CN202616270U - 一种非跟踪聚光光伏发电用梯度折射率透镜 - Google Patents

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马立云
王芸
崔介东
石丽芬
沈洪雪
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China Triumph International Engineering Co Ltd
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Abstract

本实用新型公开一种非跟踪聚光光伏发电用梯度折射率透镜，包括一个载玻片，其特征在于，所述载玻片表面由内向外层叠二层以上折射率由大到小依次渐变的薄膜，所述薄膜形成梯度渐变折射率，所述薄膜为SiO2-TiO2复合薄膜，折射率在1.5~2.2范围内渐变调节；本实用新型通过在载玻片表面由内向外依次排列折射率由大到小渐变的薄膜，形成梯度渐变折射率透镜，外界光线沿不同方向入射时都能按照由折射率小的区域向折射率大的区域偏转，进而实现对各个方向入射的太阳光都能较好地会聚到太阳能电池表面，达到理想的非跟踪聚光效果。

Description

一种非跟踪聚光光伏发电用梯度折射率透镜
技术领域
本实用新型涉及聚光光伏发电技术领域，特别是一种薄膜梯度折射率透镜，可用于替代CPV技术中造价高昂的对日跟踪系统，并能实现把各个入射方向的光线会聚在面积较小的III-V族化合物半导体太阳能电池上，达到非跟踪聚光并能高效发电的目的。
背景技术
聚光光伏发电是通过采用廉价的聚光系统将太阳光会聚到面积很小的高性能III-V族化合物半导体太阳能电池上，从而大幅度地降低成本及昂贵的太阳电池材料用量。这种高效的太阳能电池，需要透镜或镜面将接收到的太阳能放大成百上千倍，然后将放大的能量聚焦于其上。聚光倍数越高，所需太阳电池面积越小，从而有效减少系统占地面积和降低电池成本，减少生产所需能耗；也可与太阳能的热利用系统结合使用，大大提高了对太阳能的利用效率。但CPV技术的缺点也很突出，需要人们预先对当地的光照参数进行测定，同时由于聚光电池片面积小，为了更加充分地利用太阳光，聚光光伏发电系统必须辅以精确的对日跟踪装置。传统对日跟踪系统有一维跟踪和二维跟踪，都需要复杂的机电控制系统，这就增加了系统重量，不易安装且设计维护成本较高，跟踪设备和以后的维护费用在CPV系统中占据将近70%的成本。为达到高聚光比，跟踪精度通常要求在±1°，这极大地限制了光伏发电效果，并成为束缚聚光光伏发展的主要瓶颈。为了解决这一难题，我们需要探索一种非跟踪聚光技术，在降低成本的同时能够实现高效聚光发电的目的。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种非跟踪聚光光伏发电用梯度折射率透镜，通过外界光线由折射率小的膜层向折射率大的膜层偏转，实现各个方向入射的太阳光都能较好地会聚到太阳电池表面，达到理想的非跟踪聚光效果。
为了实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案。
一种非跟踪聚光光伏发电用梯度折射率透镜，包括一个载玻片，其特征在于，所述载玻片表面由内向外层叠二层以上折射率由大到小依次渐变的薄膜，所述薄膜形成梯度渐变折射率。
所述薄膜为SiO2-TiO2复合薄膜，折射率在1.5~2.2范围内渐变调节。
所述薄膜的每层厚度为500~1000nm。
所述SiO2-TiO2复合薄膜中TiO2含量由内层向外层逐渐降低，形成渐变折射率分布。
本实用新型通过在载玻片表面由内向外依次排列折射率由大到小渐变的薄膜，形成梯度渐变折射率透镜，外界光线沿不同方向入射时都能按照由折射率小的区域向折射率大的区域偏转，进而实现对各个方向入射的太阳光都能较好地会聚到太阳能电池表面，达到理想的非跟踪聚光效果。
附图说明：
图1是本实用新型实施例中梯度折射率透镜结构示意图；
图2是梯度折射率透镜应用于聚光光伏发电的聚光效果图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型所提供的一种非跟踪聚光光伏发电用梯度折射率透镜，包括载玻片1、以及载玻片1表面由内向外依次堆积的SiO2-TiO2复合薄膜2、3、4、5、6，所述SiO2-TiO2复合薄膜2~6中TiO2含量依次减小，复合薄膜2~6的折射率亦依次减小，其折射率在1.5~2.2范围内渐变调节，复合薄膜2~6的每层厚度为500~1000nm。
所述的SiO2-TiO2复合薄膜，其制备方法为溶胶-凝胶法，包括以下步骤：
1、将一个厚3mm,尺寸为1英寸′3英寸的载玻片1先用去离子水冲洗干净，再用丙酮超声清洗10分钟，接着用无水乙醇超声清洗10分钟，并在干燥箱中烘干，放置在洁净室备用。
2、调配SiO2-TiO2溶胶，将正硅酸乙酯、无水乙醇、盐酸、去离子水按摩尔比为1：2：1：50的比例混合，室温下搅拌1小时，得到SiO2溶液；将钛酸丁酯、无水乙醇、醋酸按摩尔比1：2：30的比例混合，室温下搅拌1小时，得到TiO2溶液，然后将TiO2溶液缓慢滴加到SiO2溶液并充分搅拌20分钟，形成制备第1层复合薄膜2所用的溶胶，陈化10天以备用。
3、按上述方法依次调配TiO2含量减小的溶液，其中钛酸丁酯、无水乙醇、醋酸按摩尔比分别为1：4：50、1：8：100、1：12：200、1：16：300，并与上述配比相同的SiO2溶液混合，分别形成用于制备第2至第5层复合薄膜3~6所用的溶胶，陈化10天以备用。
4、采用提拉法，将清洗好备用的载玻片1浸入步骤2所制备的溶胶中，停留2分钟，使基片表面与溶胶充分接触，然后以提拉速度为5cm/min的速度均匀提拉载玻片1，在洁净的空气中常温干燥20分钟，形成凝胶膜，然后在马弗炉中进行热处理，温度为450℃，时间为2小时，形成第一层SiO2-TiO2复合薄膜2。
5、采用如上所述相同的工艺，依次形成第二至第五层SiO2-TiO2复合薄膜3~6，其中TiO2的含量依次递减。
上述实施例仅是本实用新型的较佳实施方式，详细说明了本实用新型的技术构思和实施要点，并非是对本实用新型的保护范围进行限制，凡根据本实用新型精神实质所作的任何简单修改及等效结构变换或修饰，均应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种非跟踪聚光光伏发电用梯度折射率透镜，包括一个载玻片，其特征在于，所述载玻片表面由内向外层叠二层以上折射率由大到小依次渐变的薄膜，所述薄膜形成梯度渐变折射率。
2.根据权利要求1所述的一种非跟踪聚光光伏发电用梯度折射率透镜，其特征在于，所述薄膜为SiO2-TiO2复合薄膜，折射率在1.5~2.2范围内渐变调节。
3.根据权利要求1所述的一种非跟踪聚光光伏发电用梯度折射率透镜，其特征在于，所述薄膜的每层厚度为500~1000nm。
4.根据权利要求2所述的一种非跟踪聚光光伏发电用梯度折射率透镜，其特征在于，所述SiO2-TiO2复合薄膜中TiO2含量由内层向外层逐渐降低，形成渐变折射率分布。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104300894A (zh) * 2014-10-30 2015-01-21 中国建材国际工程集团有限公司 非跟踪聚光光伏系统用导光元件
CN104344335A (zh) * 2013-08-05 2015-02-11 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 透镜及使用该透镜的光源模组
CN107178914A (zh) * 2017-07-10 2017-09-19 广东工业大学 一种免跟踪太阳能聚光装置
CN113589421A (zh) * 2021-09-16 2021-11-02 维沃移动通信有限公司 导光件和电子设备

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C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Anhui Tianzhu Green Energy Science & Technology Co.,Ltd.

Assignor: Bengbu Glass Industry Design Research Institute|China Building Material International Engineering Group Co Ltd

Contract record no.: 2012340000358

Denomination of utility model: Gradient refractive index lens for non-tracking focusing photovoltaic power generation

Granted publication date: 20121219

License type: Exclusive License

Record date: 20121217

LICC Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20121219

Termination date: 20160509