CN102934238A - 窗上太阳能电池散热器 - Google Patents

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Abstract

具有光源或光伏聚光器的光电设备具有透明盖板。具有在操作中产生余热的光电转换器的对象板被装配到透明盖板的内面。主镜在将光聚集到对象板和通过盖板通常校准地通过光之间反射光。散热器与对象板热接触。散热器具有热导体，其将对象板与盖板的内部热接触。热导体可以是径向向外延伸的臂，并且可以是直的，之字形的或者分支的。对象板的阵列可以装配在普通盖板上，并且它们的散热器可以从对象板到对象板是连续的。

Description

窗上太阳能电池散热器
相关申请的交叉参考
本申请主张2009年11月15日由Minano等人申请的名称为“On-windowsolar-cell heat-spreader”的美国临时专利申请No.61/264,328的权益，其全部内容结合于此作为参考。
本申请涉及由若干相同发明人的如下专利和专利申请，其全部内容结合于此作为参考。
US 6,639,733“High Efficiency Non-Imaging Optics”。
US 7,460,985“Three-dimensional simultaneous multiple-surface method andfree-form illumination-optics designed therefrom”。
US 2008/0316761“Free-Form Lenticular Optical Elements and TheirApplication to Condensers and Headlamps”。
US 2009/0071467“Multi-junction solar cells with a homogenizer system andcoupled non-imaging light concentrator”。
WO 2008/112310“Optical concentrator,especially for solar photovoltaics”。
WO 2009/099605“Transparent heat-spreader for optoelectronicapplications”。
2010年5月20日公开的US 2010/0123954，和2010年6月8日申请的US专利申请12/795，912，以及它们相关的如下临时专利申请：2008年11月18日申请的No.61/115,892，2009年6月8日申请的61/268,129，以及2009年10月6日申请的61/278,476，关于“Kohler Concentrator AzimuthallyCombining Radial-Kohler Sub-Concentrators”。
技术领域
本发明总地涉及聚光和照明，并且特别涉及LED、半导体激光器、太阳能电池和使用光学器件聚光或校准光使得光电设备位于光学器件（具有光进入或退出较大孔径）的小孔径处的其他应用。这种情况例如在抛物柱面镜的配置中存着，其中主焦点位于光学器件孔径，并且光电设备位于主焦点。
背景技术
光伏太阳能激光器关于电池位于系统的后面还是前面各不相同。在后一种情况下，其获得了当电池位于反射器的主焦点时，比位于后面的位置更困难的热散除。防止散热器阻挡任何太阳光的唯一方式是将其放到光伏（PV）电池组的上面，其中光锥已经被电池组本身阻挡。然而，在这种情况下，仅当散热器不现实地高且细的情况下可以或者实质的热流散出。这样的配置将是结构脆弱并且美学不平衡的。这样的使用XR光学设计（见US 6,639,733关于XR光学器件的描述）的前电池系统由Solar American Initiative的加利福尼亚的LLC，Boeing Phantom Works of California and Light Prescriptions Innovators(LPI)开发，包括若干本发明的发明人。来自本项目的XR模块的交付可以参见LPI网站（http://www.lpi-llc.com/pdf/Boeing%20ICSC5%20poster.pdf）,下面被称为“原型A”。散热器和次级光学器件阻挡大约5%落入模块面的太阳光。图14示出了现有技术中的模块，示出了在该模块上相当尺寸和复杂度的垂直散热器。尽管该XR系统的热性能非常好，但是散热器具有缺点，包括它的大尺寸、高成本和难于密封。
本发明的实施例的目的在于通过使得散热器与透明前盖集成或位于透明前盖内部来克服或减轻现有技术的缺点。现在大的盖面积使其称为热管理链的最终链接，其还包括接合到盖上或盖内部的导热条的棋盘花纹。该细条也可以用于连接至设备，以及和阵列内的其他条互联。已经设计了实施例，其中阻挡面积的百分比非常类似于（5-7%）Boeing和LPI的前述“原型A”XR模型。这个新的方法还可以利用到其他应用中，例如在使用折叠光学结构的应用中，其中对象板，其可以是源（LED）或接收器（PV电池），面向主镜，并且存在正面的玻璃窗，其可以被修改为用作散热器。例如这样的修改可以需要容纳玻璃窗的更大热扩散。
发明内容
在聚光和校准光电应用中，通常需要从对象板光电设备（例如LED、激光器、太阳能电池）提取热量。为了这样的目的通常使用金属散热器。在卡赛格伦（后焦点）位置的情况下，散热器可以具有附接的散热片，以将热传递到主镜后面的周围环境（通常是大气）。光电设备的宽度与孔径的宽度相比通常是小的（否则它将不会是聚光器），但是附接的散热设备不是。这是因为将在光电设备生成的热量传递到处于合理的温度下降的环境所需的面积通常是与孔径本身类似的面积。散热片增加该面积但是不过多的增加散热装置容量，但是散热装置面积依然通常与光学元件孔径是相当的。
本实施例包括反射聚光器或准直器的孔径上的特殊透明盖，还包括用于将光电设备的热量传播到盖的内部的装置。当热被传播时，热可以容易地流过盖的厚度指具有合理温度下降的环境，即使玻璃和其他通常使用的盖材料具有相对低的热传导性。这是因为热流面积已经增加了足够，使得盖展现了对热流的低热阻。如果热是直接流过玻璃的，当从玻璃的一面到另一面存在1°C温差时，6mm厚的玻璃将传导166瓦/平方米。由此高效率太阳能电池的65%热生成将需要在一个太阳（1000瓦/平方米）的4°C温差，这是非常小的温度下降。
特殊盖由玻璃板形成，在玻璃板上接合有热传导材料的细条，并且该细条从反射器焦点向外延伸，从而将对象板的热量在玻璃盖上传播。该特殊盖由此被称为热传播透明盖（HSTC）。因为热量必须在玻璃上横向传播以及通过玻璃，从金属条到外部大气的平均温度下降如上面计算的那样将是每6mm厚超过1°C，并且将依赖于条之间离得多远。
细的热传导条在深度上可以是浅的（小于1mm）或者在远离玻璃的方向上如所需的那样深。在热传导条是深的情况下，可以通过将热传导条附接于主镜的表面以及前盖而被用作结构支撑。然而，在这种配置下，这些条必须跟随入射辐射和镜子反射流线。对于现有几何结构，支撑条由此是垂直的（垂直于前盖）并且从电池径向布置。
此外，条可以是导电的，提供过孔用于多重需要，或者可以形成中空过孔，在中空过孔中运行分离布线，其与条本身电绝缘。例如，条可以被用于串行连接PV电池阵列。此外，条可以使用反射太阳光的粘合剂来接合到前盖，从而缓解由于吸收产生的热堆积。深的条也可以是高度镜反射的，从而减少热堆积但是还将平直的入射光线重新引导到主镜或光学器件，以及在相反方向上引导到对象板。这些镜垂直条对于聚光器的光线操作干扰最小，因为它们跟随入射辐射的流线。
在某些典型的优选实施例中，比较光学空间内面积和提取至环境的余热所需的面积是有用的。
在大多数太阳能应用中，光学孔径面积足够将从灯光设备提取的余热传递到环境（以合理的温度升高）。例如，在光伏聚光器中的太阳能电池接收的能量小于具有与聚光器孔径相同面积的一个太阳太阳能电池接收的能量。这是因为光学聚光器不具有100%的效率（好的光学效率是80%），并且还因为大多数聚光器不能将来自天空的漫辐射发送到光伏电池。漫辐射通常贡献了追踪太阳的平坦表面接收的总辐射的10-30%，每年进行平均。在聚光器中，大多数损失的辐射是通过孔径被反射出去的，但是一个太阳电池吸收了大部分。
对于高效电池来说，许多聚光器电池的热负载甚至更低（30%，最大到42%的效率），所以这些电池实际上具有比传统一个太阳电池更少的整体热负载，其通常在15-17%效率的范围内。所有这些因素在一起可以将聚光器电池中的热负载减少到大约一半具有与聚光器孔径面积相等面积的传统一个太阳电池的热负载。
传统的一个太阳（没有聚焦）模块不需要散热设备。这是因为它们的热密度足够低以将热传送到环境而不具有大的deltaT（通常不超过环境温度以上25°C）。现有一个太阳光伏模块通常通过导热后部以及通过前玻璃与环境交换热。通过两个面的传导，它的电池至环境delta温度等于聚光器的温度，该聚光器具有仅通过前面消散热的高效率电池。由此，聚光器电池将不会比它的大得多的一个太阳等效物具有更多的热问题。
光伏聚光器散热设备的主要目的是将在电池处产生的热在表面面积上传播，该表面面积与孔径的面积相当。这是因为不需要比盖玻璃的面积更多的面积来将热传递到环境，假定与一个太阳光伏模块相同的温度上升。此外，本发明的聚光（多接合）电池的电池效率与一个太阳电池相比具有更小的温度依赖性。这允许电池在更高的温度操作而不具有大的不利后果。
光伏聚光模块通常具有串联连接的大数目的电池。这是因为聚光的电池增加了相对于正常太阳光的光流，但是电池保持类似。增加电压最简单的方法是串行连接阵列的电池。实现高输出电压（>100V）提高了功率调节电子设备的效率，该设备通常连接至光伏模块（例如AC/DC转换器或最大功率点追踪器或二者）的输出。在相同的时间，通常期望将散热设备彼此连接或者连接至普通金属框或金属外壳。因为散热设备是金属的，这个过程对于所有散热设备建立了普通的电势，由此必须与电池具有好的热接触同时保持与电池的电隔离。这需要使用薄层的电绝缘热传导材料邻近于电池，这是电绝缘故障的电势源。本发明的实施例通过使用玻璃盖作为普通框来附接电池和散热器，以传统一个太阳电池中解决方式类似的方式解决该问题。
本发明的实施例的目的在于对于前面装配的聚光器光伏电池，在玻璃孔径面积上提供足够的热传导，具有最小的太阳光阻隔。因为电池在低温下具有更好的效率，将存在给出最大输出的散热器尺寸，与不能充分冷却电池的较小的尺寸或者阻挡太多孔径面积的较大尺寸相比。通过散热器的热传导性（在环境温度之上的瓦特/度）给出散热器的效率，这与横截面和热传导性成正比，并且与平均传导距离成反比。增加传播热量的条的宽度将改善传播但是将在那个家更大的阻挡。增加条的长度将增加热分布，直到条接近盖玻璃可用面积的边界，但是将增加阻挡。增加条的高度或深度（在远离透明盖板的方向上）改善传播，并且在阻挡上具有非常小的增加。由此，条的优选形状是具有高的纵向热传导和低的太阳光阻挡的垂直散热片。假定它的高的热传导性，这些实施例的当前优选材料是铜。然而，先进的热元材料中期望的进一步研发将导致更多的优选材料变得可用。
术语“垂直”用于表示与通常的盖板垂直的方向，或者平行光线通过盖板的方向。这两个方向通常实质上相同。其中设备是光伏聚光器，并且平行光线是发生的直接太阳光辐射，盖方向将朝向太阳并且不是文字意义上的垂直。
本实施例的方法是不能凭直觉得到的，其中该方法利用传统上被看作绝缘体的材料，即玻璃。因为反射器材料容易受到灰尘和雨的侵害，盖玻璃变成常规的，即使在实施例中不具有大的孔径处的折射元件，具有平坦表面比反射器盘更容易清洁的额外优势。密封的盖使得控制的内部空气容量能够被建立，使得电池可以更容易地与潮湿隔绝。
附图说明
本发明的前述和其他方法、特征和优点将结合附图从下面更具体的描述中变得显而易见，其中：
图1A是太阳能聚光器的实施例的分解图；
图1B是组装的图1A的太阳能聚光器的视图；
图1C是覆盖到图1A的聚光器的横截面图上的温度轮廓线；
图1D示出覆盖到图1A的聚光器的俯视图上的温度轮廓线；
图2A是与图1A聚光器类似的聚光器阵列的分解图；
图2B是组装的图2A的阵列的视图；
图3A是离轴聚光器的分解图；
图3B是组装的图3A的聚光器的视图；
图4A是双离轴聚光器的分解图；
图4B是组装的从下面看的图4A的双聚光器的视图；
图4C是组装的从上面看的图4A的双聚光器的视图；
图5A是与图3类似的离轴聚光器的阵列的分解图；
图5B是组装的图5A的阵列的视图；
图6A是从聚光器阵列下面看的侧视图，包括轴上和双离轴聚光器；
图6B是从上面看的图6A的阵列的侧视图；
图7示出反射聚光器内的内部导电和对流散热片的例子。
图8示出可选形式的导电条；
图9示出可选形式的导电散热片；
图10示出具有开有沟槽的散热片的另一个形式；
图11示出具有锯齿形散热片的另一个形式；
图12示出具有锯齿状条的另一个形式；
图13示出覆盖在图1A的聚光器的横截面图上的气流速度轮廓线；
图14示出了用于前面装配的电池的现有技术的散热器。
具体实施方式
参考下面的利用本发明的某些原理阐述示例性实施例的具体实施方式和附图可以得到本发明的各种特征和优点的更好理解。
初始地参考图1A到1D（统称为图1），图1A是太阳能聚光器10的分解图，并且图1B是组装图，该太阳能聚光器10包括：装配在基底2上的光伏（PV）芯片1；从基底2径向延伸的散热器杆或条3；和覆盖PV芯片1的次透镜。具有散热器杆6、PV芯片1的基底2装配在玻璃盖6的内部，玻璃盖6面向主反射器5。在一个例子中，主反射器5侧边是50mm并且次透镜10mm的直径是10mm。主反射器5接收通过玻璃盖6入射的直接太阳光线7，并且将光线聚集到次透镜4上，次透镜4将光线聚集到芯片1上，芯片1的侧面是2.24mm。散热器杆3是0.5mm宽。基底3和散热器杆3具有0.6mm的深度并且由铜（或具有适合的高传导性的其他材料）制成。
在图1B中，并且在其他实施例的类似装配视图（见图2B、3B、4B、4C、5B、6A、6B和7到12）中，为了清楚和简单的目的，省略了侧壁、结构支撑和电子链接。这些元件可以是公知的，并且可以从本领域读者的公知知识提供。
尽管所有光线7在芯片1上的极度聚光（几何聚光500suns）落入大得多的遮盖物6，可以实现仅比环境温度高50°C的电池delta温度。这是基于如下若干因素：在该位置的太阳能辐射是850W/m2，光学效率是80%，PV电池效率是31%（保守数值），并且遮盖物6是普通的6mm厚的玻璃。在上述例子的实施方式中，必须从遮盖物6消散的热仅为1.175W。这是相对小尺寸的该系统的直接优势，这有助于排列。
在这种情况下，系统的阻挡百分比仅是7%，这与图14的现有技术（具有更复杂更大和更贵的散热设备）的5%相比很好。图1所述的散热器杆3是8重径向对称的，具有四个主径向杆彼此90°定向，并且涵盖玻璃盖5的整个长度和宽度，同时剩余的四个次散热器杆具有相同长度，但是距主散热器杆45°。主散热器杆可以被用作相邻电池之间的电子过孔，和/或从外围电池到外部的电子过孔，和/或与相邻电池的散热器杆的电子连接，或具有外部框。其他布置，包括其他n重对称性和更复杂的平面棋盘布置可以被用于散热器杆。例如，次散热器杆可以比主散热器杆更长，以进一步进入遮盖物6的角。
图1C示出了当环境空气处于25°C并且遮盖物上方没有风的情况下，系统中温度梯度的等高图。板的倾斜在45°时设置为地，尽管这个可能每天变化或每个季节变化。软件包COSMOS的仿真充分模拟了对流、辐射和传导效应。假设主镜具有面向次光学器件的具有低的辐射率（0.05）涂层，聚光器10的后表面具有0.95的辐射率（黑色塑料），并且侧壁是绝热的。在PV电池，温度等高线的值的范围从30°C到最大75°C。图1C示出了温度等高线和光伏芯片1、散热器杆6、次透镜4、主反射器5和玻璃盖6之间的关系，以剖面图示出。
本发明的计算示出了在通常的情况下，近似36%的热耗散是来自玻璃盖6的红外辐射，剩余的热耗散是传导到玻璃盖前面的空气中并且由空气对流进行热耗散。
图1D示出了从主反射器5朝向遮盖物6看的透视剖面温度等高线，并且示出了基底3和散热器杆3。温度梯度等高线以5°的间隔从45°C到70°C。在光伏芯片1的最大温度是75°C（参见图1A和1C）。
在图1A和1B中，聚光器10的侧面示出为开放的。在图1C和1D中，示出了侧壁。当侧壁隔开两个相同的电池10并且侧壁是反射的由此到达侧壁的任何侧击光线被反射回到主镜5时，两个配置之间存在非常小的性能差异。侧壁改善了强度和刚性，但是使得构造更复杂，并且通过防止在若干电池上方的大规模对流气体流动来减少电池内部的对流，但是如参考图13下面描述的那样，电池内部的对流不强。
如上所述，设备10是太阳能聚光器，其中元件1是光伏电池。元件1能够可替代地为一些其他光电设备，例如，发光二极管或半导体激光器。设备10然后可以与相反方向行进光线一起工作作为发射高准直光束的光源。本领域读者将理解设备10的其他应用，校准和聚光，是可能的。
图2A和2B（统称为图2）示出了图1的激光器阵列，装配在大的连续的作为防护板的玻璃板25上。所示的板25可以是更大的玻璃板的一部分。图2A是阵列20的分解图，包括太阳能电池21、散热器组件22、次透镜23、主反射器24（也形成为波纹板的一部分）和玻璃盖25。阵列20或阵列20仅为其中一部分的较大的阵列，或者包括阵列20的阵列的较大的阵列可以在操作时被装配在追踪板（未显示）上。用于太阳能发电的PV电池阵列的二维追踪技术是公知的，并且为了简洁的目的，自此不再讨论。
如图2A所示，散热器3的长臂在各个激光器之间的边界上是连续的，使得组件22在整个阵列上形成了连续的金属网格，保持均匀的电子地电势和减少电池之间的任何温度差异。连续的臂还可以提供用于电连接PV电池21的布线的电子过孔。
图2B示出了组装的阵列20，除了电池21被隐藏在次透镜23下面之外，具有与图2A相同的附图标记。还示出了直接太阳光线26，其被主镜24聚焦到次透镜23，次透镜23将这些光线聚焦到内部的电池21上。
图3A和3B（统称为图3）示出了不对称的聚光器30，包括电池31、散热器32、次透镜33、主镜34和玻璃盖35。不对称聚光器30可以被看作矩形聚光器的一半。当次透镜33在其侧面具有反射器33R时，电池31可以具有一半尺寸，用于使得聚光加倍。这个系统的温度梯度非常类似于图1的对象板XR实施例。不对称散热器结构对于这样的实施例是有用的，当如图5所示布置时，其可以被称为锯齿配置。在这种情况下，在端单元上的散热器的布置不是旋转对称的。
图3A是不对称聚光器30的分解图，图3B示出了组装的聚光器30，示出了相同的元件，以及直接太阳光线36，主镜34将太阳光线36聚焦到次透镜33，次透镜33将其聚光到内部的电池31。
图4A到4C（统称为图4）示出了双聚光器40，包括与图3中类似的两个不对称聚光器。每个单个聚光器包括两个PV电池41中的一个、散热器叶片42、次透镜43的一半，主反射器44的一半，和它的部分玻璃盖45。两个聚光器背对背装配，它们的PV电池41在一起。
在图4A中，I梁46是框架保持玻璃盖45的一部分，并且是金属的以包括用于电池41的主热排除器，I梁46与热排除器紧密热接触。这个系统的热性能与图1的实施例（旋转对称情况）和图3中（不对称情况）相同，即使在图4的实施例中，在PV电池41的能量密度近似高两倍。这是两个电池41彼此装配的非常近的结果。然而，I梁46可以处理是前述实施例中两倍的更高的热负载，由此导致与以前相同PV电池的相同温度。这是有用的，因为I梁可以被用于将阵列中的一个玻璃盖连接至另一个。除了在PV电池具有相同温度之外，I梁散热器配置还阻挡不比前面的实施例更多的入射光。这可以使得混合系统例如图6所示的实施例能够有效地工作，因为所有PV电池的温度是相同的，使得所有电池的光电流生成是相同的。光电流相等是重要的，因为串行电连接的PV电池的阵列运行在串行的任何电池的最低光电流。
图4还示出了在镜44中的接合，该接合与I梁46对齐。这使得模块（每个由单个聚光器10、30的阵列组成）能够在工厂制造并且然后通过在I梁46将它们接合和镜44中对应的接合而组装成更大的板。如果完整的板太大不方便运输，模块可以被运送到安装地点来组装。可选地，如果板是可运输的但是对于使用可用设备进行单位制造太大，板也可以在工厂组装。
图4A示出了聚光器40的分解图，图4B示出了组装的聚光器40，还有太阳光线47，主镜44将太阳光线37聚集到次透镜43。图4C是与图4B类似的视图，但是如上所述，还示出了入射的太阳光线47。
图5A和5B（统称为图5）示出了与图3的聚光器30类似的多个离轴聚光器的阵列50。阵列50包括PV电池51、散热器52、次透镜53、在单片材料中的多个主镜54和玻璃盖板55。这个系统的温度梯度类似于图1C和图1D所示的。
图5A示出了阵列50的分解图。图5B示出了组装的阵列50，还有输入直接太阳光线56，主镜54将直接的太阳光线56聚集到次透镜53，次透镜53反过来将光线聚焦到电池51。主镜54在相邻行的聚光器之间具有壁，在图5中壁与玻璃盖55垂直。为了增加阵列50的刚性和强度，壁可以延伸以达到玻璃的背面。
图6A和6B（统称为图6）示出了对称和不对称聚光器的另一个组合。图6A从下面和从一侧示出了光伏阵列60，阵列60包括散热器62、单个电池对称次透镜63S、双电池次透镜63D、对称主反射器64S、不对称主反射器64A、防护板65和热传导I梁66。I梁66还可以用作结构地将上部元件连接到主反射器64S的元件。然而，这需要被插入并且连接至I梁66和主反射器64S的额外的垂直结构元件（没有示出）。
图6B示出了从阵列60的上面看到的侧视图，还示出了入射的直接太阳光线67，不对称的主反射器64A将太阳光线67聚集到双次透镜63D，并且对称的主反射器64S将其聚集到次透镜66S。
图4中的I梁框架部件46和图6中的65描述了本发明的实施例被组装成大数目的阵列的能力，例如当超过600个2”（50mm）正方形反射器位于3×6英尺（900×1800mm）面板，该阵列填充了大的面板。
阵列60然后可以主要由与图1所示的聚光器10类似的聚光器组成，但是具有与图4的聚光器40类似的双不对称聚光器，从而利用在模块之间的接合处的I梁框架部件45。
假定这里公开的聚光器的闭合环境，期望内部空气仅持有弱对流，至少是较小的形式。通过如上图1给出的尺寸，玻璃盖6等和主镜5等的之间的空间仅为约一英尺（25mm），其对于强对流来说太窄了。这由下面的图13所示的等速线1310示出。然而，在较大的形式中，气体可以处于对流运动，这对于增加从电池到它的热路径是有利的。
图7示出了另一个实施例，反射聚光器700包括光伏电池701、次透镜702、主镜703、散热片704和玻璃盖705。散热片704垂直延伸（垂直于玻璃盖）并且由此具有大的表面，增加了热传导。在这种情况下，散热片也可以由比铜更便宜的材料制成，因为一点多余的高度将弥补任何得到的传导性的减小。它们与空气的更大的接触面积也增加了内部对流，尽管它们也用作阻碍对流的折流装置。然而，它们可以有利地用于使得玻璃盖705变硬。散热片704具有与基底714接合的倾斜切割端704S，在基底上装配有PV电池701。倾斜切割端704S减少从主镜702入射的反射太阳光的阻挡。
图8示出了与图1的聚光器类似的设备800，除了传导条或杆802现在具有树状结构。这些条也可以是垂直于玻璃盖804延伸的散热片，如图7中的散热片704。为了增强热传导性但是使得遮蔽最小化，径向传导元件806可以是深的散热片704，并且倾斜的元件808可以是细条。这个新的散热片结构将热量更均匀地传播到玻璃盖804。总地来说，目的是使得玻璃盖上的任何点距金属散热器802的距离最小化。在整个玻璃盖上均匀传播的温度改善了向空气的热传递并且将玻璃和金属的温度降低到更接近于PV电池，由此PV电池变得更凉。
如图3的实施例所示，散热器杆不需要具有旋转对称性。然而，如果它们具有旋转对称性，则不需要n个臂的完全n重对称性。此外，它们不用必须是直的。例如，不规则碎片布置也可以，其使用树状（较大的分支源自许多较小的分支）2D棋牌布置。最后，可以增加一些或所有散热器的深度，以改善热传导性并且通过元件的温度梯度的均匀性，从而减轻散热器的潜在地将玻璃盖分层或者甚至打破玻璃盖的可能性。热工程领域的普通技术人员当完全理解本申请中教导的原理时能够得到多个方案。
图9示出了另一个配置，其中散热器杆具有分支以改善玻璃盖上的热分布。反射聚光器900包括光伏电池901、次透镜902、主镜903、散热片904和玻璃盖905。与图8相同，图9所示的横向散热片904可预见地遮蔽电池，特别是最接近于PV电池902的横向散热片。由此，减少这些散热片的深度是有益的，特别是在其尖端。因为单个聚光器900是矩形的，主镜903在其角最接近于玻璃盖，使得反射的光与从侧面的中间的入射角相比，从角以更平坦的最小入射角接近PV电池901。
图10示出了反射聚光器1000，包括具有上部槽1002和下部槽1003的散热片1001。这些槽给出了一些结构复杂性和能力来调节金属和玻璃被加热到正常操作时的不均匀膨胀。
图11示出了另一个反射聚光器1100，包括主镜1104、玻璃盖1105、中央基底或热板1101，和具有锯齿或之字形角1103的散热片1102。
在图7的情况下，铜的热膨胀（比玻璃的更大）将导致铜条的尖端相对于玻璃的相对大的移动。在图11中这可以通过散热片的之字形几何性质1102、1103避免。这个之字形形状使得每个段的膨胀本地化（并且也小得多），由此避免在远离1101的径向方向上不同段堆积的热膨胀的径向增加。此外，这种散热片提供了更均匀的玻璃盖覆盖，改善了散热均匀性。通过从中心进一步增加之字形的幅度来进一步改善均匀性。
这些之字形散热片也可以给出如图8所示的树状结构，通过之字形散热片替代直的散热片。
图12示出了另一个反射聚光器1200，包括主镜1201、玻璃盖1202和径向之字形散热片1203，具有与图6相同的之字形几何结构，但是散热片的高度小得多（在垂直轴玻璃盖方向上），更类似于图1。当与金属相比，玻璃的传导率对散热的限制多得多，使得长的细金属条是可以接受的，从而实现玻璃上的更短距离。这是不同实施例的特性可以被组合和替代以提供另一个优势实施例并实现特定需要的例子。
图13示出了气流速度图1300，用于与图1的聚光器10类似的聚光器1301（横截面所示）。等速线1302由图形1310编码，以mm/s列出了速度值。在聚光器内部，空气速度在玻璃盖附近是20毫米/秒或更小，在聚光器底部附近增加到大约40mm/s。低的空气速度确保了在聚光器内部不存在过多对流，并且很少的热被传递给主镜。聚光器1301之外的速度聚光器下面大约为20mm/s并且面向上的面上面大约40mm/s，并且在顶角大约上升为80mm/s。在聚光器1301上面存在羽状加速效应，导致在向上流的中心处的小区域1320中垂直速度高达200mm/s。
图14示出了现有技术反射聚光器1400，包括从玻璃盖1404向前突出的传统散热设备1402。散热设备1402非常容易被损坏并且由灰尘和污垢堵塞。此外，它将妨碍玻璃盖1404的清洁，特别是在大阵列的情况下。
金属散热片1402的堆叠可以使用柔性热传导粘合剂粘结到玻璃盖上。可以广泛地使用适合的粘合剂。可以如下发现具有高柔性和延长性的热传导电绝缘粘合剂的例子：http://www.masterbond.com/sg/masterbond_tcsg.pdf，以及在http://solutions.3m.com/.,见例如3M热传导粘合传送条9882，其是2.0密耳（0.05mm）热传导粘合传送条，用于装配柔性热薄片、温度指示薄膜和热电冷却模块，以及将柔性电路接合到散热设备。例如参见3M热传导粘合传送条9885，其是5.0密耳（0.13mm）热传导粘合传送条，用于装配热电冷却模块、将柔性电路接合到散热设备、将散热设备接合到微处理器以及将TAB装配的IC接合到PCB。
用于实现本发明的当前考虑的最佳模式的前述描述并不用于限制目的，但是仅用于描述本发明的基本原理。从所述的特定实施例的变形是可能的。例如，上面交叉索引的专利和专利申请描述了可以与本申请的教导有利地结合的系统和方法。尽管描述了特定实施例，但是本领域普通技术人员将理解到如何组合不同实施例的特征。
通过平坦玻璃盖描述了所有实施例，其具有附接于玻璃盖内面的散热器。这是优选的，因为不间断的平滑平坦外部表面（除了也许用于I梁46、66或其他这样的框架）允许容易地清洁玻璃盖的外部。在聚光太阳能光伏设备中这是重要的，因为灰尘聚集的太阳光不能聚集，减少了设备的效率。尽管描述了防护“玻璃盖”，当然也可以使用其他透明材料。然而，玻璃是便宜的、坚硬的并且广泛地可获得大的平滑平坦片，其具有公知的熟悉并且熟悉处理特性。玻璃由此在大多数应用中是优选的。
在所述实施例中，每个聚光器具有单一的主镜和单一的次透镜。其他配置也是可能的。例如，本领域普通技术人员将理解到如何应用上述US2010/0123954的某些原理。该申请描述了聚光器，其中主镜和次光学元件均包括将光聚焦到单个PV电池的若干小面。本申请图3-5中的次透镜中和图7-12中的主镜上的细分可以被解释作为光学表面的简单细分的象征。
这里公开的散热器的传导条的目的是将电池内生成的热均匀地传播到大的玻璃盖上。这与太阳能电池中发生的是并行的，仅为大约另一种方式。在电池内，通过电池均匀地生成电子空穴对，但是为了生成电能，它们必须被收集，通常通过金属喷镀网格被收集。由于在金属喷镀网格中元件的非常小的宽度和随后可能需要的精确校准，很难在电池上产生如图中相同类型的条。然而，通过散热器条之间布置的小透镜将防护板上的热条成像在电池的金属喷镀条上是可能的。这样的选项对于聚光器来说例如是具有平滑镜的科勒聚光器。
图8可以示出这一概念，具有网格状的散热器904，光学元件（具有感觉不到的弯曲而不能被识别的小透镜）位于玻璃盖905的内表面。这样的元件（通过镜）将系统接受角（通常大于±1°）成像到覆盖金属喷镀条之间的太阳能电池（也是太小而看不到）的绝缘次光学元件。绝缘的次光学元件可以（通过镜）将玻璃盖上的小透镜成像到太阳能电池上。该次光学元件也可以将玻璃盖上的散热器条成像到太阳能电池上。如果盖上的条图案和电池上的金属喷镀网格是彼此的图像（它们的图案匹配），条投射的阴影可以被成像到金属喷镀的网格上，其不是活性的。这将有效地消除玻璃盖下面的条产生的损耗，尽管在电池金属喷镀网格的额外精确的边际成本。
在玻璃盖上形成了小透镜或其他光线活性表面，通常优选地在盖的内部在金属喷镀的条之间形成这样的表面。然后，盖的外部仍然是平滑的，并且通常平坦的，从而便于清洁。
本发明的全部范围应当参考权利要求确定。

Claims (20)

1.一种光电设备，包括：
透明盖板；
对象板，包括装配在所述透明盖板的内面的光电转换器，所述对象板在操作中产生余热；
主镜，布置为在将光聚集到所述对象板和通常校准地通过所述盖板之间反射光；以及
散热器，与所述对象板热接触，所述散热器包括将所述对象板和所述盖板的内表面热接触的热导体。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述对象板还包括布置在所述之间和所述光电转换器之间的次透镜。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光电之前包括多接合光伏电池。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述散热器附接于所述透明盖板的内面。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述热导体包括从所述对象板向外延伸的辐条。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，至少部分所述所述辐条在远离所述盖板的方向上比在与它们的长度横向并且平行于所述盖板的方向上的它们的宽度更高。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，至少一些所述辐条具有从所述盖板一直延伸到所述主镜的高度。
8.根据权利要求5所述的设备，其中，所述辐条在所述盖板的所述内表面上呈锯齿形。
9.根据权利要求5所述的设备，其中，所述辐条包括从所述对象板向外连接的分支。
10.根据权利要求5所述的设备，其中，至少一个所述辐条延伸到设备的边缘，并且形成过孔用于电连接至所述高度转换器。
11.根据权利要求5所述的设备，其中，所述辐条阻挡少于10%的通过所述盖板进出所述光电转换器的光。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述辐条阻挡少于7%的通过所述盖板进出所述光电转换器的光。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述辐条阻挡少于5%的通过所述盖板进出所述光电转换器的光。
14.一种光电阵列，包括
普通透明盖板；和
多个光电设备，每个所述设备包括：
对象板，包括装配在所述透明盖板的内面的光电转换器；
主镜，布置为在将光聚集到所述对象板和通常校准地通过所述盖板之间反射光；以及
散热器，与所述光电转换器热接触，所述散热器包括布置在所述主镜和所述盖板之间并且与所述盖板热接触的向外延伸的导热臂。
15.根据权利要求14所述的阵列，其中，至少一些所述臂在相邻的光电设备之间是连续的。
16.根据权利要求15所述的阵列，其中，所述连续的臂是导电的，并且形成连接所述光电设备的普通电势的网络。
17.根据权利要求15所述的阵列，其中，所述连续的臂形成过孔，所述过孔包括不同的所述光电设备的所述光电转换器之间的电连接。
18.根据权利要求14所述的阵列，其中，至少一个所述臂装配在所述透明盖板的边缘处的不透明支撑件，所述支撑件形成了所述散热器的一部分。
19.根据权利要求18所述的阵列，包括两个所述普通透明盖板，其中所述支撑件接合并支撑所述两个盖板。
20.一种太阳能聚光器，包括聚光光学器件、对象板、透明盖和散热器，所述散热器包括与所述对象板热接触的基底和从所述基底径向延伸的多个辐条，所述散热器的材料具有高导热性，所述散热器与所述透明盖热接触。
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