CN105051452A - 太阳光聚集和获取装置 - Google Patents

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Abstract

用于聚集和获取太阳光的装置，该装置包括：一个具有刚性层的板(12)，该刚性层在其上具有一个图案化的电路(30)。一个太阳光聚集和获取单元的阵列，每个单元由至少一个刚性元件和该刚性层的一部分形成；并且包括：一个刚性光学聚集元件(50)、一个夹在该板内的光伏电池(24)用于将太阳光转化成电能、以及一个导电体(30)。该导电体是用于该光伏电池的主要散热器，该光伏电池主要通过传导冷却。将该导电体和该光学聚集元件确定尺寸并且安排在该单元内这样使得该导电体不实质地阻碍太阳光传输至该光伏电池。该导电体将从该光伏电池接收的电能和热能传输远离该单元。

Description

太阳光聚集和获取装置
交叉引用
本申请要求于2013年3月15日提交的、标题为“聚光光伏板”的美国临时专利申请号61/798,205的优先权，出于所有的目的将此申请的全部内容通过引用结合在此。本申请还要求于2014年3月4日提交的以下申请的优先权或权益：美国专利申请号14/196,523；14/196,291和14/196,618；美国临时专利申请号61/948,020；以及国际专利申请号PCT/CA2014/050168和PCT/CA2014/000167。本申请还要求于2014年3月17日提交的以下申请的权益：美国专利申请号14/215,913。
技术领域
本发明涉及用于聚集和获取太阳光的装置。
背景技术
由于获取太阳能的一种方式是使用聚光太阳能发电系统如聚光光伏系统，其采用光学部件将太阳能聚集(有时在很大程度上)到光伏电池上。近几年已经开发了用于聚集太阳能的紧凑的光学系统和部件。这些设计中的一些包括一个二级太阳能集中器或收集器，其中一个光聚焦层光学地耦合到一个光改向层上。该改向层包括一个导光件(light-guide)，该导光件通过全内反射以几乎没有能量损失地将太阳光在其内侧向地引导至太阳能收集器。若干实例示于美国专利申请公开号2012/0019942中，标题为“导光太阳能电池板和其制作方法”，其转让给本申请的申请人。
聚光光伏系统的困难之一是相对大量的热(热能)在光伏电池处产生，这些热可能降低通过该电池的光至电转化的效率，并且应该在装置的运行过程中从该电池中去除。为了将此热从该电池中转移出去，常规的聚光光伏系统典型地使该光伏电池位于装置的外表面上，附有大的散热器。虽然此类设计对于它们的预期目的是足够的，但是此方面的改进可能是令人希望的。
发明内容
本发明技术的一个目的是改善在常规的聚光光伏系统中存在的不方便中的至少一种，或以其他方式它是以上描述的不方便之一。
在一个方面中，本发明技术的实施例提供了一种用于聚集和获取太阳光的装置，该装置包括：
一个具有至少一个刚性层的板，该至少一个刚性层在其上具有至少一个图案化的电路；
一个太阳光聚集和获取单元的阵列，每个单元由至少一个刚性元件和该至少一个刚性层的一部分形成，每个单元包括：
一个刚性光学聚集元件，该刚性光学聚集元件固定到该至少一个刚性层上用于聚集由该单元接收的太阳光，
一个光伏电池，该光伏电池固定到该至少一个刚性层上并且夹在该板内用于将聚集的太阳光转化成电能，以及
一个与该光伏电池处于电连通以便接收自其的电能的导电体，该导电体与该光伏电池处于热连通以便接收自其的热能，该导电体是用于该光伏电池的主要的散热器，该光伏电池主要通过传导冷却；
将每个单元的导电体和光学聚集元件确定尺寸并且安排在该单元内这样使得该导电体不实质地阻碍在该单元内由该单元接收的太阳光传输至该光伏电池；
该导电体至少与该图案化的电路电互连且热互连以便传输从该光伏电池接收的电能和热能远离该单元。
在本说明书的上下文中，术语“刚性”应该理解为是指一种“刚性”结构是总体上在正常运行条件下靠自身维持其形状，而不要求外力(如由一种加压的气体产生的那些)来这样做的一种结构。然而，“刚性”在本发明上下文中不指所讨论的结构是完全非柔性的；因为稍微柔性的或可膨胀的并且在弯曲(和/或膨胀)后回到其原尺寸和形状的结构包括在本发明上下文中的“刚性”的定义内。
在本说明书的上下文中，“图案化”的电路应该理解为是不具有随机布局的电路。在一些实施例中，该图案化的电路包括具有重复设计的部分。
在本说明书的上下文中，两个元件可以按照任何数目的不同方式“固定”在一起。例如，此类元件可以彼此粘合(不管是永久地或可释放地)，通过一起形成在一个单一的物理元件中，通过经由其他元件一个相对于另一个地保持在适当地方等。
在本说明书的上下文中，导电体被认为是用于光伏电池的主要的散热器(当在装置的正常运行条件下时)，与经由该装置的任何其他元件相比，经由直接传导转移远离该光伏电池的更大量的热能经由该导电体转移走。
在本说明书的上下文中，光伏电池被认为主要通过传导冷却(当装置在正常运行条件下时)，与经由直接对流或直接辐射相比，更多的热能经由直接传导转移远离该光伏电池。
在本说明书的上下文中，当电可以在两个元件之间通过时，不管是直接地或是间接地，这两个元件是电互连的。因此，例如，两个元件可以经由其彼此的直接物理连接或经由其直接物理连接到一个第三元件上等进行电互连。
在本说明书的上下文，当热能可以经由传导直接地或间接地通过一个第三元件在两个元件之间转移时，这两个元件是热互连的。
在一些实施例中，该光伏电池夹在该至少一个刚性层与该刚性光学聚集元件之间。
在一些实施例中，每个单元的光学聚集元件是一系列光学聚集元件。在一些这样的实施例中，每个单元的光学聚集元件是一系列同心的环形的光学聚集元件。
在一些实施例中，多个单元的这些刚性光学聚集元件都是一个单一刚性层的一部分，该单一刚性层不同于在其上具有该至少一个图案化的电路的该至少一个刚性层。
在一些实施例中，将每个单元的导电体和光学聚集元件确定尺寸并且安排在该单元内这样使得该导电体阻碍在该单元内由该单元接收的太阳光的不大于20％传输至该光伏电池。
在一些实施例中，该阵列的每个单元进一步包括一个刚性光学改向元件(固定到该至少一个刚性层上)用于改向由该单元接收的太阳光；并且将每个单元的导电体、光学聚集元件、以及光学改向元件确定尺寸并且安排在该单元内这样使得该导电体不实质地阻碍在该单元内由该单元接收的太阳光传输至该光伏电池。
在一些实施例中，该光伏电池夹在该至少一个刚性层与该刚性光学聚集元件之间。
在一些实施例中，该光伏电池夹在该至少一个刚性层与该刚性光学改向元件之间。
在一些实施例中，每个单元的光学改向元件是一系列光学改向元件。
在一些实施例中，每个单元的光学聚集元件是一系列光学聚集元件；并且每个单元的光学改向元件是一系列光学改向元件。
在一些实施例中，每个单元的光学聚集元件是一系列同心的环形的光学聚集元件；并且每个单元的光学改向元件是一系列同心的环形的光学改向元件。
在一些实施例中，多个单元的这些刚性光学聚集元件都是一个单一刚性层的一部分，该单一刚性层不同于在其上具有该至少一个图案化的电路的该至少一个刚性层；并且多个单元的这些刚性光学改向元件都是一个第二单一刚性层的一部分，该第二单一刚性层不同于在其上具有该至少一个图案化的电路的该至少一个刚性层和该第一单一刚性层。
在一些实施例中，该刚性光学改向元件将光改向到一个导光件内用于传输至该光伏电池。
在一些实施例中，该导光件具有一个次级光学元件用于在该导光件内使光改向。
在一些实施例中，将每个单元的导电体、光学聚集元件、和光学改向元件确定尺寸并且安排在该单元内这样使得该导电体阻碍在该单元内由该单元接收的太阳光的不大于20％传输至该光伏电池。
在一些实施例中，该光伏电池是至少部分地包封在一个绝热体中。
在一些实施例中，该导电体是该图案化的电路的一部分。在其他实施例中，该导电体是与该图案化的电路不同的一个元件。
在另一个方面中，本发明技术的实施例提供了一种用于聚集和获取太阳光的装置，该装置包括：
一个具有粘合在一起的多个刚性层的板；
一个由该板的该多个层形成的太阳光聚集和获取单元的阵列，该太阳光聚集和获取单元阵列中的每一个包括：
一系列光学聚集元件，这些光学聚集元件与该多个层的这些层之一的一个第一表面相关联、用于聚集由该单元接收的太阳光；
一系列光学改向元件，这些光学改向元件与该多个层的这些层之一的一个第二表面相关联、用于改向由该单元接收的太阳光；
一个光伏电池，该光伏电池夹在该多个层的这些层中的两个之间、用于将聚集和改向的太阳光转化成电能；
该多个层的这些层之一具有一个与该光伏电池处于电连通以便接收自其的电能的导电体，该导电体与该光伏电池处于热连通以便接收自其的热能，该导电体是用于该光伏电池的主要的散热器，该光伏电池主要通过传导冷却；
将该导电体、该系列光学聚集元件以及该系列光学改向元件确定尺寸并且安排在该单元内这样使得该导电体不实质地阻碍在该单元内由该单元接收的太阳光传输至该光伏电池；
该多个层的这些层之一具有一个图案化的电路，该图案化的电路与这些单元中的至少一些的光伏电池电互连且热互连以便接收自其的电能和热能以传输远离这些单元。
在一些实施例中，将该系列光学聚集元件形成在该第一表面上；并且将该系列光学改向元件形成在该第二表面上。
在一些实施例中，将每个单元的导电体、光学聚集元件、和光学改向元件确定尺寸并且安排在该单元内这样使得该导电体阻碍在该单元内由该单元接收的太阳光的不大于20％传输至该光伏电池。
在一个方面中，本发明技术的实施例提供了一种聚光光伏板，该聚光光伏板包括：
●一个接收器衬底组件，包括：
○一个透光材料的刚性薄片，该刚性薄片具有一个第一表面、一个与该第一表面相反的第二表面、以及一个附接到该第一表面上的导体图案；以及
○附连到该刚性薄片上的至少一个接收器组件，每个接收器组件包括一个与该导体图案处于电连通的光伏电池；
●至少一个附接到该接收器衬底组件上并且由该接收器衬底组件支撑的导光光学器件，每个导光光学器件与该至少一个接收器组件中的一个相关联的接收器组件的光伏电池处于光联通用于引导经由该接收器衬底组件接收的光朝向所述光伏电池。
在一些实施例中，该至少一个导光光学器件附接到该接收器衬底组件的第一表面上并且由该第一表面支撑。
在一些实施例中，该聚光光伏板进一步包括至少一个附接到该接收器衬底组件的第二表面上并且由该第二表面支撑的聚焦光学器件，每个聚焦光学器件与该至少一个导光光学器件之一相关联并且处于光连通，每个聚焦光学器件包括至少一个聚焦元件用于与该导光光学器件协同运行。
在一些实施例中，每个导光光学器件包括至少一个反射表面用于引导经由该接收器衬底组件接收的光朝向该相关联的接收器组件的光伏电池。
在一些实施例中，该至少一个聚焦元件包括一个透镜。
在一些实施例中，该金属化图案包括两个或更多个汇流条。
在一些实施例中，该刚性薄片的透光材料是一种热绝缘材料。
在一些实施例中，该刚性薄片的透光材料是玻璃。
在一些实施例中，该刚性薄片的第一和第二表面是平坦的并且彼此平行的。
在一些实施例中，该导光光学器件由一种与该刚性薄片不同的材料制成。
在一些实施例中，该导光光学器件由聚(甲基)丙烯酸甲酯制成。
在一些实施例中，该聚焦光学器件由一种与该刚性薄片不同的材料制成。
在一些实施例中，该聚焦光学器件由聚(甲基)丙烯酸甲酯制成。
在一些实施例中，将该至少一个导光光学器件和该至少一个聚焦光学器件中的至少一个3D印刷到该刚性薄片上。
在一些实施例中，该导体图案包括至少两个汇流条和多条互连迹线，这些互连迹线用于将该至少一个接收器组件电连接到这些汇流条上。
在一些实施例中，该导体图案包括一个散热器部分。
在一些实施例中，该散热器部分包括一个正半部分和一个负半部分，每一半部分包括通过一条互连迹线互连的多个呈圆弧形状的臂和一个终点。
在一些实施例中，该导体图案被金属化到该第一表面上。
在一些实施例中，该导体图案由一个导电材料薄片形成。
在一些实施例中，将该导体图案布置在该刚性薄片与该导光光学器件和该聚焦光学器件之一之间，并且将该散热器部分成形并且定位以便避免阻塞光从该聚焦光学器件传输到该导光光学器件的这些反射表面上。
在另一个方面中，本发明技术的实施例提供了一种太阳能电池板，该太阳能电池板包括：
至少一个玻璃薄片，该玻璃薄片具有一个顶面和一个底面；以及
多个连接到该至少一个玻璃薄片上的光学单元，每个光学单元包括：
一个附接到该至少一个玻璃薄片的顶面上的第一光学元件，
一个附接到该至少一个玻璃薄片的底面上的第二光学元件，
一个光伏电池，以及
连接到该光伏电池上的电连接器，
该光伏电池和这些电连接器夹在该光学单元的其他元件之间。
在另一个方面中，本发明技术的实施例提供了一种太阳能聚集光学单元，该太阳能聚集光学单元包括：
一个透明衬底，该透明衬底具有一个顶面和一个底面；
一个附接到该透明衬底的顶面上的第一光学元件，该第一光学元件具有多个透镜用于聚集进入的太阳光这样使得该太阳光随着它传输穿过该透明衬底开始聚焦；
一个附接到该透明衬底的底面上的第二光学元件，该第二光学元件具有多个第一反射器用于反射已经通过该第一光学元件的这些透镜之一聚集的太阳光；
一个第二反射器用于接收从这些第一反射器反射的光，该第二反射器将光朝向该透明衬底的底面朝向焦点反射；
一个邻近该焦点的光伏电池用于接收来自该第二反射器的光，该光伏电池背向该透明衬底的底面。
本发明技术的实施例各自具有以上提及的目的和/或方面中的至少一项，但不一定具有所有目的和/或方面。应当理解，已经从尝试获得以上提及的目的产生的本发明技术的某些方面可能不满足此目的和/或可能满足在此没有具体列举的其他目的。
根据以下描述、附图和所附的权利要求，本发明技术的实施例的附加和/或可替代特征、方面和优点将变得显而易见。
附图说明
为了更好地理解本发明技术，以及本发明技术的其他方面和进一步的特征，参考以下结合附图使用的描述，其中：
图1是常规(现有技术)光伏板的透视图；
图2是包括本发明技术的聚光光伏板实施例的后透视图；
图3是图2的聚光光伏板的聚光光伏板器件的分解透视图；
图4是接收器衬底组件的实施例的平面图；
图5是图4的接收器衬底组件的一部分的详细视图；
图6是具有两个接收器组件阵列的接收器衬底组件的替代实施例的后平面图；
图7A是接收器衬底组件的散热器部分的实施例的透视图；
图7B是接收器衬底组件的散热器部分的另一个实施例的透视图；
图8A是接收器衬底组件的散热器部分的另一个实施例的透视图；
图8B是包括图8A的散热器部分的电池接收器组件的透视图；
图8C是包括图8A的散热器部分的光学单元实施例的分解图；
图9是具有弯曲的导光光学器件的光学单元实施例的横截面图；
图10是具有一个聚焦光学器件和一个导光光学器件的光学单元实施例的横截面图，并且该聚焦光学器件将光直接反射到一个调节表面；
图11是光学单元实施例的横截面图，在该光学单元中该导光光学器件具有以三条不同路径反射光的反射表面；
图12是光学单元另一个实施例的横截面图，在该光学单元中该导光光学器件具有以三条不同路径反射光的反射表面；
图13是其中该导光光学器件包括第三反射器的光学单元实施例的横截面图；
图14是其中该导光光学器件包括第三反射器的光学单元另一个实施例的横截面图；
图15是在该接收器衬底组件与该导光光学器件之间具有一个改向光学器件的光学单元实施例的横截面图；
图16是其中该导光光学器件具有第三反射器的光学单元另一个实施例的横截面图；
图17是其中该导光光学器件包括透镜的光学单元实施例的横截面图；
图18是在该第二表面或该刚性薄片上具有接收器组件的光学单元实施例的横截面图；
图19是在该第二表面或该刚性薄片上具有接收器组件的光学单元另一个实施例的横截面图；
图20是在该接收器衬底组件与该导光光学器件之间具有一个改向光学器件的光学单元另一个实施例的横截面图；
图21是其中该导光光学器件具有聚焦部分和引导部分的光学单元实施例的横截面图；
图22是其中该导光件具有三种台阶的光学单元实施例的横截面图；
图23是其中该聚焦光学器件具有透镜和改向表面的光学单元实施例的横截面图；
图24A和24B示出光学单元实施例的横截面图，该光学单元通过散热器部分中的间隙传输光，并且其中该导光光学器件具有一个改向部分和一个引导部分；
图24C是图24A和24B的导光光学器件和外壳(envelope)的分解图；
图25是光学单元另一个实施例的横截面图，该光学单元通过散热器部分中的间隙传输光，并且其中该导光光学器件具有一个改向部分和一个引导部分；
图26是光学单元另一个实施例的横截面图，该光学单元通过散热器部分中的间隙传输光，并且其中该导光光学器件具有一个改向部分和一个引导部分；并且
图27是光学单元另一个实施例的透视图。
具体实施方式
图2是本发明技术的聚光光伏(CPV)板2(用于聚集和获取太阳光的装置)的实施例的后透视图。在此实施例中，CPV板2具有一个接收器衬底组件10、附接到接收器衬底组件10上的导光光学器件40、附接到接收器衬底组件10上的聚焦光学器件50(示于图3中)(在此统称为“CPV板器件”6)，一个板框架4和一个接线盒38(在其他实施例中，该CPV板的结构可能不同。例如，在其他实施例中，这些聚焦光学器件50可能不存在)。在此实施例中，使得CPV板2具有与常规的非-聚光光伏板100(如图1中示出的那个)的那些类似的尺寸，并且由此在适合的部署中用作替代产品(例如，可能替代安装在跟踪器上的常规的光伏板)。不要求情况就是这样，并且在其他实施例中，CPV板可能具有不同的尺寸。
在此实施例中，接收器衬底组件10包括一个透光材料的刚性薄片12，该刚性薄片具有附连于其上的一个导体图案30(包括图案化的电路)和接收器组件20。刚性薄片12具有一个第一表面14和一个与第一表面14相反的第二表面16。将每一个接收器组件20附接到该刚性薄片12的第一表面14上并且电连接到导体图案30上。例如，可以用一种导电环氧树脂将每一个接收器组件20在粘合位点26处粘合到刚性薄片12上，这可以允许在组装过程中以单步附接到该刚性薄片12上和电连接到导体图案30上。可替代地，每个接收器组件20的正和负触点可以焊接到导体图案30上。在又其他实施例中，每个接收器组件20的正或负触点之一可以焊接到或用导电环氧树脂粘合到导体图案30上，而另一个触点通过引线接合、弹簧夹紧或本领域中已知的任何其他手段电连接到导体图案30上。
导体图案30在这些接收器组件20与接线盒38之间提供电通路。在图3、4和5中展示的实施例中，导体图案30包括一个正汇流条34、一个负汇流条36和多条互连迹线32，这些迹线直接或间接地将每个接收器组件20连接到汇流条34、36上。在图4的实施例中，导体图案30平行地电连接22串16个串联连接的接收器组件20。在其他实施例中，导体图案30可以设计为向接收器组件20的两个或更多个阵列60提供电通路。如在图6中所示，导体图案30可以包括两个半部分30a、30b，这两个半部分各自提供接收器组件20的阵列60到接线盒38的电通路。如本领域的普通技术人员将会理解的，不同于在此示出和/或描述的那些的图案可以用于适应具体应用。
导体图案30由导电金属如银或铜形成。导体图案30可以通过任何适合的金属化方法(可以例如包括溅射、电镀或丝网印刷厚膜)施用到刚性薄片12的第一表面14上。可替代地，导体如线、带和/或箔，可以使用一种粘合剂如环氧树脂和/或通过将这些导体焊接到刚性薄片12上的金属镀层(例如，金属化的点)上附接到该刚性薄片12上。
不像常规的太阳能集中器，导体图案30夹在板2内(例如，在一些实施例中，夹在刚性薄片12与或者导光光学器件40或者聚焦光学器件50之间)。
导体图案30还可以通过使在光伏电池24处产生的热经由传导扩散离开光伏电池24用作散热器，该热通过刚性薄片12和导光光学器件40消散。当光学单元8(包括导光光学器件40、光伏电池24和，当存在时，聚焦光学器件50)是足够小时，导体图案30的互连迹线32可以能够足够快地使热从光伏电池24消散以便使光伏电池24保持足够冷以有效地运行。然而，对于更大的光学单元8，这些互连迹线32可能不足以冷却光伏电池24。具有电连接且热连接到这些互连迹线32上的散热器部分70的更精细的导体图案30因此可以用于冷却更大的光学单元8。光学单元8越大，所需要的导体图案30的表面面积越大。
图7A和7B示出了导体图案30的基本上平坦的散热器部分70a、70b。散热器部分70a具有一个正半部分和一个负半部分。该正半部分包括正终点72、正臂76以及电连接且热连接正终点72和正臂76的互连迹线32。该负半部分包括负终点74、负臂78以及电连接且热连接负终点74和负臂78的互连迹线32。将正终点72布置成接近负终点74以便允许它们与接收组件20的正和负触点连接(例如，通过焊接)。从散热器部分70a延伸的互连迹线32将一个散热器部分70a的正半部分电连接到该串的下一个散热器部分70a的负半部分或汇流条34、36。在臂76、78之间提供间隙80以便有助于热消散和允许光通过聚焦光学器件50穿过其中聚焦到导光光学器件40中。散热器部分70a设计为允许光以很少的遮蔽从聚焦光学器件50传输到导光光学器件40。在图7A中展示的散热器部分70a允许来自聚焦光学器件50的同心透镜(例如环形透镜)的光穿过间隙80、穿过刚性薄片12并且进入导光光学器件40，仅被这些互连迹线32遮蔽。散热器部分70b可以按比例缩放以便通过增加正和负臂76、78的数目来容纳更大的光学单元8，如图7B中所示。此类散热器部分70a、70b可以金属化到刚性薄片12上或由导电材料(常用于制作电路板)如导电金属(例如，铜、金或铝)和负载有导电材料的聚合物的薄片或箔冲压并且粘附到刚性薄片12上。
在另一个实施例中，散热器部分70可以具有一个或多个翼片82、84，这些翼片从刚性薄片12的第一表面14向外延伸。图8A-8C示出散热器部分90a、90b，其具有正臂76、负臂78、正终点72和负终点74，所有这些抵靠该刚性薄片都平放。抵靠刚性薄片12平放的这些部分可以金属化到刚性薄片12上或可以用一种粘合剂附接到刚性薄片12上或焊接到刚性薄片12上的金属镀层上。该散热器部分进一步具有一个正翼片82和一个负翼片84，这些翼片在所示出的实施例中，附接到抵靠刚性薄片12平放的那些部分上或从那些部分垂直地延伸。
图8A中示出的散热器部分90a可以冲压(对于导电材料的单片)并且弯曲或折叠以便形成功能散热器部分90a。可替代地，散热器部分90a的正半部分和负半部分各自可以一体地形成，例如通过3D打印到刚性薄片12上或模制散热器部分90a的每一个半部分并且用一种粘合剂将其附接到刚性薄片12上或通过焊接到刚性薄片12上的金属镀层上。
在图8B的实施例中，将散热器部分90b的正臂76和负臂78更密集地封装，从而增加于其上可以消散热的表面面积。图8B还展示了正臂76、负臂78、正终点72和负终点74如何抵靠刚性薄片12平放并且正翼片82和负翼片84如何从抵靠刚性薄片12平放的那些部分垂直地延伸。此散热器部分90b不能从导电材料的单片冲压。相反，抵靠刚性薄片12平放的零件可以金属化到刚性薄片12上或从导电材料的薄片冲压或以其他方式形成并且粘合到刚性薄片12上，而这些正和负翼片82、84必须单独地由导电材料薄片冲压或以其他方式形成并且焊接或用一种导电导热粘合剂附接到相对于该抵靠刚性薄片12平放的那些部分上。可替代地，散热器部分90b的正半部分和负半部分各自可以一体地形成，例如通过3D打印到刚性薄片12上或模制散热器部分90b的每一个半部分并且将其附接到刚性薄片12上。如在图8B中所示的，接收器组件20可以跨越正终点72和负终点74安装用于与正终点72和负终点74连接。正翼片82和负翼片84可以具有弯折部分82p、84n以便容纳接收器组件20。这些弯折部分82p、84n应该具有距离刚性薄片的足够低的高度以便不妨碍光从导光光学器件40传输到光伏电池24。正翼片82与这些正臂76和正终点72电互连且热互连。类似地，负翼片84与这些负臂78和负终点74电互连且热互连。如在图8C中所示的，导光光学器件40可以提供有凹槽86以便容纳翼片82、84。使用此类翼片82、84可能减少遮蔽同时增加用于消散热的表面面积，并且有助于导光光学器件40与接收器组件20以及由此光伏电池24的对准。
导体图案30可以附加地或可替代地用作和/或包括对准标记以便有助于组装CPV板器件6。对准标记可以，例如是金属化的点(未示出)。对准标记可以，例如有助于粘合位点26的定位，该粘合剂用于分配粘合剂以将这些接收器组件20附接到刚性薄片12上并且将这些接收器组件20安置在刚性薄片12上。对准标记还可以有助于每个光学单元8的导光光学器件40和接收器组件20(更具体地，光伏电池24)的对准。当光学8包括一个聚焦光学器件50用于将光射入导光光学器件40以便由此引导朝向光伏电池24时，对准标记可以有助于聚焦光学器件50与单元导光光学器件40的对准。
每个接收器组件20包括一个光伏电池24用于将聚集的太阳光转化成电。每个光伏电池24可以安装到接收器组件20的接收器衬底22上并且与导体图案30处于电连通。
光伏电池24可以是高效率光伏电池，如多结太阳能电池。例如，光伏电池24可以是GaInP/GaInAs/GeIII-V三结太阳能电池。
接收器组件20还可以包括一个旁路二极管(未示出)以便防止串联连接的一串接收器组件20的失效，由于失效，遮蔽或可能导致这些串联连接的接收器组件20之一进入开路状态的任何其他问题。可替代地，该旁路二极管可以与接收器组件20分开并且可以直接电连接到互连迹线32上(例如通过将该旁路二极管焊接到这些互连迹线中的一个间断部的每个端部)。
接收器衬底22提供一种介质，在其上可以建立在接收器组件20的电部件(包括光伏电池24和，如果存在的话，旁路二极管)与导体图案30之间的电连接。接收器组件20的电部件可以焊接到接收器衬底22上的导体上以便形成电连接。接收器衬底22可以是表面安装衬底，在该衬底的背面(即，与光伏电池24安装到其上的表面相反的衬底表面)上具有正和负触点用于电连接到导体图案30上。
导光光学器件40由一种透光材料制成并且引导经由刚性薄片12接收的光基本上侧向地朝向它们的关联的光伏电池24。每个导光光学器件40具有一个中轴线和围绕中轴线44的旋转对称。由导光光学器件40通过至少一个反射表面42上的至少一次反射引导光。在该至少一个反射表面42上的至少一次反射可以是表面(与具有比导光光学器件40更低的折射率的材料接合)上的全内反射、导光光学器件40的镜面涂覆表面上的反射或其组合。一个或多个反射表面42可以形成围绕中轴线44的同心环，其一个实例示于图3中。
每个聚焦光学器件50由透光材料制成并且引导光朝向关联的导光光学器件40的一个或多个反射表面42。使用聚焦光学器件50因此可以允许比在其他情况下将可能的更薄的CPV板器件6。
可以用于形成刚性薄片12、导光光学器件40和/或聚焦光学器件50的透光材料的非限制实例包括玻璃、透光聚合物材料如刚性的、注塑模制的聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚甲基甲基丙烯酰亚胺(PMMI)、聚碳酸酯、环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)、聚四氟乙烯(PTFE)、或这些材料的组合。例如，刚性薄片12可以是玻璃薄片，并且导光光学器件40和聚焦光学器件50可以由PMMA制成。可替代地，导光光学器件40和/或聚焦光学器件50可以由硅酮橡胶如当固化时具有至少20的肖氏A硬度的硅酮制成。每个导光光学器件40和聚焦光学器件50附接到接收器衬底组件10上可以通过用一种光学粘合剂、激光焊接(当刚性薄片12和导光光学器件40以及聚焦光学器件由聚合物制成时)或本领域中已知的任何其他手段将光学器件40、50光学地结合到接收器衬底组件10上实现。作为举例，如果导光光学器件40和聚焦光学器件50由聚合物材料制成，则可以使用一种光学粘合剂如硅酮将它们光学地粘合到玻璃刚性薄片12上。可替代地，导光光学器件40和聚焦光学器件50可以被直接3D印刷到玻璃刚性薄片12上，或接收器衬底组件10的表面可以涂覆有一种聚合物，如硅酮橡胶，并且聚合物导光光学器件40和聚焦光学器件50可以被3D印刷到其上的。
尽管图2和3示出了环形的导光光学器件40和环形的聚焦光学器件50，导光光学器件40和/或单元聚焦光学器件50可以剪裁成可平铺的(tileable)形状如正方形或六边形以便消除光学8之间的死区。
图9是光学单元108的截面图，该光学单元具有光学地粘合到接收器衬底组件10的第一表面14上的抛物线型的导光光学器件140。在此实施例中，光11，典型地来自太阳，以基本上垂直于第二表面16的角度撞击在刚性薄片12上。光11传输穿过刚性薄片12，穿过第一表面14离开进入导光光学器件140中。反射表面142可以是抛物线形状的并且具有一个镜面涂层148以便将撞击到其上的光朝向抛物线的焦点反射，在该焦点处可以放置一个光伏电池24以便将光11转化成电。可以用于镜面涂层148的材料的非限制性实例是金属如铝或银，或一种电介质。
在一些实施例中，一个电池外壳21可以围绕典型地光学单元108的最热部分的光伏电池24，并且起到热绝缘作用以便保护导光光学器件40的材料的物理完整性。当接收器组件20附接到由玻璃制成的刚性薄片12上，并且导光光学器件由聚合物如PMMA制成时，可能仅必要的是在面对导光光学器件40的侧面上提供围绕光伏电池24的电池外壳21。外壳电池21可以是隔热材料，例如聚合物如硅酮或玻璃的圆顶(例如半球)。导光光学器件40因此可以包括腔体45，该腔体形状上与电池21互补以便容纳外壳电池外壳21。可替代地，电池21可以填充有一种气体如由外壳腔体45包含的空气。电池外壳21和腔体45(使导光光学器件140与在光伏电池24处产生的热热绝缘)的实例示于图9中。
图10是光学208的截面图，该光学单元包括光学地粘合到接收器衬底组件10的第二表面16上的一个聚焦光学器件250，和光学地粘合到单元接收器衬底组件10的第一表面14上的一个导光光学器件240。在此实施例中，聚焦光学器件250由多个彼此邻近的透镜形成并且具有围绕中轴线44的旋转对称。透镜52因此可以形成围绕中轴线44的同心环。尽管图10示出了在单元中轴线44的任意一侧具有三个透镜52的聚焦光学器件250，更多或更少的透镜可以使用，取决于光学8和所使用的材料的尺寸。
导光光学器件240是阶梯形的并且横截面基本上是楔形的，具有通过阶梯表面246隔开的多个反射表面242。将一个反射表面242定位靠近每个透镜52的焦点，这样使得撞击在透镜52的表面54上的基本上所有的太阳光11通过透镜52朝向反射表面242聚焦。聚焦的光13传输穿过聚焦光学器件250的透光体251，穿过刚性薄片12并且穿过导光光学器件240的透光体241至反射表面246。当导体图案30包括散热器部分(未示出)时，这些透镜52使光13聚焦通过散热器部分70a、70b、90a、90b的间隙80。聚焦的光13可以被这些反射表面242通过全内反射进行反射或，当这些反射表面242是镜面涂覆的时，通过镜面反射进行反射。反射光15在导光光学器件240的透光体241内朝向调节表面243传输，该调节表面可以横截面是抛物线型断面并且使反射光15朝向光伏电池24反射。反射光15可以被调节表面243通过全内反射进行反射，或，当调节表面243是镜面涂覆的时，通过镜面反射进行反射。已经被调节表面243反射的聚集的光17的路径朝向该抛物线的焦点聚焦，但是被将聚集的光17转化成电的光伏电池24拦截。
在具有多个反射表面242的实施例中，每个反射表面242可以与其他的反射表面是相同的，这样使得在单元光学208内的基本上所有的光总体上以相同的方向朝向调节表面243传输，即可以使该光准直，如图10中所示。可替代地，这些反射表面242可以彼此不同，这样使得一个反射表面或一组反射表面以同一方向反射光，并且另一个反射表面或另一组反射表面以另一个方向或另一些方向反射光。
如在图11和12中所示，光学单元308、408可以包括聚焦光学器件250、接收器衬底组件10、低折射率膜9和导光光学器件340、440。低折射率膜9具有比透光体341、441更低的折射率。低折射率膜材料的实例是一个低折射率聚合物或聚四氟乙烯(特氟隆)的层，其可以沉积到刚性薄片12的第一表面14上。聚焦的光13传输穿过聚焦光学器件250的透光体251，穿过刚性薄片12，穿过低折射率膜9并且穿过透光体341、441并且到反射表面342a、342b、342c上。
在此实施例中，这些反射表面342a拦截聚焦的光13并且将其反射，这样使得反射光15a穿过导光光学器件340、440的透光体341、441朝向低折射率膜9传输。反射光15a然后被低折射率膜9通过全内反射(TIR)反射第二次，并且朝向调节表面343、443传输。反射表面324b拦截聚焦的光13并且将其直接朝向调节表面343、443反射。调节表面343、443将反射光15a、15b朝向光伏电池24反射用于获取电。反射表面324c将聚焦的光13直接朝向光伏电池24反射。在这些实施例中，反射表面342a-342c通过阶梯表面346隔开。图11示出了光学单元308，其中每个反射表面342a、342b、342c具有不同的横截面轮廓。图12示出了光学单元308，其具有一组两个反射表面342a、一组两个反射表面342b和一个反射表面342c。在一个与图12的实施例类似的替代性实施例中，可以包括任何数目的反射表面342a、342b、342c和对应的透镜52。
图13示出了光学单元508的横截面，其中导光光学器件540包括多个反射表面542a-542d，每个反射表面542a-542d具有不同于其他的横截面轮廓，被多个阶梯表面546a-546c隔开，每个阶梯表面546a-546c具有不同于其他的横截面轮廓。导光光学器件540还包括具有次级反射表面549的第三反射器547。在低折射率膜9与第三反射器547之间的间隙527可以填充有一种气体如空气或任何适合的透光材料(具有比导光光学器件540的透光体541更低的折射率)。这些次级反射表面549可以是镜面涂覆的或它们可以通过TIR反射光。
反射表面542a和542b拦截聚焦的光13并且将其朝向低折射率膜9反射，该低折射率膜进一步将反射光15朝向一个次级反射表面549反射。次级反射表面549然后将反射光15朝向一个调节表面543反射，该调节表面将该光朝向光伏电池24反射。反射表面542c和542d拦截聚焦的光13并且将其朝向调节表面543反射，调节表面将光改向为朝向光伏电池24。调节表面543可以将反射光15反射一次或多次。调节表面543可以包括横截面是抛物线型的断面以及其他弯曲的或平坦的部分以便使光朝向光伏电池24聚集。聚焦光学器件550可以包括死区53(在中轴线44的附近)。
图14是总体上与图13的光学单元类似的光学单元608的截面图。在此实施例中，导光光学器件640包括多个反射表面642a-642d，每个反射表面642a-642d具有不同于其他的横截面轮廓，被多个阶梯表面646a-646c隔开，每个阶梯表面646a-646c具有不同于其他的横截面轮廓。阶梯表面646a-646c，不同于在早前的实施例中描述的那些，也是反射的。此外，导光光学器件640包括多个具有次级反射表面649(与阶梯表面646a-646c相对)的第三反射器647。对于每一个反射表面642a-642c，除了最靠近中轴线的反射表面642d，存在一个对应的次级反射表面649。
在此实施例中，撞击在这些透镜52上的光11通过这些透镜聚焦。聚焦的光13传输穿过聚焦光学器件550的透光体551，穿过刚性薄片12并且穿过导光光学器件640的透光体641到反射表面642a-642d上。尽管反射表面642a-642c和阶梯表面646a-646c不需要是相同形状的，但是它们之间的光的轨迹是类似的。聚焦的光13被反射表面642a-642c朝向对应的阶梯表面646a-646c反射。反射光15然后通过阶梯表面646a-646c朝向对应的次级反射表面649反射第二次，该次级反射表面将光朝向调节表面643反射第三次，该调节表面进一步将该光朝向光伏电池24反射。
图15示出了光学708的横截面，该单元光学单元具有聚焦光学器件250、接收器衬底组件10、改向光学器件755、低折射率膜709、以及导光光学器件740。改向光学器件755可以由透光材料制成，这些透明材料包括玻璃、聚合物材料如注塑模制的聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚甲基甲基丙烯酰亚胺(PMMI)、聚碳酸酯、环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)、聚四氟乙烯(PTFE)、或硅酮。在此实施例中，将改向光学器件755组装到刚性薄片12的第一表面14上，将改向光学器件755的平面表面759光学地粘合到其上。改向光学器件755的非平面表面758包括多个具有改向表面757的改向元件756，并且涂覆有一个低折射率膜709，这样使得聚焦的光13被改向表面757经由TIR反射。可替代地，这些改向表面757可以涂覆有一种反射材料，这可能是比用一个低折射率膜709涂覆整个非平面表面758更经济的。
导光光学器件740包括多个成形为容纳这些改向元件756的凹陷770。导光光学器件740可以使用光学粘合剂如硅酮组装到并且光学地粘合到改向光学器件755上。该导光光学器件进一步包括与调节表面743连续的反射表面742。撞击在这些透镜52的表面54上的光11被聚焦并且传输穿过聚焦光学器件250的透光体251，穿过刚性薄片12，并且进入改向光学器件755，在该改向光学器件处，该光被改向表面757反射。反射光15穿过邻近这些改向表面757的输出面771传输出该改向光学器件，并且穿过为凹陷770的一部分的输入面772进入导光光学器件740。在导光光学器件740内，反射光可以被反射表面742直接反射到光伏电池，或反射到调节表面743。使撞击在调节表面743上的光朝向光伏电池24聚集。
图16示出光学单元808的实施例的横截面，在该光学单元中光的路径总体上与图15的那个类似。然而，在此实施例中，导光光学器件840由多个第三反射器870(包括改向表面857)制成。当导光光学器件840组装到第一表面14上时，空气填充第一表面14与第三反射器870之间的间隙873。在一个替代性实施例中，间隙873可以填充有任何适合的材料(具有低于透光体841的折射率的折射率)。
在此实施例中，聚焦的光13朝向透镜52的焦点汇聚，但是在到达该焦点之前，其被改向表面857拦截，该改向表面通过TIR反射聚焦的光13。反射表面842与调节表面843是连续的。如图15中一样，该反射光可以被反射表面842直接反射到光伏电池，或反射到调节表面843。使撞击在调节表面843上的光朝向光伏电池24聚集。
图17示出光学单元908的横截面，在该光学单元中，导光光学器件940包括多个透镜952和反射表面942，并且通过光学附接特征件974附接到刚性薄片12上。这些光学附接特征件可以通过光学粘合剂光学地并且机械地粘合到刚性薄片12的第一表面14上。同样地，将电池外壳21(在此实施例中，其必须由固体、透光材料如硅酮制成)机械地并且光学地粘合到导光光学器件940内的腔体945上。
将撞击在刚性薄片12的第二表面16上的光11穿过光学附接特征件974或穿过透镜952传输到导光光学器件940。穿过透镜952进入该导光光学器件的光11从刚性薄片12的第一表面14传输到一个层975，在一些实施例中，该层可能是空气或任何适合的透光材料。离开层975，光11传输到透镜952，这些透镜使该光朝向反射表面942聚焦，这些反射表面将该光朝向调节表面943反射。穿过这些光学附接特征件974进入导光光学器件940的光11从刚性薄片的第一表面14直接传输到这些光学附接特征件974。这些光学附接特征件974包括反射表面976，这些反射表面将撞击到其上的光朝向调节表面943反射。然后将撞击在调节表面943上的光朝向光伏电池24反射。透镜952靠近中轴线44是最大的并且靠近光学单元908的外围边缘980是最小的。这用于调整这些透镜952的焦距使得导光光学器件940的总厚度可以减小。
图18示出光学单元1008的横截面，该光学单元具有光学地粘合到接收器衬底组件10的第二表面16上的抛物线型的导光光学器件1040。在此实施例中，光11典型地以垂直于第一表面14的角度撞击在刚性薄片12上。光11传输穿过刚性薄片12，穿过第一表面14离开进入导光光学器件1040中。反射表面1042，其是横截面为抛物线型的断面，具有镜面涂层148以便将撞击到其上的光朝向该抛物线的焦点反射。使反射光传输穿过导光光学器件1040的透光体1041并且返回穿过该刚性薄片进入一个次级光学器件1077。该次级光学器件包括一个镜面涂覆的双曲线表面1078，该双曲线表面在光15到达抛物线的焦点之前拦截该光。双曲线表面1078将该光朝向光伏电池24改向。在此实施例中，将导体图案30和电池接收器组件20组装到刚性薄片12的第一表面14上。
图19是光学1108的截面图，该光学单元具有组装到刚性薄片12的第二表面16上的导光光学器件1140以及组装到单元刚性薄片12的第一表面14上的导体图案30和接收器组件20。在此实施例中，聚焦光学器件1150包括一个次级反射器表面1178和一个用于容纳电池21的腔体1179，在此实施例中，该电池外壳从外壳刚性薄片12的第一表面14延伸，覆盖光伏电池24和接收器组件20。
撞击在透镜52的表面54上的光11被聚焦并且传输穿过聚焦光学器件1150的透光体1151，穿过刚性薄片12并且穿过导光光学器件1140的透光体1141。在聚焦的光13到达透镜52的焦点之前，其被反射表面1142拦截，该反射表面将该光朝向调节表面1143反射。调节表面1143将该光穿过刚性薄片12和聚焦光学器件1150的透光体1151反射回到次级反射器表面1178，该次级反射器表面使聚集的光17聚焦在光伏电池24上。次级反射器表面1178上的反射可以是TIR或靠镜面涂层(施用到次级反射器表面1178上的)的镜面反射。
图20示出了光学单元1208的横截面，该光学单元总体上与图15的实施例类似，其中它包括聚焦光学器件250、接收器衬底组件10、改向光学器件755以及导光光学器件1240。
导光光学器件1240包括平面反射表面1242、多个阶梯反射器表面1281(与平面反射表面1242相对)和调节表面1243。这些阶梯反射器表面1281通过输入表面1282隔开，这些输入表面总体上与这些阶梯反射器表面1281垂直。
光11通过这些透镜52聚焦并且然后被改向表面757反射。被改向表面757反射的光15穿过输出表面771离开改向元件756，并且穿过输入表面1282进入导光光学器件1240。然后该反射光在导光光学器件1240内通过平面反射表面1242上和多个阶梯反射器表面1281上的全内反射传输直到它到达调节表面1243，该调节表面将该光朝向光伏电池24反射。在改向光学器件755与导光光学器件1240之间存在一个区域1275，该区域可以填充有空气或任何适合的透光材料如光学粘合剂。
图21是光学单元1308的横截面，在该光学单元内，导光光学器件1340包括聚焦部分1383和引导部分1384。这些聚焦部分1383包括多个反射表面1342以便将光11反射到这些引导部分1384内。导光光学器件1340具有多个反射器元件1385，这些反射器元件可以填充有空气或透光材料(具有比导光光学器件1340更低的折射率)以便允许这些反射表面1342上和多个阶梯反射器表面1381上的TIR。
在此实施例中，光11穿过第二表面16进入光学单元1308并且传输到该多个反射表面1342，该多个反射表面将该光穿过输出区域1386反射到引导部分1384。在这些引导部分1384中的光通过这些阶梯反射器表面1381上和这些平面反射器1387(与这些阶梯反射器表面1381相对定位)上的全内反射传输。这些引导部分1384将该光朝向一个调节表面1343引导，该调节表面将该光聚焦到光伏电池24上。尽管图21示出具有两个引导部分1384和两个聚焦部分1383的导光光学器件1340，有可能制造具有任何数目的聚焦部分和对应的引导部分的光学单元。
转向图22，提供有一个具有导光光学器件1440的光学单元，该导光光学器件由三种导光台(lightguidestage)1440a、1440b、1440c构成。第一导光台1440a包括反射表面1442a和一个第一调节表面1443a；第二导光台1440b包括反射表面1442b；并且第三导光台1440c包括一个反射表面1442c和一个第二调节表面1443c。这三种导光台1440a、1440b、1440c可以分别制造，例如，通过注塑模制、3D印刷或压花，并且随后组装在一起。第一和第二导光台1440a和1440b例如通过一种光学粘合剂光学地粘合在粘合界面表面1489(用虚线表示)上。进一步，所有三种导光台1440a、1440b、1440c可以通过一种光学粘合剂1488b(例如聚合物像硅酮橡胶或凝胶)粘合到刚性薄片12的第一表面14上。如在图22中所示，当组装导光光学器件1440时，间隙1490保留在这些导光台1440a、1440b、1440c之间。这些间隙1490允许这些反射表面1442a、1442b、1442c上和调节表面1443a、1443c上的TIR。
将聚焦光学器件550也通过一种光学粘合剂1488a(例如聚合物像硅酮橡胶或凝胶)光学地且机械地粘合到刚性薄片12的第二表面16上。使撞击在透镜52上的光11朝向反射表面1442a、1442b和1442c聚焦。第一和第二导光台1440a、1440b的反射表面1442a和1442b将该光朝向第一调节表面1443a反射。光从第二导光台1440b穿过粘合界面1489行进到第一导光台1440a。第一调节表面1443a将该光朝向光伏电池24反射。第三导光台1440c的反射表面1442c将光朝向第二调节表面1443c反射，该调节表面将该光朝向光伏电池24反射。
图23示出光学单元1508的横截面，在该光学单元中，聚焦光学器件1550包括多个透镜1552和多个改向表面1592。在此实施例中，导光光学器件1540具有反射表面1542(涂覆有镜面涂层148)。使撞击在透镜1552上的光朝向改向表面1592聚焦，这些改向表面将该光穿过刚性薄片12反射进导光光学器件1540。在导光光学器件1540中，使光1542朝向反射表面1542传输，该反射表面将该光朝向光伏电池24反射。
如在图7A和7B中描述的，采用散热器部分70的导体图案可以电连接且热连接到光学单元8的互连迹线32上以便冷却更大的光学单元8。图24A示出采用导体图案(如在图7A和7B中描述的那些)的光学单元1708的横截面。此图展示了聚焦的光13的路径如何没有被散热器部分70a的正臂76或负臂78拦截，并且相反地，光13通过间隙80传输到导光光学器件1740中。
图24A中示出的光学单元1708包括一个聚焦光学器件1750，两层光学粘合剂1788a、1788b，一个接收器衬底组件1710，以及一个导光光学器件1740。将聚焦光学器件1750通过一种光学粘合剂1788a光学地且机械地粘合到刚性薄片12的第二表面16上。导光光学器件1740包括一个改向部分1740a和一个引导部分1740b，它们可以分别制造，例如通过注塑模制或压花，并且然后通过一种光学粘合剂或任何适合的光学粘合手段组装在一起。当组装在一起时，间隙1790保留在改向部分1740a与引导部分1740b之间，以便使得能够在改向部分1740a的多个反射表面1742上进行TIR。
如本领域的技术人员将认识到的，具有以上描述的光学单元中的任一种的光学器件通过以下方式可以用作照明装置：将行进穿过其中的光的方向反转并且用光源25(如发光二极管(LED)或有机发光二极管(OLED)、等离子体灯泡、荧光灯泡、或任何其他类型的适合的光源)代替光伏电池24。在一些实施例中，光源25可以是来自远程起源的源(未示出)的光纤转移光。为了说明这些光学单元的此二重性，省略图24A-26的光线11的方向以便示出该光可以穿过这些透镜1752进入光学单元，或它可以自其出现。通过光伏电池24或光源25产生的热通过正臂76和负臂78远离中轴线44朝向边缘传输。热传递的方向通过箭头1794示于图24B。
在此实施例中，接收器组件20涂覆有一种光学的且介电的封装剂1793，在一些实施例中，该封装剂可以是与光学粘合剂1788b相同的材料。外壳1721使光伏电池24或光源25与导光光学器件1740热绝缘。外壳1221可以是单独的模制部件。然而，在一个替代性实施例中，光学粘合剂1788b、封装剂1793和外壳1721可以都由同一种材料(例如硅酮)制成，并且因此它们将是单一部件。
有可能通过将1721附接到导光光学器件1740内的腔体1745上将导光光学器件1740与外壳1721组装成一个单一的实心件。改向部分1740a、引导部分1740b和外壳可以单独制造，例如通过注塑模制，并且随后在通过光学粘合剂1788b组装到接收器衬底组件1710的第一表面14上之前通过一种适合的粘合剂粘合在一起。图24C示出了改向部分1740a、引导部分1740b和外壳1721如何装配在一起。
光学单元1708(如图24A-24C中示出的那个)可以通过将撞击在透镜1752的表面1754上的光11聚焦而起太阳能集中器的作用。使聚焦的光13穿过聚焦光学器件1740的透光体1751，光学粘合剂1788a、1788b，刚性薄片12并且穿过导体图案30的散热器部分70a的间隙80传输到导光光学器件1740的改向部分1740a中。聚焦的光13被反射表面1742拦截，该反射表面将该光穿过粘合界面1789反射到引导部分1740b中，在该引导部分中，通过调节表面1743使该光朝向光伏电池24反射。
图24A-24C的相同的光学单元1708可以按照以下的方式用作照明装置。使从光源25发散离开的光17传输穿过封装剂1793和1721进入外壳导光光学器件1740的引导部分1740b中。然后调节表面1743将该光穿过粘合界面1789反射进导光光学器件1740的改向部分1740a，其中反射表面1742反射该光使得它远离这些反射表面1742朝向透镜1752发散。光13发散远离这些反射表面1742穿过导体图案的部分的散热器70a内的间隙80至透镜52，由此避开正和负臂76、78以及正和负终点72、74。透镜1752使输出光11准直。
图25示出了总体上与图24A-24C中示出的实施例类似的光学单元1808的横截面，并且以下关于此实施例未描述的任何元件可以在以上的实施例的说明中找到。图25的实施例与图24A-24C的实施例的不同仅在于外壳1821包括一个球面光学器件1895和一种封装材料1896。球面光学器件1895可以是由透光材料制成的珠粒，该透光材料能够经受高的光通量，如玻璃或硅酮。该封装材料可以是空气或任何适合的透光材料。在一些实施例中，该封装材料可以是与粘合剂1788b相同的材料。
还可能的是出于相同的目的使用刚性薄片12作为21，其中外壳刚性薄片由热绝缘材料如玻璃制成。这可以通过用封装剂1993将光伏电池24或光源25抵靠第二表面16定位在该玻璃与接收器组件20之间实现。此封装剂1993可以延伸到光学1908的边缘，从而包封正和负臂96、98并且在聚焦光学器件1950与单元接收器衬底组件1910之间形成光学粘合。在此实施例中，将正终点1972升高远离正和负臂76、78，并且因此，聚焦光学器件1950具有凹槽1994以便容纳正终点1972。正终点1972具有延伸到玻璃的延伸部1995以便将热转移到该玻璃。
本领域技术人员将认识到，以上描述的光伏电池24可以被任何适合的太阳能收集器代替。
图27是组装的光学单元1608的等距视图，该光学单元包括一个导光光学器件1640、一个接收器衬底组件10以及一个聚焦光学器件1650。出于说明单一组装的光学单元的目的，将刚性薄片12剪裁成六边形的形状，然而，一个CPV2(如图2中所示)板可以包括在一个单一的矩形接收器衬底组件上的若干光学单元。尽管此实施例示出一个环形的导光光学器件1640和一个环形的聚焦光学器件1650，这些可以剪裁成可平铺的形状如正方形或六边形以便消除死区。
对于本领域技术人员来说，对本发明技术的上述实施例的修改和改进可能变得显而易见。前述说明旨在是示例性的而不是限制性的。因此，本发明技术的范围旨在仅由所附的权利要求书的范围限制。

Claims (42)

1.一种用于聚集和获取太阳光的装置，该装置包括：
一个具有至少一个刚性层的板，该至少一个刚性层在其上具有至少一个图案化的电路；
一个太阳光聚集和获取单元的阵列，每个单元由至少一个刚性元件和该至少一个刚性层的一部分形成，每个单元包括：
一个刚性光学聚集元件，该刚性光学聚集元件固定到该至少一个刚性层上用于聚集由该单元接收的太阳光，
一个光伏电池，该光伏电池固定到该至少一个刚性层上并且夹在该板内用于将聚集的太阳光转化成电能，以及
一个与该光伏电池处于电连通以便接收自其的电能的导电体，该导电体与该光伏电池处于热连通以便接收自其的热能，该导电体是用于该光伏电池的主要的散热器，该光伏电池主要通过传导冷却；
将每个单元的导电体和光学聚集元件确定尺寸并且安排在该单元内这样使得该导电体不实质地阻碍在该单元内由该单元接收的太阳光传输至该光伏电池；
该导电体至少与该图案化的电路电互连且热互连以便传输从该光伏电池接收的电能和热能远离该单元。
2.如权利要求1所述的装置，其中该光伏电池夹在该至少一个刚性层与该刚性光学聚集元件之间。
3.如权利要求1所述的装置，其中每个单元的光学聚集元件是一系列光学聚集元件。
4.如权利要求3所述的装置，其中每个单元的光学聚集元件是一系列同心的环形的光学聚集元件。
5.如权利要求1所述的装置，其中多个单元的这些刚性光学聚集元件都是一个单一刚性层的一部分，该单一刚性层不同于在其上具有该至少一个图案化的电路的该至少一个刚性层。
6.如权利要求1所述的装置，其中将每个单元的导电体和光学聚集元件确定尺寸并且安排在该单元内这样使得该导电体阻碍在该单元内由该单元接收的太阳光的不大于20％传输至该光伏电池。
7.如权利要求1所述的装置，其中
该阵列的每个单元进一步包括一个刚性光学改向元件，该光学改向元件固定到该至少一个刚性层上用于改向由该单元接收的太阳光；并且
将每个单元的导电体、光学聚集元件、以及光学改向元件确定尺寸并且安排在该单元内这样使得该导电体不实质地阻碍在该单元内由该单元接收的太阳光传输至该光伏电池。
8.如权利要求7所述的装置，其中该光伏电池夹在该至少一个刚性层与该刚性光学聚集元件之间。
9.如权利要求7所述的装置，其中该光伏电池夹在该至少一个刚性层与该刚性光学改向元件之间。
10.如权利要求7所述的装置，其中每个单元的光学改向元件是一系列光学改向元件。
11.如权利要求7所述的装置，其中，
每个单元的光学聚集元件是一系列光学聚集元件；并且
每个单元的光学改向元件是一系列光学改向元件。
12.如权利要求7所述的装置，其中，
每个单元的光学聚集元件是一系列同心的环形的光学聚集元件；并且
每个单元的光学改向元件是一系列同心的环形的光学改向元件。
13.如权利要求7所述的装置，其中，
多个单元的这些刚性光学聚集元件都是一个第一单一刚性层的一部分，该第一单一刚性层不同于在其上具有该至少一个图案化的电路的该至少一个刚性层；并且
多个单元的这些刚性光学改向元件都是一个第二单一刚性层的一部分，该第二单一刚性层不同于在其上具有该至少一个图案化的电路的该至少一个刚性层和该第一单一刚性层。
14.如权利要求7所述的装置，其中该刚性光学改向元件将光改向到一个导光件内用于传输至该光伏电池。
15.如权利要求14所述的装置，其中该导光件具有一个次级光学元件用于在该导光件内使光改向。
16.如权利要求7所述的装置，其中将每个单元的导电体、光学聚集元件、和光学改向元件确定尺寸并且安排在该单元内这样使得该导电体阻碍在该单元内由该单元接收的太阳光的不大于20％传输至该光伏电池。
17.如权利要求1所述的装置，其中该光伏电池是至少部分地包封在一个绝热体中。
18.一种用于聚集和获取太阳光的装置，该装置包括：
一个具有粘合在一起的多个刚性层的板；
一个由该板的该多个层形成的太阳光聚集和获取单元的阵列，该太阳光聚集和获取单元阵列中的每一个包括：
一系列光学聚集元件，这些光学聚集元件与该多个层的这些层之一的一个第一表面相关联、用于聚集由该单元接收的太阳光；
一系列光学改向元件，这些光学改向元件与该多个层的这些层之一的一个第二表面相关联、用于改向由该单元接收的太阳光；
一个光伏电池，该光伏电池夹在该多个层的这些层中的两个之间、用于将聚集和改向的太阳光转化成电能；
该多个层的这些层之一具有一个与该光伏电池处于电连通以便接收自其的电能的导电体，该导电体与该光伏电池处于热连通以便接收自其的热能，该导电体是用于该光伏电池的主要的散热器，该光伏电池主要通过传导冷却；
将该导电体、该系列光学聚集元件以及该系列光学改向元件确定尺寸并且安排在该单元内这样使得该导电体不实质地阻碍在该单元内由该单元接收的太阳光传输至该光伏电池；
该多个层的这些层之一具有一个图案化的电路，该图案化的电路与这些单元中的至少一些的光伏电池电互连且热互连以便接收自其的电能和热能以传输远离这些单元。
19.如权利要求18所述的装置，其中，
将该系列光学聚集元件形成在该第一表面上；并且
将该系列光学改向元件形成在该第二表面上。
20.如权利要求18所述的装置，其中将每个单元的导电体、光学聚集元件、和光学改向元件确定尺寸并且安排在该单元内这样使得该导电体阻碍在该单元内由该单元接收的太阳光的不大于20％传输至该光伏电池。
21.一种聚光光伏板，包括：
一个接收器衬底组件，包括：
一个透光材料的刚性薄片，该刚性薄片具有一个第一表面、一个与该第一表面相反的第二表面、以及一个附接到该第一表面上的导体图案；以及
附连到该刚性薄片上的至少一个接收器组件，每个接收器组件包括一个与该导体图案处于电连通的光伏电池；
至少一个附接到该接收器衬底组件上并且由该接收器衬底组件支撑的导光光学器件，每个导光光学器件与该至少一个接收器组件中的一个相关联的接收器组件的光伏电池处于光联通用于引导经由该接收器衬底组件接收的光朝向所述光伏电池。
22.如权利要求21所述的聚光光伏板，其中该至少一个导光光学器件附接到该接收器衬底组件的第一表面上并且由该第一表面支撑。
23.如权利要求22所述的聚光光伏板，进一步包括至少一个附接到该接收器衬底组件的第二表面上并且由该第二表面支撑的聚焦光学器件，每个聚焦光学器件与该至少一个导光光学器件之一相关联并且处于光连通，每个聚焦光学器件包括至少一个聚焦元件用于与该导光光学器件协同运行。
24.如权利要求21-23中任一项所述的聚光光伏板，其中每个导光光学器件包括至少一个反射表面用于引导经由该接收器衬底组件接收的光朝向该相关联的接收器组件的光伏电池。
25.如权利要求23或24所述的聚光光伏板，其中该至少一个聚焦元件包括一个透镜。
26.如权利要求21-25中任一项所述的聚光光伏板，其中该金属化图案包括两个或更多个汇流条。
27.如权利要求21-26中任一项所述的聚光光伏板，其中该刚性薄片的透光材料是一种热绝缘材料。
28.如权利要求21-27中任一项所述的聚光光伏板，其中该刚性薄片的透光材料是玻璃。
29.如权利要求21-28中任一项所述的聚光光伏板，其中该刚性薄片的第一和第二表面是平坦的并且彼此平行的。
30.如权利要求21-29中任一项所述的聚光光伏板，其中该导光光学器件由一种与该刚性薄片不同的材料制成。
31.如权利要求21-30中任一项所述的聚光光伏板，其中该导光光学器件由聚(甲基)丙烯酸甲酯制成。
32.如权利要求23-31中任一项所述的聚光光伏板，其中该聚焦光学器件由一种与该刚性薄片不同的材料制成。
33.如权利要求23-32中任一项所述的聚光光伏板，其中该聚焦光学器件由聚(甲基)丙烯酸甲酯制成。
34.如权利要求23-33中任一项所述的聚光光伏板，其中将该至少一个导光光学器件和该至少一个聚焦光学器件中的至少一个3D印刷到该刚性薄片上。
35.如权利要求21-34中任一项所述的聚光光伏板，其中该导体图案包括至少两个汇流条和多条互连迹线，这些互连迹线用于将该至少一个接收器组件电连接到这些汇流条上。
36.如权利要求21-35中任一项所述的聚光光伏板，其中该导体图案包括一个散热器部分。
37.如权利要求36所述的聚光光伏板，其中该散热器部分包括一个正半部分和一个负半部分，每一个半部分包括通过一条互连迹线互连的多个呈圆弧形状的臂和一个终点。
38.如权利要求21-37中任一项所述的聚光光伏板，其中该导体图案被金属化到该第一表面上。
39.如权利要求21-37中任一项所述的聚光光伏板，其中该导体图案由一个导电材料薄片形成。
40.如权利要求36所述的聚光光伏板，其中将该导体图案布置在该刚性薄片与该导光光学器件和该聚焦光学器件之一之间，并且将该散热器部分成形并且定位以便避免阻塞光从该聚焦光学器件传输到该导光光学器件的这些反射表面上。
41.一种太阳能电池板，包括
至少一个玻璃薄片，该玻璃薄片具有一个顶面和一个底面；以及
多个连接到该至少一个玻璃薄片上的光学单元，每个光学单元包括：
一个附接到该至少一个玻璃薄片的顶面上的第一光学元件，
一个附接到该至少一个玻璃薄片的底面上的第二光学元件，
一个光伏电池，以及
连接到该光伏电池上的电连接器，
该光伏电池和这些电连接器夹在该光学单元的其他元件之间。
42.一个太阳能聚集光学单元，包括：
一个透明衬底，该透明衬底具有一个顶面和一个底面；
一个附接到该透明衬底的顶面上的第一光学元件，该第一光学元件具有多个透镜用于聚集进入的太阳光这样使得该太阳光随着它传输穿过该透明衬底开始聚焦；
一个附接到该透明衬底的底面上的第二光学元件，该第二光学元件具有多个第一反射器用于反射已经通过该第一光学元件的这些透镜之一聚集的太阳光；
一个第二反射器用于接收从这些第一反射器反射的光，该第二反射器将光朝向该透明衬底的底面朝向焦点反射；
一个邻近该焦点的光伏电池用于接收来自该第二反射器的光，该光伏电池背向该透明衬底的底面。
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