CN102714250A - 用于聚集和转化太阳能的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于聚集和转化太阳能的装置，所述装置包括至少一个用于偏转太阳辐射的平坦的分光镜和至少两个用于转化太阳能的部件，所述部件被设置成根据太阳辐射的入射方向自分光镜偏置。

Description

用于聚集和转化太阳能的装置
技术领域
本发明涉及一种用于聚集和转化太阳能的装置，所述装置具有至少一个用于偏转太阳辐射的平坦构造的分光镜和至少两个用于转化太阳能的部件，所述部件被设置成根据太阳辐射的入射方向相对于分光镜偏置。
背景技术
多年来，在光伏领域中具有多种用于聚集太阳辐射的方法以使得太阳能电池材料的数量最少以及另一方面以实现更高的效率。其原理根据以下事实，太阳辐射用镜子和/或透镜聚集，并朝特定的聚光太阳能电池取向。因此，光伏作用面被减少并因此可以减少所需的昂贵的太阳能电池材料的数量。
通过聚集施加在光伏作用面上的太阳辐射，可以减少用于太阳能电流的的成本。这特别适用于具有较高成分的直接辐射的地区。
在现有技术中，对于将太阳辐射聚集在PV接收器上，已知以线性菲涅耳透镜方式在一侧构造透光板(US 2003/0201007 A1，DE 10125273A1)。这些透镜具有作用面和非作用面(“阶梯”)。透镜基于光的折射工作，基于全反射的透镜也是已知的。
在竖直照射片材的情况下，结构体必须被设置在远离辐射的一侧上以避免由于非作用面(阶梯)产生的损失。如果使用经济材料和例如构造玻璃的成型工艺是重要的，则竖直的非作用面以及作用面和非作用面之间的小于60°的锐角为不利的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种聚集器布置，所述布置能够显著减小用于转化太阳能的、联接至聚集器的装置的表面尺寸。
通过具有权利要求1的特征的聚集器，实现本发明的目的。另外的从属权利要求表明了有利的改进。
根据本发明，提供了用于聚集和转化太阳能的装置，该装置具有至少一个用于偏转太阳辐射的平坦构造的分光镜和至少两个用于转化太阳能的部件，所述部件根据太阳辐射的入射方向被设置成相对于分光镜偏置。由此所述分光镜在朝向或远离所述太阳辐射的一侧具有结构体，所述结构体相对于轴线在横向上不变，并且，所述结构体借助光在用于转化太阳能的所述至少两个部件上的折射而使入射到所述分光镜上的所述太阳辐射偏转。因此，分光镜被构造成平盘或平板。
应该理解，通过相对于轴线在横向上保持不变的结构体，意味着分光镜的横截面在分光镜的长度上即沿着垂直于横截面的传播方向保持基本不变。
基于所述事实，本发明的重要优势为，相对于基于全反射实现辐射的偏转的聚集器，呈锐角的结构，即具有60°棱角的结构，不是绝对必要的，反之，可以实现较平的结构，即具有更小棱角的结构。这具有这样的主要优点：可以大体更容易地成形这类结构。
此外，相对于基于全反射的系统，根据本发明的聚集器具有的优点为，自60°棱角的偏离在本发明中不是决定性的，使得在此处制备结构体中的容许误差也是可接受的，自60°棱角的偏离在全反射过程中将必然导致反射损失。
优选地，结构体由在整个表面上周期性地重复的多个结构部件组成。
另一优选的备用实施方式提供了，结构体由多个不同的结构部件组成，所述各个结构部件互相配合，使得实现偏转辐射至少部分聚集在作用面上。
结构体优选被构造成基本等边的棱镜的形式。如果棱镜被设置在远离所述太阳辐射的一侧上，则所述棱镜的底角(棱角)在10°至40°的范围中，优选在20°至35°的范围中。
如果棱镜被设置在朝向所述太阳辐射的一侧上，则所述棱镜的底角(棱角)优选在10°至70°的范围中，特别优选在20°至60°的范围中。
优选的实施方式提供了，棱镜的底角是变化的使得实现了所述偏转辐射的至少部分聚集。
分光镜优选由可结构化的材料或复合材料组成，或者主要包括以上材料，这些材料的透射率在400nm至1100nm的波长范围内至少为85％分光镜。优选地，所述材料由玻璃和/或有机材料组成，特别是由氟聚合物、丙烯酸酯聚合物、硅油聚合物组成，或主要包括这些材料。还可以使用多层复合系统作为分光镜。根据本发明，分光镜的朝向或远离所述至少一个光伏作用表面的涂层或层因此具有所述结构体。
此外，优选地，所述结构体在沿着垂直于整个表面的面的方向上具有在所述整个表面上基本相同的结构深度，所述深度的范围优选为10μm至20mm，特别是500μm至5mm。
因此，结构体通过铸造、注塑、挤出和/或压花加工而形成。
同样地，所述分光镜可以具有可选择光谱的透射率，以有利于在光伏方面可用的光谱分量，尤其在400nm至1100nm的范围内具有最大透射率。
另一优选的实施方式提供了，所述分光镜在朝向和/或远离太阳辐射的一侧上具有抗反射涂层。
用于转化太阳能的装置优选考虑太阳能电池、太阳能电池组件或太阳能集热器。
此外，优选地，用于聚集和转化太阳能的装置具有相对于太阳位置、单轴线或双轴线可跟踪性的布置。因此，可以将聚集器设置在用于转化太阳能(例如太阳能电池组件)的两个部件之间，以及通过跟踪系统可以增加太阳能电池组件的输出。同样地，投射在太阳能电池组件的非作用框架上的太阳辐射可以用于根据本发明的装置。
上文描述的用于聚集太阳辐射的聚集器用于光伏作用部件上。因此，聚集器可以被用于构建聚集光伏系统。商用硅电池或硅电池组件可以被用作用于非聚集用途的电池或组件。如果这些光伏组件被跟踪，则在标准太阳追踪器上也要安装这些光伏组件。
同样地，根据本发明的聚集器可以与将太阳能转化成热的太阳能集热器共同使用。
将结合附图更详细解释本发明的主题而不旨在限制本文所示的具体实施方式的所述主题。
附图说明
图1参照示意图示出根据现有技术的折射光菲涅耳光束偏转器；
图2参照示意图示出根据本发明的聚集器；
图3参照示意图示出多个分光镜与相应的轴线的布置；
图4参照示意图示出根据本发明的聚集器的第二变型；
图5参照示意图示出根据本发明的分光镜的另一变型；
具体实施方式
在图1中示出了从现有技术可知的光束偏转器1。结构体2设置在光束偏转器1的远离太阳辐射取向的一侧。除了作用面2之外，该结构体还具有非作用面，即阶梯3。入射的太阳辐射5或5′在作用面上被偏转，该偏转的辐射6或6′可以随后被进一步利用。该实施方式的缺点可以归因于竖直的非作用面以及作用面和非作用面之间的锐角。这使得难以节约地生产和利用经济的材料。
在图2中，图示的根据本发明的聚集器具有分光镜11，借助分光镜11，太阳辐射13被偏转成第一光束14和第二光束14′。光束14由此被偏转至作用面15上，例如太阳能电池表面，同时，第二光束14′被偏转至光伏作用面15′上。采用这样的布置，可以实现系数为1.5的均匀集热。
如图2中所示，分光镜和两个光伏作用面的布置可以在两个空间方向上随意延伸，例如类似阵列的布置。在该情况下，产生系数为2的均匀集热。
在图3中示出了根据本发明的分光镜21的变型，其中，结构体被设置在远离太阳辐射的一侧处。此处的结构体具有作用面22和作用面23。入射的太阳辐射24或24′在此处在作用面上被折射且作为偏转的辐射25或25′例如被导引至太阳能电池组件。结构体的棱角，即，棱镜的棱角被用n＝1.5的分光镜材料的折射率限定成约34°，使得产生约24°的最大光束偏转。利用更大的棱角，开始增加反射损耗。
在图4中示出了根据本发明的分光镜31的另一实施方式，其中，结构体被设置在分光镜31的朝向太阳辐射的一侧。此处也示出了作用面32和作用面33。入射的太阳辐射34和34′在作用面32和作用面33上折射，随后从分光镜31上出来，随后作为偏转的辐射35和35′被导引至太阳能电池组件。在该布置中，最大棱角约60°，用该角度可以实现约39°的光束偏转。因此，大的光束偏转使集热的PV系统能够具有更紧凑的结构。
在图5中示出了分光镜41，该分光镜41具有棱镜42、棱镜43和棱镜44的不对称棱角。因此，偏转的辐射45、46或47被偏转和成束，即被聚集。借助在棱镜中的结构体的宽度和渐变，因此可以实现更多的集热。

Claims (12)

1.一种用于聚集和转化太阳能的装置，该装置包括至少一个用于偏转太阳辐射的平坦构造的分光镜和至少两个用于转化太阳能的部件，所述部件根据太阳辐射的入射方向被设置成相对于分光镜偏置，所述分光镜在朝向或远离所述太阳辐射的一侧具有结构体，所述结构体相对于轴线在横向上不变，并且，所述结构体借助光在用于转化太阳能的所述至少两个部件上的折射而使入射到所述分光镜上的所述太阳辐射偏转。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述结构体由在整个表面上周期性地重复的多个结构部件或者由多个不同的结构部件组成，各个所述结构部件互相配合使得实现所述偏转辐射的至少部分聚集。
3.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述结构体被构造成基本等边的棱镜的形式。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述棱镜被设置在远离所述太阳辐射的一侧上，所述棱镜具有的底角优选在10°至40°的范围中，特别优选在20°至35°的范围中，或者，所述棱镜被设置在朝向所述太阳辐射的一侧上，所述棱镜具有的底角优选在10°至70°的范围中，特别优选在20°至60°的范围中。
5.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述分光镜由可结构化的材料或复合材料组成，在400nm至1100nm的波长范围内，所述分光镜的透射率至少为85％。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述材料由玻璃和/或有机材料组成，特别是由氟聚合物、丙烯酸酯聚合物或硅油聚合物组成，或主要含有这些材料。
7.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述结构体在沿着垂直于整个表面的面的方向上具有在所述整个表面上基本相同的结构深度，所述深度的范围为10μm至20mm，特别是500μm至5mm。
8.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述结构体通过铸造、注塑、挤出和/或压花加工而形成。
9.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述分光镜具有可选择光谱的透射率，以有利于在光伏方面可用的光谱分量。
10.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述分光镜在朝向和/或远离太阳辐射的一侧具有抗反射涂层。
11.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，用于转化太阳能的所述部件为太阳能电池、太阳能电池组件或太阳能集热器。
12.根据前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置具有相对于太阳位置、单轴线或双轴线可跟踪性的布置。
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