CN103066145B - 一种基于微型砷化镓光伏电池的聚光组合系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微型砷化镓光伏电池的聚光组合系统，其主要由主聚光器和二次光学元件组成，所述主聚光器优选包括钢化玻璃基板和有机硅胶非球面平凸透镜，所述二次光学元件优选包括由光学玻璃制成的球形透镜；其工作过程包括：所述非球面平凸透镜把平行的太阳光会聚到二次光学元件表面，并由二次光学器件将太阳光再次会聚传递到微型光伏电池芯片表面。本发明结构简单，实用性强，不仅可以提高传统基于菲涅尔透镜的主聚光器的光学效率，降低主聚光器的加工难度，而且可以提高聚光光伏模组的接收角，提高聚光光伏模组的加工、安装公差容忍度，增加聚焦光斑的均匀性，从而提高太阳能电池转换效率。

Description

一种基于微型砷化镓光伏电池的聚光组合系统

技术领域

本发明涉及一种可应用于太阳能电池等设备中的聚光装置，特别涉及一种基于微型砷化镓光伏电池的聚光组合系统。

背景技术

随着传统能源的日益枯竭以及环境污染的加剧，太阳能已成为一种极具开发潜力的新能源。在太阳能利用领域中，太阳能光伏发电技术是最具有应用前景的太阳能利用方式，太阳能光伏发电技术现已成为世界各国争先研究的重要课题之一，而研究的重点是如何提高太阳能电池的光电转换效率，以及如何降低光伏发电的成本。目前应用最广泛的解决方案就是在太阳能光伏系统中引进聚光器，即采取聚光光伏系统实现光伏发电的技术。当前普遍应用的聚光器主要是菲涅尔聚光器，以菲涅耳透镜为代表的透射式聚光器以其成本低廉、易大批量生产、方便集成等诸多优点，在国内外该领域得到广泛的应用。但是菲涅尔聚光器的光学效率受限于模具的加工精度以及复杂的加工工艺而成为提高光伏发电效率的瓶颈，因此急需一种新型的聚光组合系统来突破菲涅尔聚光器的局限，藉以满足使用要求。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种基于微型砷化镓光伏电池的聚光组合系统，其能有效提高聚光光伏模组中聚光光学系统的光学效率，增大聚光光伏模组的接收角。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于微型砷化镓光伏电池的聚光组合系统，包括：

用于将平行的太阳光初次会聚的主聚光器，以及，

用于将经主聚光器初次会聚后的太阳光进行二次会聚，并传输到光伏电池表面的二次光学元件。

作为较为优选的实施方案之一，所述主聚光器包括非球面平凸透镜，所述二次光学元件包括球形透镜，并且所述非球面平凸透镜的焦点位于所述球形透镜的球心处。

作为较为优选的实施方案之一，所述主聚光器还包括透明支持体，所述非球面平凸透镜固定在所述透明支持体上。

作为较为优选的实施方案之一，所述非球面平凸透镜是利用有机透明材料经注塑或者模压工艺制成。

进一步的，所述有机透明材料可包括有机硅胶，但不限于此。

进一步的，所述透明支持体可包括钢化玻璃基板，但不限于此。

所述非球面平凸透镜上端面为平面，下端面为弧形面，且所述非球面平凸透镜上端面与钢化玻璃基板下端面结合。

作为较为优选的实施方案之一，所述二次光学元件包括主要由光学玻璃制成的球形透镜。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：不仅可以提高传统基于菲涅尔透镜的主聚光器的光学效率，降低主聚光器的加工难度，而且可以提高聚光光伏模组的接收角，提高聚光光伏模组的加工、安装公差容忍度，增加聚焦光斑的均匀性，从而提高太阳能电池转换效率。概言之，本发明具有结构简单，加工难度低，实用性强等优点。

附图说明

图1为本发明中的一种基于微型砷化镓光伏电池的聚光组合系统的结构示意图；

图2为本发明一较佳实施方案中一种基于微型砷化镓光伏电池的聚光组合系统中的主聚光器的结构示意图；

图3为本发明一较佳实施方案中一种基于微型砷化镓光伏电池的聚光组合系统中的二次光学元件的结构示意图；

图4为本发明一具体应用方案中基于微型砷化镓光伏电池的聚光组合系统的主聚光器的阵列图；

图5为本发明一实施例中基于微型砷化镓光伏电池的聚光组合系统主聚光器的光斑强度分布图；

图6为本发明一实施例中基于微型砷化镓光伏电池的聚光组合系统的光斑强度分布图；

附图标记说明：1-主聚光器、2-光线束、3-二次光学元件、4-钢化玻璃基板、5-非球面平凸透镜、6-球形透镜。

具体实施方式

如前所述，本发明旨在提供一种基于微型砷化镓光伏电池的聚光组合系统，其不仅可以实现把能量密度低的太阳光会聚到光伏电池芯片的表面，提高传统基于菲涅尔透镜的聚光系统的光学效率，而且还可以增大聚光光伏模组的接收角，提高光伏模组加工、安装的公差容忍度。

具体而言，本发明的基于微型砷化镓光伏电池的聚光组合系统由主要由主聚光器和二次光学元件组成，其中，主聚光器用于将平行的太阳光进行初次会聚，而二次光学元件主要用于将经主聚光器初次会聚后的太阳光进行二次会聚，并传输到光伏电池表面。

进一步的，请参见图1，作为本发明的一较佳实施方案，参见图1，其涉及的基于微型砷化镓光伏电池的聚光组合系统系由主聚光器1和二次光学元件3组成，低能量密度平行入射的太阳光经过主聚光器1的会聚在焦点处形成一个高能量密度的光斑，二次光学元件3的球心位于主聚光器1的焦点处，经过主聚光器1会聚的高能量密度太阳光入射到二次光学元件3的上表面，经过二次光学元件3的折转入射到二次光学元件3的底部，最后折射到位于二次光学元件3下方的微型砷化镓电池芯片表面，完成光电转换。

而作为可以实施的具体应用方案之一，请参阅图2，前述主聚光器1可主要由非球面平凸透镜5组成，该非球面平凸透镜可以选用有机材质的透镜，例如有机硅胶非球面平凸透镜（如下简称“有机硅胶透镜”），其上端面为平面，下端面为非球面凸起形状。

优选的，前述主聚光器1还可包含用以支撑前述非球面平凸透镜5的透明支持体，其可选用钢化玻璃基板4等，且其上、下两个端面都是平面。

在前述具体应用方案的一个实施例中，可以通过注塑或模压工艺将有机硅胶透镜压合到钢化玻璃基板上，使有机硅胶透镜上端面与钢化玻璃基板下端面结合，形成主聚光器，藉此利用钢化玻璃基板对有机硅胶透镜进行支撑和保护，而利用有机硅胶透镜将低能量密度平行太阳光会聚到二次光学元件表面。

而作为又一可以实施的具体应用方案，请参阅图3，前述二次光学元件3可主要由球形透镜6形成，其中心位于前述主聚光器1的焦点位置，能够实现对偏离中心光轴的光线反向折回的作用，把光斑收回到位于球形透镜6正下方的微型砷化镓电池芯片的表面。更为具体的，球形透镜6的球形结构可以把偏折的光向相反的方向偏折使其入射到电池芯片表面，增大聚光光伏模组的接收角，提高聚光光伏模组的加工、安装公差容忍度，而通过调整二次光学元件的材料的折射率还可以校正主聚光器的色差、优化光斑的能量分布。

显然的，前述球形透镜6可采用习见的各种能满足光学应用需求的透明材料制成，尤其优选采用光学玻璃制成。

再请参阅图4，作为本发明的实施例之一，可以将有机硅胶非球面平凸透镜阵列压合到大块方形的钢化玻璃基板上，该方形阵列式主聚光器易于集成聚光光伏模组，可以最大限度的利用光照资源。

利用图2-图3所示主聚光器和二次光学元件，则请参阅图5所示系在太阳光偏折0.8°入射时，单个主聚光器形成的光斑强度分布图，再请参阅图6所示系在太阳光偏折0.8°入射时，主聚光器和二次光学元件组成的聚光组合系统形成的光斑强度分布图。可见，在本发明中，主聚光器和二次光学元件组成的聚光组合系统可以在光线偏折时收集到更多的光能量，同时聚焦光斑的强度分布均匀性更高。

需要指出的是，以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于微型砷化镓光伏电池的聚光组合系统，其特征在于，包括：

用于将平行的太阳光初次会聚的主聚光器，

用于将经主聚光器初次会聚后的太阳光进行二次会聚，并传输到光伏电池表面的二次光学元件，

以及，透明支持体；

其中,所述主聚光器主要由利用有机透明材料经注塑或者模压工艺制成的非球面平凸透镜组成，所述二次光学元件主要由球形透镜组成，并且所述非球面平凸透镜的焦点位于所述球形透镜的球心处，所述非球面平凸透镜固定在所述透明支持体上，所述透明支持体包括钢化玻璃基板，所述非球面平凸透镜上端面为平面，下端面为弧形面，且所述非球面平凸透镜上端面与钢化玻璃基板下端面结合。

2.根据权利要求1所述的基于微型砷化镓光伏电池的聚光组合系统，其特征在于，所述有机透明材料包括有机硅胶。

3.根据权利要求1所述的基于微型砷化镓光伏电池的聚光组合系统，其特征在于，所述二次光学元件包括主要由光学玻璃制成的球形透镜。