CN102412332A - 聚光装置及太阳能电池装置 - Google Patents
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Abstract
一种聚光装置，包括一个菲涅尔透镜单元，该菲涅尔透镜单元包括至少两个相互平行的菲涅尔透镜，该菲涅尔透镜单元具有一个上表面和一个下表面，该菲涅尔透镜单元用以使入射光自该上表面入射并依次经过所有的菲涅尔透镜后自该下表面出射；及一个组合式抛物面聚光元件，该组合式抛物面聚光元件具有一个入口和一个与该入口对应的出口，该组合式抛物面聚光元件位于该菲涅尔透镜单元的下表面的下方以会聚自该下表面出射的光线。本发明还提供一种包括该聚光装置的太阳能电池装置。
Description
技术领域
本发明涉及光学系统，尤其涉及包括光学元件的聚光装置及光能转化装置。
背景技术
传统的太阳能聚光元件多采用面镜反射光线到太阳能电池，或者采用凸透镜将光线汇聚到太阳能电池，而面镜和凸透镜往往无法兼顾聚光效率和聚光均匀性，且容忍角(acceptance angle)较小，导致太阳能电池的利用率较低。
发明内容
有鉴于此，提供一种可提高聚光均匀性且容忍角较大之聚光装置及包括该聚光装置之光能转化装置。
一种聚光装置，包括一个菲涅尔透镜单元，该菲涅尔透镜单元包括至少两个相互平行的菲涅尔透镜，该菲涅尔透镜单元具有一个上表面和一个下表面，该菲涅尔透镜单元用以使入射光自该上表面入射并依次经过所有的菲涅尔透镜后自该下表面出射；及一个组合式抛物面聚光元件，该组合式抛物面聚光元件具有一个入口和一个与该入口对应的出口，该组合式抛物面聚光元件位于该菲涅尔透镜单元的下表面的下方以会聚自该下表面出射的光线。
一种太阳能电池装置，包括一种聚光装置，包括一个菲涅尔透镜单元，该菲涅尔透镜单元包括至少两个相互平行的菲涅尔透镜，该菲涅尔透镜单元具有一个上表面和一个下表面，该菲涅尔透镜单元用以使入射光自该上表面入射并依次经过所有的菲涅尔透镜后自该下表面出射；及一个组合式抛物面聚光元件，该组合式抛物面聚光元件具有一个入口和一个与该入口对应的出口，该组合式抛物面聚光元件位于该菲涅尔透镜单元的下表面的下方以会聚自该下表面出射的光线；及一个太阳能电池单元，位于该出口用以接收该光线并将光能转化为电能。
相对于现有技术，本发明提供的聚光装置及太阳能电池装置包括至少两个相互平行的菲涅尔透镜和一个组合式抛物面聚光元件，因此可以通过调整多个菲涅尔透镜的间距来调整聚光装置的焦距，调整菲涅尔透镜单元和组合式抛物面聚光元件的垂直间距来调整该聚光装置的容忍角、输出效率及均匀性等。
附图说明
图1是本发明实施例提供的太阳能电池装置的结构示意图。
图2是图1所示的太阳能电池装置的菲涅尔透镜单元的上表面和组合式抛物面聚光元件的出光口的间距D为122.25mm时，图1所示的聚光元件的输出能量分布图。
图3是D为110.46mm时，图1所示的聚光元件的输出能量分布图。
图4是D为122.25mm时，容忍角为1度时，图1所示的聚光元件的输出能量分布图。
图5是容忍角在0度到1.6度间变化时，图1所示的聚光元件的输出效率的变化趋势图。
图6是D为110.46mm时，容忍角为1度时，图1所示的聚光元件的输出能量分布图。
图7是容忍角在在0度到1.6度间变化时，图1所示的聚光元件的输出效率的变化趋势图。
主要元件符号说明
聚光装置 10
太阳能电池装置 50
太阳能电池单元 60
菲涅尔透镜单元 20
组合式抛物面聚光元件 30
第一菲涅尔透镜 21
第二菲涅尔透镜 22
上表面 201
下表面 203
抛物面 300
入光口 31
出光口 32
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1，本发明实施例提供的太阳能电池装置50包括一个聚光装置10和一个设于该聚光装置10的出光口的太阳能电池单元60。
该聚光装置10包括一个菲涅尔透镜单元20和一个组合式抛物面聚光元件(compound parabolic concentrator unit)30。
该菲涅尔透镜单元20包括至少两个相互平行的菲涅尔透镜，在本实施例中，包括一个第一菲涅尔透镜21和一个第二菲涅尔透镜22。该第一菲涅尔透镜21位于该第二菲涅尔透镜22的上方，二者相隔预定间距。该菲涅尔透镜单元20还可以包括更多数目的菲涅尔透镜，例如三个、四个等。多个菲涅尔透镜组合成该菲涅尔透镜单元20可缩短菲涅尔透镜单元20的焦距，即缩短了整个聚光元件10的焦距，从而使得整个聚光元件10的尺寸变小。可以根据聚光元件10的整体设计考虑组合多少个菲涅尔透镜以及各菲涅尔透镜的间距。
该菲涅尔透镜单元20具有一个上表面201和一个下表面203。该第一菲涅尔透镜21的上表面即为该上表面201，该第二菲涅尔透镜22的下表面即为该下表面203。入射光L自该上表面201入射并依次经过该第一菲涅尔透镜21和一个第二菲涅尔透镜22后自该下表面203出射。
该第一菲涅尔透镜21的入光面(即上表面201)与该第二菲涅尔透镜的入光面平行。该第一菲涅尔透镜21的出光面与该第二菲涅尔透镜22的入光面相邻，即上方的菲涅尔透镜的出光面对着下方相邻的菲涅尔透镜的入光面。
该菲涅尔透镜单元20所包括的任一菲涅尔透镜的下表面为沟槽面。沟槽面朝下，可以避免因为灰尘或杂物而影响菲涅尔透镜单元20的透镜效率。
该组合式抛物面聚光元件30位于该菲涅尔透镜单元20的下表面203的下方以会聚自该下表面203出射的光线。
组合式抛物面聚光元件30包括至少两个位于其内侧的抛物面300，一个入光口31和一个出光口32。该入光口31和出光口32相对。该两个抛物面300关于该组合式抛物面聚光元件30中心轴对称。该两个抛物面300分别具有一个焦点从而使得自该入光口31进入的光线可以被汇聚成两束光线后自该出光口32出射。
优选地，该组合式抛物面聚光元件30的中心轴和该菲涅尔透镜单元20的中心轴重合，以获取最大的光线输出效率。
该太阳能电池单元60位于该出光口32用以接收光线。该太阳能电池单元60可以包括一个或者多个太阳能电池，从而将光能转化为电能。
请参阅表1，图2及图3，表1表示当该菲涅尔透镜单元20的上表面201和该组合式抛物面聚光元件30的出光口32的间距D变化时聚光装置10的输出效率变化。
表1
参图2，Min表示聚光装置10在一个预定尺寸平面的一个端点到另一个端点的连线上的能量输出之非零最小值；Max表示聚光装置10在该连线上分布的能量输出的最大值，即图中的最高点。图2表示间距D为122.25mm时，图1所示的聚光元件的输出能量分布图。图3表示间距D为110.46mm时，图1所示的聚光元件的输出能量分布图。
由表1，图2及图3可知，菲涅尔透镜单元20的参数保持不变时，聚光元件10的输出效率和均匀性可调整，比如可以通过调整菲涅尔透镜单元20和出光口32的间距来调整，一般而言，间距缩短时，输出效率较高，均匀性较好。
请参阅图4，图4表示当D＝122.25mm时，容忍角为1度时，聚光装置10的输出能量分布。通过比较图4和图2可知，容忍角为1度时，比图2所示的容忍角为0度时(即光线正入射菲涅尔透镜单元20)，均匀性要好。
请参阅图5，图5表示容忍角在0度到1.6度间变化时输出效率的变化趋势，可以看到，当容忍角为1度时，输出效率仍能维持在36％左右，下降较少。
请参阅图6，图6表示当D＝110.46mm时，容忍角为1度时，聚光装置10的输出能量分布。通过比较图6和图3可知，容忍角为1度时，比图3所示的容忍角为0度时，均匀性要好。
请参阅图7，图7表示容忍角在在0度到1.6度间变化时输出效率的变化趋势，可以看到，当容忍角为1度时，输出效率仍能维持在35％左右，下降较少。
本发明实施例提供之聚光装置10及太阳能电池装置50包括至少两个相互平行的菲涅尔透镜和一个组合式抛物面聚光元件，因此可以通过调整多个菲涅尔透镜的间距来调整聚光装置的焦距，通过调整菲涅尔透镜单元和组合式抛物面聚光元件的垂直间距来调整该聚光装置的容忍角、输出效率及均匀性等，可调性强。
可以理解的是，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种聚光装置，包括：
一个菲涅尔透镜单元，该菲涅尔透镜单元包括至少两个相互平行的菲涅尔透镜，该菲涅尔透镜单元具有一个上表面和一个下表面，该菲涅尔透镜单元用以使入射光自该上表面入射并依次经过所有的菲涅尔透镜后自该下表面出射；及
一个组合式抛物面聚光元件，该组合式抛物面聚光元件具有一个入口和一个与该入口对应的出口，该组合式抛物面聚光元件位于该菲涅尔透镜单元的下表面的下方以会聚自该下表面出射的光线。
2.如权利要求1所述的聚光装置，其特征在于，该菲涅尔透镜单元包括一个第一菲涅尔透镜和一个第二菲涅尔透镜，该第一菲涅尔透镜的入光面与该第二菲涅尔透镜的入光面平行。
3.如权利要求1所述的聚光装置，其特征在于，该菲涅尔透镜单元所包括的任一菲涅尔透镜的下表面均为沟槽面。
4.如权利要求1所述的聚光装置，其特征在于，该组合式抛物面聚光元件的中心轴和该菲涅尔透镜单元的中心轴重合。
5.如权利要求1所述的聚光装置，其特征在于，该上表面和该出口的垂直间距在110.46mm～122.25mm之间。
6.一种太阳能电池装置，包括：
一种聚光装置，包括一个菲涅尔透镜单元，该菲涅尔透镜单元包括至少两个相互平行的菲涅尔透镜，该菲涅尔透镜单元具有一个上表面和一个下表面，该菲涅尔透镜单元用以使入射光自该上表面入射并依次经过所有的菲涅尔透镜后自该下表面出射；及一个组合式抛物面聚光元件，该组合式抛物面聚光元件具有一个入口和一个与该入口对应的出口，该组合式抛物面聚光元件位于该菲涅尔透镜单元的下表面的下方以会聚自该下表面出射的光线；及
一个太阳能电池单元，位于该出口用以接收该光线并将光能转化为电能。
7.如权利要求6所述的太阳能电池装置，其特征在于，该菲涅尔透镜单元包括一个第一菲涅尔透镜和一个第二菲涅尔透镜，该第一菲涅尔透镜的入光面与该第二菲涅尔透镜的入光面平行。
8.如权利要求6所述的太阳能电池装置，其特征在于，该菲涅尔透镜单元所包括的任一菲涅尔透镜的下表面为沟槽面。
9.如权利要求6所述的太阳能电池装置，其特征在于，该组合式抛物面聚光元件的中心轴和该菲涅尔透镜单元的中心轴重合。
10.如权利要求6所述的太阳能电池装置，其特征在于，该太阳能电池单元为一个太阳能电池或包括多个太阳能电池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010102895592A CN102412332A (zh) | 2010-09-23 | 2010-09-23 | 聚光装置及太阳能电池装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| CN2010102895592A CN102412332A (zh) | 2010-09-23 | 2010-09-23 | 聚光装置及太阳能电池装置 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN102412332A true CN102412332A (zh) | 2012-04-11 |
Family
ID=45914298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010102895592A Pending CN102412332A (zh) | 2010-09-23 | 2010-09-23 | 聚光装置及太阳能电池装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102412332A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023130680A1 (zh) * | 2022-01-04 | 2023-07-13 | 歌尔光学科技有限公司 | 一种聚光镜组、照明系统及投影装置 |
-
2010
- 2010-09-23 CN CN2010102895592A patent/CN102412332A/zh active Pending
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