d所示的图示稍微进行修改。图24示出针对于同轴照射计算次反射器543的输出通量，其中用点密度表示强度。计算出的出射孔径46处的输出通量的标准偏差为16％，仅稍大于图7中标识为300的方形入射和方形出射的理想情况13％的标准偏差。

类型三的具体实施例的细节

图25和图26的透视图示出了围绕根据图22的实施例的主要结构组件。图25示出被定位以在方形抛物面主反射器1的焦点附近运行的发电机4。图26详细示出了在密封的封装件110内的图25中的发电机4，为了清晰起见，以截面形式示出了部分组件。来自主反射器1的光线3穿过通向密封腔110的窗101进入发电机4，发电机4的主要元件、球透镜5、次聚光反射器45和太阳能电池15被定位在所述密封腔110中。入射窗101的目的是保护球透镜5的表面，防止其被污染物弄脏，所述污染物可能被入射到球5上的高度聚集的太阳光分离或点燃。入射窗101以离球5的中心的距离为抛物面焦距的1/10至的抛物面焦距1/3之间的距离被定位，使得窗表面阳光的聚光度的范围为10～100。利用密封的封装件110提供保护，球5和入射窗101的内表面优选地被渐变型折射率类型的抗反射涂层涂覆。这种涂层在整个太阳光谱上高效但不牢固，并且如果被暴露，由于挥发性和重复地清洗其将会被损坏。在例如图26示出的受保护的环境中，涂层将保持干净，并且针对穿过窗101和球透镜5的光线3所遭遇的3个内表面中每个表面，将整个太阳光谱上的反射损失的平均限制为约1％。

窗101的外表面优选地被硬电介质材料的耐用的抗反射涂层涂覆，以耐受重复的清洁。窗101优选地由低损失玻璃(例如，Schott B270)制成。在这些条件下，仅穿过窗101的透射率预计会达到约97％，并且穿过窗101和球透镜5一起的透射率预计会达到约94％。窗101优选地被制造为具有双曲面形状，使得由窗101反射的太阳能被导向主反射器1顶点邻近的焦点。所述由窗101反射的太阳能总计为传递给发电器4的总量的约3％。随后，具有另外的光伏电池15的发电机4的延伸被定位在顶点附近，以由此光产生另外的电。

入射窗101优选地具有图26中示出的方形周界形状，其足够大以避免阻止本来会有助于电电机输出的同轴或离轴的光线3。优选地，第二窗109被包括在围绕着发电机4的密封封装件的面向太阳的一侧，以使得入射的太阳光线2在它们通向主反射器1的路径上靠近发电机4。密封的封装件110的结构包括基本为方形的侧壁102，所述侧壁102连接两个窗109和110，将其涂成白色是为了防止在对于太阳的任何追踪器方向上过热。封装件110的侧壁102优选地薄，并且与光轴在一条线上，以使阴影最少。图22中示出的发电机核心元件由上方的凸缘103支承，并且侧壁102也被凸缘103的叶片104支承。凸缘103优选地由轴向加压管105在上方被固定，如图25所示。在此实例中，加压管105通过从通向主反射器1的光路之外的支承点107的张紧的薄轮叶106被固定。如图16g和图16f所示，为了当来自主反射器1的聚集的阳光被严重错误地导向并到达球透镜5的一侧时使热最少，球透镜5优选地被银色的、中空的、用水冷却的支杆113支撑，所述支杆与槽112对准，所述槽112沿着其赤道上的纬度线被切削成球形。在图25中，所示的液体冷却剂沿着位于张紧的支杆106的阴影中的管111被抽吸，以将来自电电机的所有热携带至散热器108，所述散热器108具有强制对流，并被安装在主光路的外部。

在优选实施例中的次反射器45被制造成为镜像框架，其具有薄的银涂层，以增加反射基底的反射率。可以通过例如二氧化硅或二氧化钛的电介质材料形成的薄膜保护所述涂层。银涂层优选地载于光滑的基底上，所述基底优选地通过复制的方式由具有高度抛光表面的心轴制成。心轴的表面优选地通过靠近弯曲的研磨器中心摩擦而不是转动来被研磨和抛光。抛光研磨器的整个x-y平面的表面优选地通过等式z＝k(x²-y²)给定，适当地选择“k”以给出正确的弯曲幅度。通过电铸制造的心轴的薄金属复制品可以被传递到匹配的凹的带凸缘的基底，这是通过在其间使用胶将这两者配合来实现的。通常，金属复制品将仅有几微米厚，并且胶的厚度大约为10微米，足够适应在基底和复制品之间造成间隙的基底的尺寸错误。当设置胶时，基底与附接的复制品一起被移走。胶和基底优选地都由导热材料构成。

图27是详细示出具有内置安装凸缘120的次反射器45的透视图。由单个被复制的次反射器装配发电机4的次反射器45的整个阵列，所述次反射器被安装到具有冷却管123的凹形框架122。通过凸缘120传导来自被次反射器45吸收的太阳通量的热，并使其进入通过管123抽吸的冷却剂。制造的反射器具有围绕入射孔径的斜坡121，使得相邻的反射器在刀刃相接触，以避免损失光线7。反射器45也被制造成具有围绕出射孔径46的倒圆边缘，以避免反射器45和后面间隔很近的电池15之间放电。在热接口介质(TIM)的帮助下，反射器45的凸缘120被制造成与座124对准，所述座124被围绕支承框架122中大致为方形的洞125制成。图28的透视图中示出用于支承和冷却用于电电机4的次反射器45的凹阵列的结构122。冷却液通过管126进入，所述管126被划入经过安装在洞125内的次反射器45的管123的分支。冷却液22被收集并且通过管127排出。完整的次反射器组件将优选地被制造成与整个被冷却的电池的凹阵列分离的结构，其输出46与电池15的间隔小于1mm，并将与发电机4的其余部分电绝缘并且其工作电势等于光伏电池15的平均电势。

在可供选择的实现方式中，次反射器45被制成棱镜窗11，所述菱镜窗11优选地为吸收率非常低的玻璃，因此避免被其透射或反射的光将其变热。因为玻璃也是电绝缘的，因此可以通过折射率匹配的粘合材料将具有接触入射表面47的棱镜窗11对应地附连到电池15的表面。这种方法可能具有更高的通量，但具有弯曲的、抛光的侧面的高透射率的折射材料的棱镜窗11的制造和组装被证明是贵的。另外，折射率匹配粘合在所期望的高聚光水平下不可能具有足够长的寿命。

用于凹形平铺的带凹口的接收器组件

所述第三种类型的优选实施例通过相对深的次反射器45利用光伏电池15之间开口的相对宽的间隙，以放置与电池15相邻的旁路二极管30，如图22所示。使用此空间可以有两个方面的优点。一方面是通过在所有的四边提供母线37并且因而减少高聚光度情况下电池15内部电阻损耗，增加电池15的整体大小以改善其性能，如下所述。另一方面是通过使用小的预装配的平面接收器组件78，利用简化电子组件的空间，每个所述接收器组件78带有电池15和电池15旁边并通过单面印刷电路连接的多达两个旁路二极管30。单个接收器组件78被具体地成形为具有装载旁路二极管30的耳件，以及为清洁相邻耳件的凹口，以便在次反射器45的凹阵列后面紧紧地装配在一起形成整个凹接收器阵列，如图29所示。图30示出了遍及接收面9的整个宽度的一行8个次反射器45后面的适当位置的8个接收器组件78的透视图。图31以透视的方式示出单个接收器组件78的细节。光伏电池15及与其相邻的旁路二极管30被装载在简单的、平坦的、导热的单面电路板80上，其中在陶瓷基底上直接键合铜17和18形成电路。使用焊料将电池15、二极管30和互连连接件85附接到电路板80。来自电池母线37的电流通过互连件19被携带至走线18。本发明此实施例的接收器组件78优选地结合多个特有的特征：

*为了在由次反射器45设置的几何形状限制内将每个组件78装配在一起，每个组件78被制造成所具有的活性区域不超过其装载的光伏电池15的活性区域的3倍。

*组件78被设置成具有装载多达2个旁路二极管30和凹口82的耳件81，使得它们能够紧紧地与相邻组件装配在一起。

*为了与弯曲的凹表面装配在一起，接收器组件78被制成具有同一大体的形状，但与它们装载的电池15具有不同的大小。

*每个组件优选地被制成在所有四个拐角83和84上都有可用的电连接，对角线相对的拐角具有相同的电势。通过选择每个组件78的合适的两个拐角，将一个电池15的拐角83和84的每一个连接至相邻电池15的邻接拐角，仅需要很短的具有很低电阻的连接件来形成光伏电池15之间的串联连接。

*每个组件78被设置成具有4个安装洞86，每个角上有一个。

参照图32示出的分解图可以理解接收器组件78和制备工序的其它细节。下面一层示出电路基底80，它由例如氧化铝、氮化铝或氧化铍的陶瓷制成，并且朝向通过直接键合铜(DBC)制成的走线的电路侧。将要被焊到走线的元件是聚光型光伏电池15和旁路二极管30，其在上面一层示出，并且由电连接件83、84和88提供的桥接在中间一层示出。基底80被成形为具有在相对两侧突出的矩形耳件81和在另外两侧切成的矩形凹口82的方形。耳件81和凹口82被构造，使得基底80装配在一起，类似于在凹形棋盘格图案中的小片拼图，如图29所示。方形中心位于电池15下方的DBC铜走线17延伸到基底80的两个相对拐角89。两条已蚀刻的分割线87将电池基体17与两个L形边缘走线18电分离，所述边缘走线18延伸到基底80的其它两个拐角88。两个L型走线18大部分围绕着方形电池基体17并通过低电阻桥接件85被电连接，所述低电阻桥接件85被焊接在每端以连接拐角88。旁路二极管30被焊接到基底，以便电桥接基体17和L形走线18。铜凸耳83和84被分别焊接到拐角89和88，以形成光伏电池15之间的串联连接。光伏电池15的正输出和负输出在两个对角线相对拐角上均可用。通过基底80的四个拐角和被焊接电连接件83、84和88设置洞86，以供机械附连。优选地，图32的分解图中示出的接收器组件78的所有元件在一个加热周期内被焊接到一起，优选地使用银/锡共熔焊料。随后，在电池母线37和L形走线18之间制成已焊接的互连件19，以完成接收器组件78。

图33中的横截面和图34中的透视图示出了将接收器组件78附连到有小平面的铜杯90以及两个组件78之间的电串联互连的细节。通过螺杆92穿过拐角上的洞86并且到达盲螺孔95的方式，将每个接收器组件78紧固在支承的具有小平面的凹的铜杯90。为了在基底80和杯90之间的整个间隙导热，使用例如载银润滑油的热接口介质(TIM)91填充间隙。螺杆92通过例如Belville垫圈的垫圈93和适形的弹性材料，或通过一些其它弹性元件在接收器组件78和TIM 91上施加轴向压力。弹性锁环94用于限制接收器组件78，以保持其集中地对抗重复的热循环，所述热循环会导致低热膨胀系数的接收器组件78和较高膨胀系数的铜杯90之间的侧向剪切运动。一旦接收器组件78被旋紧，通过在一对凸耳83和84之间的焊料制成相邻接收器组件78之间的串联连接。弯曲形状的已焊接的凸耳83和84防止其由于相邻接收器卡之间的胀差引起疲劳。图35是示出如何能简单地通过焊接相邻凸块(添加一根穿过缺失中心组件的布线)制备80个接收器组件78的串联连接的示意性布线图。

接收器组件78所附接的凹铜碗90优选地制造为具有平坦的小平面97，成形为容纳各个组件78，如图36所示。每个小平面97设置有4个盲螺孔以容纳接收器附连螺杆92，在右方向和位置上容纳接收器组件78以接收从次反射器45的出射孔径46传递的聚集的通量。在此实施例中优选的用于冷却碗90的方法是将热传送至液体22，该液体22通过泵循环至散热器108，如图25所示。为了增强与铜的热耦合，在采用热沉方式的情况下，通过将其形成为紧密间隔的部件(例如翅片或销)，增加紧挨着光伏电池15之后的接触面的区域，并且冷却液体22被强制流经这些部件。

对错误指向的容限

对于给定的主反射器1和给定的光伏光池15的聚光度，对错误指向的容限或者通常对来自主反射器1的错误导向光线3的容限对于此具有深次反射器45和非合并电池的第三种类型的发电机实施例可以至少与对于具有浅的次反射器45和径向合并电池(第二种类型)的实施例一样好。

图37a、图37b、图37c和图37d中的光线图对两种类型进行了比较。所有的图都是按相同比例绘制的，其中光线3来自相同的f/0.5的抛物面1。图37b和图37d表示以相同离轴角度入射的光，并且所述光以与来自主反射器1上给定径向距离的光线大致相同的平均聚光度传递给大小相同的光伏电池15。就作为深棱镜窗11的图37c和图37d所示的较深的次反射器45而言，因为由次反射器11造成的聚光度增量C₂较大，所以通过按比例减少入射窗10的聚光度保持同样的整体系统聚光度，所述减少入射窗口10的聚光度是通过增加球透镜5的半径实现的。

通过参考图37a、图37b、图37c和图37d可以更好地理解这两种策略之间折衷的特征。对于在光伏电池15的相同的总聚光度，因为较大直径的球透镜5——临界角_c与球透镜5的直径成比例地增加，所以具有较厚的窗11的系统具有更高的对错误指向的容限。因此，在图示中，图37c和图37d中球透镜5的直径和_c均比图37a和图37b中的大30％，并且_c被按比例增加。已提到的较厚的窗11的其它优点是增加了光伏电池15之间连接的空间并且整个电池15的聚光度具有高的均匀度。然而，这种改进的性能会使其比球面球透镜5多花费30％，并且因此更贵。

类型四的实施例

在此可供选择的实施例中，发电机4与上述具有棱镜窗11的优选实施例类似，不同的是将接收面耦合到光伏电池15的窗11沿厚度延伸，从而实际上变成光管。图38a和图38b是示出发电机4、球透镜5、光管11的关键光学元件的光线图，其中光线3主要通过多次内反射传播通过光管11。光管11对在接收面9处已经均匀的光重新格式化。光通过入口10进入光管11，所述入口10具有近似梯形或其他多边形形状，这是与接收面9无缝贴合所需的。光通过矩形或方形的输出窗12出射。输出被调整以匹配紧挨着输出窗12之后设置的矩形电池15(未示出)的光伏敏感区。优选地，在接收面9处入射孔径10的形状被格式化以使得所有光管11接收相同的功率，然后所述相同的功率传播到全部为相同尺寸和形状的输出孔径12。优选地，输出孔径12为方形或矩形，以便于非常邻近于输出窗12放置的光伏电池15的制造和效率。这种重新格式化要求延伸的窗11被构造成某些侧面是扭曲的。带有多次反射的延伸光管11提供绝热光传播。通向光伏电池15的出射面处的入射角的范围对于同轴太阳光而言大约等于θ_s√C/n，对于离轴太阳光而言大约等于(θ_s+θ_off)√C/n。这里，θ_s是日轮的半径，θ_off是太阳光的离轴角，“n”是光管11的折射率。

图38a和图38b表示实现1000聚光度的发电机4以及与焦距非常短(f/0.4)的圆形主抛物面反射器1的操作的一个设计实例。与图9b所示的贴合图案对应，接收面9被分割成336个等功率近似梯形部分。示出了穿过具有细长光管11的发电机4截取的纵剖面，所述细长光管11将出射孔径12处的光重新格式化，以用均匀的照明照射相同方形光伏电池15(未示出，就在12之后)。图38a示出了传播通过系统的来自同轴光源的光线3的细节。图38b是相同示图，不同的是入射光线3来自离轴光源。所述系统配置有球透镜5，所述球透镜5产生临界错误指向角θ_c＝1.9°，通过球透镜5和光管11的重新成像的组合得到的几何聚光度C由C＝C₁C₂＝1180给出。在这些示图中，从太阳进入系统的抛物面主反射器1的光线3被建模成产生于偏离太阳中心方向延伸至1/4°半径(θ_s)的均匀“礼帽型(top-hat)”角分布，并且在主反射器1的整个面积上随机地空间分布。图38a针对同轴照明；图38b针对角度为1°或0.53θ_c的离轴太阳光。在这些图中，从光管11输出的光强度通过所示的顺着该光管11被反射的光线数来表示。针对此焦距非常短的系统的实例，大多数光管11中的照明对于略微大于0.5临界角的离轴照明而言相对未改变。为便于图38b中示出，两个具体的光管用标号140和142来标识。如图38b中详细示出的，对于最右手侧的光管140而言照明较低，对于光管142而言照明在正常水平以上。

此实施例的一个优点在于，所有光伏电池15均可制成相同的尺寸，并且由于光管11的长度，光伏电池15被很好地间隔开，简化了电池安装中的电和热问题。另一优点在于，通过顺着光管11传播的过程中的多次反射的作用，确保了对电池15的均匀照明。在实践中，由于其长度可与先前实施例中的次反射器45相比，因此光管11应该由对太阳能吸收率尤其低的熔融石英或玻璃制成，以将功率损耗以及由吸收聚集光而引起的过热降至最低。

图9b的贴合几何形状仅是适于与光管11一起使用的一个实例。在可供选择的实施例中，可通过用下述光管11贴合接收面9的外部，来很大程度上减轻图37b中所示的不均匀性：所述光管11的入射孔径成形为窄的径向切片形式，其沿半径足够深，从而不仅能够接收来自接收面9的边缘的离轴光线(对应于图38b中的光管140)，而且能够接收来自具有增大通量的区域的光(如图38b中的光管142所表示的)。这样，代替通过如图17所示将多个电池15并联来实现，为了改善错误指向容限而进行的径向平均是通过光管11内的径向平均来实现的。光管12的输出被重新格式化为更紧凑的形状以用于光伏电池15并方便使用接收器组件78，成环的旁路二极管30被置于被照射的接收面9周边外侧。接收面9的此类贴合可针对发电机4进行配置以与方形和六边形以及圆形主反射器1一起工作。

发电机设计原则

根据本发明的发电机4可被设计为与任何特定主反射器1所输送的聚集光一起使用。为了优化操作，有必要选择发电机4内的球透镜5以及光伏电池15和次反射器45(如果有的话)的构造，以使得实现所需聚光度并且电池15与由球透镜5形成的主反射器1的图像适形。图像的形状以及整个图像上的能量分布均必须匹配。在这一部分，提供优化此类匹配所需的关系。对于给定的球透镜，接收面处聚集光的特征与主反射器的特性有关。另外，解释用于优化次反射器的关系。

用于给定主反射器的球透镜的优化和设计

由于球透镜5所提供的宽成像角，聚光度随距接收面9中心的距离的变化并非随半径的常数。在接收面9上的给定点处，可考虑图44来计算聚光度，图44示出了主反射器1的距轴线半径为r的小区域处的反射详情。同轴太阳光线2入射在反射器1上并被限制在区域57内，该区域57垂直于轴线，以反射器1的点“P”为中心，并且具有投影面积DA。光线2被反射向焦点28，成为光线3。从焦点28往回看，光线看起来源自小区域58，该小区域58是入射区域57的反射图像。该图像在表面9上也以点“P”为中心，以光线3为法线，并且具有与区域57相同的面积DA。

参照图8和图11，由球透镜5在接收面9上形成的区域57的图像的尺寸按照距离比PC/CS减小，因此面积dA等于DAx(PC/CS)²。聚光度因子C₁仅由DA/dA＝(PC/CS)²给出。根据勾股定理，PC²＝r²+(F-r²/4F)²，并且CS＝b，因此：

$C_1=\frac{r^2+{(F-r^2/4F)}^2}{b^2}={\left(\frac{F}{b}\right)}^2(1+\frac{1}{2}{\left(\frac{r}{F}\right)}^2+\frac{1}{16}{\left(\frac{r}{F}\right)}^4)---\left(9\right)$

其中“F”是抛物面1的焦距，“b”是接收面9的半径，所述接收面9关于抛物面1的焦点28同心。因此，聚光度在表面中心(r＝0)处最小，此时C＝(F/b)²。F/b必须大，以在接收面9处实现高聚光度，例如，F/b＝25时C_1center＝625。需要注意的是，由于r/F＝2tan(θ/2)，公式(9)可写成：

$C_1={\left(\frac{F}{b}\right)}^2(1+2{\left(\tan \frac{\mathrm{\&theta;}}{2}\right)}^2+{\left(\tan \frac{\mathrm{\&theta;}}{2}\right)}^4)---\left(10\right)$

原则上，可通过在具有大焦比f(f＝F/D＞＞1)的长抛物面1的焦点28处使用大半径的球面透镜5来为发电机4构建高聚光度。这样的系统将在基本上平坦的接收面9上产生近似均匀的聚光度。然而，对于实际系统而言，优选的是球透镜5的直径与抛物面的宽度或直径相比尽可能地小，以将球透镜5的质量降至最低，进而将系统的每单位太阳光收集面积的熔融石英的特定成本降至最低。假定比率F/b由于所需聚光度而固定，则可仅通过使用小焦比f＝F/D的抛物面来降低透镜5直径与抛物面1直径之比。

小焦比的要求在两个重要的方面促进了发电机4的设计。首先，在整个接收面9上将存在显著的聚光度差异，这是因为根据公式(1)，边缘与中心的聚光度之比仅取决于f，并且由下式给出：

$\frac{C_{1\mathrm{edge}}}{C_{1\mathrm{center}}}=1+\frac{1}{{8f}^2}+\frac{1}{256f^4}.---\left(11\right)$

表1中给出了抛物面焦比f/0.4-f/0.6时的边缘与中心的聚光度之比。其次，由于从其焦点28看时快速抛物面1正对宽的角度，所以向场透镜5必须在宽的视场内成像。这一需要通过选择本发明所采用的成像系统——聚焦到深凹的同心球面9上的球透镜5——来有利地满足，因为该成像系统为焦比快如f/0.4的抛物面主集光器1提供极其有力的成像方案。优选的是，主抛物面反射器1将具有f/0.4至f/0.6范围内的焦比。焦点28处的全视场角(full field angle)等于2tan^-1{1/(2f(1-1/16f²))，并且同样被列在表1中。在图3和图4中，示出的抛物面1具有焦比f/0.5，对于该焦比，聚焦度从中心到边缘增大了1.56倍，全视场角为106°。需要注意的是，对于抛物面主反射器1而言，在一些非圆形的实施例中(例如，图1和图25中所示的那些)，聚焦度比和视场角围绕接收面周边并非常数，而是方位角的函数。

为了将球向场透镜5中的光学吸收降至最低，用于球透镜5的优选折射材料为OH含量低的熔融石英，例如，电熔融天然石英。图39b是示出在穿过地球大气层之后的太阳辐射的光谱强度的曲线图。图39a是示出取决于电熔融天然石英的波长的吸收性的曲线图。这两个图从多结电池15的满量程敏感度到没有被大气层吸收阻挡的太阳辐射说明了电熔融天然石英的吸收系数低于10^-4/cm。该材料的吸收率在整个全太阳光谱上足够低，从而能够避免本文所述的优选实施例中所使用的球透镜5的过热。除了低吸收性之外，熔融石英还具有低色散，这对避免聚光度的色差是可取的，否则聚光度的色差会降低多结电池15的效率。熔融天然石英的使用与低总成本的本质目标相符，因为当每单位太阳能输入面积的球透镜5的质量相对小时，发电机4与具有快焦比和中等孔径的主反射器1一起使用。

在整个太阳光谱上，熔融石英的折射率从400nm波长处的1.47.变化到1550nm处的1.444。假定这一范围，对于石英的球面球透镜5以及与球透镜5同心的球面弯曲接收面9，由变量“b”表示的半径与由变量“a”表示的球透镜5的半径的优选比率为b/a＝～1.546。当在典型的错误指向角度和波长上取平均时，该比率优化了在同心球面接收面9处的主抛物面1的图像的品质。

作为示例性实例，考虑将与焦距为“F”的f/0.5抛物面1一起使用的发电机4的光学系统。在半径b＝F/25的接收面9处，根据公式(9)，聚光度从C_1center＝625增加到C_1edge＝976。通过石英球透镜5在接收面9上成像的最佳半径由a＝F/25/1.546＝0.0129D给出。作为示例性实例，与直径为3m的f/0.5圆形主反射器1一起使用的发电机4将需要直径为78mm的球透镜5，以达到这样的聚光度。接收面9将具有60mm的曲率半径和96mm的外缘直径。在实践中，当使用次反射器45时，由于次反射器45所提供的附加聚光度C₂，接收面9处所需的聚光度通常将小于光伏电池15处所需的聚光度。

次反射器的设计、优化和特性

任何棱镜窗11或镜像框架45的特性取决于其几何构造和折射率“n”，并且可针对任何特定情况和错误指向角度通过光线追踪找到其细节。以下近似分析说明可用于开发给定主反射器1的优选设计策略以及估计通过镜像框架45或棱镜窗11聚集的光的关键特性，例如平均聚光度的增加C₂和出口处的聚光度的空间变化。它们还用于说明错误指向容限如何依赖于所需聚光度以及所使用的次反射器的类型。

图21示出在棱镜窗11的边缘处被反射的同轴光线7的几何形状，所述棱镜窗11的边缘以倾角“s”偏离面的垂直方向倾斜。光线7穿过球透镜5的中心并且进入窗或框架11，所述窗或框架11相对于球透镜5的中心在距离“b”处，且对向角为“α”。出射面12的长度相比于入射面10减小了1-2t.tan(s)/αb倍，并且相邻电池15的活性区之间的间隙“g”由下式给出：

g＝2t.tan(s+α/2)。                 (12)

由任何次反射器11导致的平均聚光度的增加C2是入射面10面积与出射面12面积之比。通常，多边形窗11的不同侧面的倾角将是不同的，以优化间隙大小和聚光度因子。但是出于说明性目的，在近似方形的窗11，其两个入射面10的对向角均为“α”，边缘倾角均为“s”的的情况下，聚光度增加由下式给出：

C2＝{1-2t.tan(s)/αb}-2.(方形窗)     (13)

具有这样的棱镜窗11的系统的总几何聚光度由C2与窗入口10处的聚光度C1的乘积给出，所述聚光度C1由公式(9)或公式(10)给出。

公式(12)和(13)同等地适用于制造成棱镜窗11或镜像框架45的次反射器。以下通过公式(17)的分析是针对制造成棱镜窗11的次反射器，针对单次反射的光线导出的。其还可通过将折射率“n”设置为等于一来应用于制造成带有外反射的镜像框架的次反射器。

参照图21，对于同轴光线，在窗边缘处的入射角为α/2，并且根据斯内尔定律，对于小的α，进入窗11的折射角接近α/2n，其中n是棱镜窗的折射率。同轴光线以掠射角s+α/2n从倾斜侧边缘13反射，从而以角度2s+α/2n入射在窗11的出射面12上。

对于离轴光线，其穿过窗11的路径取决于其入射角以及在面10上的位置。由于进入窗或镜像框架11的光保持光学集光率(optical etendue)，所以以离轴角i入射在主集光器1上的光线在被球透镜5折射后将相对于来自同轴光源的光线偏离角度～θ_i√C₁，其中C₁是接收面9处的局部聚光度。当在垂直于反射面的方向上发生错误指向时，离轴光线在窗入射面10上的最大入射角发生在极边缘处，高达α/2+～θ_i√C₁。这样的光线被折射到窗11中的折射角将由斯内尔定律给出，近似为(α/2+θ_i√C₁)/n。在倾斜边缘13处反射之后，出射面12处的入射角由下式给出：

θ_exit＝2s+(α/2+θ_i√C₁)/n。                (14)

该角度在棱镜窗11的设计方面具有特殊的意义，因为如果exit超过全内反射的临界角，则光将在出射窗12处由于全内反射而损失，所述临界角等于sin^-1(n_gap/n)，其中n_gap是窗11与电池15之间的小间隙中的材料的折射率。该临界角优选地通过在该间隙中使用折射率匹配材料(n_gap～n)来增加。优选地，该材料还将是光胶，该光胶还用于将窗11附接到电池15。

对于图21中所示的特定几何构造，其中为了均匀的电池照明而优化地使窗11更厚，窗厚度t与入射面宽度的优选比率如下所示，仅取决于s、n和α。如图21所示，对于同轴定位而言，当极边缘光线反射从而落在出射面12的中心时，获得均匀的照明。入射和折射光线的几何关系所给出的入射面10的半宽的公式为：

1/2b.sinα＝t.tan(2s+α/2n)，

可以解该公式以获得窗厚度与入射面宽度b之比：

t/αb＝1/2tan(2s+α/2n)，(对于均匀的电池照明)  (15)

根据公式(13)和(15)，由次反射器导致的聚光度的增加为：

C₂＝{1-tan(s)/tan(2s+α/2n)}^-2 (对于均匀的电池照明)。  (16)

对于厚窗或镜像框架11的另一个性能考虑是离轴光线的拦截损失，所述离轴光线在整个窗11上被边缘反射，并且在相对边缘处被折射到棱镜窗11之外，而非到达出射面12和光伏电池15。根据图5的几何构造，在窗极边缘处光线的θ_exit(公式(14))超过θ_escape时开始出现这样的损失，θ_escape由下式给出：

θ_escape＝tan^-1{(αb/t.-tan(s))。                    (17)

以下说明使用上述分析来估计棱镜窗或镜像框架11的优选尺寸。在这些实例中，按照图21，外圈次反射器的尺寸为：α＝12°，边缘以角度s＝16°倾斜。

对于第二类型实施例，其中使用薄的棱镜窗11并选择打开光伏电池15之间的间隙(为有效电池宽度的～1/4)，在方形电池的近似估计中使用上述和s值从公式(12)和(13)得出：需要窗厚度为电池宽度的0.31，聚光度将通过边缘增亮而平均增加C₂＝1.39倍。图12a剖视地示出了根据该规定的棱镜窗11，其中光线3被倾斜侧表面13反射到出射面12上。间隙占光伏电池15宽度的1/4，光伏电池15未被示出但是与出射面12接触(且与其尺寸匹配)。图12b示出与图12a相同的棱镜窗11，此时示出在入射面10处被折射的离轴光线。折射率被取为熔融石英的折射率n＝1.46，尽管其他具有低吸收性和更高折射率的玻璃可能对于棱镜窗11而言是优选的。

在第三类型替代优选实施例中，其中如图5所示选择更厚的窗11以产生均匀照明，根据公式(15)的窗厚度是出射面或电池宽度(入射面宽度的0.68)的1.12倍。在这种情况下，如果窗为方形，则根据公式(16)，聚光度的增加C₂为2.71。

作为与特定主反射器1一起使用并且具有特定聚光度的聚光器设计的说明，考虑聚光器将与焦比为f/0.5的圆形抛物面主反射器1一起使用。聚光器在近似方形的次反射器45后方配置有光伏电池15，最靠外的电池15的目标聚光度为～1000。对于该实例，由拦截光线、介电界面处的吸收和反射、主反射率和错误指向拦截造成的损失被估计为约20％，因此如果实际聚光度为1000，则对于组合的主聚光度(抛物面1加球面向场透镜5)和次聚光度(棱镜窗或镜像框架11)，需要～1200的几何聚光度C₁C₂。将考虑两种聚光器设计(均具有α＝12°和s＝16°)：第二类型实施例，其中采用薄的次反射器，提供次聚光度C₂＝1.39；第三类型实施例，其中采用厚的次反射器来实现电池15处的均匀聚光度，次聚光度C₂＝2.71。

因此，根据公式(9)，对于示意性的薄和厚窗11实施例，入射窗10处的聚光度需要分别为1200/1.39～860和1200/2.71～440，需要比率F/b＝24.7和17.5。(这里，r/F的平均值被取为0.9，适合于匹配f/0.5主反射器的接收面的边缘周围的次反射器)。因此，对于优选比率b/a＝1.546的熔融石英球透镜5，球透镜5半径与抛物面焦距的优选比率a/F分别为0.0263和0.037，并且根据公式(5)，使传递到接收面9的功率跌至零的错误指向临界角θ_c分别为1.5°和2.12°。

对于棱镜窗形式的次反射器，以下考虑适用于全内反射一次的光线。对于同轴照明，在入射孔径10的边缘处进入的光线以角度θ_exit＝36°入射在出射面12上。对于离轴光线，在被窗边缘13反射之后在出射面12处的入射角取决于C1，并且可根据公式(14)导出。对于薄窗实例中的C₁＝860，对于1°离轴入射的光线，θ_exit增大到最大值50.5°，对于1.2°离轴入射的光线，θ_exit增大到最大值53.4°。由于从石英到空气的全内反射的临界出射角为43°，所以将需要折射率匹配以防止这些光线的反射损失。对于示意性厚窗实例中的C₁＝440，根据公式(17)，一些极边缘光线7开始错过光伏电池15而从边缘表面出射的角度θ_escape为49.8°，这对应于由公式(14)给出的恰好低于1°入射的离轴光线。

入射在次反射器的拐角处的光线在形成拐角的各倾斜表面上被反射两次。第二次反射之后出射面处的入射角更大，因此如果没有使用折射率匹配介质，将更大程度地经受全内反射损失。由于双反射的光线部分随着深度而增加，所以实现为棱镜窗的厚的次反射器的潜在全内反射损失更大。

上述分析和公式适用于估计初始设计参数。对于本发明的任何特定实现方式，关于诸如局部聚光度和拦截、总功率吞吐量、双反射的拐角光线的传播和扭曲的反射器的反射之类的方面的详细性能分析优选地通过光线追踪来分析和优化。该方法允许对方形、梯形或多边形次反射器和光管中的单次和多次反射详细建模，并且考虑由于日轮的宽度以及来自错误指向或反射镜图形误差的投影误差而引起的光线角度扩展。此类光线追踪的实例示出于图13a和图13b以及图38a和图38b。

上述示意性实例仅是代表性的。将明显的是，如果可获得效率更高的光伏电池15，且对于该光伏电池，更高或更低的聚光度是优选的以实现最佳性能价格比，则本发明的光学设计分别能够输送大于或小于1000的聚光度。特别优选的聚光度大于1000。优选的聚光度在800至1000的范围内。较少优选的聚光度在500至1000的范围内。

全内反射或外反射之间的选择还将依赖于成本、性能和可靠性。棱镜窗11中的全内反射本身是没有损失的。由棱镜窗11与光伏电池15之间的界面处的介电反射或全内反射引起的损失优选地通过在该间隙处使用折射率匹配材料来消除。然而，可能无法获得在非常高的太阳能聚光度水平下寿命足够长的折射率匹配材料，并且由光学稳定且高度透明的介电材料制造较大棱镜窗11的成本可能很高。

外反射是避免耦合介质的上述困难的一种替代选择，但是外反射将引起一些损失。在相对于法线70°入射的非偏振光中，清洁裸银在400nm处具有96.2％的反射率，在900nm处具有97.5％的反射率，在1400nm处具有96.5％的反射率，因此在整个太阳光谱上反射率平均为～97％。因此，深度理想的次反射器(2/3的光被反射)的总损失将为2％左右。保护涂层在某种程度上可能增加这种损失。对于使用较大方形光伏电池5的发电机4中的较大次反射器，镜像框架处的外反射可能是优选的，以便将制造成本降至最低。

载放多个光伏电池的凹接收器组件的制造方法

如图41a、41b、41c和41d所形成的分解图所示，可制造包含凹形阵列的多个光伏电池15的发电机4，所述电池15由导热陶瓷所制成的连续弯曲壳20来支撑。在图示实例中，图41a示出分面成适合于载放电池15的图案的壳20，如图13a所示，所述电池15呈圆形径向平铺图案。壳20用作如图41b所示的带有走线的印刷电路的弯曲基底，所述印刷电路由结合到陶瓷壳20的铜层17形成。铜层17可直接结合到陶瓷壳20的凹和凸侧二者以实现复合式夹层结构，其热膨胀系数匹配光伏电池15的热膨胀系数，其形状在工作温度范围内是稳定的。图41c所示的电池15和旁路二极管30优选地通过导热材料(例如，焊料16)来附连到铜层17。如果棱镜窗11形式的次反射器将是发电机4的一部分，如图41d所示，其优选地通过光学透射材料14结合到电池15，并因此经电池15由陶瓷壳20来支撑。图41a、41b、41c和41d的分解图所示的四个层一起形成为整块的多电池接收器组件78，如图15的剖视图中所示。这里，可以看出棱镜窗11附接到光伏电池15，电池15通过铜焊盘17连接到陶瓷壳20。

连续弯曲壳20在两个密封的室之间形成边界，如图2所示。凹侧形成室8，其优选地通过球面球透镜5或通过外部窗101(如图26所示)相对于外部大气密封。凸侧形成第二密封室的一部分，以容纳冷却液22。为了防止陶瓷20与冷却液22之间的化学相互反应并且防止双金属型畸变，凸的多面表面上将优选地还具有铜层21。靠外的铜层21优选地具有凸起钉纹理或形成为凸起钉，以有利于热传递到冷却液22。可通过如热管中那样沸腾或者通过泵浦液体来实现冷却液22的冷却。

将多个光伏电池15附接到单个铜和陶瓷夹层结构的优点在于：其提供通向密封室中的冷却液的直接热路径的方式使其能够批量生产并避免使用热界面介质。制造成陶瓷20和铜17的夹层结构的连续支撑结构对于由大块金属制成的结构而言是优选的，因为具有高导热率的合适的金属(例如，铜或铝)也具有高导电率和高热膨胀系数。结果，连续金属支撑件通常需要将电池15经陶瓷和柔性热接口介质(TIM)的过渡层附接，所述陶瓷过渡层用于电绝缘，所述TIM过渡层允许胀差。这样的界面层增加了结构复杂度，并且增加了TIM所带来的潜在长期稳定性问题。将多个电池15安装在单个陶瓷支撑件20上的另一优点在于：始终可以使用低成本印刷电路技术，来对旁路二极管30进行电连接以及在电池15之间进行电连接。由于通过使用本发明的次反射器45而在光伏电池15之间打开的间隙，两种元件均可简单地附接到单侧印刷电路。

支撑陶瓷壳20优选地被制造成单个一体件，并且因此将具有高结构集成度，并且应该为长寿命提供用于冷却电池15的液体22的无泄漏操作。通过定位所有的电子元件并围绕杯20的内周布线，不需要穿透壳20。优选构造方法在陶瓷壳20的两侧均采用直接键合铜层DBC。DBC层在用于制备平坦夹层板的氮化铝、氧化铝和氧化铍陶瓷上是常见的，所述平坦夹层板用于高功率电路板以及单个多结光伏电池15的平坦导热基底。在本发明的凹形复合结构中，铜层厚度优选地被选择为使得复合式壳的膨胀系数匹配多结光伏电池15的膨胀系数。铜内层17的厚度还被选择为以最小电阻损失输送光伏电流。为了在凹形分面基底上制造电路46，凹形铜杯表面上的光致抗蚀剂将优选地通过接触印刷来曝光，或者通过定制的光学中继器将凹形母模图案重新成像在杯上来曝光。这种中继器的优选形式是球面透镜，该球面透镜相比于发电机向场透镜5具有更小的直径和/或更高的折射率，但是被置于相同的中心处，并用于对凹形母模成像。这样的透镜将包括同心孔径光阑，所述孔径光阑优选地通过切割到球体中的赤道沟槽来形成。

图42更详细地示出了弯曲印刷电路46的实例，该印刷电路形成在支撑陶瓷碗20的内表面上并且为图17的电路提供所需的光伏电池15之间的并联和串联互连。走线17和18由相同的单个铜层形成，所述铜层被蚀刻掉显示为黑色的区域47，以形成图42所示的示意性图案。蚀刻掉的区域47描绘出用于光伏电池15的基极焊盘走线17。基极焊盘走线17径向链接，从而当光伏电池15被安装在基极焊盘走线17上时，电池基极将电连接以形成电池15的并联径向组。蚀刻掉的区域47还形成导电铜走线18，所述导电铜走线18在基极焊盘17之间延伸，并且通过设置在铜层17中的蚀刻线与基极焊盘走线17电隔离。图15所示的剖视图示出了走线18如何提供标号18所指示的导电连接。因此，通过在光伏电池15表面上的边缘母线与走线18之间提供互连，并联电池15的径向组彼此串联，即，走线18提供所需的方位角串联路由连接。本领域技术人员将理解，图42所示的陶瓷壳20上的该蚀刻印刷电路46方便地为图17示意性地示出的电路构造提供所需电连接。

参照图42，印刷电路46还包括焊盘31，该焊盘31用于围绕陶瓷壳20周边的并联旁路二极管30。从旁路二极管30到邻近于各旁路二极管焊盘31的短的径向指状物60建立互连。在图示与图17的电路对应的布局中，5个中央电池15安装在焊盘走线50上，所述焊盘走线50提供中央电池15的并联电连接。焊盘走线30设置用于中央电池的旁路二极管30，其互连至中央基极焊盘50以及一个或多个内部径向走线61。第一输出焊盘32和第二输出焊盘33设置用于外部连接至接收组件。中央电池15的输出通过导线或导体(未示出)被路由至周边，所述导线或导体在中央焊盘50与第一输出焊盘32之间提供电连接。导线可以设置成在窗11的倾斜侧面13之间的V形间隙之一中走线。该导线完成了电路，否则将通过全部用焊料互连至印刷电路46，从单个多边形铜片17和18蚀刻成走线来完成该电路。然后，阵列中所有光伏电池15的输出可用于导体54和53以被分别路由至输出焊盘32和33，如图43所示。

电池15的边缘母线37通过互连件19电连接至印刷电路46上的指状物18，这可参照图43和图20来更好地理解。每个光伏电池15具有光伏活性面51，所述光伏活性面51响应于太阳辐射产生电。每个光伏电池15围绕其边缘包括周边母线37，所述周边母线37在整个活性面51上经细接触栅格导线70接收光伏流。所述互连件优选地采用围绕电池的边缘附接的导电带或细导线的形式。互连件19提供通向印刷电路的低电阻路径，以将焦耳损失降至最低。图43所示的实例仅是示意性的。因此，附接到梯形电池15的左手侧并围绕其延伸至指状物18(所述指状物18在电池15的上方和下方延伸)的双向折弯式(dog-leg)互连件实际上可以紧挨着左侧与电池15的右手侧互连件叠置。在这种情况下，可使用绝缘物来分离叠置的互连件。作为另外一种选择，互连件19可采用多种细导线的形式，如图31所示。

用凹形多电池接收器组件构造的发电机的优点可能在于构造简单和寿命长。此种类型的构造可应用于上述实施例中所描述的具有浅和深的次反射器的两种类型的发电机。该构造方法的潜力在于以非常大的规模构建时的低成本，一旦开发，工程成本和加工成本可分期偿还。这些非经常费用可能较高，因为带有直接敷铜的陶瓷的成熟制造能力目前受限于平板(flat board)。该构造方法可能以非常大的规模克服的另一挑战在于以足够高的可靠性制备并附接了电池15，从而实现了完整组件的高产率。

图21示出了替代结构，所述替代结构需要较少高级开发，但是保持了从电池15通过DBC陶瓷到冷却液的直接热传导的优点。这里，各个接收器组件被结合在具有低热膨胀系数的金属骨架中，所述低热膨胀系数匹配电池和接收器组件的热膨胀系数。由于大多数热流并不经过金属骨架，所以膨胀系数与接收器组件匹配的镍合金可用于所述骨架，而不考虑这类合金的差的导热性。电池15之间的电连接通过将各个接收器组件链接起来的焊接导体来实现。此类型构造适用于上面的实施例中所述的具有次反射器的两种类型的发电机4，包括与非圆形主反射器1一起使用的发电机4，例如图1和图19所示的实施例。

得益于本公开，本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可对本文所述的实施例进行修改和改变，可取代不同的材料，可使用等同特性物，可对制造工艺步骤进行改变，可添加附加元件和步骤。本公开仅阐述了某些当前优选的实施例和实例，并非意在描述本发明的范围内所包含的每一个变型和实施例。因此，本发明的范围将由所附权利要求限定，而不限于上面描述中所阐述的具体实例。

Claims (1)

1.一种用于由太阳辐射发电的设备，其包括：

碟形反射器，所述碟形反射器具有焦点，并适合于将所述太阳辐射聚集在所述焦点处；

大体球面的透镜，所述透镜被定位在所述碟形反射器的焦点上；

多个光电电池，所述光电电池被定位在位于超过所述球透镜的光路中的接收面处，所述光电电池可操作用于当所述光电电池被所述太阳辐射照射时发电；以及

其中，所述碟形反射器可操作用于将太阳辐射反射到所述球透镜上，所述球透镜可操作用于将所述太阳辐射传播到所述光伏电池上，所述光伏电池可操作用于当太阳辐射通过所述碟形反射器和所述球透镜被聚集在所述光伏电池上时发电。

Images