CN102576773B - 太阳能集中器及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能集中器(1)，其包括由透明材料构成的固态主体，该太阳能集中器具有光耦合表面(2)和光去耦表面(3)，所述固态主体具有朝着光去耦表面(3)的方向逐渐变细的光导向部(4)，其位于光耦合表面(2)和光去耦表面(3)之间，并且由光耦合表面(2)和光去耦表面(3)之间的光导向表面(5)确定界限，光导向表面(5)以恒定的一阶导数并入光去耦表面(3)。本发明还涉及一种生产太阳能集中器(1)的方法，其中透明材料在模具(10，14)之间精密模制。

Description

太阳能集中器及其生产方法
技术领域
本发明涉及由透明材料制成的太阳能集中器，其中太阳能集中器包括光射入(表)面、光射出(表)面和布置在光射入表面和光射出表面之间的光导向部(应当注意在下列说明书和权利要求中描述和概述的关于光射入和光射出区域的上下文中，为了简单起见仅仅使用术语“面”，并且“面”也包括“表面”的术语和含义)，光导向部沿着光射出面的方向逐渐变细，该光导向部被光射入面和光射出面之间的光导向部表面所限定。此外，本发明涉及制造这种太阳能集中器的方法。
背景技术
图1显示了已知的太阳能集中器101，其在图2中描绘成横截面图形。太阳能集中器101包括光射入面102和研磨的光射出面103以及光导向部104，光导向部104布置在光射入面102和光射出面103之间并且沿着光射出面103的方向逐渐变细。附图标记105表示光导向部表面，其限定了光射入面102和光射出面103之间的光导向部104。
文献EP 1396035 B1公开了太阳能集中器模块，在其前侧包括前透镜，在其后侧包括接收器单元，并且在前透镜和接收器单元之间包括反射器，该反射器具有沿着接收器单元的两个相对侧倾斜的侧壁，而且在模块的中间，具有扁平的垂直反射器。
发明内容
本发明的目的是降低生产太阳能集中器的成本。本发明的又一目的是在有限的预算内生产具有特别高质量的太阳能集中器。
上述目的通过由透明材料生产太阳能集中器的方法而实现，其中太阳能集中器包括光射入面、光射出面和布置在光射入面和光射出面之间并且沿着光射出面的方向逐渐变细(线性或非线性地)的光导向部，该光导向部由光射入面和光射出面之间的光导向部表面限定，其中在适合于模制光射入面的第一模具和适合于模制光射出面的至少一个第二模具之间将透明材料坯模制造，特别是双侧地坯模制造，以生产太阳能集中器，和其中特别是在将模制压力施加到透明材料上的开始阶段，借助低压将透明材料吸入第二模具。
根据本发明，太阳能集中器是次级集中器。根据本发明，透明材料特别是玻璃。根据本发明，术语坯模制造特别是应当理解为下述方式：即光学地操作的和有效的表面会在压力下被模制，以使得对所述光学地操作的和有效的表面的轮廓的任何进一步的处理可以被省去或不必应用或将不必提供。因此，特别地规定，在坯模制造之后，不研磨光射出面，即其将不进行研磨处理。
当根据本发明处理时，光导向部表面，特别地，相对于太阳能集中器的光轴倾斜至少0.1°。根据本发明，光导向部表面，特别地，相对于太阳能集中器的光轴倾斜不多于3°。太阳能集中器的光轴，特别地，是正交的或与光射出面正交的。光导向部表面可以进行涂层。
特别地，规定透明材料被作为液体玻璃切割并且被置于第二模具中以使得切割颗粒或接缝位于光学区域之外。在挤压或压力模制中，特别地规定第一模具和第二模具相对于彼此放置并且被移动以接近彼此。在压力模制之后，特别地规定太阳能集中器在冷却传送机上的适当支撑装置上进行冷却。根据一种便利的实施方式，太阳能集中器具有支撑框架。在此，特别地规定供应的液体玻璃的重量的波动通过改变支撑法兰进行调节。还可以规定应用热处理循环，其中一部分过量的玻璃将被收集并且随后(在从模具上移除之后)将用极热的火焰对法兰进行加热直到这部分掉落为止。
在进一步优选的本发明实施方式中，透明材料(特别地在材料的外部区域中)在所述坯模制造过程中借助低压至少部分地被吸入第二模具中。在更优选的本发明实施方式中，低压为至少0.5巴。在更优选的本发明实施方式中，低压特别地对应于真空。在更优选的本发明实施方式中，透明材料在即将模制之前具有不大于104，5dPas的粘度。
在更有利的本发明实施方式中，将第一模具加热和/或冷却。在更优选的本发明实施方式中，将第二模具加热和/或冷却。
在更有利的本发明实施方式中，第二模具至少包括两部分。在更优选的本发明实施方式中，在形成光射出面和光导向部表面之间的过渡的区域内，第二模具具有缝隙，特别是圆周缝隙，具体是环形缝隙。在此，特别地规定该缝隙形成在或将形成在第二模具的第一组件和第二模具的第二组件之间。在更有利的本发明实施方式中，缝隙具有在10μm和40μm之间的宽度。在更便利的本发明实施方式中，在所述缝隙中产生低压。
此外，上述目的通过生产太阳能模块的方法而实现，在该方法中，通过根据任何一项前述特征的方法生产的太阳能集中器利用其光射出面连接到，特别是胶合到光伏元件上(用于由太阳光产生电能)，和/或相对于光伏元件固定地对齐(用于由太阳光产生电能)。
此外，上述目的通过太阳能集中器而实现，特别是按照根据任何一项前述特征的方法生产的太阳能集中器，其具有由透明材料制成的固态主体，太阳能集中器包括光射入面和光射出面，其中该固态主体包括在光射入面和光射出面之间的光导向部，其沿着光射出面的方向(线性或非线性地)逐渐变细，该光导向部被光射入面和光射出面之间的光导向部表面限定，其中光导向部表面以连续的一阶导数并入光射出面。
此外，上述目的通过太阳能集中器而实现，特别是按照根据任何一项前述特征的方法生产的太阳能集中器，其由透明材料制成，其中该太阳能集中器包括光射入面、光射出面、和布置在光射入面和光射出面之间并且沿着光射出面的方向(线性或非线性地)逐渐变细的光导向部，该光导向部在光射入面和光射出面之间被光导向部表面限定，其中光导向部表面以连续的一阶导数并入光射出面。
在有利的本发明实施方式中，光导向部表面以一弯曲段并入光射出面，该弯曲段的曲率半径达到不大于0.25mm，特别是不大于0.15mm，优选不大于0.1mm。
此外，上述目的通过太阳能集中器而实现，特别是按照根据任何一项前述特征的方法生产的太阳能集中器，其具有由透明材料制成的固态主体，太阳能集中器包括光射入面和光射出面，其中该固态主体包括布置在光射入面和光射出面之间并且沿着光射出面的方向(线性或非线性地)逐渐变细的光导向部，该光导向部在光射入面和光射出面之间被光导向部表面限定，其中光导向部表面以一弯曲段并入光射出面，该弯曲段的曲率半径不大于0.25mm，特别是不大于0.15mm，优选不大于0.1mm。
此外，上述目的通过太阳能集中器而实现，特别是按照根据任何一项前述特征的方法生产的太阳能集中器，其由透明材料制成，该太阳能集中器包括光射入面、光射出面和布置在光射入面和光射出面之间并且沿着光射出面的方向(线性或非线性地)逐渐变细的光导向部，该光导向部被光射入面和光射出面之间的光导向部表面限定，并且其中光导向部表面以一弯曲段并入光射出面，该弯曲段的曲率半径不大于0.25mm，特别是不大于0.15mm，优选不大于0.1mm。
在更便利的本发明实施方式中，曲率半径不大于0.04mm。在更优选的本发明实施方式中，光射出面是坯模制造的。在更有利的本发明实施方式中，从光导向部表面到光射出面的优选地弯曲的过渡是坯模制造的。
在更优选的本发明实施方式中，光射入面是坯模制造的。在更优选的本发明实施方式中，光射入面是凸的或平面的。光射入面可以成形为非球面的或球面的。在更有利的本发明实施方式中，光射出面是平面的。平面的光射入面或光射出面相对于理想平面可能表现出轮廓的偏差，特别是基于收缩并且尤其是凹面，该偏差可高达20μm或甚至高达40μm。还可以规定将光射入面设计为自由形式。此外还可以规定将光射出面设计为凹面的。
此外，上述目的通过太阳能集中器而实现，特别是按照根据任何一项前述特征的方法生产的太阳能集中器，其具有由透明材料制成的固态主体，太阳能集中器包括光射入面和光射出面，其中该固态主体包括布置在光射入面和光射出面之间并且沿着光射出面的方向(线性或非线性地)逐渐变细的光导向部，并且其中光射出面是坯模制造的。
此外，上述目的通过太阳能集中器而实现，特别是按照根据任何一项前述特征的方法生产的太阳能集中器，其由透明材料制成，该太阳能集中器包括光射入面、光射出面和布置在光射入面和光射出面之间并且沿着光射出面的方向(线性或非线性地)逐渐变细的光导向部，并且其中光射出面是坯模制造的。
在更优选的本发明实施方式中，光射入面是坯模制造的。在更优选的本发明实施方式中，光射入面为凸的或平面的。光射入面可以成形为非球面的或球面的。在更有利的本发明实施方式中，光射出面为平面的。平面的光射入面或光射出面相对于理想平面可能表现出轮廓的偏差，特别是基于收缩并且尤其是凹面，该偏差可高达20μm或甚至高达40μm。还可以规定将光射入面设计为自由形式。此外还可以规定将光射出面设计为凹面的。
附图说明
本发明进一步的优点和细节由下列对实施方式的优选实例的说明而将变得显而易见。下列附图中显示的是：
图1示出了已知太阳能集中器的透视图；
图2示出了图1中所示太阳能集中器的横截面图；
图3示出了根据本发明的太阳能集中器实施方式的实例；
图4示出了制造根据图3的太阳能集中器的方法；
图5示出了根据图3的太阳能集中器的放大切断图；
图6示出了制造根据图3的太阳能集中器的替选方法；和
图7示出了包括根据本发明的太阳能集中器的太阳能模块实施方式的实例。
具体实施方式
图3借助横截面图显示了根据本发明的太阳能集中器1的实施方式的实例。太阳能集中器包括光射入(表)面2和坯模制造的光射出(表)面3以及布置在光射入面2和光射出面3之间并且沿着光射出面3的方向逐渐变细的光导向部4。附图标记5表示光导向部表面，其在光射入面2和光射出面3之间限定光导向部4。在此，光导向部表面5(如在图5中更详细显示的)以弯曲段8并入光射出面，弯曲段8的曲率半径大约为0.1mm。突起的挤压法兰或者过量的挤压材料分别在加压模制之后被(机械地和/或热地)移除。
图4显示了制造根据图3的太阳能集中器1的方法。在此，将粘度不大于104，5dPas的液体玻璃送入模具10，并且借助模具14，分别在压力下将其挤压、模制成太阳能集中器1的形状。模具10包括部分模具11和以居中方式布置在部分模具11内的部分模具12。在部分模具11和部分模具12之间提供圆周缝隙15，该缝隙具有10μm和40μm之间的宽度。当将模具10和14压在一起时在圆周缝隙15中产生大约真空的低压。
图6显示了制造太阳能集中器1的可选方法。在此，模具14被稳固地支承在部分模具11上的模具141替换。
图7显示了太阳能模块40实施方式的实例，其包括根据本发明的太阳能集中器1。太阳能模块40包括冷却体41，其上布置有光伏元件42和太阳能集中器1的保持装置44。光射出面3借助粘合材料层43连接到光伏元件42。太阳能模块40进一步包括设计成菲涅耳或鼓形透镜的初级太阳能集中器45，用于将太阳光50与太阳能集中器1的光射入面2对准，太阳能集中器1分别被布置或设计或提供为次级太阳能集中器。经由光射入面2送入太阳能集中器1的太阳光经由太阳能集中器1的光射出面3射出并且遇到光伏元件42。
在图3到6中使用的元件、尺寸和角度分别是为了简便和清楚方面的考虑而草绘，并不一定成比例。例如，有些元件、尺寸和角度的大小级别分别相对于其它元件、尺寸和角度而分别被夸大，以便加强对本发明实施方式的实例的理解。

Claims (19)

1.一种具有由透明材料制成的固态主体的太阳能集中器(1)，其包括光射入面(2)和光射出面(3)，其中该固态主体包括布置在光射入面(2)和光射出面(3)之间并且沿着光射出面(3)的方向逐渐变细的光导向部(4)，该光导向部(4)由光射入面(2)和光射出面(3)之间的光导向部表面(5)限定，其特征在于，光导向部表面(5)以一弯曲段并入光射出面(3)，其中所述太阳能集中器包括支撑框架。
2.一种由透明材料制成的太阳能集中器(1)，其中该太阳能集中器(1)包括光射入面(2)、光射出面(3)和布置在光射入面(2)和光射出面(3)之间并且沿着光射出面(3)的方向逐渐变细的光导向部(4)，该光导向部(4)由光射入面(2)和光射出面(3)之间的光导向部表面(5)限定，其特征在于，光导向部表面(5)以一弯曲段并入光射出面(3)，其中所述太阳能集中器包括支撑框架。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能集中器(1)，其特征在于，光导向部表面(5)以曲率半径不大于0.25mm的弯曲段并入光射出面(3)。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能集中器(1)，其特征在于，光导向部表面(5)以曲率半径不大于0.15mm的弯曲段并入光射出面(3)。
5.根据权利要求1或2所述的太阳能集中器(1)，其特征在于，光导向部表面(5)以曲率半径不大于0.1mm的弯曲段并入光射出面(3)。
6.根据权利要求1或2所述的太阳能集中器(1)，其特征在于，光射出面(3)是在压力下模制的，不需要对其轮廓进一步处理。
7.根据权利要求3所述的太阳能集中器(1)，其特征在于，光射出面(3)是在压力下模制的，不需要对其轮廓进一步处理。
8.根据权利要求4所述的太阳能集中器(1)，其特征在于，光射出面(3)是在压力下模制的，不需要对其轮廓进一步处理。
9.根据权利要求5所述的太阳能集中器(1)，其特征在于，光射出面(3)是在压力下模制的，不需要对其轮廓进一步处理。
10.根据权利要求1或2所述的太阳能集中器(1)，其特征在于，从光导向部表面(5)到光射出面(3)的过渡是在压力下模制的，不需要对其轮廓进一步处理。
11.根据权利要求3所述的太阳能集中器(1)，其特征在于，从光导向部表面(5)到光射出面(3)的过渡是在压力下模制的，不需要对其轮廓进一步处理。
12.根据权利要求4所述的太阳能集中器(1)，其特征在于，从光导向部表面(5)到光射出面(3)的过渡是在压力下模制的，不需要对其轮廓进一步处理。
13.根据权利要求5所述的太阳能集中器(1)，其特征在于，从光导向部表面(5)到光射出面(3)的过渡是在压力下模制的，不需要对其轮廓进一步处理。
14.根据权利要求1或2所述的太阳能集中器(1)，其特征在于，光射入面(2)是在压力下模制的，不需要对其轮廓进一步处理。
15.根据权利要求3所述的太阳能集中器(1)，其特征在于，光射入面(2)是在压力下制的，不需要对其轮廓进一步处理。
16.一种太阳能模块，其特征在于，根据权利要求1或2所述的太阳能集中器(1)利用其光射出面(3)连接到光伏元件(42)。
17.一种用于产生电能的方法，其特征在于，使太阳光进入根据权利要求16所述的太阳能模块的太阳能集中器(1)的光射入面(2)中。
18.一种太阳能模块，其特征在于，根据权利要求3所述的太阳能集中器(1)利用其光射出面(3)连接到光伏元件(42)。
19.一种用于产生电能的方法，其特征在于，使太阳光进入根据权利要求18所述的太阳能模块的太阳能集中器(1)的光射入面(2)中。
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