CN103890632A - 太阳能集中器 - Google Patents

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CN103890632A CN201280050810.7A CN201280050810A CN103890632A CN 103890632 A CN103890632 A CN 103890632A CN 201280050810 A CN201280050810 A CN 201280050810A CN 103890632 A CN103890632 A CN 103890632A
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Abstract

本发明涉及一种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耦合表面、光去耦表面和布置在光耦合表面和光去耦表面之间并且沿着光去耦表面的方向逐渐变细的光学波导部件，光学波导部件被光学波导部件表面限定在光耦合表面和光去耦表面之间。

Description

太阳能集中器
技术领域
本发明涉及一种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（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）之间并且在光射出面的方向上逐渐变细的光导向部，该光导向部被光射入面和光射出面之间的光导向部表面限定。
背景技术
PCT/EP2010/005755披露了一种太阳能集中器，其具有由透明材料制成的实心主体，其包括光射入面和光射出面，其中实心主体包括在光射入面和光射出面之间在光射出面的方向上逐渐变细的光导向部，该光导向部被光射入面和光射出面之间的光导向部表面限定，和其中光导向部表面以连续的一阶导数过渡或合并到光射出面中。
发明内容
本发明的目标是分别降低太阳能集中器和次级太阳能集中器的生产成本，为此，增加不致引起反感的和适销的生产元件部分是所希望的。
前述目标通过具有单体式的实心主体的太阳能集中器实现的，其相应地由透明材料制成，该主体包括光射入面和光射出面，其中实心主体包括布置在光射入面和光射出面之间并且有利地在光射出面的方向上（线性地或非线性地）逐渐变细的光导向部，该光导向部被光射入面和光射出面之间的光导向部表面限定，和其中光导向部表面包括至少一个凹陷、凹槽或凹口。
在本发明的含义中，透明材料特别地是玻璃。在本发明的含义中，透明材料特别地是硅酸盐玻璃。在本发明的含义中，透明材料特别地是如文献PCT/EP2008/010136中描述的玻璃。在本发明的含义中，玻璃特别地包括：
0.2到2%重量百分比的Al2O3，
0.1到1%重量百分比的Li2O，
0.3，特别地0.4到1.5%重量百分比的Sb2O3，
60到75%重量百分比的SiO2，
3到12%重量百分比的Na2O，
3到12%重量百分比的K2O，和/或
3到12%重量百分比的CaO。
当采用本发明的含义时，光导向部表面特别地相对于太阳能集中器的光轴倾斜至少3°。太阳能集中器的光轴特别地垂直于或正交于光射出面。光导向部表面可以有涂层。
在本发明的一个有利实施方案中，光导向部表面以连续的第一导数合并到、过渡或经历过渡进入光射出面中。在本发明的进一步有利的实施方案中，光导向部表面以一弯曲段（弯曲部分）合并到、过渡或经历过渡进入光射出面中，弯曲段的半径不大于0.25mm，特别地不大于0.15mm，优选地不大于0.1mm。在本发明进一步有利的实施方案中，弯曲段的半径不大于0.04mm。在本发明进一步有利的实施方案中，从光导向部表面到光射出面的特别弯曲的过渡是坯模制造的。
在本发明进一步有利的实施方案中，光射出面是坯模制造的。
在本发明进一步有利的实施方案中，光射入面是凸起的或平面的。光射出面可以构形成非球面的或球面的。
在本发明进一步有利的实施方案中，光射出面是坯模制造的。在本发明的含义中，术语坯模制造特别是应当理解为下列方式：即光学地操作的表面会在压力下被模制，以使得该光学有效表面的轮廓的任何随后的精加工或后处理可以被省去和不应用和将不必提供。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。
在本发明进一步有利的实施方案中，光射出面是（弯曲的）凸起的（凸起地弯曲）。在本发明的特别有利的实施方案中，凸起的光射出面以大于30mm的弯曲段弯曲。在本发明进一步的实施方案中，凸起的光射出面如此弯曲以使得其偏离理想平面和光射出面的（最大）轮廓偏差总计小于100μm。在本发明的含义中，理想平面特别地是这样一个平面，其通过从光导向通道部表面进入光射出面的过渡部。在本发明的含义中，光射出平面特别地是这样一个平面，其通过从光导向通道部表面进入光射出面的过渡部。
在本发明的含义中，光射出平面特别地是这样一个平面，当所述平面位于通过光射出面的（弯曲段的）顶点的位置时，所述平面平行于通过从光通道导向部表面进入光射出面的过渡部的平面。在本发明的含义中，光射出平面特别地是这样一个平面，当所述平面位于通过光射出面的（弯曲段的）顶点的位置时，所述平面垂直于逐渐变细的光导向（通道）部。在本发明的含义中，光射出平面特别地是这样一个平面，当所述平面位于通过光射出面的（弯曲段的）顶点的位置时，所述平面垂直于太阳能集中器的光轴。在本发明的另一个实施方案中，凸起的光射出面如此弯曲以使得其偏离理想平面和光射出面的（最大）轮廓偏差总计大于1μm，特别是大于40μm。在本发明进一步的实施方案中，光射出面是平面。平面的光射出面可以显示轮廓相对于理想平面的偏差，理想平面特别地基于收缩且特别地是凹入的，该偏差例如可以合计高达20μm或甚至高达40μm。
在本发明的有利的实施方案中，太阳能集中器包括位于光射入面和光射出面之间的支撑框架，该支撑框架包括外部边缘，其特别地是完全地坯模制造的。在本发明的含义中，支撑框架特别地可以完全是法兰。在本发明的含义中，支撑框架可以特别地构形成完全地或至少部分地是圆周的。在本发明的含义中，外部边缘特别地是太阳能集中器的这个部分：其位于距离太阳能集中器的光轴最远的距离处。在本发明的含义中，外部边缘特别地是太阳能集中器的这个部分：当沿径向看时，其具有最大的尺寸。特别地规定：在相对于太阳能集中器的轴的垂直方向上，支撑框架至少部分地延伸超过光导向部，和/或支撑框架相对于太阳能集中器的光轴径向地至少部分凸出超过光导向部。
在本发明的进一步有利的实施方案中，太阳能集中器的所有表面都是坯模制造的。
在本发明的进一步有利的实施方案中，光导向（通道）部表面包括至少两个分开的凹陷。在本发明的进一步有利的实施方案中，光导向（通道）部表面包括至少四个分开的凹陷。
在本发明的进一步有利的实施方案中，一个/多个凹陷布置在光导向部表面的面向光射入面的那半个部分中。在本发明的进一步有利的实施方案中，一个/多个凹陷独占地布置在光导向部表面的面向光射入面的那半个部分中。在本发明的进一步有利的实施方案中，一个/多个凹陷（特别地全部）布置在光导向部表面的面向光射入面的那三分之一部分中。
在本发明的进一步有利的实施方案中，一个/多个凹陷在光导向部表面的方向上扩大。
在本发明的进一步有利的实施方案中，凹陷伸出到太阳能集中器的支撑框架中。在本发明的进一步有利的实施方案中，光导向部表面及其横截面分别在凹陷及其边缘的区域中具有拐点。
在本发明的进一步有利的实施方案中，一个/多个凹陷包括连续成凹形弯曲的横截面。
在本发明的进一步有利的实施方案中，光导向部借助于成凹形弯曲的过渡区域合并到、过渡到或经历过渡进入支撑框架中。在本发明的进一步有利的实施方案中，光导向部表面借助于成凹形弯曲的过渡区域经历过渡进入支撑框架中。在本发明的进一步有利的实施方案中，实心主体包括在光导向部和支撑框架之间的成凹形弯曲的过渡区域。
在本发明的进一步有利的实施方案中，过渡区域的成凹形弯曲段以至少0.3mm，特别地至少0.5mm，特别地至少1mm，的曲率半径弯曲。在本发明的进一步有利的实施方案中，过渡区域的成凹形弯曲段以沿太阳能集中器光轴方向至多20%光导向部尺寸的，特别地至多2mm的，曲率半径弯曲。
此外，前述目标进一步通过包括特别是一个或多个前述特征并且具有单体式实心主体的太阳能集中器而实现，实心主体由透明材料制成，太阳能集中器包括光射入面和光射出面，其中实心主体包括布置在光射入面和光射出面之间并且特别地在光射出面的方向上（线性地或非线性地）逐渐变细的光导向部，该光导向部被光射入面和光射出面之间的光导向部表面限定，其中实心主体包括位于光射入面和光导向部之间的支撑框架，和其中光导向部借助于成凹形弯曲的（坯模制造的）过渡区域合并到、过渡到或经历过渡进入支撑框架中，光导向部表面借助于成凹形弯曲的（坯模制造的）过渡区域合并到、过渡到或经历过渡进入支撑框架中，和/或实心主体包括在光导向部和支撑框架之间的成凹形弯曲的（坯模制造的）过渡区域。
在本发明的进一步有利的实施方案中，（坯模制造的）过渡区域的成凹形弯曲段以至少0.3mm，特别地至少0.5mm，特别地至少1mm，的曲率半径弯曲。在本发明的进一步有利的实施方案中，（坯模制造的）过渡区域的成凹形弯曲段以沿太阳能集中器光轴方向至多光导向部尺寸的20%，特别地至多2mm的，曲率半径弯曲。
此外，本发明涉及包括前述由透明材料制成的太阳能集中器的太阳能模块，其中太阳能集中器利用凸起的光射出面连接到光伏元件上和/或面向光伏元件。在本发明的进一步有利的实施方案中，太阳能模块包括散热器，其上布置光伏元件。在本发明的进一步有利的实施方案中，太阳能集中器的保持装置布置在散热器上。在本发明的进一步有利的实施方案中，太阳能模块包括太阳能集中器的保持装置。在本发明的进一步有利的实施方案中，保持装置将太阳能集中器固定到太阳能集中器的支撑框架上。在本发明的进一步有利的实施方案中，太阳能模块包括将太阳光对齐到太阳能集中器的光射入面上的透镜。
本发明还涉及产生电能的方法，其中特别地借助于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。
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是根据本发明的太阳能集中器的实施方案的实例；
图2是图1中显示的太阳能集中器的局部示意图；
图3是图1中显示的太阳能集中器的俯视图；
图4是根据图3的截面线A-A，通过截面示意图表示的图1中显示的太阳能集中器；
图5是通过仰视图的根据图1的太阳能集中器；和
图6是包括根据图1的太阳能集中器的太阳能模块的实施方案的实例。
具体实施方式
图1通过横截面示意图显示了根据本发明的太阳能集中器1的实施方案的实例。太阳能集中器1包括光射入（表）面2和坯模制造的光射出（表）面3以及位于光射入面2和光射出面3之间并且在光射出面3的方向上逐渐变细的光导向（通道）部4。附图标记5表示光导向部表面，其在光射入面2和光射出面3之间限定光导向部4。在此，光导向部表面5合并到（过渡到或经历过渡进入）——正如在图2中更详细表示的——带有弯曲段8的光射出面3中，弯曲段8的曲率半径是大约0.1mm。在有利的实施方案中，凸起的光射出面3以大于30mm的曲率半径弯曲，以使得其分别偏离理想平面和光射出面30的轮廓偏差31的最大值总计小于100μm。在实施方案的本实例中，凸起的光射出面3凸起地弯曲以使得其偏离理想平面和光射出面30的轮廓偏差31的最大值总计小于100μm。在光射入面2和光导向部表面5之间，太阳能集中器1包括支撑框架6，其具有坯模制造的外部边缘61，其中表面5是光导向部表面5，其借助于成凹形弯曲的（坯模制造的）过渡区域65（曲率半径=1.5mm）经历过渡进入支撑框架5（正确解读：6）中。
图3显示了太阳能集中器1的俯视图，图4根据图3的截面线A-A通过截面示意图显示了太阳能集中器，图5显示了太阳能集中器1的底视图。在太阳能集中器1的上部，太阳能集中器1包括光导向部表面5的多个凹陷91。在此，凹陷向上延伸到支撑框架6。光导向部表面5及其横截面曲线在凹陷91的区域中分别包括拐点92。
图6显示了包括根据本发明的太阳能集中器1的太阳能模块40的实施方案的实例。太阳能模块40包括散热器或冷却体41，其上布置着光伏元件42和太阳能集中器1的保持装置44。借助于粘合材料层43将光射出面3连接到光伏元件42。太阳能模块40进一步包括被设计为菲涅耳透镜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分别被布置和构形和提供为次级太阳能集中器。由光射入面2提供到太阳能集中器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。

Claims (17)

1.一种太阳能集中器（1），其具有由透明材料制成的实心主体，该太阳能集中器包括光射入面（2）和光射出面（3），其中该实心主体包括布置在光射入面（2）和光射出面（3）之间并且特别地在光射出面（3）的方向上逐渐变细的光导向部（4），该光导向部（4）被光射入面（2）和光射出面（3）之间的光导向部表面（5）限定，其特征在于光导向部表面（5）包括至少一个凹陷（91）。
2.根据权利要求1所述的太阳能集中器（1），其特征在于光导向部表面（5）包括至少两个分开的凹陷（91）。
3.根据权利要求2所述的太阳能集中器（1），其特征在于光导向部表面（5）包括至少四个分开的凹陷（91）。
4.根据权利要求1、2或3所述的太阳能集中器（1），其特征在于一个/多个凹陷（91）布置在光导向部表面（5）的面向光射入面（2）的那半个部分中。
5.根据任何一项前述权利要求所述的太阳能集中器（1），其特征在于一个/多个凹陷（91）独占地布置在光导向部表面（5）的面向光射入面（2）的那半个部分中。
6.根据任何一项前述权利要求所述的太阳能集中器（1），其特征在于一个/多个凹陷（91）布置在光导向部表面（5）的面向光射入面（2）的那三分之一部分中。
7.根据任何一项前述权利要求所述的太阳能集中器（1），其特征在于一个/多个凹陷（91）在光导向部表面（5）的方向上扩大。
8.根据任何一项前述权利要求所述的太阳能集中器（1），其特征在于一个/多个凹陷（91）包括连续成凹形弯曲的截面。
9.根据任何一项前述权利要求所述的太阳能集中器（1），其特征在于实心主体包括位于光射入面（2）和光导向部（4）之间的支撑框架（6）。
10.根据权利要求9所述的太阳能集中器（1），其特征在于光导向部（4）借助于成凹形弯曲的过渡区域（65）经历过渡进入支撑框架（6）中。
11.根据权利要求9所述的太阳能集中器（1），其特征在于光导向部表面（5）借助于成凹形弯曲的过渡区域（65）经历过渡进入支撑框架（6）中。
12.根据权利要求9所述的太阳能集中器（1），其特征在于实心主体包括在光导向部（4）和支撑框架（6）之间的成凹形弯曲的过渡区域（65）。
13.一种太阳能集中器（1），其具有由透明材料制成的实心主体，该太阳能集中器包括光射入面（2）和光射出面（3），其中实心主体包括布置在光射入面（2）和光射出面（3）之间并且特别地在光射出面（3）的方向上逐渐变细的光导向部（4），该光导向部（4）被光射入面（2）和光射出面（3）之间的光导向部表面（5）限定，和其中实心主体包括位于光射入面（2）和光导向部（4）之间的支撑框架（6），其特征在于光导向部（4）借助于成凹形弯曲的过渡区域（65）经历过渡进入支撑框架（6）中，光导向部表面（5）借助于成凹形弯曲的过渡区域（65）经历过渡进入支撑框架（6）中，和/或实心主体包括在光导向部（4）和支撑框架（6）之间的成凹形弯曲的过渡区域（65）。
14.根据权利要求10到13中任何一项所述的太阳能集中器（1），其特征在于过渡区域（65）的成凹形弯曲段以至少0.3mm，特别地至少0.5mm，的曲率半径弯曲。
15.根据权利要求10到14中任何一项所述的太阳能集中器（1），其特征在于过渡区域（65）的成凹形弯曲段以至多2mm的曲率半径弯曲。
16.一种太阳能模块，其特征在于根据任何一项前述权利要求中所述的太阳能集中器（1）利用其光射出面（3）连接到光伏元件（42）和/或面向光伏元件（42）。
17.一种产生电能的方法，其特征在于使太阳光进入根据权利要求16的太阳能模块的太阳能集中器（1）的光射入面（2）。
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