CN202736955U - 一种导光元件及具有该导光元件的光伏模组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种导光元件及具有该导光元件的光伏模组，其中包括由导光材料制成的柱状本体，所述柱状本体的顶部面积大于底部面积，所述柱状本体的顶部为轴对称自由曲面，所述柱状本体的四侧面均为自由曲面，所述四侧面形状与尺寸相同。本实用新型的一种导光元件结构简单、利用聚光和全内反射原理、提高聚光效率和均匀性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光学元件，特别是涉及一种导光元件。
本实用新型还涉及具有上述导光元件的光伏模组。
背景技术
地面太阳能光伏发电系统使用光伏电池将太阳辐射的能量转换成电能。光伏电池产电量与日照强度和光伏电池的面积成正比。光伏电池通常是由不同的半导体材料组成如,但不仅限于,硅或砷化镓。单结太阳能电池主要由硅材料构成,将阳光转换为电能的效率比较低,所以需要一个更大的硅芯片面积和很多的光伏电池,才能达到一个指定的发电量。相对来说,多结(MJ)光伏电池主要由镓砷化合物组成,将阳光转换为电能的效率比较高,所以需要较少的镓砷化合物芯片面积和数量比较少的光伏电池,可以达到同样的指定的发电量。聚光光伏电池接收的太阳辐射,可以有效降低成本,提高光伏电池的电力输出。其中一个聚光形式是使用一片聚光透镜和一个导光部件使直射日照投放到一块太阳能电池芯片上发电。为了正确引导阳光投放在光伏电池芯片之上,这些组件必须根据严格的公差来制造和组装。
一般聚光光伏模组由一个防水防尘外壳,装载着多个聚光光伏模块组成。每个模块的组成部件包括:一片聚光透镜、一个导光部件、一块太阳能芯片连座、及一个散热部件。聚光透镜把直射太阳辐射引导到导光部件,导光部件再把阳光引导和尽量均匀化到太阳能芯片上。太阳能芯片把部分的阳光转化成电能,而其余大部分没有转化成电能的阳光会转变成热能。太阳能芯片黏合在芯片座上的结构使得余热可以有效地传导到散热部件进行冷却。芯片座与芯片座之间被电缆连接,将电能引导到外部电缆接口。一般上模组都附有遮光部件保护着电缆和焊接接口,免受阳光损害。有关导光部件的设计,已经披露在公开文献内的包括有 US20080087323；US20090114282;US20090223555和Pablo Zamora et al.的导光部件。上述这些导光部件主要结构是使用光学玻璃平面棱镜,平面反射镜组合和科勒型式设计。
发明内容
本实用新型是为了解决现有技术中的不足而完成的，本实用新型的目的是提供一种结构简单、利用聚光和全内反射原理、提高聚光效率和均匀性的导光元件。
本实用新型的一种导光元件，包括由导光材料制成的柱状本体，所述柱状本体的顶部面积大于底部面积，所述柱状本体的顶部为轴对称自由曲面，所述柱状本体的四侧面均为自由曲面，所述四侧面形状与尺寸相同。
本实用新型的一种导光元件还可以是：
所述柱状本体顶部为轴对称非球面或球面，所述柱状本体四侧面均为桥面或渐变弧形面。
所述柱状本体顶部为轴对称非球面，所述柱状本体四侧面均为桥面。
所述柱状本体顶部为球面，所述柱状本体的四侧面均为渐变弧形面。
本实用新型的一种导光元件，由于其包括由导光材料制成的柱状本体，所述柱状本体的顶部面积大于底部面积，所述柱状本体的顶部为轴对称自由曲面，所述柱状本体的四侧面均为自由曲面，所述四侧面形状与尺寸相同。使用时，顶部朝向太阳光，顶部自由曲面透射及聚集光线，而自由曲面的四侧面使得光线全内反射，这样保证充分汇聚透射的太阳光，提升聚光效率，而且由于四个侧面形状与尺寸均相同，因此，汇聚阳光更加均匀。
本实用新型的目的还可以是提供一种结构简单、利用聚光和全内反射原理、提高聚光效率和均匀性的具有导光元件的光伏模组。
本实用新型的具有导光元件的光伏模组，其特征在于：包括外壳和位于所述外壳顶端的聚光透镜，所述外壳下部设置至少一个太阳能芯片，所述每个太阳能芯片下方设有散热器，所述太阳能芯片设置在芯片座上，所述每个太阳能芯片的正上方设置有权利要求1至4任意一权利要求所述的导光元件，所述导光元件由下自上穿过所述外壳底部，所述聚光透镜位于所述导光元件顶部的正上方。
本实用新型的具有导光元件的光伏模组还可以是：
所述聚光透镜为菲涅耳聚光透镜。
附图说明
图1本实用新型一种导光元件实施例示意图。
图2本实用新型一种导光元件另一实施例示意图。
图3一种具有本实用新型导光元件的光伏模组实施例组合图。
图4一种具有本实用新型导光元件的光伏模组实施例拆分图。
图号说明
1…柱状本体 2…顶部 3…底部
4…四侧面 5…外壳 6…聚光透镜
7…本实用新型导光元件 8…太阳能芯片連座 9…散热器
具体实施方式
下面结合附图的图1至图4对本实用新型的一种导光元件及具有该导光元件的光伏模组作进一步详细说明。
本实用新型的一种导光元件，请参考图1至图4，包括由导光材料制成的柱状本体1，所述柱状本体1的顶部2面积大于底部3面积，所述柱状本体1的顶部2为轴对称自由曲面，所述柱状本体1的四侧面4均为自由曲面，所述四侧面4形状与尺寸相同。使用时，顶部2朝向太阳光，顶部2轴对称自由曲面透射及聚集光线，透射后的光线进入柱状本体1内，直射的光线直接从底部3透射至芯片上，而其他方向的阳光到达四侧面4后被全內反射回来，经过一次或多次的全內反射，最终透射出柱状本体1底部3至芯片上，而自由曲面的四侧面4使得光线全内反射，这样保证充分汇聚透射的太阳光，提升聚光效率，而且由于四个侧面形状与尺寸均相同，因此，汇聚阳光更加均匀。
本实用新型的一种导光元件，请参考图2至图4，在前面技术方案的基础上具体可以是所述柱状本体1顶部2为轴对称非球面或球面，所述柱状本体1四侧面4均为桥面或渐变弧形面。图2中导光元件的顶部2为球面，四侧面4均为渐变弧形面，在顶部2上方设有法兰盘，这样方便制造。这样，太阳光达到芯片的光通量至少在76％以上，均匀性在92％以內，因此，聚光效率更高，均匀性更好。具体可以是所述柱状本体1顶部2为轴对称非球面，所述柱状本体1四侧面4均为桥面。这样，太阳光达到芯片的光通量为76.4％，均匀性为92％。具体还可以是所述柱状本体1顶部2为球面，所述柱状本体1的四侧面4均为渐变弧形面。这样，太阳光达到芯片的光通量为76.7％，均匀性为88％。
本实用新型的具有前述导光元件的光伏模组，请参考图1至图4，包括外壳5和位于所述外壳5顶端的聚光透镜6，所述外壳5下部设置至少一个太阳能芯片，所述太阳能芯片设置在芯片连座上，所述每个太阳能芯片连座8下方设有散热器9，所述每个太阳能芯片的正上方设置有前述的导光元件7，所述导光元件7由下自上穿过所述外壳5底部，所述聚光透镜6位于所述导光元件7顶部2的正上方。这样，聚光透镜6将外界直射太阳光汇聚后透射至导光元件7的顶部2表面，经过导光元件7的聚光、导光、全內反射后透射出导光元件7的底部3，并照射到太阳能芯片上，太阳能芯片将其转化为电能，而散热器9的作用是使得太阳能芯片连座8散热，保证太阳能芯片的温度不会过高。这样，导光元件7的顶部朝向太阳光，顶部2轴对称自由曲面透射光线，而自由曲面的四侧面4使得光线全內反射，这样保证充分汇聚透射的太阳光，提升聚光效率，而且由于四个侧面形状与尺寸均相同，因此，汇聚阳光更加均匀。更进一步优选的技术方案为所述聚光透镜6为菲涅耳聚光透镜。
上述仅对本实用新型中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本实用新型的保护范围，凡是依据本实用新型中的设计精神所作出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种导光元件，其特征在于：包括由导光材料制成的柱状本体，所述柱状本体的顶部面积大于底部面积，所述柱状本体的顶部为轴对称自由曲面，所述柱状本体的四侧面均为自由曲面，所述四侧面形状与尺寸相同。
2.根据权利要求1所述的一种导光元件，其特征在于：所述柱状本体顶部为轴对称非球面或球面，所述柱状本体四侧面均为桥面或渐变弧形面。
3.根据权利要求2所述的一种导光元件，其特征在于：所述柱状本体顶部为轴对称非球面，所述柱状本体四侧面均为桥面。
4.根据权利要求2所述的一种导光元件，其特征在于：所述柱状本体顶部为球面，所述柱状本体的四侧面均为渐变弧形面。
5.具有权利要求1或2或3或4所述的导光元件的光伏模组，其特征在于：包括外壳和位于所述外壳顶端的聚光透镜，所述外壳下部设置至少一个太阳能芯片，所述每个太阳能芯片下方设有散热器，所述太阳能芯片设置在芯片座上，所述每个太阳能芯片的正上方设置有权利要求1至4任意一权利要求所述的导光元件，所述导光元件由下自上穿过所述外壳底部，所述聚光透镜位于所述导光元件顶部的正上方。
6.根据权利要求5所述的具有导光元件的光伏模组，其特征在于：所述聚光透镜为菲涅耳聚光透镜。
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