CN115552293A - 光重定向棱镜、重定向棱镜壁以及包含它们的太阳能电池板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能吸收系统中的光重定向元件，并公开了光重定向棱镜、重定向棱镜壁以及包含它们的太阳能电池板。所述光重定向棱镜具有三个细长表面。入射表面接收入射的平行光线。重定向表面对从入射表面通过预设角度范围传播的光进行全内反射，从而重定向光。透射表面以预设的角度将重定向后的光从棱镜中透射出去，并将光导向至太阳能吸收装置。此外，可构造包含重定向棱镜的重定向棱镜壁。光重定向棱镜壁或重定向棱镜壁可用于太阳能电池板，以提高入射到太阳能电池板PV电池上的光量。

Description

光重定向棱镜、重定向棱镜壁以及包含它们的太阳能电池板

相关申请

本申请说明书与以下印度专利申请提交的临时说明书属于同族：

申请日为2020年4月9日、申请号为202041015548、发明名称为“用于重定向太阳光的静止光学单元、系统及其方法”的专利申请；

申请日为2020年4月14日、申请号为202041016181、发明名称为“太阳能应用中各种损耗的有效管理”的专利申请；

申请日为2020年4月24日、申请号为202041017713、发明名称为“光偏转器壁组件及其制造方法”的专利申请；

申请日为2020年5月22日、申请号为202041021540、发明名称为“太阳能中光偏转器壁组件的最佳表面形态”的专利申请；以及

申请日为2020年9月13日、申请号为2020041039558、发明名称为“太阳能应用中用于散热的光偏转器壁组件的有效模型”的专利申请。

技术领域

本发明涉及太阳能吸收系统中的光重定向元件。

背景技术

下面的背景信息与本发明有关，但不一定是现有技术。

太阳能可用量巨大，是一种极具吸引力的能源。太阳能是来自于太阳的辐射光和热，通过一系列不断发展的技术，例如太阳能热光伏、太阳能热能、太阳能建筑、熔盐发电厂和人工光合作用而加以利用。

利用光伏系统聚集太阳能和太阳能热水来利用能源是主动式太阳能技术的一些例子。被动式太阳能技术包括确定建筑物内阳光的定向，选择具有良好热质量或光散射特性的材料，以及设计自然循环空气的空间。

提高太阳能电池板效率的方法包括太阳能玻璃上的几何模式、基于双向反射分布函数(BDRF)的镜面增强器、单轴光伏跟踪器，所有这些都可以提高传统太阳能光伏电池板的效率。在聚光光伏发电领域，还存在许多通过静止跟踪和基于全内反射的光捕获来提高模块效率的现有技术。

US9257580B2公开了一种单片式透明板，其至少一个表面上包括至少一个由相对于该表面的一般平面凸出的多个几何特征纹理化的区域，其中，每个特征具有平行于所述一般平面的横截面，其与所述表面间的间距随着从特征的底部到顶部而减小。相对于一般平面，倾斜角小于30°的纹理化区域的面积占所述纹理化区域的总面积的不到35％。然而，棱镜结构可以在0°-40°的较小的入射角范围的阳光下工作，因此只能提供比普通太阳能玻璃有限的改进。制作凹槽的过程还增加了额外的制造成本。

US2007/0125415公开了一种晶体硅PV模块，通常使用镀锡的扁平铜线来增加母线金属化的导电性，并与相邻的电池互联。可以使用金属成型技术，例如轧制、冲压和拉拔，对这种扁平母线进行模式化，使其具有浅的“V”形凹槽。凹槽的设计使得入射光以足够大的内界面角(通常大于约40°)向上反射到模块的玻璃覆板，从而使光在玻璃-空气界面发生全内反射，并反射到光伏电池上。然而，母线上的棱镜结构会给光伏电池投射边缘阴影，影响效率提升。此外，该技术还需要对太阳能母线上的凹槽进行昂贵的微加工。

WO2015104028A3公开了一种通过使用能够改变入射光的方向和分布的日光导向丙烯酸板，将阳光向下透射到狭窄的小巷和街道的方法。所提出的日光导向系统的核心由具有正弦波形截面的透光板组成，从而使得所述板作为垂直于光轴的光扩散器。然而，该棱镜结构针对特定条件下某些太阳高度范围进行了优化，因而相同的设计可能不适用于其他任何地理位置。

US20170104121A1公开了一种光重定向膜，其限定了纵轴，并且包括基层、多个微结构的有序排列层以及反射层。微结构从所述基层突出，并且每个微结构都延伸穿过基层以限定相应的主轴。至少一个微结构的主轴相对于所述纵轴倾斜。反射层设置在与基层相对的微结构上。然而，该光重定向膜易受紫外线辐射的影响，并且性能会随着时间的推移而下降，并且难以持续到板的使用寿命。

US9768725B2公开了一种PV模块，其包括导电背板、基本上透明的前板、多个PV电池、多个导电垫片和功率转换装置。PV电池可以设置在导电背板和前板之间并且可以布置成多行。每行内的PV电池可相互并联，各行可串联。PV电池可以在导电垫片之间互连。功率转换装置可以通过连接到最后一行的最后一个导电垫片冗余地连接到PV电池。但是，该设计可能需要特殊的微型逆变器来处理不同的转换率。

US6958868B1公开了一种集成的太阳能聚光器和跟踪器，它由用于非偏振光的光束偏转器与固定的光学聚光器组合而成。一维光束偏转器由一对棱镜阵列组成，这些棱镜阵列由可以通过施加电场来改变其折射率的材料制成。两个一维聚光器可以设置成它们的表面相接触且它们的棱镜阵列垂直，以构成二维光束偏转器。然而，该设计可能涉及相当大的操作开销，以确保以与太阳在天空中的移动一致的方式施加电磁场。这可能导致模块在一段时间内的维护成本很高。此外，该棱镜设计只能在夏至前后的105天提高光伏板的性能。

US7873257B2公开了一种太阳能系统，其使用光导太阳能电池板(LGSP)将光捕获在电介质或其他透明板内，并将光传播到其中一个板边缘，以供太阳能收集器例如光伏电池收集。然而，该设计适用于光伏电池昂贵的集中式光伏。此外，PMMA透镜的使用寿命仅为8-10年，并且会由于阳光下的紫外线照射而退化。

WO2016077252A1公开了以电子方式重新配置固体的内部结构，以精确控制波能的传播。该方法能对波能，例如但不限于可见光进行数字或模拟控制，同时在功率处理中保持低损耗、多倍频程带宽、偏振独立性、大面积和大动态范围。然而，该设计适用于光伏电池昂贵的聚光光伏。由于涉及到及时移动液体的光学流体和电机/控制器，该设计的成本经济性仅对大规模公共事业部署有效。这些附加配件也只有5-8年的有限保修期。

为了克服用于跟踪太阳的移动组件的问题，提供了使用聚光光伏的解决方案，以用于利用全内反射(TIR)的基于无运动的光重定向。这些解决方案的工作原理是将一维中的能量集中到用于太阳能热应用的线状焦点或点状焦点上。美国专利号为US4120565A、US4,091,798、US4154219A中公开了此类系统。所有这些系统都可采用多个三角棱镜表面来实现TIR，并将来自于太阳的光反射到要加热的区域，例如充满流体的导管。然而，这些设计适用于太阳能热应用，并且基于TIR的设计涉及重型光学元件。此外，TIR角的接受范围仅限于10-20度的入射角，并且该布置需要全年进行至少2-3次物理调整。

因此，需要能大范围操作、具有成本效益、对季节变化具有最少的人为干预要求并且需要最少的维护的光重定向系统和/或方法。

发明目的

本发明的至少一种实施方式满足了本发明的以下一些目的：

本发明的目的是改善现有技术的一个或多个问题，或至少提供有用的替代方案。

本发明的目的之一是提供一种光重定向系统和/或方法。

本发明的另一目的是提供一种能大范围操作的光重定向系统和/或方法。

本发明的又一目的是提供一种具有成本效益的光重定向系统和/或方法。

本发明的再一目的是提供一种对季节变化具有最低的人为干预要求的光重定向系统和/或方法。

本发明的还一个目的是提供一种需要最少维护的光重定向系统和/或方法。

通过以下并非旨在限制本发明范围的描述，本发明的其他目的和优势将变得更为明显。

发明内容

本发明提出了一种光重定向棱镜。所述光重定向棱镜具有至少三个细长表面，包括入射表面、重定向表面和透射表面。入射表面被配置为接收入射的平行光线。重定向表面被配置为对从入射表面传播来的光在预设角度范围内进行全内反射，从而重定向光。所述入射表面和透射表面之间限定了第一角度。所述透射表面被配置成以预设角度将重定向的光从棱镜中透射出去，并将光导向太阳能吸收装置。在入射表面和重定向表面之间限定了第二角度，从而在重定向表面和透射表面之间限定了第三角度。

优选地，所述第一角度的范围为80°-110°，并优选100°；以及，所述第二角度的范围为45°-55°，并优选49°。

在优选实施方式中，所述棱镜具有截头底部，以便于将棱镜安装在底座上并提供机械稳定性。

根据本发明的一个方面，所述重定向棱镜在透射表面上具有二次重定向轮廓。二次重定向轮廓包括边缘位于水平面上的至少一个脊或锯齿。二次重定向轮廓至少跨越透射表面的下部，并向上延伸到重定向表面的操作下边缘。二次重定向轮廓沿着透射表面的水平长度方向设置，并且被配置为：将在没有二次重定向轮廓的情况下重定向光线中将在棱镜的阴影区域中传播或在空气中传播回来或在棱镜的边界内传播的那部分光线重定向至相邻的太阳能吸收装置，所述阴影区域为位于重定向棱镜下方的、棱镜的透射表面的下边缘与相应的太阳能吸收装置之间的区域。优选地，二次重定向轮廓包括多个平行的脊或锯齿。优选地，所述二次重定向轮廓包括多个分别具有多个半圆柱形突起或凹陷的凸嵌(reedings)或凹槽，所述突起或凹陷的轴线平行于所述棱镜的透射表面。

根据本发明的另一方面，重定向棱镜在透射表面上具有聚光轮廓。聚光轮廓至少跨越透射表面的上部，并延伸到透射表面的操作上边缘。在一实施例中，聚光轮廓包括可操作的垂直凹槽。在另一实施例中，聚光轮廓包括可操作的垂直的凸嵌。

在另一实施例中，重定向棱镜在重定向表面上具有二次重定向轮廓，该二次重定向轮廓包括边缘位于水平面上的至少一个脊或锯齿。二次重定向轮廓至少跨越重定向表面的下部，并向上延伸到重定向表面的操作下边缘。在一实施例中，二次重定向轮廓跨越整个重定向表面。二次重定向轮廓沿重定向表面的长度设置，并且被配置为：将重定向光线中将在没有二次重定向轮廓的情况下在棱镜的阴影区域中传播或在空气中传播回来或在棱镜的边界内传播的那部分光线重定向至相邻的太阳能吸收装置。在一实施例中，二次重定向轮廓包括多个平行的脊或锯齿。优选地，二次重定向轮廓包括多个分别具有多个半圆柱形突起或凹陷的凸嵌或凹槽，所述突起或凹陷的轴线平行于所述棱镜的透射表面。

在另一实施例中，所述重定向棱镜在重定向表面上具有聚光轮廓。聚光轮廓至少跨越重定向表面的上部并向上延伸至重定向表面的操作上边缘，并且被配置为汇聚与从侧面倾斜入射到入射表面上的光线相对应的重定向光线。聚光轮廓包括可操作的垂直凹槽或可操作的垂直凸嵌。

根据又一方面，在一实施例中，重定向棱镜在其透射表面上具有复合凸形轮廓，其具有沿其水平长度的一系列几何凸出轮廓。每个几何轮廓具有在操作顶部的第一曲率，和在操作底部的第二曲率。第一曲率具有平行于透射表面的操作垂直曲率轴，并且被配置为汇聚与从侧面倾斜入射到入射表面上的光线相对应的重定向光线。第二曲率具有垂直于透射表面的操作水平曲率轴，并且被配置为：，将在没有第二曲率的情况下重新定向的光线中将在棱镜的阴影区域中传播或在空气中传播或在透镜边界内传播的那部分光线重新至相邻的太阳能吸收装置。

本发明的重定向棱镜由折射率为1.51的材料制成，该材料选自聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、苯乙烯、聚碳酸酯、玻璃、苯乙烯甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、苯乙烯、苯乙烯丙烯酸共聚物或这些材料的衍生物。

本发明还设想了一种重定向棱镜壁，其由一个如上任意实施例所述的重定向棱镜元件在另一个的顶部垂直堆叠形成。

所述壁中相邻棱镜元件的结构被限定为提供与其中一个棱镜元件的第三角度相对应的边缘与对应于另一棱镜元件的第二角度的边缘间直接接触。在另一实施例中，壁中的相邻元件通过连接元件连接，该连接元件将与其中一个棱镜元件的第三角度相对应的边缘与对应于另一棱镜元件的第二角度的边缘连接起来。

在一实施方式中，所述壁具有多个光重定向棱镜，这些光重定向棱镜以展开的方式布置，每个上升棱镜层的向外展开角度是(x+ny)°，其中“n”是在基准层以上的层。在另一实施方式中，壁具有多个光重定向棱镜，这些棱镜以展开的方式布置，每个上升的棱镜层向内展开的角度是(x-ny)°，其中“x”是棱镜的安装角度，其输入表面入射角>0°，以及，“n”是从该棱镜层上方数的层。

本发明还设想了一种太阳能电池板，其具有底座、固定在底座上的至少一个光伏电池以及至少一个固定在所述底座上并位于光伏电池附近的重定向棱镜。所述重定向棱镜被配置为将入射的平行光线向着光伏电池重定向。

在优选实施方式中，太阳能电池板具有至少两个重定向棱镜，其设置在除了光伏电池的相对外围边缘之外的底座上。

包含在太阳能电池板中的重定向棱镜符合上述任何实施方式。

所述太阳能电池板还可包含上文所述的重定向棱镜壁。

重定向棱镜固定在底座上，以提供限定在重定向表面和所述底座的平面之间的安装角。所述安装角在60°-70°的范围内。

重定向棱镜固定在底座上，以提供入射表面与底座的平面之间的入射面倾斜角。该入射面倾斜角在15°-22°的范围内。

优选地，太阳能电池板安装为重定向棱镜具有沿东西方向的细长表面，且与东西方向的偏差范围为0°-30°。

通常，在北半球，太阳能电池板对应其所在的纬度向南倾斜安装，而在南半球，太阳能电池板则对应其所在的纬度向北倾斜安装。

在一实施方式中，所述太阳能电池板安装为重定向棱镜，所述重定向棱镜具有沿东西方向并具有0°-30°偏差范围的细长表面，其中，所述太阳能电池板具有对应纬度的在0°-45°范围内的预设倾斜度。

在另一实施方式中，所述太阳能电池板具有安装为山墙结构的多对重定向棱镜，其中，所述重定向棱镜的细长表面沿着东西方向，其中一个重定向棱镜位于山墙结构的北侧，而另一个重定向棱镜位于山墙结构的南侧，太阳能电池板则具有由其位置所在纬度所确定的朝着南北方向的倾斜度。

在一实施方式中，所述太阳能电池板包括多个太阳能模块，每一太阳能模块包括一排光伏电池和一对对称安装的、以山墙结构固定在相邻光伏电池之间的空间内的重定向棱镜，其中，多个太阳能模块以阵列的形式支撑在水平框架上。

入射表面的宽度与重定向表面的宽度之比在1:1.1-1:2的范围内。

靠近重定向棱镜的光伏电池外周边缘与靠近光伏电池的截断的重定向棱镜底座的顶点之间的间隙之比为光伏电池宽度的0-15％，且该间隙一般为10mm宽。

在一实施方式中，本发明的光伏电池具有多个重定向棱镜，其中，每一重定向棱镜被设置在所述太阳能电池板的光伏电池阵列的外围。所述重定向棱镜和光伏电池被封闭在玻璃盒内，该玻璃盒具有位于顶部的平板玻璃以及遍布太阳能电池板外围的玻璃壁，其中，一个或多个重定向棱镜被支撑在玻璃盒的东西两侧。

在一优选实施方式中，本发明的光伏电池具有多个重定向棱镜，其中，每一重定向棱镜被设置在所述太阳能电池板的光伏电池阵列的外围，并通过密封剂或夹具安装在光伏电池阵列两侧，并且被配置为直接接收入射的阳光并朝着光伏电池阵列重定向。

附图说明

现借助于附图，描述本发明的光重定向棱镜、包括多个光重定向棱镜的壁以及包含所述光重定向棱镜/壁的太阳能电池板，其中：

图1示出了本发明的光重定向棱镜的横截面示意图；

图2示出了图1的光重定向棱镜，其具有截断的底部和阴影区域；

图3A、3B示出了具有包括设置在透射表面上的三个锯齿或脊的二次重定向轮廓的实施例的光重定向棱镜的典型光线图；

图3C-3D示出了具有设置在重定向表面上的二次重定向轮廓的实施例的典型光重定向棱镜；

图4示出了在透射表面上设置有聚光轮廓和二次重定向轮廓的重定向棱镜；

图5示出了图4中重定向棱镜的侧视图；

图6示出了图4中重定向棱镜的近景视图；

图7A示出了本发明的重定向棱镜壁的一个实施例的前视图；

图7B示出了本发明的重定向棱镜壁的另一实施例的前视图；

图8示出了本发明的向外展开的重定向棱镜壁的实施例的前视图；

图9示出了本发明的向内展开的重定向棱镜壁的前视图；

图10示出了重定向棱镜壁组件的一实施方式的前视图，示出了北重定向棱镜壁对清晨冬季阳光的重定向能力；

图11示出了重定向棱镜壁组件的一实施方式的前视图，示出了南重定向棱镜壁对清晨夏季阳光的重定向能力；

图12示出了重定向棱镜壁组件的前视图，示出了南和北重定向棱镜壁的顶部两层对清晨春秋阳光的重定向能力；

图13A-C根据本发明的一实施方式，示出了具有包括位于三角形突起上的三个锯齿或脊的二次重定向轮廓的光重定向壁的分解图；

图14A根据一实施方式，示出了重定向棱镜壁单元的前视图中的春秋的光线追踪迹，在该实施方式中，所述重定向棱镜壁具有完全平直且平坦的透射表面，没有任何锯齿轮廓或脊形式的二次重定向轮廓；

图14B示出了图13A-C中的重定向棱镜壁单元的透射表面上的锯齿或脊形式的二次重定向轮廓对春秋阳光的重定向；

图14C示出了在1402表面发生的TIR，以及1405如何帮助将阳光朝着1401转向的近景视图；

图14D根据本发明的实施方式，示出了具有在东西方向上形成三角波形模式的凸起的重定向棱镜壁组件单元的俯视图；

图15A、15B、15C示出了通过在图14D所示的单个三角形突起上提供的锯齿边缘而获得的二次重定向轮廓的分解图；

图16A、16B、16C根据本发明的一实施方式以及图15A-15C中的实施例，示出了在透射表面上具有锯齿边缘的重定向棱镜壁如何处理春秋和冬季阳光的前视图；

图17A、17B、17C示出了根据本发明的实施方式，示出了通过在单个三角形突起上设置锯齿边缘而获得的二次重定向轮廓的分解图；

图18A、18B、18C、18D根据图17A-17C所示实施例，示出了在透射表面上具有锯齿边缘的重定向棱镜壁单元如何处理春秋、夏季和冬季阳光的前视图；

图19A、19B、19C根据本发明的实施方式，示出了具有在东西方向上形成半圆形波模式的半圆柱形突起的重定向棱镜壁组件单元的俯视图；

图20A、20B、20C根据本发明的实施方式，示出了所述半圆柱形突起的分解图；

图21A、21B、21C根据本发明的实施方式，示出了具有半圆柱形突起的重定向棱镜壁单元如何处理春秋和冬季阳光的前视图；

图22A、22B根据本发明的实施方式，示出了具有在东西方向上形成半圆形波模式的半圆柱形凹陷的重定向棱镜壁组件单元的俯视图；

图23A、23B、23C根据本发明的实施方式，示出了半圆柱形凹陷的分解图；

图24示出了具有重定向棱镜壁单元的太阳能电池板的一实施例的前视图，其中，整个单元被封闭在围绕其外围延伸的玻璃壁内，并且顶部玻璃覆盖光伏电池和重定向棱镜壁单元；

图25示出了具有重定向棱镜壁单元的太阳能电池板的同一实施例的前视图，其中，顶部玻璃仅覆盖光伏电池，而重定向棱镜壁单元保持在光伏电池的两侧；

图26根据本发明的实施方式，示出了重定向棱镜壁的前视近景图；

图27A、27B根据本发明的实施方式，示出了具有重定向棱镜壁单元的太阳能电池板的等距视图；

图28根据本发明的实施方式，示出了具有重定向棱镜壁单元的单排太阳能电池板的等距视图；

图29示出了用于具有72个半切光伏电池的12x6的太阳能电池板配置的光偏转壁单元的实施例的俯视图，其还示出了光伏电池的串联连接；

图30根据本发明的实施方式，示出了用于重定向阳光的静止光学单元的等距视图；

图31根据本发明的实施方式，示出了用于重定向阳光的静止光学单元的其中一个偏转单元中的光重定向；

图32A根据本发明的实施方式，示出了静止光学单元的示例性实施例1的前视图；

图32B根据本发明的实施方式，示出了静止光学单元的示例性实施例2的前视图；

图32C根据本发明的实施方式，示出了静止光学单元的示例性实施例3的前视图。在此需要注意的是，图32A、32B和32C中的实施例的命名只是出于说明性目的，并不意味着将范围仅限于这三个实施例；

图33根据本发明的实施方式，示出了具有静止光学单元的36个电池的集成太阳能电池板；

图34根据本发明的实施方式，示出了一排集成太阳能电池板的俯视图，其包含9个电池，这9个电池以连续排列的方式设置在具有静止光学单元的36个电池的集成太阳能电池板中；

图35根据本发明的实施方式示出了静止光学单元的前视图，示出了将早晨从东北方向来的夏季阳光重定向到太阳能电池；

图36根据本发明的实施方式示出了静止光学单元的前视图，示出了将早晨从东南方向来的冬季阳光重新定向到太阳能电池；

图37A根据本发明的实施方式，示出了在偏转单元中具有凹槽的静止光学单元的前视图；

图37B根据本发明的实施方式示出了静止光学单元的前视图，示出了偏转单元对冬季阳光的重定向；

图37C根据本发明的实施方式示出了静止光学单元的前视图，示出了偏转单元对夏季阳光的重定向；

图37D根据本发明的实施方式示出了静止光学单元的前视图，示出了偏转单元对春秋阳光的重定向；

图38示出了当前太阳能电池板的横截面图，其中，顶部阳光入射表面和太阳能电池之间的高度增加导致落在太阳能电池上的阳光损失；

图39示出了当前太阳能电池板的等距视图，其中，顶部阳光入射表面和太阳能电池之间的高度增加，以及，落在太阳能电池上的阳光损失；

图40示出了入射的阳光落在倾斜的太阳能电池上，并表明由此产生的余弦损失受朗伯余弦定律控制；

图41A-41D根据本发明的实施方式，示出了用于有效管理太阳能电池应用中的各种损失的太阳能电池板组件的截面图；

图42A-42D根据本发明的实施方式，示出了用于有效管理太阳能电池应用中的各种损失的具有单个太阳能电池的太阳能电池板组件；

图43A-43D根据本发明的实施方式，示出了用于有效管理太阳能电池应用中的各种损失的具有1排9个太阳能电池的太阳能电池板组件；

图44A-44D根据本发明的实施方式，示出了用于有效管理太阳能电池应用中的各种损失的具有4排、每排9个太阳能电池的太阳能电池板组件；

图45根据本发明的实施方式，示出了有助于解释用于有效管理太阳能电池应用中的各种损耗的太阳能电池板组件所需的额外面积的数学公式的图；

图46根据本发明的实施方式，示出了有助于解释有效管理太阳能电池应用中的各种损耗的太阳能电池板组件在南北方向所需的额外面积的数学公式的图；

图47根据本发明的实施方式，示出了有助于解释有效管理太阳能电池应用中的各种损耗的太阳能电池板组件在东西方向所需的额外面积的数学公式的图；

图48示出了太阳光线路径图，示出了新加坡全年太阳方位角和仰角的变化；以及

图49A和49B根据本发明的示例性实施方式，分别示出了新加坡太阳的额外面积g_x和g_y的计算。

附图标记列表

光重定向棱镜100

第一侧/入射表面101

第二侧/重定向表面102

第三侧/透射表面103

第一角度104

第二角度105

第三角度106

光重定向棱镜200

入射表面201

重定向表面202

透射表面203

截断底部207

阴影区域208

光重定向棱镜300

入射表面301

重定向表面302

透射表面303

安装角度308

光重定向棱镜400

操作上边缘401

透射表面403

棱镜元件701

光伏电池704

安装角度708

连接元件715

顶部玻璃802

光伏电池804

偏移倾斜角度809

间隙805

最底部棱镜单元的安装角度808

最顶部棱镜单元的安装角度809

堆叠模式810

倾斜角度811

顶部玻璃902

最底部棱镜单元的安装角度908

最顶部棱镜单元的安装角度909

堆叠模式910

表面倾斜角度911

棱镜单元912

光伏电池1004

入射表面1301

重定向表面1302

截断表面1303

透射表面1304

平面区域1306

非平面区域1307

三角形突起1308

锯齿形轮廓1309

三角形轮廓的角度1310

锯齿的角度1311

下部区域1312

光伏电池1401

入射表面轮廓1403

三角形突起14031

重定向表面1402

透射表面1404

三角形突起的临界角1405

三角形突起的第一表面1406

三角形突起的第二表面1407

北重定向棱镜壁单元1408

南重定向棱镜壁单元1409

冬季阳光1410

入射表面1501

重定向表面1502

透射表面1504

三角形突起的角度1505

透射表面的长度1506

部分锯齿形轮廓1508、1509

脊的角度1510、1511

重定向棱镜的最高区域1512

二次重定向轮廓的中间区域1513

光伏电池1601

重定向轮廓1602

入射表面1603

透射表面1604

二次重定向轮廓1605

下部区域1606

中间区域1607

入射表面1701

重定向表面1702

截断表面1703

透射表面1704

三角形突起的角度1705

透射表面的长度1706

三角形突起1708

脊1709

脊的角度1710

三角形突起的角度1711

重定向棱镜的最顶部区域1712

重定向棱镜的中间区域1713

重定向棱镜的最下部区域1717

光伏电池1801

南重定向棱镜1802

北重定向棱镜1803

重定向表面1805

截断表面1806

透射表面的上部1807

透射表面的中部1808

透射表面的下部1809

射出重定向棱镜的冬季阳光光线1810

射出重定向棱镜的春秋阳光光线1811

射出重定向棱镜的夏季阳光光线1812

光伏电池1901

重定向棱镜壁组件1902

聚光轮廓1903

聚光轮廓的突起(凸起)的角度1904

半圆柱形突起1905

聚光电池的直径1906

半圆柱形轮廓的点1907，1908

垂直位移1909

入射表面2001

重定向表面2002

透射表面2004

截断表面2012

透射表面的操作底部2005

透射表面的突起2008

透射表面的上部区域2010

半圆柱突起的高度2011

透射表面的第二曲率的角度2013

光伏电池2101

南重定向棱镜2103

北重定向棱镜2104

重定向表面2105

截断表面2106

半圆柱形聚光轮廓2108

从聚光轮廓射出的光线2109

从二次重定向轮廓射出的春秋太阳光线2111

入射表面2201

重定向表面2202

截断表面2212

透射表面2204

透射表面的下部区域2205

透射表面的中间区域2206

透射表面的突起2208

透射表面的上部区域2210

半圆柱形凹陷的深度2211

凹陷单元2209

表面2208和2212、2213之间的角度

光伏电池2301

重定向棱镜壁组件2302

半圆柱形凹陷2303

半圆柱形凹陷的半径2304

两个相邻半圆柱形凹陷之间的间隙2306

形状2303的直径和间隙2306，2305之和

太阳能电池板2400

南重定向棱镜壁2401

北重定向棱镜壁2402

侧壁2403

光伏电池2404

顶部玻璃2405

底部玻璃2406

间隙2407

重定向棱镜壁组件2500

南重定向棱镜壁2501

北重定向棱镜壁2502

光伏电池2505

顶部玻璃 2504

底部玻璃 2506

重定向棱镜壁组件2600

第一组重定向棱镜壁单元2601，2602

第一组重定向棱镜壁单元2609，2610

光伏电池2604

顶部玻璃2605

底部玻璃 2606

气隙 2607

玻璃片 2608

顶部和底部玻璃的跨度 2611

玻璃片的长度 2612

光伏电池 2701

外围重定向棱镜壁2702，2704

重定向棱镜壁单元的山墙结构2703

气隙2705

玻璃片2707

光伏电池排2708，2709

玻璃片长度2711

光伏电池2801

重定向棱镜壁单元2802，2803

太阳能电池板2900

光伏电池2902

重定向棱镜壁单元2903

‘-’引线2901

‘+’ve引线2904

顶部玻璃的区域延伸2905

玻璃区域的长度2907

具体实施方式

参考下文对非限制性实施方式的描述来解释发明的各实施方式及其各种特征和有利细节。省略了对众所周知的组件和处理技术的描述，以免不必要地混淆本发明的实施方式。本发明所采用的示例仅仅旨在便于对实践本发明实施方式的理解，并进一步使本领域技术人员能够实践本发明的实施方式。因此，示例不应解释为限定本发明实施方式的范围。

对具体实施方式的描述将充分揭示本发明中的实施方式的一般性，在不脱离普遍概念的情况下，以使其他人可以通过应用现有知识，容易地修改和/或调整各种应用此类具体实施方式，因此，此类调整和修改应当并旨在被理解为在所公开的实施方式的等同物的含义和范围内。应当理解的是，在本文中所使用的措辞或术语仅为了说明性目的而非限制。因此，虽然已经根据优选实施方式对本发明的实施方式进行了描述，但本领域技术人员将意识到，可以在本发明所描述的实施方式的本质和范围内对本发明的实施方式进行修改。

本发明提出了一种光重定向棱镜。所述光重定向棱镜具有至少三个细长表面。这三个细长表面包括入射表面、重定向表面和透射表面。入射表面被配置为接收入射的平行光线。重定向表面被配置将从入射表面传播来的光在预设角度范围内进行全内反射，从而重定向光。所述入射表面和透射表面之间限定了第一角度。所述透射表面被配置为以预设角度将重定向光从光重定向棱镜中传播出去，并将光朝着太阳能吸收装置导向。所述入射表面和重定向表面之间限定了第二角度，从而限定了重定向表面和透射表面之间的第三角度。

光重定向棱镜被配置为与例如太阳能光伏电池等各种光吸收装置结合使用。光重定向棱镜的由入射表面接收、由重定向表面重定向、并由透射表面传播的光线投射到光伏电池的表面，作为直接入射到光伏电池表面的光线的补充。

图1示出了本发明的重定向棱镜100的横截面示意图。三角形的第一边101代表入射表面，第二边102代表重定向表面，以及第三边103代表透射表面。

根据本发明的一优选实施方式，光重定向棱镜100具有介于80°-110°之间、优选100°的第一角度104，以及介于45°-55°之间、优选为49°的第二角度105。

如图2所示，光重定向棱镜200具有截断底部207，以便于将光重定向棱镜200安装在底座上。优选地，截断底部207的宽度与阴影区域208的宽度之比在1:10至1:15的范围内。

在一优选实施方式中，入射表面201、重定向表面202和透射表面203的长度与阴影区域的宽度之比分别为1.3:2.3:1.1。

根据本发明的一方面，所述重定向棱镜在透射表面上具有二次重定向轮廓。所述二次重定向轮廓至少包括其边缘位于水平面上的脊。二次重定向轮廓至少跨越透射表面的下部并向上延伸到透射表面的操作下边缘。所述二次重定向轮廓沿着所述透射表面的长度设置。所述二次重定向轮廓被配置为：将在没有二次重定向轮廓的情况下重定向光线中将在棱镜的阴影区域中传播或在空气中传播回来或在棱镜的边界内传播的那部分光线重定向至相邻的太阳能吸收装置。所述阴影区域指的是位于重定向棱镜下方的、棱镜的透射表面的下边缘与相应的太阳能吸收装置之间的区域。更优选地，二次重定向轮廓包括多个平行的脊。优选的是，所述二次重定向轮廓包括多个分别具有多个半圆柱形凸起或凹陷的突起或凹槽，所述凸起或凹陷的轴线平行于所述棱镜的透射表面。

图3A，3B示出了光重定向棱镜300，其具有限定在透射表面303上的二次重定向轮廓3031。所述二次重定向轮廓3031包括位于透射表面303的三角形突起上的三个锯齿或脊。所述脊包括可操作的最底部脊，其定位成对由重定向表面302重定向的最底部光线进行重定向，最适合于春秋光线。

在另一实施方式中，所述重定向棱镜具有位于重定向表面上的二次重定向轮廓。所述二次重定向轮廓包括至少一个边缘位于水平面上的脊。二次重定向轮廓至少跨越重定向表面的下部并向上延伸到重定向表面的操作下边缘。在一实施方式中，所述二次重定向轮廓在整个重定向表面上延伸。二次重定向轮廓沿着所述重定向表面的长度设置。所述二次重定向轮廓被配置为：将在没有二次重定向轮廓的情况下重定向光线中将在棱镜的阴影区域中传播或在空气中传播回来或在棱镜的边界内传播的那部分光线重定向至相邻的太阳能吸收装置。更优选的是，二次重定向轮廓包括多个平行的脊。优选的是，所述二次重定向轮廓包括多个分别具有多个半圆柱形突起或凹陷的凸嵌或凹槽，所述凸起或凹陷的轴线平行于所述棱镜的透射表面。

图3C-3D示出了包含三个光重定向棱镜元件的阵列的光重定向壁的实施例，其具有位于每一光重定向棱镜元件的重定向表面上的二次重定向轮廓，其中，图3C示出了侧视图，图3D示出了等距视图。图中示出了通过提供平行于光重定向壁的纵向尺寸的脊而形成的二次重定向轮廓3022。

根据本发明的另一方面，如图4的示例性实施方式所示，重定向棱镜在透射表面上具有聚光轮廓。所述聚光轮廓4032至少跨越所述透射表面的上部并向上延伸到透射表面的操作上边缘401。在优选实施方式中，所述聚光轮廓包括可操作的垂直凹槽或可操作的垂直凸起。或者，重定向棱镜在重定向表面上具有聚光轮廓。所述聚光轮廓至少跨越重定向表面的上部并向上延伸到重定向表面的可操作上边缘。所述聚光轮廓被配置成汇聚与从侧面倾斜入射到入射表面上的光线相对应的重定向光线。

需要注意的是，虽然被称为“聚光轮廓”，但该聚光轮廓具有形成于相邻光伏电池上方，而不是在光伏电池表面上的焦点，越过该焦点，扩散光落在所述光伏电池上。

如图4所示，重定向棱镜400在透射表面403上设有重定向轮廓4031和聚光轮廓4032。图4中示出了优选实施方式，其中，聚光轮廓4032由如图5所示或在图6的近景视图中示出的半圆柱形突起的垂直部分形成。聚光轮廓4032可被设想成沿细长透射表面403粘贴的一系列半圆柱形突起的垂直部分。

根据本发明的另一实施方式，本发明的重定向棱镜在其透射表面上具有复合凸形轮廓，沿其长度方向具有一系列凸出几何轮廓。每个几何轮廓在操作顶部具有第一曲率并且在操作底部具有第二曲率。所述第一曲率具平行于透射表面的操作垂直曲率轴，并且被配置为聚合与从侧面倾斜入射到入射表面上的光线相对应的重定向光线。第二曲率具有垂直于所述透射表面的操作水平曲率轴，并且被配置为：将在没有第二曲率的情况下，重定向光线中将在棱镜的阴影区域中传播，或传播回空气或在棱镜的边界内传播的那部分光线重定向至相邻的太阳能吸收装置。

本发明的重定向棱镜由折射率为1.51的材料制成，该材料选自聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、苯乙烯、聚碳酸酯、玻璃、苯乙烯甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、苯乙烯、苯乙烯丙烯酸共聚物或这些材料的衍生物。

本发明还设想了重定向棱镜壁，其由如上所述的各实施例中的棱镜元件，通过一个在另一个的顶部垂直堆叠的方式形成。如图7-12所示，壁中相邻棱镜元件的结构被限定为提供与其中一个棱镜元件的第三角度相对应的边缘与对应于另一棱镜元件的第二角度的边缘相接触。

图7A示出了重定向棱镜壁的一实施方式的前视图。根据该实施方式，两个平行的重定向棱镜壁放置在光伏电池704的两侧。下文中，北向的棱镜壁称为“北重定向棱镜壁”，而南向的另一棱镜壁称为“南重定向棱镜壁”。术语北重定向棱镜壁和南重定向棱镜壁并不必然意味着壁组件放置在正北或正南。相反，它们可能分别覆盖西北-东北或东南-西南方向。图7A示出了具有三个重定向棱镜的壁，每个重定向棱镜具有三角形横截面，它们彼此堆叠以获得各重定向棱镜壁。具有以特定几何形状堆叠的多个此类元件的实施例是可能的，并且每个重定向棱镜壁可以具有三角形、多边形或圆柱横截面或它们的任何其他组合。

在如图7B所示的另一实施方式中，壁中的相邻元件701通过连接元件715连接，该连接元件715将对应于其中一个棱镜元件701的第三角度的边缘与对应于另一个棱镜元件701的第二角度的边缘连接起来。

在各实施方式的一个方面中，图7A或图7B中的重定向棱镜壁单元的入射表面不是平行于水平面平坦地设置，而是相对于光伏电池的水平面，以顺时针方向的特定角度略微向下倾斜。换言之，壁具有多个重定向棱镜元件，这些重定向棱镜元件以向外展开的喇叭状形式设置，所述壁具有多个层，且每一层具有一棱镜元件，每一向上的棱镜水平面的扩张角度为+y°，因此，第n个透镜水平面的安装角度为(x+ny)°，其中，'n'是在基准层以上计数的层，并且，'x'是基准层的安装角度708。在一实施方式中，y度可以是2°，可以提供具有从0°-10°变化的角度的其他实施方式。图8示出了向外展开配置。在示例性实施方式中，最底部棱镜的入射表面保持在17.6°的入射表面倾斜角度811。对于从侧面倾斜射入到入射表面上的阳光，该入射表面角度811可以提高入射表面对阳光的暴露。811的另一示例可以是15°和22°。在一实施方式中，安装角度808为65°，并且，由于向外扩展，角度809是49°。

从下层到上层，安装角度的增加使得本可能会被后续的下层阻挡的阳光照射到光伏电池804。这可提高光重定向壁组件的效率。

或者，壁具有向内展开的构造，并且，每一上面的棱镜层的扩展角度为-y°，因此，第n个棱镜层的安装角度为(x-ny)°，其中，“n”是在912以上计数的层，“x”是908所示的棱镜单元912的安装角度。图9示出了向内展开的构造。如图9所示，入射表面倾斜角度911通常为17.6°，并且，911的另一示例可以是15°和22°。在一实施方式中，安装角度908是70°，并且，由于向内展开，角度909是49°。在一实施方式中，y可以是2°，并且，其是可以从0°-10°变化的角度。

在一实施方式中，在本发明的重定向棱镜壁单元的高度保持不变的同时，参数“n”，即棱镜层级的数量，理论上可以增加到非常大的数量。其结果过，每层的单个重定向棱镜单元的厚度可以减小到非常小的量级。这种非常薄的重定向棱镜壁的重量相当低。

重定向棱镜壁单元也可以按照从前看以某种向外展开或向内展开的结构进行堆叠，以分离对阳光的季节性处理。在某些实施方式中，一层或多层的重定向棱镜壁单元可以定位为一不同的入射表面倾斜角度911，以提高垂直入射到顶部玻璃902上的阳光的处理。

本发明还设想了一种太阳能电池板，其具有底座、至少一个例如是光伏电池的太阳能辐射吸收装置，以及至少一个如上述实施方式所述的重定向棱镜。光伏电池固定在所述底座上。重定向棱镜固定在底座上，并位于光伏电池附近。所述重定向棱镜被配置为将入射的平行光线重定向到光伏电池。所述重定向棱镜可以是单个棱镜元件，或如上所述的重定向棱镜壁。已通过各种附图说明了各种实施方式。

在优选实施方式中，所述太阳能电池板包括至少两个重定向棱镜，它们沿着光伏电池的相对外围边缘设置在所述底座上。

每个重定向棱镜固定在底座上，以限定重定向表面和底座平面之间的安装角度。该安装角度的范围为60°-70°。

此外，重定向棱镜固定在底座上，以提供入射表面与底座平面之间的入射表面倾斜角度。该入射面倾斜角度的范围为15°-22°。

优选地，太阳能电池板安装成使重定向棱镜朝东西方向定向，且与东西方向的偏差范围为0°-30°。

通常，在北半球，太阳能电池板向南倾斜安装，其中，向南倾斜的角度等于所在位置的纬度。相反，在南半球，太阳能电池板向北倾斜安装，其中，向北倾斜的角度等于所在位置的纬度。

从各附图中可以明显看出，太阳能电池板具有一排光伏电池和一对对称安装的重定向棱镜，这些棱镜以山墙形式固定在相邻光伏电池之间的空间中。

此外，图7中的重定向棱镜壁单元的每一层优选定位为特定安装角度708。在示例性实施方式中，相对于光伏电池的水平面，安装角度708等于65°。

如图8所示，不同层的重定向棱镜壁单元可以沿着某个堆叠模式810堆叠。在一实施例中，堆叠模式可以是这样的：最下层的安装角度为x度，如808所示，而接下来的上层层的安装角度为(x+y)°和(x+2y)°的增大角度，以此类推。在一实施例中，y度可以是2°，还可以提供角度从0°到10°变化的其他实施例。其它层(在该示例性实施方式中，重定向棱镜壁单元的上两个层)可以是喇叭型的，其中，顶部棱镜单元的重定向表面相对于水平面保持递减的安装角度809，以形成沿着顶部的向外展开的结构。因此，将安装角度设为(x+3y-z)，其中，z为上两层安装角度的减小值。此外，上两层棱镜的入射表面保持平行于水平面，以使入射表面倾斜角度为0°，以在春秋时的阳光下最好地工作。在示例性实施方式中，重定向棱镜壁单元的上两层相对于水平面保持49°的安装角度809，而最底部的棱镜单元的安装角度808为65°。

图9示出了重定向棱镜壁组件的前视图，该组件由在碗状结构(或者，也称为从底部开始的向内展开)中的五个细长重定向棱镜单元的垂直堆叠排列组成。在图9中，不同层的重定向棱镜壁单元可沿着某个堆叠模式910堆叠。在一实施例中，所述堆叠模式可以使得棱镜单元912处于x°的安装角度908，而接下来的两个上层分别处于(x-y)°和(x-2y)°的递减角度。在一实施例中，y可以是2°，也可以提供角度从0°到10°变化的其他实施例。在该示例性实施例中，最底层的重定向棱镜壁单元可以是向内展开的喇叭形，其中，底部棱镜的重定向表面相对于水平面保持减小的安装角度909，以沿底部形成向内展开或碗状结构。因此，将安装角度设置为(x-3y-z)，其中，z是从最底层安装角度的减小值。此外，位于最底层和其上方一层的棱镜的入射表面保持与水平面的平行，以使得入射表面倾斜角度为0°，以便在春秋时期的阳光照射下最好地工作。在一示例性实施方式中，最底层的重定向棱镜壁单元可保持49°的安装角度909，而最顶层的棱镜保持71°的安装角度908。

图10示出了重定向棱镜壁组件的一实施例的前视图，其示出了北重定向棱镜壁对冬季清晨阳光的重定向能力。每一层重定向棱镜壁单元将冬季阳光重定向到位于下方的光伏电池1004的不同区域。

图11示出了重定向棱镜壁组件的一实施例的前视图，其示出了南重定向棱镜壁对夏日清晨阳光的重定向能力。所述南重定向棱镜壁可能更适合夏季的阳光，而北棱镜墙可能更适合冬季的阳光。

所述北重定向棱镜壁和南重定向棱镜壁可以在留出与光伏电池804间的额外间隙805后来定位，以确保来自顶部玻璃802的阳光不会受到重定向棱镜壁单元的阻碍。重定向棱镜壁单元位于一系列沿东西方向连续设置的光伏电池的两侧。术语从东到西设置并不一定意味着重定向棱镜壁单元设置在精确的从东到西的方向上。相反，它们可能与东西方向错位0°-30°。

图12示出了重定向棱镜壁组件的前视图，其由从顶部结构向外展开的五个细长重定向棱镜单元的垂直堆叠排列组成，示出了当阳光垂直照射重定向棱镜壁时，南重定向和北重定向棱镜壁的顶部两层对于清晨春秋阳光的重定向能力。这种设计对于以垂直方向落在重定向棱镜壁上的阳光是有效的。

由于单层重定向棱镜壁单元不能设计为同样好地适合于冬季和春秋阳光，因此，可以将棱镜的层分开以满足不同季节的需求。底部的向内展开捕捉到了无法从上层重定向的春秋阳光。当将重定向棱镜形墙单元一个在另一个之上堆叠到任意数量的层时，可以具有其他特定的实施方式，以呈现向内展开、向外展开或任何其它可能的曲线形状，以提供季节性改善，而不是年度改善，以更好地朝着光伏电池重定向太阳光。

图13A-C根据本发明的实施方式，示出了在单个三角形突起模式上的二次重定向轮廓的分解图。该图示出了由重定向棱镜壁的透射表面的三角形突起上的锯齿状轮廓或脊(可互换使用)限定的二次重定向轮廓。光重定向棱镜的各个表面在图13A中由1301(入射表面)、1302(重定向表面)、1303(截断表面)以及1304(透射表面)表示。透射表面1304包括两个区域，分别是平坦的区域1306以及由共同连接表面1308和1309形成的区域1307。锯齿形轮廓1309包括三个V形台阶，这些台阶共同连接以形成阶梯模式。三角形突起1308可附接到平坦表面1304。角度1310决定了该三角形的突出程度。如图13B所示，部分1309的角度1311在确保从1302中射出的TIR光线在春秋期间离开重定向棱镜壁单元朝向光伏电池方面起着关键作用。1311的一个示例性实施例是35°。可以存在各种其他示例性范围：(例如30°-40°)。图13C进一步示出了在重定向棱镜壁的透射表面的下部区域中完整形成的具有锯齿轮廓的单个三角形突起。1312是重定向棱镜壁单元的下部区域，其可以负责将来自1302的阳光有效地重定向到光伏电池。1312是通过将1309叠加在1308之上形成的。部分1312是透射表面上的单个三角形突起，其具有由三个脊限定的二次重定向轮廓。

图14A示出了重定向棱镜壁单元追踪春秋光线的前视图。图14B示出了通过重定向棱镜壁单元的锯齿轮廓或脊来重定向春秋阳光。入射到1403的春秋阳光在1402(重定向表面)经历TIR，并在1404(透射表面)离开重定向棱镜壁。图14A示出了没有二次重定向轮廓、具有完全平坦且平整的透射表面1404的实施例。如图14A中所示，在没有二次重定向轮廓的情况下，在1402处已经经历全内反射的太阳光线无法落在光伏电池1401上，因此当它在棱镜的阴影区域向下落时可能会被浪费掉。但在图14B中，我们可以看到1404上的锯齿形轮廓1405有助于将重定向的阳光转向光伏电池1401，从而提高模块效率。图14C示出了在1402表面发生的TIR的近景视图以及1405如何帮助将阳光转向1401。

图14D的视图1示出了重定向棱镜壁单元追踪春秋阳光的俯视图，其中，所述重定向棱镜壁单元具有如本发明的实施例中所述的平坦没有二次重定向轮廓的透射表面。南和北重定向棱镜壁单元(分别为1409和1408)可以被配置为将光重定向到光伏电池1401。春秋阳光在点1403处落到1409上，但无法在重定向后落在1401上，而是落在远离光伏电池的点1404处。被重定向的太阳光在B方向上的位移距离为1405。类似地，在图14D的视图2中示出了重定向棱镜壁单元1409，其具有由三角形突起限定的二次重定向轮廓，该三角形突起具有由1410标记的锯齿状轮廓。南和北重定向棱镜壁单元(分别为1409和1408)被配置为将光重定向到光伏电池1401。其示出了春秋阳光在点1403处落在1409上，被重定向并入射到位于1401上的点1406上。被重定向的阳光在方向B上具有位移距离1407。该位移距离1407可小于1405。因此，具有三角形突起波形模式的重定向棱镜壁减少了重定向棱镜壁单元在东西方向上扩展的需求，并节省了宝贵的空间。

图14E的俯视图1是具有二次重定向轮廓1403的重定向棱镜的实施例，该二次重定向轮廓1403在面向其光伏电池1401的透射表面上形成三角波形模式(在方向B，即东西方向)。

图14E的视图2示出了当从顶部观察时的三角形突起的放大图。如图14E中的视图3所示，所示三角形突起可具有两个表面(1406和1407)。三角形突起具有45°的临界角，如1405所示。可能存在各种其他范围：(例如40°-50°)。在一实施例中，两个三角形突起之间的角度为90°，如1404所示。可能存在各种其他范围：(例如85°-95°)。需要临界角1405，以确保冬日阳光1410在到达表面1407之前平行于表面1406移动。在一实施例中，角度1405可以是45°。这种角度配置还确保了冬季早晨的阳光在离开1402之前主要入射在1407上，而冬季午后的阳光在离开1402之前主要入射在1406上。因此，1405的角度扩大了一天中由重定向棱镜壁单元处理的方位角的可接受范围，其中，早晨日照方位角为80-100°，而晚上日照方位角为260-280°。

图14A-E根据本发明的实施方式，示出了在重定向棱镜壁1402的透射表面上具有二次重定向轮廓的重要性，其有助于更好地将阳光转向到光伏电池1401。二次重定向轮廓形成从东向西方向延伸的三角波状模式，并且包含存在于透射表面的三角形突起上的三个操作脊或锯齿轮廓，如图14A-C所示。该实施例使得所有季节的阳光能够有效地转向到1401。

图15A-C示出了本发明的另一实施例的分解图，在该实施例中，在透射表面上设置有二次重定向轮廓。此图中清楚地示出了图14中所示的三角形突起上的多个脊。重定向棱镜壁的各表面在图15A中由1501(入射表面)、1502(重定向表面)、1503(截断表面)以及1504(透射表面)表示。脊遍布1504的长度1506方向，并且由共同连接表面1508和1509形成。我们称之为脊或锯齿轮廓的部分1509由六个V形台阶共同连接形成阶梯模式。部分1508是附接到透射表面1504的三角形突起。角度1505可用于配置三角形突起。这具有类似于参考图13A-C所解释的元素。在一示例性实施例中，角度1505可以是45°。如图15B所示，下部区域1514中的二次重定向轮廓的重要角度是1510，这在确保将春秋日光转向到光伏电池方面起着关键作用。在一示例性实施例中，1510可以是35°。可能存在1510的各种其他范围：(例如30°-40°)。然而，使用角度1510配置的脊可能无法很好地适应其他季节。中间区域1513中的二次重定向轮廓中的脊可以具有一不同的角度1515。以此角度配置的脊在确保除春秋和冬季以外的几个月的阳光有效地转向1501方面发挥起着关键作用。在一示例性实施例中，1511是10°。可存在1511的各种其他范围：(例如5°-15°)。

图15C根据本发明的实施例，进一步示出了具有遍布重定向棱镜的透射表面的长度1506方向的脊的二次重定向轮廓的完整结构。1512是重定向棱镜的最顶部区域，其不包含二次重定向轮廓或任何叠加部分1509，并且该区域负责将冬季阳光有效地转向到光伏电池。1514是重定向棱镜壁单元的下部区域，其负责有效地将春秋的阳光转向到光伏电池。1513是重定向棱镜壁单元的中间区域，其负责将除春秋月和冬季/夏季以外的其他时间的所有阳光有效地重定向到光伏电池。图15C中所示的二次重定向轮廓与参考图13C解释的类似。

图16A根据本发明的实施方式，示出了重定向棱镜壁单元中的春秋的光线追踪前视图。入射到1603的春秋阳光在1602(重定向表面)经历TIR，并在1604(透射表面)离开重定向棱镜壁并落在光伏电池1601上。如图16A中所见，1605上的聚光轮廓有助于在春秋月份将重定向的太阳光线最佳地重定向到光伏电池1601，从而提高模块效率。两个重定向棱镜单元都可参与将春秋阳光转向1601。图16B示出了春秋太阳在1602处发生的TIR的放大视图，以及重定向的光线如何从下部区域1606射向1601。图16C示出了在1602表面发生的冬季阳光的TIR的近景视图，以及上部和中间区域(1607)中的锯齿状轮廓如何帮助将阳光导向1601。

图17A-C根据本发明的实施方式，示出了图15A-C中所示的另一二次重定向轮廓的分解图。图17A中的视图清楚地示出了三角形突起1708上存在多个脊1709。重定向棱镜壁的各个表面在图17A中以1701(入射表面)、1702(重定向表面)、1703(截断表面)和1704(透射表面)表示。脊沿1704的长度1706方向设置并由共同连接表面1708和1709形成。被称为脊的部分1709由四个V形台阶共同连接形成阶梯状模式。部分1708是透射表面1704的三角形突起。角度1705有助于配置突起的延伸。在一示例性实施例中，角度1705可以是45°。可能存在各种其他范围：(例如40°-50°)。如图17B所示，下部区域1717中脊的一个重要角度是1710，其在确保将春秋阳光转向1704方面起着关键作用。在一示例性实施例中，1710可以是35°。可能存在各种其他示例性范围：(30°-40°)。然而，具有角度1710的脊可能无法为其他季节提供所需的结果。因此，可以为中间区域1713中的脊配置不同的角度1711，并且这些脊包含不同角度1711可以确保除春秋和冬季之外的几个月的阳光有效地转向到光伏电池。在一示例性实施例中，1711可以是5°。可能存在各种其他范围：(例如1°-10°)。图17C还示出了具有遍布重定向棱镜的透射表面的长度1706方向的脊的二次重定向轮廓的完整结构。在一实施例中，1712是重定向棱镜壁单元的最顶部区域，可不包含二次重定向轮廓，并且该区域负责将冬季阳光有效地重定向至1704。1717是重定向棱镜的下部区域，其负责有效地将春秋阳光转向至1704。1713是重定向棱镜壁单元的中间区域，其负责在除春秋月份和冬季之外的其他时间的阳光有效地重定向至1704。

图18A根据本发明的实施方式，示出了重定向棱镜壁中冬季阳光的重定向。1802是南重定向棱镜壁单元，1803是北重定向棱镜壁单元。北重定向棱镜壁单元1803可主要负责将冬季阳光转向至光伏电池1801。1803的各种表面在图18A中以1805(重定向表面)、1806(截断表面)和1807(透射表面)表示，所述透射表面具有由两个脊1808和1809组成的二次重定向轮廓。图18B-D示出了在重定向棱镜处理所有季节的实施例中的二次重定向轮廓的近景视图。图18B示出了1803内部冬季太阳的光线追踪。冬季阳光照射在重定向表面1805上并在此经历TIR，并落在重定向棱镜的透射表面的上部区域1807，该区域是平坦的且没有二次重定向轮廓。该配置用于冬日阳光，其从重定向棱镜射出，并以命名为1810的光线表示。图18C示出了存在于1803的下部区域1809中的聚光轮廓对春秋阳光的重定向。重定向棱镜1802和1803都参与了春秋阳光的重定向。春秋阳光在1805(重定向表面)处经历TIR，并射出命名为1811的光线所表示的透射光线。图18D示出了1802中夏季阳光的光线追踪。平坦且没有二次重定向轮廓的重定向棱镜的透射表面的上部1807被配置为符合夏季阳光并使其落在光伏电池上，如命名为1812的光线所示，从而提高了模块效率。中间区域1808中存在的二次重定向轮廓的脊可被配置为满足除春秋、夏季和冬季月份之外的其他所有季节的需求。然而，如图18B-D所示，其还可以处理一些春秋和冬季/夏季月份的日子，以将阳光导向至光伏电池。

图19A-C示出了由存在于光重定向棱镜的透射表面上的二次重定向轮廓完成的光重定向的俯视图。图19A根据一实施例，示出了重定向棱镜壁组件1902的一实施例的俯视图，所述重定向棱镜壁组件1902具有位于透射表面上的聚光轮廓1903，当从上面观察时，该聚光轮廓形成半圆形波形模式(在方向B，即东-西)。虽然，半圆柱形聚光轮廓具有凸形形状并用作聚光透镜，但重定向的阳光的焦点位于棱镜和光伏电池之间的空间的中间。因此，只有被重定向的太阳光以漫射的方式到达光伏电池，并且太阳光没有会聚在光伏电池上。

图19B根据本发明的实施方式，示出了与视图1中相同的聚光轮廓1903的分解图。所述聚光轮廓具有半圆柱形突起形状。1904表示聚光轮廓的突出(凸出)程度。这由半圆柱形突起的操作垂直轴的位置决定，并且在所述实施例中，其平行于透射表面。

在一示例性实施方式中，该距离1904是4mm。可能存在各种其他范围：(例如0.1-6mm)。我们可以在两个相邻的半圆柱形突起之间设置一配置间隙，以1905表示。这有助于确保从一半圆柱突起射出的光线不会落在相邻的突起上。1905的一示例性实施例是1mm。可能存在各种其他范围：(例如0.1-5mm)。1906是形状1903的直径。1906的一示例性实施例是10mm。可能存在各种其他示例性范围：(0.1-20mm)。

图19C根据本发明的实施方式，示出了春秋的阳光被1903重定向。可以看到，入射到半圆柱形聚光轮廓上的点1907处的阳光被导向至位于光伏电池1901上的点1908。从点1907到点1908在方向B上测得仅存在1909的微小垂直位移。因此，半圆柱形突起有助于在相对于重定向棱镜的透射表面的最近的点处有效地将阳光转向1901，并将用于重定向所需的东西方向的额外面积降至最低。

图20A-C根据本发明的实施方式，示出了嵌入在重定向棱镜的透射表面上的半圆柱形聚光轮廓的分解图。图20A示出了重定向棱镜壁的各种表面，在图20A中由2001(入射表面)、2002(重定向表面)、2012(截断表面)和2004(透射表面)表示。重定向棱镜的透射表面2004具有由三个区域组成的复合凸形轮廓，上部区域2010是平坦部分，操作顶部2006中的第一曲率是半圆柱形轮廓并用作聚光轮廓，以及操作底部2005中的第二曲率，它是以2008所表示的透射表面的突起，该区域用作二次重定向轮廓。部分2009叠加在透射表面的上部区域2006中。重定向棱镜的最终组装形状如图20B所示。聚光轮廓至少跨越2006的上部并延伸到以2010表示的透射表面的操作上边缘。聚光轮廓包括可操作的垂直凹槽或可操作的垂直凸嵌。

在图20B所示的一示例性实施例中，从2010开始测量的聚光轮廓具有间隙2010。该间隙用于2005上的半圆柱形突起，以使得冬季阳光不间断地照射到光伏电池。2011是半圆柱突起的高度。2011的高度可以有多种实施例，其可以向着2001延伸或者可以向下朝着2005延伸。图20C示出了具有图20B所示的聚光轮廓的重定向棱镜的侧视图。2013是透射表面上的第二曲率的角度。2013是两个表面2008和2012之间的角度。这个角度确保了在2002经历了TIR的春秋阳光被导向光伏电池。2013的一示例性实施例是105°。可能存在各种其他范围：(例如100°-110°)。

图21A根据本发明的实施例，示出了一重定向棱镜的实施例中冬季阳光的重定向。2103为南重定向棱镜，2104为北重定向棱镜。可以看到2104内部主要负责将冬季阳光转向光伏电池2101的光线追踪。2104的各种表面在图21A中由2105(重定向表面)、2106(截断表面)表示，并且2108是透射表面上的半圆柱形聚光轮廓。图21B-C示出了处理所有季节的重定向棱镜的实施例中的半圆柱形突起的近景视图。图21B示出了2104内部冬季阳光的光线追踪。冬季阳光落在重定向表面2105上并在此处经历TIR，并落在将其转向光伏电池的2108上。从2108射出的光线在图21B中以2109示出。图21C示出了春秋阳光通过2104的聚光轮廓重新定向。重定向棱镜单元2103和2104都参与春秋阳光的重定向。春秋阳光在2105(重定向表面)经历TIR，并从2104射出，并被转向至2101，如命名为2111的光线所示。

图22A-C示出了二次重定向表面新的实施方式，该表面是凹形的并且是在重定向棱镜的透射表面上的扩散轮廓。图22A-C根据本发明的实施方式，示出了在重定向棱镜上切出的半圆柱形凹陷的分解图。图22A示出了重定向棱镜壁的各种表面，在图22A中以2201(入射表面)、2202(重定向表面)、2212(截断表面)和2204(透射表面)表示。透射表面2204具有由三个区域组成的扩散轮廓：下部区域2205是透射表面的突出部分，用2208表示；具有扩散轮廓的中间区域2206；以及具有平坦表面的上部区域2210。

所述扩散轮廓至少跨越2206的上部并向上延伸到以2010表示的透射表面的操作上边缘。所述扩散轮廓包括可操作的垂直凹陷或可操作的垂直凸嵌。2206上的凹陷通过从2204的上部区域2206中减去等于块体2209的体积而形成。扩散轮廓的最终组装形状如图22B所示。2210是从2201开始测量的半圆柱形扩散轮廓到2201的距离。在2205上设置半圆柱形凹陷的这个间隙有助于确保冬季阳光不间断地照射在光伏电池上，并且不会受到所形成的凹陷的阻碍。2211是所形成的半圆柱形凹陷的高度。可存在各种实施方式，其中，凹陷单元2209可向上朝着表面2201延伸或可以向下朝着2205延伸。图22C示出了图22B所示的透射表面上的扩散轮廓的侧视图。2213是两个表面2208和2212之间的角度。这有助于确保在2202经历TIR的春秋阳光向着光伏电池被导向。这是由于钝角2213的存在而实现的。在一示例性实施例中，2213可以是105°。可能存在各种其他范围：(例如100°-110°)。图23A-B示出了图22中解释的聚光轮廓的顶部。如俯视图所示，图23A根据本发明的实施方式，示出了重定向棱镜壁组件2302的一个实施例的俯视图，其透射表面上具有凹陷，其在面向光伏电池2301的透射表面上形成半圆形波形模式(在方向B上，即东-西方向)。

图23B示出了图23A中所示的相同半圆柱形凹陷2303的放大图。所述半圆柱形凹陷2304的半径决定了半圆柱形凹陷的深度。这由形状2303的轴决定。在所述实施方式中，半圆柱形凹陷的操作垂直轴线平行于重定向棱镜的透射表面。2304是形状2303的半径，在一示例性实施方式中，其为4mm。可能存在各种其他范围：(例如0.1-6mm)。2306是两个相邻半圆柱凹陷之间的间隙，其有助于确保从一个半圆柱凹陷射出的光线不会落在相邻的半圆柱凹陷上。2306的一个示例性实施例是1mm。可能存在各种其他示例性范围：(0.1-5mm)。2305是从顶部观察时形状2303的直径和相邻间隙2306之和。在一示例性实施例中，2305为10mm。可能存在各种其他范围：(例如0.1-20mm)。根据包括效率和制造能力在内的各种因素，透射表面上的凹陷可以具有不同的半径。

因此，可以优化光重定向单元的透射表面或重定向表面上的二次重定向轮廓的表面形态，从而使光通过TIR最大程度地重定向到光伏电池。在各种实施方式中，TIR太阳光有效地到达光伏电池，从而增加太阳能电池板的发电量。

正如本领域技术人员可以意识到的那样，具有二次重定向轮廓(脊)的重定向棱镜使得单个光偏转单元能够在入射太阳光的最大可能方位角范围内工作，即，其可以有效地处理全年不同季节的阳光，即夏季、冬季和春秋。这节省了使用单独的专用光重定向棱镜单元处理不同季节的需要，并有效地节省了所需的额外的成本和额外面积。

在图24所示的次优选实施方式中，本发明的重定向棱镜被设置在太阳能电池板的光伏电池阵列的外围，其中，重定向棱镜和光伏电池被封闭在玻璃盒内，该玻璃盒具有位于其顶部的平坦玻璃，以及沿太阳能电池板外围设置的玻璃壁，其中，一个或多个重定向棱镜被支撑在玻璃盒的东西两侧。然而，由于温室效应，壳体的存在会导致热量的积聚。由于封闭在其中的光伏电池过热，在一段时间内，光伏电池的效率下降。

图24示出了具有重定向棱镜壁组件的太阳能电池板的布置，其中，整个单元2400是玻璃盒内的封闭模块，从而使得侧壁2403作为单个封闭玻璃墙沿着太阳能电池板的边界延伸。根据该实施方式，两个平行且对称的重定向棱镜壁被放置在光伏电池2404的两侧，形成固定在相邻光伏电池排之间的空间中的山墙结构。位于北方向的重定向棱镜壁在下文中称为“北重定向棱镜壁”2402，而位于南方向的另一个重定向棱镜壁被称为“南重定向棱镜壁”2401。术语北重定向棱镜壁和南重定向棱镜壁可能并不一定意味着该壁组件放置在正北或正南。相反，它们可能分别覆盖西北、东北、东南和西南或它们之间的方向。此外，每个重定向棱镜壁可以包括一个或多个重定向棱镜壁单元。例如，图24中示出了具有三个此类单元的实施例，它可以具有如图13、15、17、21、23中描述的任何二次重定向轮廓或本文描述的这些实施方式的任何变体。

参考图24，顶部玻璃2405被放置在等于重定向棱镜壁2401高度的高度处，使得太阳能电池板的顶部具有与现有的传统太阳能电池板一样的平坦表面。此外，2405可以被配置为具有比传统板的面积更大的面积(在示例性实施例中为两倍)。此外，随着重定向棱镜壁单元的层数的增加，我们可以提高太阳能模块的效率，但这也增加了所需的顶部玻璃面积，因为壳体也可能相应地增加。

优选地，每个重定向棱镜壁的透射表面与太阳能电池板的底座表面之间的安装角度在60°-70°的范围内。在一实施例中，入射表面的宽度与重定向表面的宽度之比在1:1.1-1:2的范围内。优选地，靠近重定向棱镜的光伏电池的外围边缘与靠近光伏电池的截头重定向棱镜底座的顶点之间的间隙与光伏电池宽度之比为0-15％，并且该间隙一般为10mm宽。顶部玻璃2405可以存在于重定向棱镜壁之上，或者可以设置在光伏电池的正上方。当被组装成集成太阳能电池板组件时，玻璃侧壁2403可以沿边界延伸并且可以密封集成太阳能电池板组件以防止空气或灰尘或湿气渗入。光伏电池2404可被封装在两层封装片之间并且可以粘合到底部玻璃2406上，其中，所述封装片可以例如是乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、基于聚烯烃弹性体的(POE)替代品、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或基于硅树脂的产品。在一实施例中，顶部玻璃2405直接存在于光伏电池2404上方，实际上夹在两个封装片之间。如图24所示，北重定向棱镜壁和南重定向棱镜壁在光伏电池2404和顶部玻璃2405之间形成具有一定高度的间隙，该间隙的高度等于侧壁2403的长度。为了补偿由于该高度带来的太阳光中的余弦损失，可以提供额外的间隙2407，如图24所示。这个额外的间隙确保了从顶部玻璃以倾斜入射角落下的阳光可以直接照射光伏电池，而不会受到重定向棱镜壁的阻碍。尽管为了清楚起见，该图仅示出了位于集成板2400中间的单个光伏电池2404，但本领域技术人员可以意识到，光伏电池2404可以沿着集成太阳能电池板组件的长度延伸，如后续图所示。此外，光伏电池可以由其他太阳能吸收装置来代替。

在图25所示的优选实施方式中，本发明的重定向棱镜被设置在太阳能电池板的光伏电池阵列的外围，并且通过密封剂或夹具安装在光伏电池阵列的两侧，并被配置为直接接收入射的阳光并重定向到光伏电池阵列。由于太阳能电池板的开放式配置提供了大量的空气散热，且不存在不利于玻璃壳体的太阳能电池板的性能的温室效应，因此，这种设置是更优选的。此外，由于避免了使用具有玻璃顶部和玻璃侧壁的笨重且昂贵的玻璃壳体，因此实现了重量和成本的节省。

图25示出了重定向棱镜壁组件2500的一实施例的前视图，该组件2500布置成开放翼构造以易于消散由光伏电池产生的热量。根据该实施方式，重定向棱镜壁单元2501(南重定向棱镜壁)和2502(北重定向棱镜壁)被设置在光伏电池2505的两侧。部件2504被夹在顶部玻璃2504和底部玻璃2506之间。需要注意的是，根据太阳能电池板制造商的选择，2506可以是太阳能玻璃或钢化浮法玻璃，甚至可以是像Tedlar这样的背板。

顶部玻璃2504可以位于重定向棱镜壁之上或者可以设置在光伏电池的正上方。如本实施例所示，当2504直接置于2505上方时，其避免了在光伏电池内部形成热量并将热量散发到大气中，这可以显著提高太阳能电池板或其他太阳能应用的性能。并且，重定向棱镜壁单元2501和2502附接到2504，这确保了顶部玻璃上方的足够空气流通并降低了表面模块温度。2501和2502可以通过安装元件夹到或胶粘到2504上。

光伏电池2505被封装在两层封装片之间并且可以粘合到底部玻璃2506，所述封装片可以例如是乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、基于聚烯烃弹性体的(POE)替代品、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或基于硅树脂的产品。在一实施例中，顶部玻璃2504直接位于2505上方，2505又夹在两个密封片之间。尽管该图的前视图仅示出了位于集成板2500中间的单个光伏电池2505，但本领域技术人员可以意识到，光伏电池2505可以沿着集成太阳能板组件的长度延伸，如后续图所示。此外，光伏电池可以由其他太阳能吸收装置代替。

图26根据本发明的一实施方式，示出了用于两个光伏电池阵列的重定向棱镜壁组件2600的一个实施例的近景前视图。有两组重定向棱镜壁单元：设置在光伏电池阵列两侧的第1组(2601和2602)和第2组(2609和2610)。2604是夹在顶部玻璃2605和底部玻璃2606之间的光伏电池。需要注意的是，2606和2605的长度是以2611表示的跨度。存在于2602和2609之间的空气气隙以2607表示。引入玻璃片2608，以用于连接两个相邻光伏电池阵列的电互连，并且不沿光伏电池阵列的长度存在。2608的长度以2612表示，2608的宽度在5-20mm的范围内。

图27A示出了具有72个半切光伏电池的12x6太阳能电池板配置的一实施例的截面图。如图所示，以2701表示的光伏电池沿东西方向连续铺设。光伏电池阵列共有六排，每排由十二个光伏电池组成。光伏电池阵列的每一排在两侧有一对重定向棱镜壁单元。外围重定向棱镜壁为2702和2704，它们是存在于边界光伏电池阵列中的单个重定向棱镜单元，中间有一对重定向棱镜壁单元，它们在空间上形成山墙结构，以2703表示。2701的每一行都穿插有2703。图27B示出了同一实施例的分解剖视图，以更好地理解山墙结构2703。如图所示，当中间区域的两个重定向棱镜壁单元连接时，它们形成山墙结构，2705是它们之间存在的气隙。这使得板中的空气更容易流动，并使光伏电池能更好地散热，以及始终保持模块温度较低，从而提高太阳能电池板的效率。玻璃片2707是玻璃在东西方向上形成的轻微延伸，用于电气母线互联，以从一个光伏电池排2708移动到另一个光伏电池排2709。2707的长度以2711表示，其宽度在5-20mm范围内。

图28示出了太阳能电池板的一实施例的横截面图，该太阳能电池板具有单个光伏电池阵列和位于两侧的重定向棱镜形壁单元。在该实施例中，由2801表示的十二个光伏电池在东西方向上连续设置，以2802和2803表示的重定向棱镜壁单元设置在2801的两侧。2801夹在两层玻璃之间，以防止环境恶化。

图29示出了太阳能电池板的一实施例的俯视图，其中72个半切光伏电池以12x6的配置铺设。以2902表示的光伏电池沿东西方向连续铺设。用于以2901表示的太阳能电池板的电气母线穿过光伏电池2902。用2903表示的重定向棱镜壁单元设置在2902的两侧。光伏电池2902以串联方式连接，2901为“-”引线，2904为“+”引线。2905是顶部玻璃在东西方向上的区域延伸，其中，一排电气母线与另一排电气母线相互连接。玻璃区域2905的宽度用2906表示，2905的长度用2907表示。

因此，上文已经讨论了将重定向棱镜壁组件放置在顶部玻璃上方的有效布置，从而使得模块的温度更低。在各种实施方式中，来自重定向棱镜壁组件的TIR阳光有效地到达光伏电池，从而增加了模块的能量产生能力。此外，重定向棱镜墙可以包括一层或多层重定向棱镜壁单元，这些单元一个垂直堆叠在另一个之上，以提高太阳能模块的聚光能力。这里所示的重定向棱镜壁实施例是从图1至图28所讨论的几种实施方式中的一个代表性实施例。

作为本发明的一方面，还设想了一种利用具有太阳能电池阵列的太阳能电池板内的全内反射来重定向阳光的静止光学单元、集成太阳能电池板、其系统以及方法。在一实施方式中，细长的偏转单元阵列沿太阳能电池阵列的长度布置，并被配置为利用全内反射将阳光导向到太阳能电池。在一实施例中，偏转单元阵列被配置为仅在一天中的特定时间增加更多落在太阳能电池上的阳光，而不是跨越单日阳光照射(one sun illumination.)。在另一实施例中，例如在低倍聚集光伏电池的情况下，偏转单元的阵列被配置为增加更多落在太阳能电池上的阳光，其高于单日阳光照射。

图30根据本发明的实施方式，示出了用于重定向阳光的静止光学单元100的等距视图。

在一实施例中，静止光学单元可包括连接到表面3005的偏转单元3003。此外，另一偏转单元3001可连接到表面3005。诸如太阳能电池之类的太阳能吸收装置的位置可以由占位表面3030表示。本领域技术人员可以意识到，可以在具有或不具有诸如太阳能电池之类的太阳能吸收装置的情况下制造/销售静止光学单元。两个偏转单元都被配置为将阳光导向占位表面3030。太阳能可以被太阳能电池或吸热元件如流体、水管或气体管吸收。

在一实施例中，静止光学单元的设置可以使得尽管太阳在白天运动，也可以使最大量的阳光能够在最长的持续时间内入射到太阳能吸收装置上。在一实施例中，偏转单元3003和3001可以在垂直于太阳白天运动的方向以外的方向上伸长。在一示例性场景中，细长的偏转单元被位于东西方向上。在该示例性场景中，细长的偏转单元可以相对于彼此设置在南北方向上。细长的偏转单元沿东北-西南方向或西北-东南方向延长的变化是可以的。

此外，偏转单元3001和3003的设置可以相对于占位表面3030对称。例如，占位表面的对称线可以与每个偏转单元等距。在另一示例性实施例中，与其他偏转单元(例如3003)相比，偏转单元(例如3001)可以更远离占位表面3030的中心。

图31根据本发明的实施方式，示出了用于重定向阳光的静止光学单元的其中一个偏转单元中的光重定向。

每个偏转单元可包括至少三个表面。输入表面3101可被配置为使太阳光230p首先入射到其上。反射器表面3103可被配置为允许入射太阳光3130p的全内反射。偏转单元的输出表面202可被配置为允许入射到其上的全内反射的阳光3130q作为输出阳光2130r离开。

图32a根据本发明的实施方式，示出了静止光学单元的示例性实施例1的前视图。在该示例性实施例中，偏转单元可以具有堆叠的三角形横截面。落在偏转单元的输入表面上的光在距离太阳能电池最远的最外表面(如3103)上经历TIR，并重定向到太阳能电池。在如图32b所示的另一示例性实施例中，偏转单元可以具有另一多边形横截面(三角形横截面也是多边形横截面)。偏转单元的最靠近太阳能电池的表面用作输出表面。在又一实施例中，偏转单元的横截面可包括两种几何形状的组合，例如，如图32c所示的三角形和矩形。落在偏转单元的输入表面上的光在离太阳能电池最远的反射器表面处经历TIR，并被重定向到太阳能电池。本领域技术人员可以认识到，圆形和多边形横截面形状可以单独或与其他多边形或圆形横截面形状组合，以产生这种圆柱形、球形、多边形的三维偏转单元。

此外，在一实施例中，一个偏转单元可以具有与另一偏转单元相同的横截面。在另一实施例中，偏转单元可以具有不同的横截面。

图33根据本发明的实施方式，示出了静止光学单元的36个电池的集成太阳能电池板。每个偏转单元可以在其长度上重复，以形成细长的偏转单元阵列。可以组合多个这样的阵列。图33中所示的此类示例代表36电池MFOT太阳能电池板布置。在一示例性实施方式中，集成太阳能电池板的方向可以如图33所示。在该实施方式中，细长的偏转单元可以沿着东西方向延伸。然而，偏转单元可以相对于彼此沿第一方向放置。例如，相对于彼此沿南北方向。细长偏转单元沿东北-西南方向或西北-东南方向伸长的变化也是允许的。

根据集成太阳能电池板所在位置的纬度，集成太阳能电池板3300可以相对于水平方向以一最佳角度倾斜。例如，伦敦太阳能电池板的最佳倾斜角度可能是51.5度。在一实施例中，倾角可以全年不改变。在另一实施例中，倾斜的季节性变化是可以的。与另一偏转单元相比，该倾斜可以使得一个偏转单元比另一个偏转单元更靠近地面。图34根据本发明的实施例，示出了集成太阳能电池板的、具有以连续布置方式设置的9个电池的单排3400俯视图，所述集成太阳能电池板具有36个电池带有静止光学单元。

在如图34所示的一实施例中，板的两端存在额外的间隙3406。如在俯视图中所见，在该区域中没有放置太阳能电池，但是偏转单元(3401、3403)可以延伸超出外围太阳能电池3408。当太阳从东向西移动时，该间隙可有助于适应太阳的方位角扩展，并且冬季早晨的太阳或夏季早晨的太阳被偏转单元重定向到沿集成太阳能电池板外围设置的太阳能电池。此外，棱镜-电池间隙3409可以存在于电池和下一个偏转单元之间。各种偏转单元3402可以附接到顶部玻璃3404。图35根据本发明的一实施例，示出了静止光学单元的前视图，其示出了将早晨从东北方向照射来的夏季阳光重定向到太阳能电池。

由于季节变化，阳光可能从东北方向而不是从东方向入射。如在图35中，来自东北方向的夏季阳光落在反射器表面3503上，该表面可以使用全内反射重定向入射到其上的阳光。太阳光因此可以被重定向到存在于占位表面3530处的热/光吸收元件。

图36示出了静止光学单元的前视图，示出了早晨冬季阳光从东南方向到太阳能电池的重定向。在冬季，阳光可能从东南方向而不是东方向入射的。反射表面3603可利用全内反射重定向入射到其上的阳光。太阳光因此被重定向到存在于占位表面3630处的热/光吸收元件。图37A根据本发明的实施方式，示出了在偏转单元中具有凹槽的静止光学单元的前视图。

第一偏转单元3701和第二偏转单元3702可以彼此相邻放置。而第三偏转单元3703可以放置在第四偏转单元3704的右边。第一偏转单元3701和第三偏转单元3703可具有多边形横截面，而第二偏转单元3702和第四偏转单元3704可以分别包括外表面(3702b、3704b)和内表面(3702a、3704a)。偏转单元3701和3702可更靠近北向，而偏转单元3703和3704可更靠近南向。与可被视为外侧偏转单元的偏转单元3703和3701相比，更靠近吸收元件(在这种情况下为太阳能电池)的偏转单元3702和3704可被视为内偏转单元。

静止光学单元可被设计成适应阳光的不同方位角，并且可以全天重定向日光。这种设置可配置为全年工作，无需对纬度倾斜进行任何季节性调整。在该示例性实施方式中，两个内偏转单元(3704、3702)可以有效地重定向阳光。静止光学单元可被配置为确保在中午的时候单日阳光照射不会交叉，并且对阳光强度较小时的清晨和傍晚的阳光依然有效。

内偏转单元3702和3704可以在外表面(3702b、3704b)和内表面(3702a、3704a)上具有凹槽。这些凹槽可以形成阶梯状的横截面。其他的构造也是可能的，例如，弯曲或非球面横截面的凹槽。冬季早晨的阳光(如图37B中示例性所示)可被外表面3702b重新定向。南内棱镜的表面3704a上的凹槽被配置为允许冬季光线通过而不会明显改变阳光的路径。类似地，偏转单元3702和偏转单元3704的表面3702b上的凹槽可以被配置为执行冬季光线朝向吸收元件(例如：太阳能电池)的TIR。表面802a上的凹槽被配置为不会对来自表面3702b的TIR光线造成阻碍，因为不会改变其路径。

此外，对于夏季(如图37C中示例性所示)，来自东北方向的阳光可以被第四偏转单元和第二偏转单元3702重定向。表面3704b上的凹槽可有助于夏季光线朝向太阳能电池的TIR，并且表面3704a上的凹槽可以配置成提供TIR光线到达太阳能电池的不变路径。第二偏转单元3702a和3702b表面上的凹槽可配置为允许夏日光线的不变路径。

此外，可以由第一偏转单元3701和第三偏转单元3703(如图37D中示例性所示)处理以90度角直接射入的春秋太阳光线。表面3703c和3701c被配置为启用春秋光线的TIR。在一示例性实施方式中，与类似的传统太阳能电池板相比，该实施方式每年可多产生13％的能量。

在一示例性实施方式中，可以提供方位角变化为80-100度的清晨阳光和260-280的傍晚阳光的重定向，以及对于太阳仰角的至少30-60度的接收角度。此外，第一、第二、第三和第四偏转单元的放置可以相对于占位表面3730对称。例如，占位表面的中心可以与每个偏转单元等距。在另一示例性实施方式中，与其他两个偏转单元3703和3704相比，偏转单元(例如801和3702)可以离占位表面3730的中心更远。

与类似配置的标准太阳能电池板相比，该模型可以额外多产生高达30％的能量，从而提高冬季板的效率。

根据本发明的又一方面，公开了一种用于有效管理太阳能应用中的各种损失的太阳能板组件及其制造方法。在一实施方式中，由于太阳能电池板组件的顶部玻璃相对于下方的太阳能电池放置在高度H处而造成的损失，通过在顶部玻璃板组件中引入额外的区域来进行补偿。

在一实施方式中，由于阳光入射到太阳能电池上的仰角而发生的余弦损失也可以通过在顶部玻璃表面引入额外区域来补偿。在一实施方式中，这使得能保持对所使用的太阳能电池的“单日阳光照射”要求。

可提供独立的顶部玻璃组件，或与太阳能电池集成以形成太阳能电池板组件的各种实施方式。

所提及的玻璃还包括可用于代替玻璃的各种其他材料，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)、丙烯酸、苯乙烯、聚碳酸酯、玻璃、NAS或它们的衍生物。

图41A-41D示出了用于有效管理太阳能电池应用中的各种损耗的太阳能电池板组件4100的前视图。根据本文中的实施方式，顶部玻璃4102可以相对于太阳能电池组件4104，放置在高度g_h4106处。

在本文的一实施方式中，顶部玻璃可被配置为通过在顶部玻璃4102中提供额外区域来补偿由于给定高度间隙4106而引起的损失。在如图41B、41C和41D所示的各实施方式中，随着4106的增加，可以在顶部玻璃中逐渐引入额外的区域以补偿分别由位置A、B、C和D表示的损失。

图41B-图41D中的每一实施方式代表具有不同高度106的实施例，其中，图41A提供了1mm的参考高度间隙。例如，在图41A-41D中，该高度可以分别是ghl、gh2、gh3和gh4。在这些示例性实施例中，高度间隙ghl<gh2<gh3<gh4。

图42根据本发明的一实施方式，示出了顶部玻璃4202的俯视图，具有面积增加的单个太阳能电池。这可以通过增加由(4210a和4210b)表示的顶部玻璃的长度和增加由(4209a和4209b)表示的顶部玻璃的宽度来完成。

如图41A-41D所逐步示出的，可以增加顶部玻璃上的面积，以补充落在太阳能电池上的清晨阳光的损失(这是由于高度间隙g_h的增加而引起的)。如图41D的前视图所示，由于高度的增加而造成的阳光损失可以通过将顶部玻璃板的左端gi 4112延伸到点D来补偿。玻璃的这种延伸确保了清晨阳光能落在保持在顶部玻璃下方的一定高度间隙处的太阳能电池上。另一个值得注意的点是，该延伸补偿了所有太阳仰角>300到600的余弦损失。随着高度的增加，顶部玻璃左侧所需的延伸量如下：

g_x(A)<g_x(B)<g_x(C)<g_x(D)。

在如图42A和图42B共同示出的具有单个太阳能电池的实施例中，由于在太阳能电池4204两侧的长度增加，顶部玻璃4202可能具有额外的面积。这些长度的增加是由于长度4210a的增加和宽度4210b的增加。此外，宽度的增加是由于宽度4209a的增加和宽度4209b的增加。这些使得顶部玻璃的总面积增加。顶部玻璃所需的这个增加的面积可以由两个矢量分量gx4208a和gy4208b表示。

图43A和图43B根据本发明的实施方式，示出了在彼此相邻放置从而形成一排的一系列9个太阳能电池中增加的顶部玻璃面积。

与参考图42A和42B、42C和42D的实施方式中所示的单电池实施方式相比，图43A、43B、43C和43D所示的示例性实施方式可以通过配置每个太阳能电池以借由增加顶部玻璃4302的长度来捕获丢失的部分阳光来进行优化。该实施方式提供了沿太阳能电池的长度连续放置太阳能电池。由于来自相邻电池(以虚线标记的区域)的阳光4301落在以A表示的中间太阳能电池上，因而可以仅为边界的太阳能电池提供y方向上的额外长度gy4310a和4310b。图43A示出了在E-W方向上连续放置的单排9个太阳能电池4304的俯视图，图43B示出了前视图，图43C示出了侧视图，以及图43D示出了相同模型的横截面图。此处的太阳能电池板可匹配h_间隙＝1mm的传统电池板的基线性能(不需要任何额外面积)。这可满足太阳能电池的单日阳光照射要求。

图44A、44B、44C和44D根据本发明的实施方式，示出了用于有效管理太阳能电池应用中的各种损失的具有4排、每排9个太阳能电池(704)配置的太阳能电池板组件4400。所需的顶部玻璃4402的额外长度为4410a和4410b，可以单独为边界太阳能电池提供。类似地，两排太阳能电池之间存在2*4409a的间隙，而电池板中的边界电池可以增加宽度4409a。

本领域的技术人员可以意识到，如本发明的各种实施例中所示，相同的理论可以应用于具有9、36或72个太阳能电池的任何太阳能电池板。此外，这可扩展到高度间隙为h_间隙的nxm太阳能电池板(其中n为排数，m为给定排中的电池数量，电池_x是太阳能电池在X方向的尺寸，电池_y是太阳能电池在Y方向的尺寸)，其中，排间距为2g_x，X方向的太阳能电池板长度为n*电池_x+2g_x*n，Y方向的太阳能电池板长度为m*电池_y+2g_y。

可以优化上述所提供额外区域，因为在两排太阳能电池之间的南北方向上存在额外区域，并且该区域可用于补偿由于太阳能电池和顶部玻璃之间高度的增加而带来的仰角余弦损失。

可以进一步注意到，在如图44A-D所示的实施方式中，在给定排中的两个太阳能电池之间在东西方向上可能没有额外的长度(4410a、4410b)，因此没有额外的区域。此外，在外围太阳能电池和电池板边界之间的东西方向上的外围边界处可能存在额外区域。

顶部玻璃可以延伸到放置的太阳能电池的边界之外。这有助于确保对指定排上的所有太阳能电池的光重定向是均匀的。这还有助于在单排太阳能电池中产生均匀的电流。

图85根据本发明的一实施方式，示出了有助于解释用于有效管理太阳能电池应用中的各种损失的太阳能电池板组件所需的额外面积的数学公式的示意图。

此外，图46根据本发明的实施方式，示出了有助于解释用于有效管理太阳能电池应用中的各种损失的太阳能电池板组件在南北方向上所需的额外面积的数学公式的示意图。

另外，图47根据本发明的实施方式，示出了有助于解释用于有效管理太阳能电池应用中的各种损失的太阳能电池板组件在东西方向上所需的额外面积的数学公式的示意图。

参考图45、46和47来解释计算所需额外面积的数学公式。如图45所示，在给定时间内，在给定位置入射到玻璃和太阳能电池上的阳光可以用方位角(ψ)和仰角(θ)(X轴表示北)来表示，该光线在A'处落在顶部玻璃上并在C处碰触太阳能电池，其中，h间隙为顶部玻璃和太阳能电池之间的高度间隙。如果光线A'C的角度为ψ，则以AC表示的A'C在XY平面上的投影也具有相同的方位角。

在图45中，A'C表示以角度θ照射到太阳能电池上的阳光(测量相对于XY平面)。为简单起见，将点C视为系统原点(0，0，0)。让我们将A'坐标视为3d平面中的(x，y，h)。A表示A'在XY平面上的镜像，其坐标为(x，y，0)。我们将X方向视为北方，ψ表示太阳光线A'C的方位角。让我们以ф表示投影线AC和通过原点的线BC之间的角度。ф和ψ之间的关系如下所示：

ф＝Ψ-900…(3)

图46根据本发明的实施方式，示出了图45中所示实施例的另一横截面图。X为测量入射阳光A'C方位角的北方。如果AA'为h，则AC可以用直角的基本三角方程表示为

或

如果A是(x，y，0)，B是Y轴上的一个点，表示为(0，y，0)。ABC又是一个直角三角形，

将等式4代入上述公式，我们得到：

图47根据本发明的一实施方式，示出了图45中所示实施例的另一横截面图。同样，或者

或者

结合等式(3)、(4)、(5)和(6)，Y＝BC和X＝AB。因此，太阳光线与顶部玻璃在A'处的交点坐标为

以及，在X和Y方向上所需的额外面积为：

和

在上述等式(8)和(9)中，

当ψ＝最大值时(对于12月21日-冬至)

g_x＝最大值

当ψ＝最小值时(对于3月21日-春分)

g_y＝最大值

此外，当h趋于0，gx趋于0，gy趋于0，因此，在1mm的高度间隙处，需要提供额外的面积来补偿余弦损失。

这可以参考示例性位置，例如新加坡来进一步理解。图48示出了新加坡全年的太阳方位角和仰角变化的太阳路径图。

从下表中可以看出，30度太阳仰角的最大方位角出现在12月21日冬至1180，而300度太阳仰角的最小方位角出现在1月21日夏至640。对于高度间隙h_间隙，这可被认为是太阳光线下降到太阳能电池的极端方向。由于新加坡的方位角扩展范围为[640-1180]，我们可以计算这些方位角范围所需的额外面积。

图49A根据本发明的示例性实施例，示出了新加坡太阳在12月21日冬至日，阳光(角度θ＝30°以及ψ＝118.2°)落在160mm太阳能电池上方高度h＝80mm的顶部玻璃上的额外面积g_x的计算。

应用等式6中的公式，我们得到g_x为65.51mm。这是在南北方向上，太阳光线从80毫米的高度间隙落到太阳能电池上所需的额外面积。现在，顶部玻璃所需的新面积为(2g_x+160)＝291mm，比顶部玻璃的原始长度增加了约81.8％。因此，36太阳能电池板(9x 4)在南北方向的长度为(2g_x+80*4)＝291+320＝611mm。

如果我们取(θ，ψ)＝(40°，123°)，并考虑h＝80mm。应用等式8中的公式，我们得到g_x为36.6mm，小于上一步中推导的用于重定向30°的65.51mm。因此，我们可以说g_x＝65.51mm足以处理所有>30°的仰角。

将此应用于新板的各种高度考虑，此处的表2示出了针对不同高度间隙，顶部玻璃在N-S方向上额外面积的增加。我们可以得出结论，对于太阳能电池和顶部玻璃之间10mm的高度间隙，所需的面积增加了11％。我们还可以得出结论，对于尺寸为160mm的太阳能电池，高度间隙每增加10mm，在N-S方向上所需的额外面积g_x大约增加10％。

表2：根据本发明实施方式，N-S(g_x)方向上不同高度间隙所需的额外面积

图49B根据本发明的示例性实施方式，示出了在新加坡太阳在12月21日冬至日，阳光(角度θ＝30°以及ψ＝118.2°)落在160mm太阳能电池上方高度h＝80mm的顶部玻璃上的额外面积g_x的计算。

应用等式9中的公式，我们得到g_间隙为122.12mm。这是东西方向太阳能电池板外围边界所需的额外区域。如果没有给定这个区域，在外围太阳能电池中重定向的光将与中间太阳能电池不同。这会导致不均匀电流的不良影响，并降低太阳能电池板的性能。因此，36个太阳能电池板(9x4)在东西方向上的长度为(2g_x+160*9)＝244+1440＝1684mm。

表3示出了在新加坡、保持在160mm太阳能电池上方不同高度处的顶部玻璃所需的最小和最大额外面积g_x(θ＝20°，θ＝30°，θ＝40°以及θ＝60°)。

表3：根据本发明实施方式，N-S(g_x)方向上不同高度间隙所需的额外面积

表4示出了在新加坡、保持在太阳能电池上方不同高度处的顶部玻璃所需的最小和最大额外面积g_y(θ＝20°，θ＝30°，θ＝40°以及θ＝60°)。

表4：根据本发明实施方式，E-W(g_y)方向上不同高度间隙所需的额外面积

表5示出了在新加坡不同仰角下(θ＝20°，θ＝30°，θ＝40°和θ＝60°)位于不同高度处顶部玻璃所需的最大和最小额外面积。

表5：根据本文实施例，各种高度间隙的最大和最小面积推荐

此外，正如表5所示，如果位置改为美国波士顿，太阳能电池和顶部玻璃之间高度间隙为80mm所需的额外面积可能会按照数学公式变化，并且可能会增加6倍的面积来补偿高度损失。

上述实施方式的描述仅用于说明性的目的，并不旨在限制本发明的范围。具体实施方式的各个部件通常不限于该具体实施例，而是可以互换的。此类变化不应视为偏离本发明，而是所有此类变化都应视为在本发明的范围内。

技术优势

上文描述的本发明具有若干技术优势，包括但不限于实现光重定向系统的实现，所述光重定向系统包括光重定向棱镜、重定向棱镜壁以及包含它们的太阳能电池板，以提供高效的光聚集太阳能电池板布置，其中：

可以捕捉四季的阳光；

提高太阳能电池板的发电量；

允许广泛的操作；

具有成本效益；

对季节变化具有最低限度的人为干预要求；以及

需要最少的维护。

已经参考不限制本发明的范围和范畴的所附实施方式描述了本发明。所提供的描述仅作为示例和说明。

本文中的实施方式及其各种特征和有利细节已结合以上描述中的非限制性实施例进行了解释。省略了对众所周知的组件和处理技术的描述，以避免不必要地混淆本文的实施方式。本文所使用的示例旨在仅仅是为了便于理解可以实践本文的实施方式的方式，并进一步使本领域的技术人员能够实践本文的实施方式。因此，这些示例不应被解释为限制本发明实施例的范围。

上述对具体实施方式的描述充分揭示了本发明实施方式的一般性质，其他人可以通过应用当前的知识，在不脱离一般概念的情况下，容易地修改和/或调整这些具体实施方式的各种应用，因此，这类变化和修改应该并旨在被理解为所公开的实施方式的等效物的含义和范围内。应当理解的是，本文所使用的措辞或术语仅用于描述性而非限制性目的。因此，虽然已根据优选实施例对本发明的实施方式进行了描述，但本领域技术人员将意识到，可以在本文所所描述的实施方式的本质和范围内对本文的实施例进行修改。

在本说明书中，“包括”或诸如“包含”或“含有”的变体应被理解为包含所一个所表述的元件或一组元件，但不排除其他元件或元件组。

虽然本发明相当强调优选实施方式的组件和组成部分，但应理解的是，在不脱离本发明的原理的情况下，可以做出许多实施例，并且可以对优选实施方式进行多种变化。对于本领域技术人员来说，从本发明中得出本发明的优选实施方式以及其他实施方式中的这些以及其他变化是显而易见的，因此，应当清楚地理解，上述描述性事项应被解释为说明性的公开，而非限制性的公开。

Claims (70)

1.一种光重定向棱镜，其具有至少三个细长表面，包括：

a.入射表面，其被配置成接收入射的平行光线；

b.重定向表面，其被配置成对从所述入射表面以预设角度范围传播的光进行全内反射，从而重定向光，在所述入射表面和透射表面之间限定有第一角度；

c.所述透射表面，其被配置为将重定向的光以预设角度从所述透镜中透射出去，并将光向着太阳能吸收装置导向，在所述入射表面和所述重定向表面之间限定了第二角度，从而在所述重定向表面和所述透射表面之间限定了第三角度。

2.根据权利要求1所述的重定向棱镜，其特征在于：所述第一角度的范围为80°-110°，并优选100°；所述第二角度的范围为45°-55°，并优选49°。

3.根据权利要求1或2所述的重定向棱镜，其特征在于：在所述透射表面上具有二次重定向轮廓，所述二次重定向轮廓包括边缘位于水平面上的至少一个脊，所述二次重定向轮廓至少跨越所述重定向表面的下部并向上延伸到所述重定向表面的操作下边缘；所述二次重定向轮廓沿着所述重定向表面的长度设置，所述二次重定向轮廓被配置为：将在没有二次重定向轮廓的情况下、所述重定向光线中将在所述棱镜的阴影区域中传播或在空气中传播回来的或在棱镜边界内传播的那部分光线重定向至相邻的太阳能吸收装置，所述阴影区域为位于所述重定向棱镜下方的、所述棱镜的所述透射表面的下边缘和相应的太阳能吸收装置之间的区域。

4.根据权利要求3所述的重定向棱镜，其特征在于：所述二次重定向轮廓包括多个平行的脊。

5.根据权利要求4所述的重定向棱镜，其特征在于：从所述透射表面测得的三角形突起的角度为40°-50°。

6.根据权利要求3所述的重定向棱镜，其特征在于：所述透射表面上设有三角形截面的突起，脊状二次重定向轮廓形成在所述三角形截面的突起上。

7.根据权利要求3所述的重定向棱镜，其特征在于：所述二次重定向轮廓包括分别具有多个半圆柱形突起或凹陷的凸嵌或凹槽，所述突起或所述凹陷的轴线平行于所述棱镜的透射表面。

8.根据权利要求1所述的重定向棱镜，其特征在于：所述重定向棱镜具有位于所述透射表面上的聚光轮廓，所述聚光轮廓至少跨越透射表面的上部并向上延伸到所述透射表面的操作上边缘。

9.根据权利要求8所述的重定向棱镜，其特征在于：所述聚光轮廓包括可操作性的垂直凹槽。

10.根据权利要求8所述的重定向棱镜，其特征在于：所述聚光轮廓包括可操作性的垂直凸嵌。

11.根据权利要求1所述的重定向棱镜，其特征在于：所述棱镜具有截头底部以便于安装所述棱镜。

12.根据权利要求1或11所述的重定向棱镜，其特征在于：所述重定向棱镜具有位于所述重定向表面上的二次重定向轮廓，所述二次重定向轮廓包括边缘位于水平面上的至少一个操作脊，所述二次重定向轮廓至少跨越所述重定向表面的下部并向上延伸到所述重定向表面的操作下边缘；所述二次重定向轮廓沿着所述重定向表面的长度设置，所述二次重定向轮廓被配置为：将在没有二次重定向轮廓的情况下的、所述重定向光线中将在所述棱镜的阴影区域中传播或在空气中传播回来的或在棱镜边界内传播的那部分光线重定向至相邻的太阳能吸收装置，所述阴影区域为位于所述重定向棱镜下方、所述棱镜的透射表面的下边缘和相应的太阳能吸收装置之间的区域。

13.根据权利要求12所述的重定向棱镜，其特征在于：所述二次重定向轮廓包括位于透射表面的三角形突起上的多个脊。

14.根据权利要求12所述的重定向棱镜，其特征在于：从所述透射表面测得的三角形突起的角度为40°-50°。

15.根据权利要求12所述的重定向棱镜，其特征在于：所述透射表面上设有三角形截面的突起，所述二次重定向轮廓的所述脊形成在所述三角形截面的突起上。

16.根据权利要求12所述的重定向棱镜，其特征在于：所述二次重定向轮廓包括分别具有多个半圆柱形突起或凹陷的凸嵌或凹槽，所述突起或所述凹陷的轴线平行于所述棱镜的透射表面。

17.根据权利要求1所述的重定向棱镜，其特征在于：所述重定向棱镜具有位于重定向表面上的聚光轮廓，所述聚光轮廓至少跨越重定向表面的上部并向上延伸到重定向表面的操作上边缘，所述聚光轮廓被配置成汇聚与从侧面倾斜入射到所述入射表面上的光线相对应的重定向光线。

18.根据权利要求17所述的重定向棱镜，其特征在于：所述聚光轮廓包括可操作性的垂直凹槽。

19.根据权利要求17所述的重定向棱镜，其特征在于：所述聚光轮廓包括可操作性的垂直凸嵌。

20.根据权利要求1所述的重定向棱镜，其特征在于：所述重定向棱镜具有位于其透射表面上的复合凸形轮廓，其具有沿其长度的一系列突起几何轮廓，每一所述几何轮廓具有位于操作顶部的第一曲率和位于操作底部的第二曲率，所述第一曲率具有平行于所述透射表面的操作垂直曲率轴，并且被配置为汇聚与从侧面倾斜入射到所述入射表面上的光线相对应的重定向光线；所述第二曲率具有垂直于透射表面的操作水平曲率轴，并且被配置为：将在没有所述第二曲率的情况下、重定向光线中将在棱镜的阴影区域中传播或在空气中传播回或在棱镜的边界内传播的那部分光线重定向至相邻的太阳能吸收装置，所述阴影区域为位于重定向棱镜下方的、所述棱镜的透射表面的下边缘与相应的太阳能吸收装置之间的区域。

21.根据权利要求3或12所述的重定向棱镜，其特征在于：最底部区域的脊在横向于所述透射表面的三角形截面的突起的方向上具有最大厚度，且该厚度沿着向上的方向逐渐变小到最小值。

22.根据权利要求21所述的重定向棱镜，其特征在于：最底部脊的厚度与最顶部脊的厚度之比为2:5.5。

23.根据权利要求9或18所述的重定向棱镜，其特征在于：所述凹槽上的所述半圆柱形突起的半径在0.1mm-6mm的范围内。

24.根据权利要求9或18所述的重定向棱镜，其特征在于：两个相邻凹槽间的设置间隙在0.1mm-5mm的范围内。

25.根据权利要求7或16所述的重定向棱镜，其特征在于：所述凸嵌上的所述半圆柱形凹陷的半径在0.1mm-6mm的范围内。

26.根据权利要求7或16所述的重定向棱镜，其特征在于：两个相邻凸嵌间的设置间隙在0.1mm-5mm的范围内。

27.根据权利要求1所述的重定向棱镜，其特征在于：所述重定向棱镜具有位于其透射表面上的复合凸形轮廓，该复合凸形轮廓具有在操作顶部作为第一曲率的聚光轮廓以及在操作底部的第二曲率，其中，第二曲率从截头底部突出的角度为100°-110°。

28.一种重定向棱镜壁，其由“n”个如上任一权利要求所述的棱镜元件以一个位于另一个顶部的方式垂直堆叠而成，同时保持壁单元的高度不变，n是任意大小的数字。

29.根据权利要求28所述的壁，其特征在于：所述壁中相邻的棱镜元件的构造被限定成提供对应于其中一个棱镜元件的第三角度的边缘与对应于另一棱镜元件的第二角度的边缘间直接接触。

30.根据权利要求28所述的壁，其特征在于：所述壁中相邻的棱镜元件被限定为通过连接元件将与其中一个棱镜元件的第三角度相对应的边缘与对应于另一棱镜元件的第二角度的边缘连接起来。

31.根据权利要求28所述的壁，其特征在于：所述壁具有以向外展开的构造布置的多个光重定向棱镜，每个上升棱镜层向外展开的角度为(x+ny)°，其中“n”是基准层以上的层，“x”是最底部棱镜的安装角度。

32.根据权利要求28所述的壁，其特征在于：所述壁具有以向内展开的构造布置的多个光重定向棱镜，每个上升棱镜层的向内展开的角度为(x-ny)°，其中“x”是棱镜的安装角度，其输入表面入射角>0°，以及，“n”是该棱镜层上方的层。

33.一种太阳能电池板，其具有：

a.底座；

b.固定在所述底座上的至少一个光伏电池；以及

c.至少一个重定向棱镜，其固定在所述底座上并位于所述光伏电池附近，所述重定向棱镜被配置为将入射的平行光线重定向到所述光伏电池。

34.根据权利要求33所述的太阳能电池板，其特征在于：还具有设置在所述底座上的、在所述光伏电池的相对外围边缘之外的至少两个重定向棱镜。

35.根据权利要求33所述的太阳能电池板，其特征在于：每一所述重定向棱镜具有至少三个细长表面，包括：

a.入射表面，其被配置成接收入射的平行光线；

b.重定向表面，其被配置成对从所述入射表面以预设角度范围传播的光进行全内反射，从而重定向光，在所述入射表面和透射表面之间限定有第一角度；

c.所述透射表面，其被配置为将重定向的光以预设角度从所述透镜中透射出去，并将光向着太阳能吸收装置导向，在所述入射表面和所述重定向表面之间限定了第二角度，从而在所述重定向表面和所述透射表面之间限定了第三角度。

36.根据权利要求33所述的太阳能电池板，其特征在于：所述第一角度的范围为80°-110°，并优选100°；所述第二角度的范围为45°-55°，并优选49°。

37.根据权利要求33所述的太阳能电池板，其特征在于：所述重定向棱镜具有位于所述透射表面上的、包括至少一个操作脊的二次重定向轮廓，所述二次重定向轮廓至少跨越所述重定向表面的下部并向上延伸到所述重定向表面的操作下边缘；所述二次重定向轮廓沿着所述重定向表面的长度设置，所述二次重定向轮廓被配置为：将在没有所述二次重定向轮廓的情况下、所述重定向光线中将在所述棱镜的阴影区域中传播或在空气中传播回来的或在棱镜边界内传播的那部分光线重定向至相邻的太阳能吸收装置，所述阴影区域为位于所述重定向棱镜下方的、所述棱镜的透射表面的下边缘和相应的太阳能吸收装置之间的区域。

38.根据权利要求37所述的太阳能电池板，其特征在于：所述二次重定向轮廓包括多个平行的脊。

39.根据权利要求37所述的太阳能电池板，其特征在于：所述二次重定向轮廓包括分别具有多个半圆柱形突起或凹陷的多个凸嵌或凹槽，所述突起或凹陷的轴线平行于所述棱镜的透射表面。

40.根据权利要求39所述的太阳能电池板，其特征在于：所述重定向棱镜具有位于所述透射表面上的聚光轮廓，所述聚光轮廓至少跨越所述透射表面的上部并向上延伸到所述透射表面的操作上边缘。

41.根据权利要求40所述的太阳能电池板，其特征在于：所述聚光轮廓包括可操作性的垂直凹槽。

42.根据权利要求40所述的太阳能电池板，其特征在于：所述聚光轮廓包括可操作性的垂直凸嵌。

43.根据权利要求35所述的太阳能电池板，其特征在于：所述棱镜具有截头底部，其中，截头部分的宽度与所述阴影区域的宽度之比为1:10-1:15。

44.根据权利要求43所述的太阳能电池板，其特征在于：所述重定向棱镜具有位于所述重定向表面上的、包括至少一个操作脊的二次重定向轮廓，所述二次重定向轮廓至少跨越所述重定向表面的下部并向上延伸到所述重定向表面的操作下边缘；所述二次重定向轮廓沿着所述重定向表面的长度设置，所述二次重定向轮廓被配置为：将在没有所述二次重定向轮廓的情况下的、所述重定向光线中将在所述棱镜的阴影区域中传播或在空气中传播回来的或在棱镜边界内传播的那部分光线重定向至相邻的太阳能吸收装置，所述阴影区域为位于所述重定向棱镜下方、所述棱镜的透射表面的下边缘和相应的太阳能吸收装置之间的区域。

45.根据权利要求44所述的太阳能电池板，其特征在于：所述二次重定向轮廓包括多个平行脊。

46.根据权利要求44所述的重定向棱镜，其特征在于：所述二次重定向轮廓包括分别具有多个半圆柱形突起或凹陷的多个凸嵌或凹槽，所述突起或凹陷的轴线平行于所述棱镜的透射表面。

47.根据权利要求35所述的太阳能电池板，其特征在于：所述重定向棱镜具有位于重定向表面上的聚光轮廓，所述聚光轮廓至少跨越所述重定向表面的上部并向上延伸到所述重定向表面的操作上边缘。

48.根据权利要求47所述的太阳能电池板，其特征在于：所述聚光轮廓包括可操作性的垂直凹槽。

49.根据权利要求47所述的太阳能电池板，其特征在于：所述聚光轮廓包括可操作性的垂直凸嵌。

50.根据权利要求35所述的太阳能电池板，其特征在于：所述重定向棱镜具有位于其透射表面上的复合凸形轮廓，其具有沿其长度设置的一系列突起几何轮廓，每一所述几何轮廓具有位于操作顶部的第一曲率和位于操作底部的第二曲率，所述第一曲率具有平行于所述透射表面的操作垂直曲率轴，并且被配置为汇聚与从侧面倾斜入射到所述入射表面上的光线相对应的重定向光线；所述第二曲率具有垂直于所述透射表面的操作水平曲率轴，并且被配置为：将在没有所述第二曲率的情况下、重定向光线中将在所述棱镜的阴影区域中传播或在空气中传播回或在棱镜的边界内传播的那部分光线重定向至相邻的太阳能吸收装置，所述阴影区域为位于所述重定向棱镜下方的、所述棱镜的透射表面的下边缘与相应的太阳能吸收装置之间的区域。

51.根据权利要求47所述的太阳能电池板，其特征在于：其具有重定向棱镜壁，所述重定向棱镜壁由“n”个如权利要求1-16中任意一项所述的棱镜元件以一个位于另一个顶部的方式垂直堆叠而成，同时保持壁单元的高度不变，n是任意大小的数字。

52.根据权利要求50所述的太阳能电池板，其特征在于：所述壁中相邻的棱镜元件的构造被限定成提供对应于其中一个棱镜元件的第三角度的边缘与对应于另一棱镜元件的第二角度的边缘间直接接触。

53.根据权利要求50所述的太阳能电池板，其特征在于：所述壁中相邻的棱镜元件被限定为通过连接元件将与其中一个棱镜元件的第三角度相对应的边缘与对应于另一棱镜元件的第二角度的边缘连接起来。

54.根据权利要求35所述的太阳能电池板，其特征在于：所述重定向棱镜安装在所述底座上，以提供限定在所述重定向表面与所述底座的平面之间的安装角，所述安装角的范围为60°-70°。

55.根据权利要求35所述的太阳能电池板，其特征在于：所述重定向棱镜固定在所述底座上，以提供所述入射表面与所述底座的平面之间的入射面倾斜角，所述入射面倾斜角的范围为15°-22°。

56.根据权利要求35所述的太阳能电池板，其特征在于：所述太阳能电池板安装为使重定向棱镜沿东西方向设置，且与东西方向的偏差范围为0°-30°。

57.根据权利要求56所述的太阳能电池板，其特征在于：在北半球，所述太阳能电池板对应其所在位置的纬度向南倾斜安装。

58.根据权利要求56所述的太阳能电池板，其特征在于：在南半球，所述太阳能电池板对应其所在位置的纬度向北倾斜安装。

59.根据权利要求35所述的太阳能电池板，其特征在于：所述太阳能电池板安装为使所述重定向棱镜沿东西方向设置，且与东西方向的偏差范围为0°-30°，其中，所述太阳能电池板以山墙结构朝着东西方向以0°-45°范围内的对应纬度的某一推荐倾斜度安装。

60.根据权利要求59所述的太阳能电池板，其特征在于：所述太阳能电池板具有安装为山墙结构、并沿东西方向设置的多对重定向棱镜，其中一个重定向棱镜位于山墙结构的北侧，另一个重定向棱镜位于山墙结构的南侧，所述太阳能电池板具由所在位置的纬度确定的南北方向的倾斜度。

61.根据权利要求35所述的太阳能电池板，其特征在于：包括多个太阳能模块，每一太阳能模块由一排光伏电池和一对对称安装的、以山墙结构固定在相邻光伏电池之间的空间内的重定向棱镜所限定，其中，多个太阳能模块以阵列的形式支撑在水平框架上。

62.根据权利要求35所述的太阳能电池板，其特征在于：所述入射表面、重定向表面以及透射表面的长度与所述阴影区域的宽度之比分别为1.3:2.3:1.1。

63.根据权利要求1所述的重定向棱镜，其特征在于：所述入射表面的宽度与所述重定向表面的宽度之比在1:1.1-1:2的范围内。

64.根据权利要求35所述的太阳能电池板，其特征在于：靠近重定向棱镜的光伏电池外围边缘与靠近光伏电池的、截头重定向棱镜底座的顶点之间的间隙之比为光伏电池宽度的0-15％，且该间隙一般为10mm宽。

65.根据权利要求1所述的重定向棱镜，其特征在于：所述重定向棱镜由折射率为1.51的材料制成。

66.根据权利要求65所述的重定向棱镜，其特征在于：所述材料选自由聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、苯乙烯、聚碳酸酯、玻璃、苯乙烯甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、苯乙烯、苯乙烯丙烯酸共聚物或这些材料的衍生物组成的组。

67.根据权利要求35所述的太阳能电池板，其特征在于：包括以展开翼结构配置的多个重定向棱镜，每一重定向棱镜被设置在所述太阳能电池板的光伏电池阵列的外围，所述重定向棱镜安装在所述光伏电池阵列的两侧，并被配置为直接接收入射的阳光并重定向到所述光伏电池阵列。

68.根据权利要求35所述的太阳能电池板，其特征在于：包括多个重定向棱镜，每一重定向棱镜被设置在所述太阳能电池板的光伏电池阵列的外围，其中，所述重定向棱镜和所述光伏电池被封闭在玻璃盒内，所述玻璃盒具有位于顶部的平板玻璃以及沿太阳能电池板外围设置的玻璃壁，其中，一个或多个重定向棱镜被支撑在玻璃盒的东西两侧。

69.根据权利要求35所述的太阳能电池板，其特征在于：包括多个重定向棱镜，每一重定向棱镜被设置在所述太阳能电池板的光伏电池阵列的外围，其中，所述重定向棱镜与所述光伏电池的顶部玻璃被范围为1mm-10mm的气隙间隔开，以允许雨水、风、灰尘或其他小颗粒流动。

70.根据权利要求35所述的太阳能电池板，其特征在于：每一所述重定向棱镜通过密封剂或夹具安装在所述光伏电池阵列两侧。

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