CN102484163A - 具有旋光盖的光伏聚光器组件 - Google Patents

具有旋光盖的光伏聚光器组件 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种光伏聚光器组件，其包括：限定内部容积并包括框边的壳体，其中该框边限定通向该内部容积的开口；设置在该内部容积中的光伏电池；和包括旋光主体和从该主体向外延伸的凸缘的光学元件，其中该凸缘密封地接合于壳体的框边，以便封闭该内部容积。

Description

具有旋光盖的光伏聚光器组件
技术领域
本专利申请涉及光伏聚光器组件，也称之为光伏接收器或光伏接收器组件。特别是本专利申请涉及具有形成该组件的窗口的旋光透镜的气密且水密的光伏聚光器组件。
背景技术
光伏聚光器系统利用各种光学元件以将入射的太阳光聚集于装纳在光伏聚光器组件中的光伏器件上，因而收集来自大面积的太阳光并且将它集中在相对小的目标面积上。因此，诸如砷化镓基(“GaAs”)光伏电池的高效光伏电池可以用在这种光伏聚光器系统中以代替效率不高的(且不昂贵的)硅光伏电池，从而在减少成本的情况下每单位面积产生更多的能量。
但是，光伏聚光器组件的电子元件，包括光伏电池，对诸如温度和湿度(例如，湿气)的外界环境因素特别敏感。因此，已经进行了各种尝试以减轻湿度对光伏聚光器组件的影响。例如，光伏聚光器组件被密封在具有窗口的隔间中，该窗口使光能够传到该光伏聚光器组件。但是，窗口导致了额外的光损失，并且因此降低了工作效率。
因此，本领域的技术人员在光伏聚光器组件方面继续寻求改进。
发明内容
一方面，本发明的光伏聚光器组件可以包括限定内部容积和通向该内部容积的开口的壳体、设置在该内部容积中的光伏电池以及包括旋光主体和从该主体向外延伸的凸缘的光学元件，其中该凸缘与该壳体接合以密封该开口。
另一方面，本发明的光伏聚光器组件可以包括：限定内部容积并且包括框边(rim)的壳体，其中该框边限定通向该内部容积的开口；设置在该内部容积中的光伏电池；以及包括旋光主体和从该主体向外延伸的凸缘的光学元件，其中该凸缘与壳体的框边密封地接合以封装该内部容积。该光伏聚光器组件还可以包括设置在所述框边和所述凸缘之间的密封构件。光伏聚光器组件的该主体和凸缘可以形成为整体式玻璃体。
另一方面，本发明的光伏聚光器组件可以包括：限定内部容积并且包括框边的壳体，其中该框边形成通向该内部容积的开口；设置在该内部容积中的光伏电池；包括旋光主体和从该主体向外延伸的凸缘的光学元件，其中该主体至少部分地延伸通过该开口，使得凸缘与框边对齐；以及设置在该框边和凸缘之间以限定其间的气密密封的密封构件。该密封构件可以包括O形环。
本公开的光伏聚光器组件的其他方面从下面的描述、附图和权利要求中将变得很明白。
附图说明
图1是根据本发明一方面的光伏聚光器组件的正透视图；
图2是图1的光伏聚光器组件的分解的侧透视图；
图3是图1的光伏聚光器组件的一部分的部分分解侧透视图；以及
图4是图3所示的但是被部分组装的光伏聚光器组件的一部分的侧透视图。
具体实施方式
参考图1-4，总地用10标明的本发明的光伏聚光器组件的一方面可以包括壳体12、光学元件14、密封构件16、72以及光伏电池组件18。该光伏聚光器组件10可以借助于电引线20、22(图2)被电联接到外部负载电路(未示出)。
可选地，如图1和图2所示，光伏聚光器组件10还可以包括联接于壳体12的散热器24，以从其消散热能。例如，如图1和图2所示，散热器24可以是无源散热器，例如不具有除热管里面的流体(例如，水)的蒸发/凝结回路之外的流体回路的翼片散热器。但是，本领域的技术人员将会明白，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用各种部件、系统和技术(例如有源热交换器)以便从光伏聚光器组件10消散热能。
如图2和图3所示，密封构件16、72可以是O形环，例如橡胶O形环。但是，本领域的技术人员将会明白，密封构件16、72可以是任何类型的封装(packing)或形成密封的器件或材料。例如，作为O形环或垫片型密封构件16、72的一种替代性方案，橡胶密封条或硅粘结剂可以用来在现场形成密封构件16。
仍然参考图2和图3，壳体12可以包括第一上部分12A和第二下部分12B。壳体12的第一上部分12A可以包括具有第一上端28和第二下端30的侧壁26，例如大体圆柱形侧壁。框边32可以从侧壁26的第一上端28径向向里延伸，并且限定其内的开口(例如圆形开口)34。侧壁26的第二下端30可以限定第一密封表面36。壳体12的第二下部分12B可以包括具有第一上端40和第二下端42的侧壁38，例如大体圆柱形侧壁。侧壁38的第一上端40可以限定第二密封表面44。侧壁38的第二下端42可以连接于底壁46。
可选地，壳体12的第二下部分12B可以包括凸缘式附接表面(见图1-4)，其具有形成在其中的孔以用于将壳体12附接成较高的组件。
如图1和图4所示，可以通过用诸如六角螺钉的紧固件48将第一上部分12A连接于第二下部分12B来形成组装的壳体12，因而在壳体12内限定内部容积50(图2)。第一上部分12A中的开口34可以提供通向内部容积50的通路。
可选地，如图2和图3所示，诸如垫片、O形环或硅密封条的密封构件52可以设置在第一和第二密封表面36、44之间，因而确保壳体12的第一上部分12A和第二下部分12B之间的气密连接。
在这方面，本领域的技术人员将会明白，壳体12不必是如图中所示的具有圆形开口的大体圆柱形形状，并且壳体12和相关开口34及内部容积50的尺寸和形状可以由接纳在该壳体12中的光学元件14和光伏电池组件18的尺寸和形状来确定。
如图2清楚地所示，光伏电池组件18可以包括一个或多个光伏电池54，并且可选地，包括一个或多个其他部件。光伏电池54可以是将光直接或以其他方式转换成电能的任何器件。光伏电池组件18的其他部件可以包括诸如绝缘电线和旁路二极管的电气部件，或诸如粘结剂和紧固件的机械部件。
光伏电池组件18可以被接纳在内部容积50中并且连接于壳体12的第二下部分12B的底壁46。例如，光伏电池组件18可以用粘结剂，例如，从密歇根州的Midland市的Dow Coring可以得到的导热粘结剂1-4173，连接于壳体12。但是本领域的技术人员将会明白，在不脱离本发明的范围的情况下，各种技术(例如机械紧固件)可以用来将光伏电池组件18固定于壳体12。
现在参考图2，光学元件14可以包括旋光主体56(例如折射透镜)和凸缘58，该凸缘58可以是也可以不是旋光的。凸缘58可以围绕该主体56的整个周边从该主体56向外(例如，径向向外)延伸一距离D(例如1cm)。凸缘58可以包括第一上配合表面61和第二下配合表面62。
如图2所示，在一个具体方面，主体56和凸缘58可以形成为单个整体式主体。例如主体56和凸缘58可以形成为整体式玻璃体。在可替代方面，凸缘58可以是已经被牢固地连接于该主体56的单独材料件。例如凸缘58可以用粘结剂(例如环氧树脂基粘结剂)连接于主体56。
仍然参考图2，光学元件14可以可选地包括连接于主体56的光导60。在一个具体方面，光导60的远端62可以与光伏电池54直接接触。在另一个具体方面，可以利用胶带或粘结剂，例如从明尼苏达州圣保罗市的3M公司可得到的光学胶带或者从马萨诸塞州Wareham市的NuSilTechnology可得到的光学粘结剂，将光导60的远端62连接于光伏电池54。因此，进入光学元件14的光从主体56被引导到光导60，并且最终到光伏电池54。
在这方面，本领域的技术人员将会明白，光学元件14可以是辅助光学元件，其中入射到光学元件14中的光可以已经首先被主要光学元件(未示出)会聚。在一个示范性的方面，主体56和光导60可以构造成在2008年3月14日提交的美国专利申请序列号No.12/075,830中示出并描述的自由形式的辅助透镜，该专利申请的整个内容结合于此供参考。
在图1和图4所示的组装构造中，光学元件14的凸缘58的第一上配合表面61可以与壳体12的框边32的内表面35(图3)对齐并接合，因而在光学元件14的主体56与开口34对齐时密封壳体12中的开口24。如图4所示，在一个具体方面，光学元件14的主体56可以延伸通过壳体12中的开口34，同时凸缘58可以被接纳在内部容积50中并且可以限制整个光学元件14通过壳体12中的开口34的通路。密封构件16可以设置在凸缘58的第一上配合表面61和框边32的内表面35之间，以确保它们之间的气密密封。
力可以被施加在凸缘58的第二下配合表面62以推动凸缘58的第一上配合表面61与框边34接合。例如，凸缘58可以被夹在壳体12的第一上部分12A的框边32和壳体12的第二下部分12B的密封表面44之间，使得凸缘58的第一上配合表面61被推动成与框边34接合。可替代地，正如下面所描述的，凸缘58可以被夹在壳体12的第一上部分12A的框边32和被接纳在内部腔室50中的遮光器64之间，使得凸缘58的第一上配合表面61被推动成与框边34接合。
参考图2，可选遮光器64可以被接纳在由壳体12限定的内部容积50中。该遮光器64可以包括限定其内的窗口68的主体66。遮光器64可以设置在光学元件14和光伏电池组件18之间，使得窗口68与光伏电池54对齐，同时主体66覆盖光伏电池组件18的其他部件。光学元件14的光导60可以延伸通过遮光器64中的窗口68。
遮光器详细地公开在2009年6月5日提交的美国专利申请序列号No.12/479,136中，其整个内容结合于此供参考。
在一个具体方面，遮光器64的主体66可以包括上密封表面70。如图3所示，光伏聚光器组件10可以通过以下步骤组装，即：将遮光器64设置在壳体12的第二下部分12B内；将密封构件72(例如，O形环)设置在遮光器64的密封表面70之上；将光学元件14放置在遮光器64之上使得光导60通过窗口68且密封构件72被置于遮光器64的密封表面70和凸缘58的第二下配合表面62之间；以及将密封构件16设置在凸缘58的第一上配合表面61之上。于是，如图4所示，壳体12的第一上部分12A可以固定于壳体12第二下部分12B，因而将框边32的内表面35(图3)推抵于凸缘58的第一上配合表面61，以便将密封构件16压紧在其之间，因而用光学元件14密封壳体12中的开口34。遮光器64的密封表面70可以对凸缘58的第二下配合表面62施加反作用力，因而保持开口34的气密密封。
因此，本发明的光伏聚光器组件10利用光学元件作为密封壳体12的盖，因而不需要在光源(或主要光学元件)和光伏电池之间的光路中的附加层或窗口，由此改进了工作效率。
虽然已经示出并描述了本发明的光伏聚光器组件的各方面，但是对本领域的技术人员而言在阅读说明书之后能够进行各种修改。本发明包括这种修改并且仅仅由权利要求的范围限定。

Claims (20)

1.一种光伏聚光器组件(10)，包括：
壳体(12)，其限定内部容积(50)和通向所述内部容积(50)的开口(34)；
设置在所述内部容积(50)中的光伏电池(54)；以及
包括旋光主体(56)和从所述主体(56)向外延伸的凸缘(58)的光学元件(14)，其中所述凸缘(58)与所述壳体(12)接合以密封所述开口(34)。
2.根据权利要求1的光伏聚光器组件(10)，还包括设置在所述壳体(12)和所述凸缘(58)之间的密封构件(16，72)。
3.根据权利要求1或2的光伏聚光器组件(10)，其中所述密封构件(16，72)包括O形环。
4.根据权利要求1的光伏聚光器组件(10)，其中所述主体(56)的至少一部分延伸通过所述开口(34)。
5.根据权利要求1的光伏聚光器组件(10)，其中所述密封是气密密封。
6.根据权利要求1至5任何一项的光伏聚光器组件(10)，还包括被接纳在所述内部容积(50)中并被设置在所述光学元件(14)和所述光伏电池(54)之间的遮光器(64)，其中所述遮光器(64)限定与所述光伏电池(54)对齐的窗口。
7.根据权利要求6的光伏聚光器组件(10)，其中所述凸缘(58)被设置在所述壳体(12)和所述遮光器(64)之间。
8.根据权利要求6或7的光伏聚光器组件(10)，还包括被设置在所述凸缘(58)和所述遮光器(64)之间的密封构件(52)。
9.根据权利要求1至8任何一项的光伏聚光器组件(10)，还包括联接于所述壳体(12)的散热器(24)。
10.根据权利要求1的光伏聚光器组件(10)，其中所述主体(56)包括折射透镜。
11.根据权利要求1的光伏聚光器组件(10)，其中所述主体(56)和所述凸缘(58)形成为整体式玻璃体。
12.根据权利要求1至11任何一项的光伏聚光器组件(10)，其中所述光学元件(14)还包括光导(60)，所述光导(60)具有联接于所述旋光主体(56)的近端和与所述光伏电池(54)对齐的远端(62)。
13.根据权利要求12的光伏聚光器组件(10)，其中所述光导延伸通过位于所述光学元件(14)和所述光伏电池(54)之间的遮光器(64)中的窗口。
14.根据权利要求1的光伏聚光器组件(10)，其中所述壳体(12)包括由至少一个紧固件(48)固定于第二部分(12B)的第一部分(12A)，其中所述开口(34)被限定在所述第一部分(12A)中。
15.根据权利要求1或14任何一项的光伏聚光器组件(10)，还包括被设置在所述第一部分(12A)和所述第二部分(12B)之间用于在其间形成气密密封的密封构件(52)。
16.一种光伏聚光器组件(10)，包括：
限定内部容积(50)且包括框边(32)的壳体(12)，其中所述框边(32)限定通向所述内部容积(50)的开口(34)；
被设置在所述内部容积(50)中的光伏电池(54)；以及
包括旋光主体(56)和从所述主体(56)向外延伸的凸缘(58)的光学元件(14)，其中所述凸缘(58)密封地接合于所述框边(32)，以便封闭所述内部容积(50)。
17.根据权利要求16的光伏聚光器组件(10)，还包括被设置在所述框边(32)和所述凸缘(58)之间的密封构件(16)。
18.根据权利要求16的光伏聚光器组件(10)其中所述旋光主体(56)和所述凸缘(58)被形成为整体式玻璃体。
19.一种光伏聚光器组件(10)，包括：
限定内部容积(50)且包括框边(32)的壳体(12)，其中所述框边(32)限定通向所述内部容积(50)的开口(34)；
被设置在所述内部容积(50)中的光伏电池；
包括旋光主体(56)和从所主体(56)向外延伸的凸缘(58)的光学元件(14)，其中所述主体(56)的至少一部分延伸通过所述开口(34)，使得所述凸缘(58)与所述框边(32)对齐；以及
被设置在所述框边(32)和所述凸缘(58)之间以在其间形成气密密封的密封构件(16)。
20.根据权利要求19的光伏聚光器组件(10)，其中所述密封构件(16)包括O形环。
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