CN102596827A - 太阳能集中器及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及由透明材料生产太阳能集中器(1，1’)的方法。太阳能集中器(1，1’)包括光射入面(2)和光射出面(3)，固态主体包括位于光射入面(2)和凸的光射出面(3)之间的带有外轮缘(62，62’)的支撑框架(61，61’)，并且透明材料以这样一种方式在第一模具(14)和第二模具(10)之间精确模制以形成太阳能集中器(1，1’)，即使得外边缘(62，62’)在不与所述模具进行任何接触或仅与所述模具部分接触的情况下被模制或形成。

Description

太阳能集中器及生产方法
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。此外，本发明涉及生产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，其通过横截面图描绘在图2中。太阳能集中器101包括光射入面102和磨削的光射出面103，以及布置在光射入面102和光射出面103之间并且向光射出面103的方向逐渐变细的光导向部104。编号105表示将光导向部104限定在光射入面102和光射出面103之间的光导向部表面。
文献EP1396035B1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至少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，其中侧壁反射器缩短从而使发生器的高度H与透镜焦距F之间的比值位于0.6和0.9之间。
发明内容
本发明的目的是降低生产太阳能集中器的成本。本发明进一步的目的是在有限预算内生产具有特别高质量的太阳能集中器。
上述目的通过一种由透明材料生产太阳能集中器的方法实现，其中太阳能集中器包括光射入面和光射出面，其中太阳能集中器包括具有外边缘或轮缘且位于光射入面和光射出面之间的支撑框架，以及便利地包括特别地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，该光导向部有利地被光导向部表面限定在光射入面和光射出面之间，和其中将透明材料坯模制造以产生太阳能集中器，所述材料的坯模制造发生在特别适合于模制光射入面的第一模具和尤其具有特别地凹入部分的至少一个第二模具之间，所述特别地凹入部分适合于模制特别地凸的光射出面，所述材料的坯模制造还如此发生从而使外边缘或轮缘以至少一种下列方式被模制：不与所述模具接触和与所述模具仅仅部分地接触。
根据本发明，太阳能集中器特别地是次级集中器。
根据本发明，透明材料特别地是玻璃。根据本发明，透明材料特别地是硅酸盐玻璃。根据本发明，透明材料特别地是如文献PCT/EP2008/010136中描述的玻璃。根据本发明，玻璃特别地包括：
0.2至2％重量的Al2O3，
0.1至1％重量的Li2O，
0.3，特别地0.4至1.5％重量的Sb2O3，
60至75％重量的8iO2，
3至12％重量的Na2O，
3至12％重量的K2O，和/或
3至12％重量的CaO。
根据本发明，术语坯模制造特别地应当理解为下列方式：光学上生效的表面在压力下被模制从而使得可以省却或不应用或不必提供对该光学上生效的表面的轮廓的任何后续精加工或后处理。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是倾斜的。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。光导向部表面可以涂有涂层。
在本发明的一个实施方式中，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。还可以规定将光射入面设计为自由形式或模制光射入面。在本发明的一个实施方式中，光射出面是平面的。平面的光射入面或光射出面可分别显示出相对于理想平面的轮廓偏差，所述轮廓偏差特别地是由于收缩以及特别地是凹面引起，并且例如可能共计高达20μm或甚至高达40μm。此外，可以规定将光射出面设计成凹的。在本发明的另一个实施方式中，将光射出面设计成凸的。
根据本发明，特别地当光射出面的凸度在其整个面积上延伸时认为该光射出面是凸的。根据本发明，特别地当光射出面的凸度基本上在其整个面积上延伸时认为光射出面是凸的。根据本发明，特别地当光射出面的凸度在其至少部分面积上延伸时认为光射出面是凸的。
根据本发明，支撑框架特别地可以完全是轮缘。根据本发明，支撑框架特别地可以被设计成完全或至少部分地是圆周的。根据本发明，外边缘或轮缘特别地是太阳能集中器的这部分：其位于距离太阳能集中器光轴最远距离的位置上。根据本发明，外边缘特别地是太阳能集中器的这部分：其具有最大的径向延伸。特别地规定：支撑框架在相对于太阳能集中器的轴正交的方向上至少部分地延伸到光导向部之外和/或支撑框架相对于太阳能集中器的轴在径向上至少部分地延伸到光导向部之外。
根据本发明，轮缘状的外边缘特别地是压制的或(压)模制造的而不必模具接触，即在其模制/形成过程中其既不接触也不碰到第一模具或第二模具或任何其他模具。根据本发明，轮缘状的外边缘特别地是在仅有部分模具接触的情况下压制的或(压)模制造的，即在其模制/形成过程中其既不整个接触也不整个碰到第一模具或第二模具或任何其他模具。根据本发明，轮缘状的外边缘特别地是在仅有部分模具接触的情况下压制的或(压)模制造的，即在其模制/形成过程中仅其外边缘的一部分整体接触或碰到第一模具、第二模具或任何其他模具。
特别地规定：透明材料作为液体玻璃而被切割并且放置在第二模具中从而使切割颗粒或切缝位于光学区域之外。在施加压力或压模制造中，特别地规定：第一模具和第二模具相对于彼此放置并且移动以彼此接近。在此，可以将第一模具向第二模具移动和/或将第二模具向第一模具移动。第一模具和第二模具特别地分别朝向彼此移动直到它们碰到或形成紧密的模具实体为止。在施加压力之后，特别地规定：在冷却输送机上在适当的支撑装置上冷却太阳能集中器。
在本发明的有利实施方式中，借助低压将透明材料吸入第二模具中。在本发明的更有利实施方式中，特别地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中。在本发明的更有利实施方式中，透明材料，特别地在其外部区域中，在所述坯模制造过程中借助低压至少部分地被吸入至少一个第二模具中。在本发明的更有利实施方式中，低压为至少0.5巴(bar)。在本发明的更有利实施方式中，低压特别地对应于真空。在本发明的更有利实施方式中，透明材料在即将模制之前具有不大于104，5dPas的粘度。
在本发明的更有利实施方式中，将第一模具加热和/或冷却。在更加优选的本发明实施方式中，将第二模具加热和/或冷却。
在本发明的更有利实施方式中，第二模具包括凹入部分用于将光射出面模制为凸的光射出面。在本发明的更有利实施方式中，用于模制凸的光射出面的凹入部分以小于30mm的曲率半径弯曲。在本发明的更有利实施方式中，用于模制凸的光射出面的凹入部分如此弯曲从而使其轮廓与模具理想平面的最大偏差值小于100μm。在本发明的更有利实施方式中，用于模制凸的光射出面的凹入部分如此弯曲从而使其轮廓与模具理想平面的最大偏差值大于1μm。
在本发明的更有利实施方式中，第二模具为至少两部分的模具。
在本发明的更有利实施方式中，第二模具为至少两部分的模具。在本发明的更有利实施方式中，(至少一个)第二模具在形成光射出面和光导向部表面之间的过渡部的区域中具有缝隙，该缝隙特别地是圆周缝隙，特别地是环形缝隙。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。在本发明的更有利实施方式中，缝隙具有在10μm和40μm之间的宽度。在本发明的更加便利的实施方式中，低压产生于所述缝隙中。
此外，上述目的通过生产太阳能模块的方法而实现，其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(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，该主体包括光射入面和特别地凸的光射出面，其中固态主体包括位于光射入面和光射出面之间的支撑框架，以及便利地包括光导向部，其特别地沿着光射出面的方向(线性地或非线性地)逐渐变细，该光导向部被光导向部表面限定在光射入面和光射出面之间，并且其中支撑框架包括轮缘状的外边缘，其在不与模具接触或仅部分地与模具接触的情况下压模制造。
在本发明的有利实施方式中，光导向部表面以连续的一阶导数并入凸的光射出面。在本发明的更有利实施方式中，光导向部表面以一曲率并入凸的光射出面，该曲率的半径不大于0.25mm，特别地不大于0.15mm，有利地不大于0.1mm。在本发明的更加有利的实施方式中，曲率的半径大于0.04mm。
在本发明的有利实施方式中，光射出面中凸地弯曲。在本发明的有利实施方式中，凸的光射出面以大于30mm的曲率弯曲。在本发明的有利实施方式中，光射出面如此弯曲从而使其轮廓与理想平面或光射出面的(最大)偏差小于100μm。根据本发明，理想平面特别地是穿过从光导向部表面到光射出面的过渡部的平面。根据本发明，光射出平面特别地是穿过从光导向部表面到光射出面的过渡部的平面。根据本发明，当定位成穿过光射出面的(弯曲的)顶点时，光射出平面特别地是一平面，该平面平行于穿过从光导向部表面到光射出面的过渡部的平面。根据本发明，当定位成穿过光射出面的(弯曲的)顶点时，光射出平面特别地是与逐渐变细的光导向部正交的平面。根据本发明，当定位成穿过光射出面的(弯曲的)顶点时，光射出平面特别地是与太阳能集中器的光轴正交的平面。在本发明的有利实施方式中，光射出面如此弯曲从而使其轮廓与理想平面或光射出面的(最大)偏差大于1μm。
在本发明的更有利实施方式中，光射出面是坯模制造的。在本发明的更有利实施方式中，从光导向部表面到光射出面的特别地弯曲的过渡部是坯模制造的。在本发明的更有利实施方式中，光射入面是坯模制造的。光射入面可以成形为非球面的或球面的。
在本发明的更有利实施方式中，太阳能集中器具有2g和50g之间的质量。
此外，上述目的通过一种太阳能模块来实现，太阳能模块包括上述太阳能集中器或按照上述方法中的任一种由透明材料生产的太阳能集中器，其中太阳能集中器利用其光射出面连接到，特别地胶合到光伏元件。
在本发明的有利实施方式中，太阳能模块包括散热器主体，其上安装着光伏元件。在本发明的更有利实施方式中，太阳能集中器的保持系统布置在散热器主体上。
在本发明的更有利实施方式中，太阳能模块包括太阳能集中器的保持系统。
在本发明的更有利实施方式中，保持系统将太阳能集中器固定地安装到支撑框架上。在本发明的更有利实施方式中，太阳能模块包括用于将太阳光引导到太阳能集中器的光射入面上的透镜，或用于将太阳光引导到太阳能集中器的光射入面上的初级太阳能集中器。
本发明还涉及用于产生电能的方法，其中特别地借助初级太阳能集中器使太阳光进入上述太阳能模块的太阳能集中器的光射入面。
本发明还涉及用于产生电能的方法，其中特别地借助初级太阳能集中器使太阳光进入上述太阳能集中器的光射入面。
此外，上述目的通过由透明材料生产太阳能集中器的方法实现，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与光射出面之间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，该光导向部被光导向部表面限定在光射入面和光射出面之间，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，即低于大气压的压力，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，透明材料特别地是玻璃。根据本发明，透明材料特别地是硅酸盐玻璃。根据本发明，透明材料特别地是如文献PCT/EP2008/010136中描述的玻璃。根据本发明，玻璃特别地包括：
0.2至2％重量的Al2O3，
0.1至1％重量的Li2O，
0.3，特别地0.4至1.5％重量的Sb2O3，
60至75％重量的8iO2，
3至12％重量的Na2O，
3至12％重量的K2O，和/或
3至12％重量的CaO。
根据本发明，术语坯模制造特别地应当理解为下列方式：光学上生效的表面在压力下被模制从而使得可以省却或不应用或不必提供对该光学上有效的表面的轮廓的任何后续精加工或后处理。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是倾斜的。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。光导向部表面可以涂有涂层。
特别地规定：透明材料作为液体玻璃而被切割并且放置在第二模具中从而使切割颗粒或切缝位于光学区域之外。在施加压力中，特别地规定：第一模具和第二模具相对于彼此放置并且移动以彼此接近。在施加压力(模制)之后，特别地规定：在冷却输送机上在适当的支撑装置上冷却太阳能集中器。在优选的实施方式中，太阳能集中器具有支撑框架。
在本发明更优选的实施方式中，透明材料，特别地在该材料的外部区域中，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。在本发明更加优选的实施方式中，低压为至少0.5巴。在本发明更加优选的实施方式中，低压特别地对应于真空。在本发明更加优选的实施方式中，透明材料在即将模制之前具有不大于104，5dPas的粘度。
在本发明的更有利实施方式中，将第一模具加热和/或冷却。在本发明更加优选的实施方式中，将第二模具加热和/或冷却。
在本发明的更有利实施方式中，第二模具为至少两部分的。在本发明更优选的实施方式中，第二模具在形成光射出面和光导向部表面之间的过渡部的区域中具有缝隙，特别地是圆周缝隙，具体地是环形缝隙。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。在本发明的更有利实施方式中，缝隙具有在10μm和40μm之间的宽度。在本发明的更加便利的实施方式中，低压产生于所述缝隙中。
此外，上述目的通过生产太阳能模块的方法实现，其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(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，该主体包括光射入面和光射出面，其中固态主体包括位于光射入面和光射出面之间的光导向部，光导向部沿着光射出面的方向(线性地或非线性地)逐渐变细，该光导向部被光导向部表面限定在光射入面和光射出面之间，并且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，该光导向部被光导向部表面限定在光射入面和光射出面之间，和其中光导向部表面以连续的一阶导数并入光射出面。
在本发明的有利实施方式中，光导向部表面以一曲率并入光射出面，该曲率的半径达到不大于0.25mm，特别是不大于0.15mm，优选不大于0.1mm。
另外，上述目的通过太阳能集中器实现，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，固态主体包括光射入面和光射出面，其中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，该光导向部被光导向部表面限定在光射入面和光射出面之间，其中光导向部表面以一曲率并入光射出面，该曲率的曲率半径不大于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，该光导向部被光导向部表面限定在光射入面和光射出面之间，并且其中光导向部表面以一曲率并入光射出面，该光射出面的曲率半径不大于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，所述曲率半径大于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部是坯模制造的。
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。在本发明的一个实施方式中，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表现出轮廓的特别地基于收缩的、特别是凹入的偏差，该偏差例如可高达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成凹的。然而，在本发明的有利实施方式中，光射出面被设计成凸的。
另外，上述目的通过太阳能集中器实现，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，和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，和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。在更加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。在本发明的一个实施方式中，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表现出轮廓的特别地基于收缩的、特别是凹入的偏差，该偏差例如可高达20μm或甚至高达40μm。还可以规定将光射入面设计为自由形式。此外可以规定将光射出面设计成凹的。然而，在本发明的有利实施方式中，光射出面被设计成凸的。
此外，上述目的通过由透明材料生产太阳能集中器的方法实现，其中太阳能集中器包括光射入面、凸的光射出面和布置在光射入面与凸的光射出面之间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，该光导向部有利地被光导向部表面限定在光射入面和凸的光射出面之间，和其中，在适合于模制光射入面的第一模具和具有用于模制凸的光射出面的凹入部分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，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，即低于大气压的压力，将透明材料吸入第二模具。
根据本发明，太阳能集中器特别地是次级集中器。根据本发明，透明材料特别地是玻璃。
根据本发明，透明材料特别地是玻璃。根据本发明，透明材料特别地是硅酸盐玻璃。根据本发明，透明材料特别地是如文献PCT/EP2008/010136中描述的玻璃。根据本发明，玻璃特别地含有：
0.2至2％重量的Al2O3，
0.1至1％重量的Li2O，
0.3，特别地0.4至1.5％重量的Sb2O3，
60至75％重量的SiO2，
3至12％重量的Na2O，
3至12％重量的K2O，和/或
3至12％重量的CaO。
根据本发明，术语坯模制造特别地应当理解为下列方式：光学上生效的表面在压力下被模制从而使得可以省却或不应用或不必提供对该光学上有效的表面的轮廓的任何后续精加工或后处理。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是倾斜的。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。光导向部表面可以涂有涂层。
根据本发明，特别地当光射出面的凸度在其整个面积上延伸时认为光射出面是凸的。根据本发明，特别地当光射出面的凸度基本上在其整个面积上延伸时认为光射出面是凸的。根据本发明，特别地当光射出面的凸度在其至少部分面积上延伸时认为光射出面是凸的。
特别地规定：透明材料作为液体玻璃而被切割并且放置在第二模具中从而使切割颗粒或切缝位于光学区域之外。在施加压力的上下文中，特别地规定：第一模具和第二模具相对于彼此放置并且移动以彼此接近。在施加压力(模制)之后，特别地规定：在冷却输送机上在适当的支撑装置上冷却太阳能集中器。在优选的实施方式中，太阳能集中器具有支撑框架。
在本发明更有利的实施方式中，透明材料，特别地在该材料的外部区域中，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。在本发明更加优选的实施方式中，低压为至少0.5巴。在本发明更加有利的实施方式中，低压特别地对应于真空。在本发明更加有利的实施方式中，透明材料在即将模制之前具有不大于104，5dPas的粘度。
在本发明的更有利实施方式中，用于模制凸的光射出面的凹入部分以小于30mm的曲率半径弯曲。在本发明的更有利实施方式中，用于模制凸的光射出面的凹入部分如此弯曲从而使其轮廓与模具理想平面的(最大)偏差小于100μm。根据本发明，模具的理想平面特别地是穿过从用于模制光导向部表面的(特别是第二模具的)部分到用于模制凸的光射出面的部分的过渡部的平面。在本发明的更有利实施方式中，用于模制凸的光射出面的凹入部分如此弯曲从而使轮廓与模具理想平面的(最大)偏差大于1μm。
在本发明的更有利实施方式中，将第一模具加热和/或冷却。在本发明更加优选的实施方式中，将第二模具加热和/或冷却。
在本发明的更有利实施方式中，第二模具为至少两部分的模具。在本发明更有利的实施方式中，第二模具在形成光射出面和光导向部表面之间的过渡部的区域中具有缝隙，特别地是圆周缝隙，具体地是环形缝隙。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部分和第二模具的第二部分之间。在本发明的更有利实施方式中，缝隙具有在10μm和40μm之间的宽度。在本发明的更加便利的实施方式中，低压产生于所述缝隙中。
此外，上述目的通过用于生产太阳能模块的方法而实现，其中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(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，该主体包括光射入面和凸的光射出面，其中固态主体包括光导向部，光导向部沿着凸的光射出面的方向(线性地或非线性地)逐渐变细并且位于光射入面和凸的光射出面之间，该光导向部有利地被光导向部表面限定且布置在光射入面和凸的光射出面之间。
此外，上述目的通过太阳能集中器实现，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、凸的光射出面和光导向部，光导向部沿着凸的光射出面的方向(线性地或非线性地)逐渐变细并且位于光射入面和凸的光射出面之间，该光导向部有利地被光导向部表面限定且布置在光射入面和凸的光射出面之间。
在本发明的有利实施方式中，光导向部表面以连续的一阶导数并入凸的光射出面。在本发明的更有利实施方式中，光导向部表面以一曲率并入凸的光射出面，该曲率半径不大于0.25mm，特别地不大于0.15mm，有利地不大于0.1mm。在本发明的更加有利的实施方式中，曲率半径大于0.04mm。
在本发明的有利实施方式中，凸的光射出面以大于30mm的曲率弯曲。在本发明的有利实施方式中，光射出面如此弯曲从而使其轮廓与理想平面或光射出面的(最大)偏差小于100μm。根据本发明，理想平面特别地是穿过从光导向部表面到光射出面的过渡部的平面。根据本发明，光射出平面特别地是穿过从光导向部表面到光射出面的过渡部的平面。根据本发明，当定位成穿过光射出面的(弯曲的)顶点时，光射出平面特别地是一平面，该平面平行于穿过从光导向部表面到光射出面的过渡部的平面。根据本发明，当定位成穿过光射出面的(弯曲的)顶点时，光射出平面特别地是与逐渐变细的光导向部正交的平面。根据本发明，当定位成穿过凸的光射出面的(弯曲的)顶点时，光射出平面特别地是与太阳能集中器的光轴正交的平面。在本发明的有利实施方式中，光射出面如此弯曲从而使其轮廓与理想平面或光射出平面的(最大)偏差大于1μm。
在本发明的更有利实施方式中，凸的光射出面是坯模制造的。在本发明的更有利实施方式中，从光导向部表面到光射出面的特别地弯曲的过渡部是坯模制造的。在本发明的更有利实施方式中，光射入面是坯模制造的。在本发明的更有利实施方式中，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。还可以规定将光射入面设计为自由形式。可以将光射出面设计成球面的或非球面的。还可以规定将光射出面设计为自由形式。
此外，上述目的通过一种太阳能模块来实现，太阳能模块包括上述太阳能集中器或按照上述方法中的任一种由透明材料生产的太阳能集中器，其中太阳能集中器借助其光射出面连接到光伏元件。
本发明还涉及产生电能的方法，其中特别地借助初级太阳能集中器使太阳光进入前述太阳能模块的太阳能集中器的光射入面。
此外，上述目的通过由透明材料生产太阳能集中器的方法实现，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与光射出面之间且特别沿着光射出面的方向逐渐变细的光导向部，该光导向部被光导向部表面限定在光射入面和光射出面之间，其中，在特别适合于模制光射入面的第一模具和特别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以生产太阳能集中器，其中第二模具具有穿孔，在穿孔处(或在它的所面对方向远离液体玻璃的一侧)产生低压，即低于大气压的压力，以使得借助(通过穿孔生效的)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，透明材料特别地是玻璃。根据本发明，透明材料特别地是硅酸盐玻璃。根据本发明，透明材料特别地是如文献PCT/EP2008/010136中描述的玻璃。根据本发明，玻璃特别地包括：
0.2至2％重量的Al2O3，
0.1至1％重量的Li2O，
0.3，特别地0.4至1.5％重量的Sb2O3，
60至75％重量的SiO2，
3至12％重量的Na2O，
3至12％重量的K2O，和/或
3至12％重量的CaO。
根据本发明，术语坯模制造特别地应当理解为下列方式：光学上生效的表面在压力下被模制从而使得可以省却或不应用或不必提供对该光学上有效的表面的轮廓的任何后续精加工或后处理。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。
根据本发明，穿孔是特别地借助激光(激光打孔)产生的穿孔。根据本发明，穿孔包括多个孔。根据本发明，多个孔意指至少10个，特别地至少20个，特别地至少50个。根据本发明，穿孔有利地特别包括至少50个孔。下面的公式特别适用于如本发明建议的穿孔：
X ≤ Σ i = 1 n Q ( L i ) ≤ Y
在此，Li表示包括n个孔的穿孔的第“i”号孔，Q(Li)表示穿孔的第“i”号孔的横截面或最小横截面。根据本发明，X特别的是0.1mm2，特别地0.2mm2，Y特别地等于1mm2。
特别地规定：透明材料作为液体玻璃而被切割并且放置在第二模具中从而使切割颗粒或切缝位于光学区域之外。在关于施加压力的上下文中，特别地规定：第一模具和第二模具相对于彼此放置并且移动以彼此接近。在此，可以将第一模具向第二模具移动和/或将第二模具向第一模具移动。第一模具和第二模具特别地朝向彼此移动直到它们碰到或形成紧密的模具实体为止。在施加压力(模制)之后，特别地规定：在冷却输送机上在适当的支撑装置上冷却太阳能集中器。
在本发明的有利实施方式中，由于在透明材料外部区域中的穿孔的位置和/或设计，借助低压将透明材料吸入所述至少一个第二模具中。在本发明的有利实施方式中，透明材料，特别地在其外部区域中，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。在本发明的更有利实施方式中，低压为至少0.5巴。在本发明的更有利实施方式中，低压特别地对应于真空。在本发明的更有利实施方式中，透明材料在即将施加压力(模制)之前具有不大于104，5dPas的粘度。
在本发明的更有利实施方式中，将第一模具加热和/或冷却。在本发明更加有利的实施方式中，将第二模具加热和/或冷却。
在本发明的更有利实施方式中，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。在本发明的一个实施方式中，光射出面是凸的或平面的。平面的光射入面或光射出面相对于理想平面分别可表现出轮廓的特别地基于收缩的、特别是凹入的偏差，该偏差例如可高达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成凹的。
在本发明更加有利的实施方式中，第二模具具有包括穿孔的板。根据本发明，板特别地可以完全是膜或箔。在本发明的有利实施方式中，板由金属制成，特别是由钢或镍铬钛合金制成。板可以例如涂覆有铬。
在本发明更有利的实施方式中，借助板形成或成形光射出面。特别地，这意指当正在将压力施加到光射出面上时，光射出面接触或碰到板，从而获得其形状。
在本发明更有利的实施方式中，穿孔布置在几何图形的周边上。根据本发明，几何图形特别地是圆形或正方形。在本发明更有利的实施方式中，穿孔布置在其周边上的几何图形是与光射出平面或光射出平面沿着太阳能集中器光轴方向的投影相同的几何图形。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。在本发明更有利的实施方式中，穿孔布置在其周边上的几何图形是与光射出平面或光射出平面沿着太阳能集中器光轴方向的投影相同的几何图形，其中穿孔布置在其周边上的几何图形的面积比光射出平面或光射出平面沿着太阳能集中器光轴方向的投影的几何图形的面积大1％和3％之间。
此外，上述目的通过由透明材料生产太阳能集中器的方法实现，该方法特别包括上述特征中的一个或几个，该太阳能集中器特别包括上述特征中的一个或几个，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与光射出面之间且特别地沿着光射出面的方向逐渐变细的光导向部，该光导向部被光导向部表面限定在光射入面和光射出面之间，其中，在特别适合于模制光射入面的第一模具和特别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以生产太阳能集中器，其中第二模具具有包括穿孔的板。
此外，上述目的通过生产太阳能模块的方法实现，其中按照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(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，上述目的通过产生电能的方法实现，其中使太阳光进入上述太阳能模块的太阳能集中器的光射入面。
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已知太阳能集中器的透视图；
图2图1中所示太阳能集中器的横截面图；
图3根据本发明的太阳能集中器实施方式的实例；
图4制造根据图3的太阳能集中器的方法；
图5根据图3的太阳能集中器的放大切断图；
图6制造根据图3的太阳能集中器的替选方法；和
图7根据本发明的具有太阳能集中器的太阳能模块的实施方式的实例；
图8生产太阳能集中器的另一个方法；和
图9生产太阳能集中器的另一个方法。
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表示坯模制造的光导向部表面，其将光导向部4限定在光射入面2和光射出面3之间。在此，如在图5中更详细显示的，光导向部表面5以曲率8并入光射出面，曲率8的曲率半径为大约0.1mm。太阳能集中器1还包括位于光射入面2和光射出面3之间或光射入面2和光导向部5之间的支撑框架61，支撑框架61包括轮缘状的外边缘62。在此，外边缘或轮缘62是最远离太阳能集中器光轴60的太阳能集中器1的部件/区域/部分。
图3中示出的外边缘或轮缘62被压模制造，即在没有模具接触的情况下在压力下模制，如参考图4详细描述的。关于这点，图4显示了制造根据图3的太阳能集中器1的方法，其中将粘度不大于104，5dPas的液体玻璃供应入模具10中，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。部分模具12包括用于形成凸的光射出面3的凹入部分16。为了施加压力，使部分模具11向模具14移动，或使模具14向部分模具11移动。然而，也可以规定使两个模具都移动。部分模具11和/或模具14分别移动直到部分模具11和模具14接触为止和/或直到模具14稳固地座落在部分模具11上并形成紧密的模具实体为止，如图4中所示。支撑框架61被以下列方式压在部分模具11和模具14之间：外边缘或轮缘62没有模具接触，这意味着它不与模具14或部分模具11接触。
在有利的实施方式中，凸的光射出面3以大于30mm的曲率弯曲，或使得其与理想平面或光射出面30的轮廓偏差31的最大值小于100μm。在实施方式的本实例中，凸的光射出面3如此弯曲从而使其与理想平面或光射出面30的轮廓偏差31的最大值小于100μm。
图6显示了制造太阳能集中器1’的可选或改进方法。在此，附图标记61’表示太阳能集中器1’的支撑框架，附图标记62’表示支撑框架61’的外边缘或轮缘。与图4中相同的附图标记分别表示相似的元件和/或对象。在参考图4描述的方法的变型中，外边缘/轮缘62’如此受压从而使得它具有部分的模具接触，即在实施方式的本实例中，它部分地碰到模具14。然而，支撑框架61’的外边缘62’不完全接触部分模具14，即，它具有不完全的模具接触，因而，外边缘/轮缘62’的模具接触仅仅部分地存在。
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的保持系统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供给到太阳能集中器1中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。
图8显示了关于参考图4和图6描述的方法的另一个可选的或改进的方法，其中与图4和图6中相同的附图标记分别表示相似的对象。用部分模具11”代替部分模具11，在部分模具11”下面布置了具有孔的板12”，在板12下面布置了具有印模130的板13”，印模130与板12”的孔接合。在印模130和孔之间形成圆周缝隙15”，该缝隙15”对应于图4和图6中的缝隙15，但如果需要的话，借助合适的管道沿着板12”和板13”之间的边界区域延伸。通过在边界区域应用低压25”，在缝隙15”中产生相应的低压从而使液体玻璃被以类似于参考图4和图6描述的方式吸入部分模具11”中。
图9显示了关于参考图4和图6和图8描述的方法的另一个可选的或改进的方法，其中与图4、图6和图8中相同的附图标记分别表示相似的对象。用于坯模制造的模具10’”包括部分模具11’”、支撑板13’”以及布置在支撑板13’”和部分模具11’”之间的板12’”。板12’”可以完全是膜或箔，板12’”包括穿孔16’”。在实施方式的本实例中，穿孔16’”包括沿着正方形周边布置的板12’”内的108个孔，这些孔以彼此间隔大约200μm的距离布置并且具有50μm的孔道横截面。穿孔的孔特别地借助激光打孔产生。借助板12’”形成光射出面3，其中穿孔16’”的孔布置在光射出面3的边缘或稍微在光射出面3的外侧从而使穿孔16’”的几何图形比光射出面3大一点点，尽管穿孔16’”的几何形状与光射出面3的几何形状相同或一致。
在面对板12’”的侧面上，支撑板13’”包括圆周管道17’”，穿孔16’”的孔变宽进入圆周管道17’”中。通过结束于圆周管道17’”中的孔15’”，大约真空的低压25’”在圆周管道17’”中产生，因而在穿孔16’”的孔中产生。通过该低压25’”，液体玻璃被吸入部分模具11’”中。
在图3到9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 (32)

1.一种由透明材料生产太阳能集中器(1，1’)的方法，其中该太阳能集中器(1，1’)包括光射入面(2)和特别地凸的光射出面(3)，其中太阳能集中器(1，1’)包括具有外轮缘(62，62’)且位于光射入面(2)和光射出面(3)之间的支撑框架(61，61’)，以及便利地，特别地沿着光射出面(3)的方向逐渐变细的光导向部(4)，该光导向部(4)被光导向部表面(5)限定在光射入面(2)和光射出面(3)之间，和其中将透明材料坯模制造以产生太阳能集中器(1，1’)，所述材料的坯模制造发生在特别适合于模制光射入面(2)的第一模具(14)和尤其具有特别地凹入部分的至少一个第二模具(10)之间，所述特别地凹入部分适合于模制光射出面(3)，所述材料的坯模制造还如此发生从而使外轮缘(62，62’)以至少一种下列方式被坯模制造：不与所述模具接触和与所述模具仅仅部分地接触。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于借助低压将透明材料吸入所述至少一个第二模具(10)中。
3.如权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于特别地在透明材料的外部区域中，在所述坯模制造过程中借助低压将透明材料至少部分地吸入所述至少一个第二模具(10)中。
4.如权利要求1、2和3中任一项所述的方法，其特征在于所述低压为至少0.5巴。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于在即将模制之前，透明材料具有不大于104，5dPas的粘度。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于第二模具(10)包括凹入部分，所述凹入部分用于将光射出面(3)模制为凸的光射出面(3)。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于用于模制凸的光射出面(3)的凹入部分以小于30mm的曲率半径弯曲。
8.如权利要求6和7中任一项所述的方法，其特征在于用于模制凸的光射出面(3)的凹入部分如此弯曲从而使其轮廓与模具理想平面的最大偏差值小于100μm。
9.如权利要求6、7和8中任一项所述的方法，其特征在于用于模制凸的光射出面(3)的凹入部分如此弯曲从而使其轮廓与模具理想平面的最大偏差值大于1μm。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于第二模具(10)为至少两部分的模具。
11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于第二模具(10)在形成光射出面(3)和光导向部表面(5)之间的过渡部的区域中具有缝隙(15)。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于缝隙(15)具有在10μm和40μm之间的宽度。
13.如权利要求11和12所述的方法，其特征在于真空产生于所述缝隙(15)中。
14.一种太阳能集中器(1，1’)，其具有由透明材料制成的固态主体，该主体包括光射入面(2)和特别地凸的光射出面(3)，其中固态主体包括位于光射入面(2)和光射出面(3)之间的支撑框架(61，61’)，以及便利地包括光导向部(4)，其特别地沿着光射出面(3)的方向逐渐变细，该光导向部(4)便利地被光导向部表面(5)限定在光射入面(2)和光射出面(3)之间，和其中支撑框架(61，61’)包括外轮缘(62，62’)，其在不与模具接触或仅部分地与模具接触的情况下压模制造。
15.如权利要求14所述的太阳能集中器(1，1’)，其特征在于光导向部表面(5)以连续的一阶导数并入凸的光射出面(3)。
16.如权利要求14或15所述的太阳能集中器(1，1’)，其特征在于光导向部表面(5)以一曲率并入凸的光射出面(3)，该曲率的半径不大于0.25mm，特别地不大于0.15mm，有利地不大于0.1mm。
17.如权利要求14至16中任一项所述的太阳能集中器(1，1’)，其特征在于所述曲率的半径大于0.04mm。
18.如权利要求14至17中任一项所述的太阳能集中器(1，1’)，其特征在于光射出面(3)中凸地弯曲。
19.如权利要求18所述的太阳能集中器(1，1’)，其特征在于光射出面(3)如此弯曲从而使其轮廓与理想平面和光射出面中的一个的最大偏差值小于100μm。
20.如权利要求18和19中任一项所述的太阳能集中器(1，1’)，其特征在于凸的光射出面(3)如此弯曲从而使其轮廓与理想平面和光射出面中的一个的最大偏差值大于1μm。
21.如权利要求14至20中任一项所述的太阳能集中器(1，1’)，其特征在于光射出面(3)是坯模制造的。
22.如权利要求14至21中任一项所述的太阳能集中器(1，1’)，其特征在于从光导向部表面(5)到凸的光射出面(3)的特别地弯曲的过渡部是坯模制造的。
23.如权利要求14至22中任一项所述的太阳能集中器(1，1’)，其特征在于光射入面(2)是坯模制造的。
24.如权利要求14至23中任一项所述的太阳能集中器(1，1’)，其特征在于太阳能集中器(1，1’)具有2g和50g之间的质量。
25.一种太阳能模块(40)，其特征在于它包括如权利要求14至24中任一项所述的太阳能集中器(1，1’)，其中太阳能集中器(1，1’)利用其光射出面(3)连接到，特别地胶合到，光伏元件(42)。
26.如权利要求25所述的太阳能模块(40)，其特征在于它包括散热器主体(41)，其上安装着光伏元件(42)。
27.如权利要求26所述的太阳能模块(40)，其特征在于太阳能集中器(1，1’)的保持系统(44)布置在散热器主体(41)上。
28.如权利要求25和26中任一项所述的太阳能模块(40)，其特征在于它包括太阳能集中器(1，1’)的保持系统(44)。
29.如权利要求27和28中任一项所述的太阳能模块(40)，其特征在于太阳能集中器(1，1’)的保持系统(44)固定地安装到支撑框架(61，61’)。
30.如权利要求25至29中任一项所述的太阳能模块(40)，其特征在于它具有用于将太阳光引导到太阳能集中器(1，1’)的光射入面(2)上的透镜(45)。
31.一种用于产生电能的方法，其特征在于使太阳光(50)进入如权利要求25至30中任一项所述的太阳能模块(40)的太阳能集中器(1，1’)的光射入面(2)。
32.一种用于产生电能的方法，其特征在于使太阳光(50)进入如权利要求14至24中任一项所述的太阳能集中器(1，1’)的光射入面(2)。
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