CN103338917A - 用于太阳能发电的由聚合物材料制备的基于特定菲涅耳透镜的长寿命光学聚光器 - Google Patents

用于太阳能发电的由聚合物材料制备的基于特定菲涅耳透镜的长寿命光学聚光器 Download PDF

Info

Publication number
CN103338917A
CN103338917A CN2012800065306A CN201280006530A CN103338917A CN 103338917 A CN103338917 A CN 103338917A CN 2012800065306 A CN2012800065306 A CN 2012800065306A CN 201280006530 A CN201280006530 A CN 201280006530A CN 103338917 A CN103338917 A CN 103338917A
Authority
CN
China
Prior art keywords
concentrator
layer
fresnel lens
solar
preferred
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012800065306A
Other languages
English (en)
Inventor
U·努姆里希
T·阿恩特
P.巴特恩豪森
J·艾克曼
M·奥尔布里希
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Evonik Roehm GmbH
Original Assignee
Evonik Roehm GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Evonik Roehm GmbH filed Critical Evonik Roehm GmbH
Publication of CN103338917A publication Critical patent/CN103338917A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • G02B19/0014—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/16—Cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
    • B29D11/00269—Fresnel lenses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/30—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses
    • F24S23/31—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses having discontinuous faces, e.g. Fresnel lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0543—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the refractive type, e.g. lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/40—Thermal components
    • H02S40/44—Means to utilise heat energy, e.g. hybrid systems producing warm water and electricity at the same time
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/02—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing
    • B29C59/04—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing using rollers or endless belts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S80/00—Details, accessories or component parts of solar heat collectors not provided for in groups F24S10/00-F24S70/00
    • F24S2080/01—Selection of particular materials
    • F24S2080/015—Plastics
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0038—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with ambient light
    • G02B19/0042—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with ambient light for use with direct solar radiation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/60—Thermal-PV hybrids

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Toxicology (AREA)

Abstract

本发明涉及用于将太阳辐射聚焦的，在下侧面具有以一个或多个菲涅耳透镜形式的表面结构化的聚光器，并涉及其由聚合物材料利用特定挤出方法的制备。本发明聚光器可以在可用于光伏目的或太阳能加热目的的装置中应用,并具有苛刻气候带中所要求的耐久性和性能。本发明聚光器使得能够尤其经济地制备并将太阳辐射有效地聚集到物体例如太阳能电池或吸收器单元上，不论它们的几何结构如何。本发明聚光器当在极端和苛刻气候带中使用时具有高寿命和-与这相结合的-高光学性能。例如，这涉及用于聚集性光伏器件中的高性能太阳能电池领域，并同样涉及可用于聚集性太阳能集热器中的吸收管，例如在抛物面型槽技术方面。

Description

用于太阳能发电的由聚合物材料制备的基于特定菲涅耳透镜的长寿命光学聚光器
技术领域
本发明涉及用于将太阳辐射聚焦的，在下侧面具有以一个或多个菲涅耳透镜形式的表面结构化的聚光器，并涉及其由聚合物材料利用特定挤出方法的制备。本发明聚光器可以在可用于光伏目的或太阳能加热目的的装置中应用。
本发明聚光器使得能够尤其经济地制备并将太阳辐射有效地聚集到物体例如太阳能电池或吸收器单元上，不论它们的几何结构如何。
本发明聚光器当在极端和苛刻气候带中使用时具有高寿命和-与这相结合的-高光学性能。
例如，这涉及用于聚集性光伏器件中的高性能太阳能电池领域，并同样涉及可用于聚集性太阳能集热器中的吸收管，例如在抛物面型槽技术方面。
背景技术
菲涅耳透镜是源自十八世纪早期的开发并用于投影监视器，高射投影仪，泛光灯，例如用于汽车的头灯、灯塔和相似应用领域。近来，菲涅耳透镜还已经用作用于将太阳能聚焦并随后转化成电的太阳能聚光器（特别是光伏器件）。
为了确保与太阳辐射的聚集的精确度，此外还有此类板或膜与光学元件例如菲涅耳透镜在所述太阳能应用中的强度、尺寸稳定性和可容易安装性有关的性能，根据现有技术必需将这些结构化膜层压或粘结到支撑膜或板上。然而，此种工艺方案与高成本相关联。另外，品质和寿命处于危险之中或受限，这归因于潜在的弱点和潜在的与所使用的粘合体系的不利的相互作用。
或者，可以使用所谓的"热层压"，其可以任选地在线配置。然而，这一目的所要求的高温和高压导致光学结构的破坏或损坏，由此，太阳辐射的聚集的精确度（预期的应用中所必需的）不能得到保持。
在线层压公开在US5,945,042和US6,375,776中用于厚度为10-100μm或35-150μm的薄载体膜。此类薄膜由于尺寸稳定性原因不适合用于光伏器件或太阳能集热器。
从丙烯酸酯基材制备线性菲涅耳透镜的方法在US5,656,209中描述为使用三辊磨机共挤出高粘度和低粘度熔体来制备线性菲涅耳透镜。这种方法的缺点是所得的光学结构是非清晰的或没有通过压花工具精确地复制并因此不适合用于预期的将太阳辐射精确聚集的应用。另外，所得的产物不具有高UV稳定性，更尤其是在苛刻的气候条件下。
WO2009/121708又公开了一种将具有光学结构的膜热层压到聚合物片材上而没有损害该结构的方法。然而，层压方法经常具有的缺点是，附加的粘合剂层和所导致的在板内的相界面数目的增加导致光学性能的损害和因此导致能量产出损耗。
此外，工艺成本高并且所要求的品质即使有的话也仅能制备到非常有限的程度。
另外，此类现有技术体系必须频繁地清洁。例如，此类装置描述在WO2009028000中。
WO2009/099331中公开的相似体系具有的缺点是，它具有附加的基体和液体填充剂，该基体具有在菲涅耳透镜上面的平坦下边缘。然而，这种附加的材料降低透射率。另外，这种体系仅能以非常昂贵且不方便的方式制备。
大多数现有技术方法的目的在于通常利用层压方法制备菲涅耳结构，但是这（如所述那样）与明显的品质和成本缺点相关联。
所述公开内容都没有教导如何达到一般要求的规格，该规格由1.寿命，尺寸稳定性，2.太阳辐射聚集的精确度，3.UV和气候老化稳定性和4.这些膜或板的耐磨性构成。因此，脱层、混浊、气泡形成、刮痕或泛黄经常仅在短的操作时间后就发生。
发明内容
问题
本发明的目的是提供用于将太阳辐射聚集的新型聚光器，其在预期的寿命内具有尤其高的效率并且同时能够实现高品质和廉价的生产。本发明聚光器可以在可用于光伏目的或太阳能加热目的装置中使用。
同时，聚光器当然必须在苛刻气候带中具有至少20年的寿命，确保太阳辐射聚集的高精度并与现有技术相比在环境影响和清洁操作方面具有改进的耐受性或至少相等的耐受性。
更具体地说，本发明的目的是，特别是关于现有技术，提供一种方法，采用该方法还可以在单层聚合物片材上获得具有长寿命尺寸稳定性的尤其清晰的表面压花。
另外，由该方法获得的聚光器应该具有自撑特征。
在本文中，术语"自撑"理解为是指工件在弯曲或成形步骤后在最高到至少50℃，优选至少65℃的使用温度，和周围环境条件，例如风速下，保持这种形式。在用于太阳辐射的聚光器方面，例如，这是指几何结构一旦成形就在装置的运输、安装和操作过程中被保持。
没有明确提出的其它目的从随后的说明书、权利要求书和实施例的总体关联而是明显的。
解决方案
所述目的通过制备表面结构化自撑聚光器的新方法，和提供用于太阳能发电装置的此种自撑聚光器达到。
所述目的更尤其是通过提供制备用于太阳能发电装置的自撑聚光器的新方法，和通过根据本发明的方法制备的这种聚光器达到。
根据本发明的方法至少由以下步骤组成：
高透明性聚合物层由粒料制剂如下形成：在挤出机中熔融并经由狭缝模头排出而获得熔体膜或片材。利用在辊表面上具有至少60℃的温度梯度的带有凹版的冷却辊或鼓在随后聚光器的下侧面上将这种熔体结构化，并按满足仍然保持结构化的方式冷却。所述结构化是在所述聚光器的下侧面上的光学表面结构，所述光学表面结构形成一个或多个菲涅耳透镜。另外，根据本发明非常重要的是，所述聚光器已经配备有至少一种UV吸收剂和至少一种UV稳定剂。
优选地，使用第二挤出机以在所述结构化之前，利用共挤出由第二粒料制剂将第二聚合物层施加在所述第一聚合物层的上侧面上。更优选，这种第二聚合物层已经配备有UV稳定剂和UV吸收剂。任选地，可以使用这种第二挤出机或另外的第三挤出机以利用共挤出将第二粒料制剂同样施加在所述第一聚合物层的下侧面上。这种第三层优选具有与第二层相同的添加剂添加（Additization）。
还优选地，至少一种UV吸收剂是三嗪，非常尤其优选的UV吸收剂是至少一种苯并三唑和至少一种三嗪，非常尤其优选的UV稳定剂是至少一种HALS化合物。
已经令人惊奇地发现，以这样的方式制备的多层体系不具有现有技术中的许多缺点。例如，没有脱层风险。这种方法的突出之处在于为了有效聚集太阳辐射的目的以此方式制备的棱镜片材的高品质和精度。所述片材的上侧面和任选同样还有下侧面也被保护以免受强UV辐射和因此免受泛黄影响。借助于适合的材料的选择，还可以采用所述方法避免收集器的混浊或与热相关的变色。另外，借助于下文所述合适的表面整饰层，可以使刮擦或污染的风险最小化。这也导致寿命延长。另外，借助于利用抗反射涂层，原则上可以增加能量产出。
另外，所述聚光器的上侧面可以在结构化之前或之后涂有耐刮擦和/或抗污涂层和/或抗反射涂层。
一般而言，第一聚合物层决定刚度并因此对于成形是关键的。然而，在另一个实施方案中，也可能的是第一聚合物层和第二或第三聚合物层之间的层厚度差低，并且所有层或两个层有助于成形。
本发明聚光器可以具有0.1mm-25mm，优选0.5mm-15mm，更优选1mm-10mm的总厚度。
本发明方法的另一个方面是，所述层压体具有这样的刚度以致它是自撑的，并且所述层压体同时在热作用下保持尺寸稳定的并且同时可以变形并保持菲涅耳透镜结构。这种性能根据本发明借助于彼此在刚度、厚度及其它材料性能方面匹配的各个聚合物层达到。
除了根据本发明的方法之外，可以利用这种方法制备的聚光器也形成为本发明的一部分。
更具体地说，这些是这样的聚光器，其特征在于所述聚光器从光源方向看由至少以下层组成：
1.包含UV稳定剂和UV吸收剂并具有5-500μm，优选10-250μm，更优选20-150μm的厚度的第二聚合物层。
2.具有0.1-25mm，优选0.5-15mm，更优选1-10mm的厚度的第一聚合物层。
另外，所述聚光器的下侧面已经以一个或多个菲涅耳透镜形式被表面结构化。
所述第二聚合物层也可以是由数个子层组成的层。例如，所述第二层可以是二或三层的共挤出物。在这种情况下，每个单个层可以满足对第二层所述的厚度。然而，优选地，整个共挤出物具有相应于对于5-500μm，优选10-250μm，更优选20-150μm的第二聚合物层规定的值的厚度。
利用已知的共挤出技术，如例如在"Plastic ExtrusionTechnology"（F.Hensen，Hanser Publishers，慕尼黑，第二版,1997）中详述的那些进行制备，优选与制备聚光器的整体方法在线制备。
本发明聚光器优选是这样的聚光器，其从光源方向看由以下层组成：
1.具有防污、抗反射和耐刮擦性改善性能的表面整饰层，
2.包含UV稳定剂和UV吸收剂并具有5-500μm，优选10-250μm，更优选20-150μm的厚度的第二聚合物层。
3.具有0.1-25mm，优选0.5-15mm，更优选1-10mm的厚度的第一聚合物层。
4.任选地并优选地包含UV稳定剂和UV吸收剂并具有5-500μm，优选10-250μm，更优选20-150μm的厚度的第三聚合物层。
对于第三聚合物层，就任选的多层结构而言，同样如上面已述适用于第二聚合物层。
另外，所述聚光器的下侧面已经以一个或多个菲涅耳透镜形式被表面结构化。
所述各个菲涅耳透镜可以是有角的、放射状的或线性的结构。这些可以按栅格或线状，或彼此之间不规则地排列，优选平行延伸的线性结构的排列。
这些本发明新型聚光器具有以下性能，组合地作为优于现有技术的优点，尤其是在光学性能方面：本发明聚光器的材料（在UV、气候老化和湿气的影响下）是尤其颜色中性的并且不变得混浊。所述聚光器显示优异的气候老化稳定性并且在任选配备表面整饰层情况下具有非常好的化学耐受性，例如对所有商业清洁组合物的化学耐受性。这些方面也有助于长期保持太阳能聚焦。为了有利于清洁，所述表面具有防污性能。另外，所述表面是任选地耐磨的，抗反射的和/或耐刮擦的。
发明详述
聚合物层的材料
第一聚合物层是透明聚合物材料的层，所述材料例如是SAN（苯乙烯-丙烯腈三元共聚物），聚碳酸酯，聚氨酯，聚环烯烃，聚苯乙烯，苯乙烯共聚物，聚酯，优选聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或PETG或聚（甲基）丙烯酸酯。
任选的第二聚合物层或同样任选的第三聚合物层是聚（甲基）丙烯酸酯、含氟聚合物或聚（甲基）丙烯酸酯和含氟聚合物的混合物，优选PMMA和PVDF的混合物的层或由PMMA和PVDF组成的多层体系。
两个（在双层体系情况下）或所有三个层的聚合物组合物也可以任选地是相同的。
一般而言，所述聚集性光伏器件（PV）的相关波长范围是大约300-1800nm，或在使用晶体硅PV电池的情况下是大约300-1200nm。
所选的聚合物应该在特定的相关波长范围中具有最大透明度。
表面结构化
通过采用特定仪器的在线压花方法，将高透明性聚合物层的表面采用菲涅耳透镜结构进行压花。这包括将熔体从挤出机的狭缝模头直接地供给引入辊和凹版辊或鼓之间的辊隙。利用产生菲涅耳透镜形状的凹版辊或鼓输送熔体。该辊或鼓处于熔化热的受控温度下或在比辊隙的接触部位处冷最大20℃下。在离开与引入辊的辊隙后，将熔体膜供入由凹版辊或鼓和冷却水浴形成的辊隙。在该点，所述辊或鼓已经冷却达到这样的程度以致所述熔体膜被冷却至凝固温度。为此目的，所述鼓或辊可以是中空的和填充有冷却介质。所述填充水平应该经选择满足仅将与冷却浴相对的区域冷却。借助于这种方法，在凹版操作中更缓慢地将熔体膜冷却而获得更好且更清晰的结构化轮廓。
借助于这种方法，将熔体膜从150℃-250℃，一般180℃-220℃的温度在半圈的辊旋转内冷却到100℃以下，优选90℃以下，更优选80℃以下的温度。
为此目的，在半圈旋转内（从由狭缝模头供给熔体的辊隙起行进）将凹版辊或鼓的表面冷却至少60℃，优选至少80℃，更优选至少100℃。
为了确保恒定冷却，定期地，优选永久地，经由入口和出口更新在鼓或辊内和在冷却水浴中的冷却介质，例如水。
另外，凹版辊或鼓优选突出之处在于凹版套管已经夹持到机筒上。
可以根据本发明应用的用于表面结构化的方法可以在WO2009/072929和WO01/19600中详细得知。
稳定剂包（光稳定剂）
理想使用的高透明性聚合物层已经配备有UV保护。合适的UV保护制剂可以参见例如，WO2007/073952（Evonik
Figure BDA00003570577500081
）或DE102007029263A1。
根据本发明使用的UV保护层的特定的成分是UV添加剂包，其有助于聚光器的长寿命和气候老化稳定性。
理想地，根据本发明使用的UV保护层中使用的稳定剂包由以下组分组成：
·A:苯并三唑类型的UV吸收剂，
·B:三嗪类型的UV吸收剂，
·C:UV稳定剂，优选HALS化合物。
组分A和B可以作为个体物质或以混合物形式使用。至少一种UV吸收剂组分必须存在于最上面的聚合物层中。组分C必定存在于根据本发明使用的最上面的聚合物层中。
更尤其是，根据本发明制备的聚光器的突出之处在于，其与现有技术相比显著改善的UV稳定性和相关的更长寿命。本发明材料因此还可以在至少15年，优选甚至至少20年，更优选至少25年的非常长的时期内，在具有尤其大量的日照时间，尤其强的太阳辐射的地方，例如美国西南部或撒哈拉沙漠，用于太阳能聚光器中。
与"太阳能加热"相关的太阳辐射的波长谱为从大约300nm到2500nm。然而，400nm以下，特别是375nm以下的范围应该被滤去以延长聚光器的寿命，以致保持从375nm或400nm到2500nm的"有效波长范围"。根据本发明使用的UV吸收剂和UV稳定剂的混合物显示在宽的波长谱（大约300nm-大约400nm）内稳定的长寿命的UV防护。
表面涂层
本发明范围中的术语"表面涂层"应理解为被施加以降低表面刮擦和/或改善耐磨性和/或作为抗污涂层和/或降低反射的涂层的总称。
耐刮擦涂层
为了改进耐刮擦性或耐磨性，可以使用聚硅氧烷，例如得自SDCTechnologies Inc.的CRYSTALCOATTM MP-100，AS400-SHP401或UVHC3000K（这两者都得自Momentive Performance Materials）。这些涂料制剂，例如，利用辊涂、刀涂或流涂施加到聚光器的高透明性聚合物层的表面上。其它有用的涂覆技术的实例包括PVD（物理蒸气沉积）和CVD等离子体（化学气相沉积）。
抗污涂层
抗污官能团经常包括在耐刮擦涂层的制剂中。它们也可以被施加代替耐刮擦涂层或（在独立的工艺步骤中）施加在耐刮擦涂层上面。抗污涂层可以，例如，但不限于，通过含氟聚合物、有机硅聚合物、所谓的杂化材料、二氧化钛颗粒或组合制备。
抗反射涂层
存在单层和多层抗反射涂层。单层涂层一般具有由在它下面的材料的折射率的平方根计算的折射率。多层涂层具有不同的渐变折射率。正确的抗反射涂层的选择得自在它下面的材料的光学性能，特别是其折射率，和在它下面的层的粘附性能和待聚焦的优选波长，该优选波长仅可以被所述涂层即使有的话也是最小程度地吸收。因此，基于吸收原理的抗反射涂层不适于本发明聚光器。
可商购的抗反射涂层是本领域技术人员已知的。适合的涂层的选择对于了解聚光器的其它参数的本领域技术人员也将是容易的。另外，用于聚光器的此类抗反射涂层可以在US20090032102中得知。
在另一个实施方案中，可以减少反射以致所述聚光器的两个最上面的层，例如第一和第二聚合物层，或耐刮擦和/或抗污涂层和第二聚合物层，或耐刮擦和/或抗污涂层和第一聚合物层，或所有层，关于特定的折射率方面经选择以致导致反射最小化直至反射被阻止。
在一个非常特定的实施方案中，简单的抗反射涂层的原理可以借助于最上面的层的折射率以5%的精度获得，该最上面的层的折射率形成在它下面的层的折射率的平方根。
聚光器的应用
根据本发明制备的聚光器优选用作光伏装置或太阳能加热装置中的聚光器。在这两个不同实施方案之间应该作出区别。
在第一个实施方案中，聚光器的下侧面的具有有角度或放射状的菲涅耳透镜。这些导致太阳辐射的以点状聚集方式聚焦到光伏电池的二维几何结构上和聚焦到太阳能集热器的斯特林（Stirling）发动机或蓄热器上。
在第二个实施方案中，所述聚光器的下侧面具有线性菲涅耳透镜。这些可以用于将太阳辐射以线状聚集方式反射到光伏电池的线性排列上，或反射到太阳能集热器的吸收管上。
对于这两个实施方案，可以制备平板或曲线型体并将它们安装到光伏装置或太阳能集热器中。弯曲可以在聚光器制备和随后按尺寸切割后进行，例如通过冷弯曲或热成形，优选冷弯曲方法。

Claims (17)

1.制备用于太阳能发电的聚光器的方法，其特征在于
由粒料制剂如下制备高透明性聚合物层：在挤出机中熔融，经由狭缝模头排出，并利用在辊表面上具有至少60℃的温度梯度的带有凹版的冷却辊或鼓，在随后聚光器的下侧面上将膜表面结构化，
所述结构化后的聚合物层在所述聚光器的下侧面上具有光学表面结构，所述光学表面结构形成一个或多个菲涅耳透镜，和
所述聚光器已经配备有至少一种UV吸收剂和至少一种UV稳定剂。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于使用第二挤出机以在所述结构化之前利用共挤出由第二粒料制剂将第二聚合物层施加在所述第一聚合物层的上侧面上。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于在结构化之前，使用第二或第三挤出机以利用共挤出将第三聚合物层施加在第一聚合物层的下侧面上。
4.根据权利要求2或3的方法，其特征在于第二聚合物层和/或任选的第三聚合物层是多层共挤出物。
5.根据上述权利要求中至少一项的方法，其特征在于第二聚合物层和任选的第三聚合物层或所述第二聚合物层和任选的第三聚合物层中的至少一个分层已经配备有UV稳定剂和UV吸收剂。
6.根据上述权利要求中至少一项的方法，其特征在于至少一种UV吸收剂是三嗪。
7.根据上述权利要求中至少一项的方法，其特征在于所述UV吸收剂是至少一种苯并三唑和至少一种三嗪，且所述UV稳定剂是至少一种HALS化合物。
8.根据上述权利要求中至少一项的方法，其特征在于所述聚光器的表面在结构化之前涂有耐刮擦和/或抗污涂层和/或抗反射涂层。
9.根据上述权利要求中至少一项的方法，其特征在于最上层的具有5%的精度的折射率形成在它以下的层的折射率的平方根。
10.根据上述权利要求中至少一项的方法，其特征在于所述第一聚合物层是透明材料，例如SAN，聚碳酸酯，聚氨酯，聚环烯烃，聚苯乙烯，苯乙烯共聚物，聚酯，优选PET或PETG，聚（甲基）丙烯酸酯，或所列出的聚合物的混合物。
11.根据权利要求2-10中至少一项的方法，其特征在于第二聚合物层和任选的第三聚合物层各自是聚（甲基）丙烯酸酯、含氟聚合物或聚（甲基）丙烯酸酯和含氟聚合物的混合物，优选PMMA和PVDF的混合物的层，或由PMMA和PVDF组成的多层体系。
12.聚光器，其特征在于所述聚光器从光源方向看至少由以下层组成：
包含UV稳定剂和UV吸收剂并具有5-500μm，优选10-250μm的厚度的第二聚合物层，
具有0.1-25mm，优选0.5-15mm的厚度的第一聚合物层，和
所述聚光器的下侧面已经以一个或多个菲涅耳透镜形式被表面结构化。
13.根据权利要求12的聚光器，其特征在于所述聚光器从光源方向看由以下层组成：
具有防污、抗反射和耐刮擦性改善性能的表面整饰层，
包含UV稳定剂和UV吸收剂并具有5-500μm，优选10-250μm的厚度的第二聚合物层，
具有0.1-25mm，优选0.5-15mm的厚度的第一聚合物层，
具有5-500μm，优选10-250μm的厚度的第三聚合物层，
和
所述聚光器的下侧面已经以一个或多个菲涅耳透镜形式被表面结构化。
14.根据权利要求12或13的聚光器，其特征在于所述各个菲涅耳透镜是有角的、放射状的或线性的结构。
15.根据权利要求14的聚光器，其特征在于所述菲涅耳透镜按栅格或线状，或彼此之间不规则地排列。
16.根据权利要求12-15中至少一项的聚光器的用途，所述聚光器具有有角的或放射状的菲涅耳透镜，用于将太阳辐射以点状聚集方式聚焦到光伏电池的二维几何结构和太阳能集热器的蓄热器的斯特林发动机上。
17.根据权利要求12-15中至少一项的聚光器的用途，所述聚光器具有线性菲涅耳透镜，用于将太阳辐射以线状聚集方式聚焦到光伏电池的线性排列上或聚焦到太阳能集热器的吸收管上。
CN2012800065306A 2011-01-28 2012-01-26 用于太阳能发电的由聚合物材料制备的基于特定菲涅耳透镜的长寿命光学聚光器 Pending CN103338917A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161437220P 2011-01-28 2011-01-28
US61/437,220 2011-01-28
DE102011003311A DE102011003311A1 (de) 2011-01-28 2011-01-28 Langlebiger optischer Konzentrator auf Basis einer speziellen, aus polymeren Werkstoffen hergestellten, Fresnellinse für die solare Energiegewinnung
DE102011003311.4 2011-01-28
PCT/EP2012/051210 WO2012101205A1 (en) 2011-01-28 2012-01-26 Long-life optical concentrator based on a specific fresnel lens produced from polymeric materials for solar power generation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103338917A true CN103338917A (zh) 2013-10-02

Family

ID=46511216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012800065306A Pending CN103338917A (zh) 2011-01-28 2012-01-26 用于太阳能发电的由聚合物材料制备的基于特定菲涅耳透镜的长寿命光学聚光器

Country Status (16)

Country Link
US (1) US20130291929A1 (zh)
EP (1) EP2668026A1 (zh)
JP (1) JP2014509379A (zh)
KR (1) KR20140011317A (zh)
CN (1) CN103338917A (zh)
AU (1) AU2012210521A1 (zh)
BR (1) BR112013018627A2 (zh)
CL (1) CL2013002130A1 (zh)
DE (1) DE102011003311A1 (zh)
MA (1) MA34882B1 (zh)
MX (1) MX2013008556A (zh)
PE (1) PE20141240A1 (zh)
TN (1) TN2013000288A1 (zh)
TW (1) TW201244917A (zh)
WO (1) WO2012101205A1 (zh)
ZA (1) ZA201305690B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011077878A1 (de) * 2011-06-21 2012-12-27 Evonik Röhm Gmbh Polymeres Substratmaterial für physikalische und chemische Vapor Deposition-Prozesse, eine haftvermittelnde polymere Schicht enthaltend, und dessen Verwendung zur Herstellung von Konzentratoren solarer Strahlung
DE102011113160A1 (de) 2011-09-14 2013-03-14 Evonik Röhm Gmbh Polymere Materialien für Außenanwendungen mit selbstheilenden Oberflächeneigenschaften nach Verkratzen oder Abrasionsbeschädigung
ITAR20130009A1 (it) * 2013-02-21 2014-08-22 Jonghe Kristof De Reattore solare plasmatico
DE102013019302B4 (de) * 2013-11-11 2015-07-09 Met-Optik Elektronische Systeme Gmbh Parabol-Stufenreflektor und Verfahren zur Herstellung und zum Justieren
JPWO2015102100A1 (ja) * 2014-01-06 2017-03-23 株式会社クラレ 光学素子、光学素子の製造方法及び集光型太陽光発電装置
TW201937198A (zh) 2018-01-24 2019-09-16 德商贏創羅姆有限公司 發光元件

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201344650Y (zh) * 2009-02-10 2009-11-11 吴兆流 菲涅尔聚光器
US20100180928A1 (en) * 2009-01-16 2010-07-22 Genie Lens Technologies, Llc Solar arrays and other photovoltaic (pv) devices using pv enhancement films for trapping light

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5449641A (en) * 1977-09-28 1979-04-19 Yasurou Kuratomi Liquid heating device using solar heat
AU530905B2 (en) * 1977-12-22 1983-08-04 Canon Kabushiki Kaisha Electrophotographic photosensitive member
JPS5626701U (zh) * 1979-08-04 1981-03-12
JPS56157319A (en) * 1980-05-09 1981-12-04 Dainippon Printing Co Ltd Manufacture of fresnel lens
JPS57120902A (en) * 1981-01-20 1982-07-28 Masao Horiguchi Solar light condensing member
US4601861A (en) * 1982-09-30 1986-07-22 Amerace Corporation Methods and apparatus for embossing a precision optical pattern in a resinous sheet or laminate
US4871487A (en) * 1987-01-16 1989-10-03 The Dow Chemical Company Method of making a polymeric optical waveguide by coextrusion
DE4110248A1 (de) * 1991-03-28 1992-10-01 Berstorff Gmbh Masch Hermann Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen herstellung von fresnellinsen aus thermoplastischen werkstoffen
US5330799A (en) * 1992-09-15 1994-07-19 The Phscologram Venture, Inc. Press polymerization of lenticular images
EP0659531B1 (de) 1993-12-24 2000-05-17 Röhm Gmbh Verfahren zur Extrusion von Kunststofftafeln und daraus hergestellte Fresnel-Linsen
JP3521546B2 (ja) * 1995-05-10 2004-04-19 凸版印刷株式会社 ホログラム紙の製造方法
US5945042A (en) 1995-10-24 1999-08-31 Nippon Carbide Kogyo Kabushiki Kaisha Method for continuously forming an array of optical elements and apparatus therefor
JPH09258011A (ja) * 1996-03-25 1997-10-03 Toppan Printing Co Ltd レンズシート
DK1060209T3 (da) * 1997-12-05 2004-10-04 Roehm Gmbh Fremgangsmåde til fremstilling af overfladehårde PMMA-folier, som kan håndteres i "Film-Insert-Moulding"-fremgangsmåden, har höjglans på begge sider og er frie for gellegemer
DE19943604C2 (de) 1999-09-11 2002-06-27 Schroeder Heinrich Friedrich Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von endlosen, optisch abbildungsfähigen Folien, Bahnen und Platten aus Kunststoffen und Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens
US6375776B1 (en) 2000-01-24 2002-04-23 Avery Dennison Corporation Method for forming multi-layer laminates with microstructures
US6384320B1 (en) * 2000-10-13 2002-05-07 Leon Lung-Chen Chen Solar compound concentrator of electric power generation system for residential homes
JP2003152215A (ja) * 2001-11-13 2003-05-23 Dainippon Printing Co Ltd 太陽電池モジュ−ル用裏面保護シ−トおよびそれを使用した太陽電池モジュ−ル
JP4503216B2 (ja) * 2002-03-29 2010-07-14 リンテック株式会社 光学用ハードコートフィルム
DE102005062687A1 (de) 2005-12-23 2007-07-05 Röhm Gmbh PMMA-Folie mit besonders hoher Witterungsbeständigkeit und hoher UV-Schutzwirkung
DE102007029263A1 (de) * 2007-06-22 2008-12-24 Evonik Röhm Gmbh PMMA/PVDF-Folie mit besonders hoher Witterungsbeständigkeit und hoher UV-Schutzwirkung
TW200907263A (en) 2007-08-03 2009-02-16 Prodisc Technology Inc Light collection device
WO2009028000A2 (en) 2007-08-30 2009-03-05 Aparna Thirumalai Anandampilla Improved robot collector for large lens solar concentrators
US20100271182A1 (en) 2007-12-06 2010-10-28 Yuliya Alekseevna Yashukova System for monitoring detachable connections of cable channel using rfid tags
JP2009175597A (ja) * 2008-01-28 2009-08-06 Takiron Co Ltd 光学シート及びこれを用いたバックライトユニット
US8474177B2 (en) 2008-02-08 2013-07-02 Vereniging Vu-Windesheim Reflecting device, solar collector, pitched roof provided with a solar collector of this type, and greenhouse
CN101959684A (zh) 2008-04-03 2011-01-26 赢创罗姆有限公司 菲涅耳透镜制造中聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)薄膜的连续层压
DE102008018963B4 (de) * 2008-04-16 2023-06-22 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Selbsttragender Reflektor für eine Parabolrinne
EP2342239B1 (en) * 2008-10-31 2020-04-15 Performance Materials NA, Inc. High-clarity ionomer compositions and articles comprising the same
CN102272634A (zh) * 2008-11-26 2011-12-07 纳幕尔杜邦公司 具有包含离聚物材料的聚光制品的聚光太阳能电池模块
US8048250B2 (en) * 2009-01-16 2011-11-01 Genie Lens Technologies, Llc Method of manufacturing photovoltaic (PV) enhancement films
WO2010137695A1 (ja) * 2009-05-29 2010-12-02 株式会社クラレ 太陽光集光用フレネルレンズシートおよびその設計方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100180928A1 (en) * 2009-01-16 2010-07-22 Genie Lens Technologies, Llc Solar arrays and other photovoltaic (pv) devices using pv enhancement films for trapping light
CN201344650Y (zh) * 2009-02-10 2009-11-11 吴兆流 菲涅尔聚光器

Also Published As

Publication number Publication date
TN2013000288A1 (en) 2015-01-20
EP2668026A1 (en) 2013-12-04
WO2012101205A1 (en) 2012-08-02
US20130291929A1 (en) 2013-11-07
TW201244917A (en) 2012-11-16
DE102011003311A1 (de) 2012-08-02
ZA201305690B (en) 2014-04-30
AU2012210521A1 (en) 2013-07-11
AU2012210521A8 (en) 2013-07-25
JP2014509379A (ja) 2014-04-17
KR20140011317A (ko) 2014-01-28
PE20141240A1 (es) 2014-10-12
CL2013002130A1 (es) 2014-01-03
MA34882B1 (fr) 2014-02-01
BR112013018627A2 (pt) 2016-10-18
MX2013008556A (es) 2013-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103338917A (zh) 用于太阳能发电的由聚合物材料制备的基于特定菲涅耳透镜的长寿命光学聚光器
US9523516B2 (en) Broadband reflectors, concentrated solar power systems, and methods of using the same
US8878049B2 (en) Durable, lightweight, and efficient solar concentrator
US20090283144A1 (en) Solar concentrating mirror
US20140083482A1 (en) Architectural article with photovoltaic cell and visible light-transmitting reflector
KR20110016923A (ko) 태양광 집광 거울
JP2013507663A (ja) 太陽エネルギー採取のための集光器およびポリマー原料からのその製造
JP2013501102A5 (zh)
AU2010306419A1 (en) A solar collector
JP2013538444A (ja) 耐候性の裏面フィルム
SE533481C2 (sv) Receiver för PV/T solenergisystem
KR20120121363A (ko) 태양전지 모듈용 백 시트 및 이를 포함하는 태양전지 모듈
US6472593B1 (en) Hybrid roof covering element
US20140076812A1 (en) Water purification systems and methods
JP2009267301A (ja) 太陽電池裏面保護膜用積層フィルム
WO2020120638A2 (en) Improved coatings for glass
WO2015081961A1 (en) Flexible fresnel solar concentrator
JP2013187349A5 (zh)
CN210073890U (zh) 太阳能电池复合背板
CN103587221A (zh) 太阳能聚光用vcm薄膜的制备方法
CN103630951B (zh) 聚光集热菲涅尔线焦透镜
RU2389950C1 (ru) Линза многослойная
CN107612473A (zh) 一种多功能的环保增强型太阳能背板
EP3888136A1 (en) Sandwich-type photovoltaic solar panel

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20131002