CN100555672C - 一种太阳能电池采光罩 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能电池采光罩，包括中心采光透镜和环形采光透镜，其特征在于：中心采光透镜采用平凸透镜结构，环形采光透镜采用具有一定高度的环形平凸透镜结构，中心采光透镜位于环形采光透镜的上方，且中心采光透镜的下表面与环形采光透镜的上方边缘的所围成的圆形截面的大小一致；本发明太阳能电池采光罩在使用中，当太阳光入射角大于等于30°时，利用中心采光透镜对太阳光线的汇聚，增强了太阳光照的效率；当太阳光入射角小于30°时，利用环形采光透镜对太阳光线的折射使太阳能电池仍能得到足够的光照，产生电能；同时本发明太阳能电池采光罩还避免了太阳能电池由于局部遮挡而造成的效率降低甚至损坏的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学器件，特别涉及一种太阳能电池采光罩。
背景技术
太阳能电池是一种对光有响应并能将光能转换成电力的器件，能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等，它们的发电原理基本相同，以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P-N结。当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，这就是“光生伏打效应”；当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率；这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。
太阳能电池的输出功率是变化的，在不同时间和不同地点，同一块太阳能电池的输出功率是不同的，太阳能电池的峰值功率由当地的太阳平均辐射强度与末端的用电负荷决定。由于硅材料较脆弱，通常需要在硅材料表面增加高强度、高透光率的玻璃材料作为保护罩，构成完整的太阳能电池。保护罩的强度和透光度也直接影响太阳能电池的使用寿命和光电转换效率。
为了提高太阳能电池的光电转换效率，国内实用新型专利“03223205.5——太阳能LED路灯装置”设计了一种新型的太阳能LED路灯的结构及传动装置，采用太阳能电池随动装置，由电机带动太阳能电池跟随太阳的转动而转动，从而达到太阳能电池转换效率最高的目的；但该***实现较为复杂，成本较高，可靠性较低，而且电机控制***需要维护和电能驱动，整体效能不高，不适合小型太阳能电池***使用。由于仍然采用传统平板式太阳能电池保护罩，不能有效避免太阳能电池局部被遮挡产生的热岛效应对太阳能电池带来的输出功率降低或损坏。
实用新型专利“01270896.8——太阳能高架路灯装置”设计了高架太阳能路灯的整体结构，***采用类椭球形有机玻璃罩作为太阳能电池的保护罩，有效防止太阳能电池单独被遮挡(如树叶、鸟粪等)而产生的热岛效应对太阳能电池带来的永久性损坏；该***中的太阳能电池采用水平安装方式，不能解决太阳光入射角较小时太阳能电池光电转换效率较低的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术中的不足，提供一种结构简单的太阳能电池采光罩，有效的实现太阳光的折射，即使在太阳光入射角度较小的时候，使得入射到太阳能电池表面的光强仍能发挥较高的光电转换效率，并且还可避免由于太阳能电池局部遮挡而带来的热岛效应对太阳能电池的损坏。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种太阳能电池采光罩，包括中心采光透镜1和环形采光透镜2，其特征在于：中心采光透镜1采用平凸透镜结构，环形采光透镜2采用具有一定高度的环形平凸透镜结构，中心采光透镜1位于环形采光透镜2的上方，且中心采光透镜1的下表面与环形采光透镜2的上方边缘的所围成的圆形截面的大小一致。
所述的太阳能电池采光罩的形状为球壳形状。
所述的中心采光头镜1与环形采光透镜2的交界处任一点与环形采光透镜2的下方边缘所围成的圆形截面中心的连线和环形采光透镜2的下方边缘所围成的圆形截面的法线的夹角为60°。
所述的中心采光透镜1能够实现对太阳光入射角大于等于30°的太阳光线的汇聚。
所述的环形采光透镜2能够实现对太阳光入射角小于30°的太阳光线的折射。
本发明的原理：光线通过透镜会产生折射，凸透镜就是利用此原理将平行光线汇聚到焦点，以增加光强，本发明设计的一种太阳能电池采光罩，就是利用透镜的折射原理，取太阳光入射光线与环形采光透镜的下边缘所围成的圆形截面的夹角为太阳光入射角，当太阳光入射角较大的时候，中心采光透镜采用平凸透镜实现光线的汇聚，将太阳光入射角度大的光线汇聚到固定在采光罩中央的太阳能电池表面，增加太阳光能量，进而提高光电转换效能；当太阳升起或降落时，太阳光入射角较小，环形采光透镜也采用环形平凸透镜实现光线的折射，将太阳光入射角度较小的光线折射到固定在采光罩中央的太阳能电池表面，增加其光电转换效率。
本发明与现有技术相比的所具有的优点：本发明设计的太阳能电池采光罩，结构简单，采用中心采光透镜和环形采光透镜组成，既可以增加太阳光入射角较小的时的光电转换效率，又能提升太阳光入射角度较大时的光强，使太阳能电池的光电转换效能进一步提高；而且，本发明太阳能电池采光罩也能有效防止太阳能电池单独被遮挡(如树叶、鸟粪等)而产生的热岛效应对太阳能电池带来的永久性损坏。
附图说明
图1为本发明的太阳能电池采光罩结构的主视图；
图2为本发明的太阳能电池采光罩结构的仰视图；
图3为本发明的太阳能电池采光罩的A-A向剖视图；
图4为本发明的太阳能电池采光罩与太阳能电池安装关系示意图；
图5为本发明的太阳能电池采光罩的光线折射示意图。
图中1为中心采光透镜，2为环形采光透镜，3表示太阳光入射角较大时的光线，4表示太阳光入射角较小时的光线，5为太阳能电池，6为固定板。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。
本发明的一种太阳能电池采光罩，由中心采光透镜1和环形采光透镜2组成，中心采光透镜1采用平凸透镜结构；环形采光透镜2采用具有一定高度的环形透镜结构，中心采光透镜1位于环形采光透镜2的上方，且中心采光透镜1的下表面与环形采光透镜2的上方边缘所围成的圆形截面的大小一致，保证它们能够完好的相接在一起，且环形采光透镜2截面也为平凸透镜；本发明的太阳能电池采光罩的形状为球壳形状，其主视图如图1所示，仰视图如图2所示，A-A向剖视图如图3所示，
太阳能电池采光罩的中心采光透镜1与环形采光透镜2交界处任取一点与环形采光透镜2的下方的圆形截面中点的连线和环形采光透镜2的下方边缘所围成的圆形截面法线的夹角为60°，如图3所示。
下面详细介绍本实施例中太阳能电池采光罩的实施情况，将太阳能电池固定于太阳能电池板的中央位置，将太阳能电池采光罩的轴心对应与太阳能电池板的中间，把太阳能电池采光罩粘结在太阳能电池板正向表面，如图4所示，将粘结好的装置放于水平面上，取太阳光线与水平面的夹角为太阳光入射角，即太阳光光线与太阳能电池板平面的夹角为太阳光入射角；当太阳光入射角度大于等于30°的时候，由于太阳能电池采光罩的中心采光透镜1采用平凸透镜结构，利用平凸透镜的聚焦作用，中心采光透镜1能够将太阳光线汇聚到太阳能电池表面，增加光线强度，提高太阳能电池的效能；在太阳升起和降落时，当太阳光入射角度小于30°的时候，由于太阳能电池采光罩的环形采光透镜2的截面也为平凸透镜，利用环形采光透镜2的折射作用，将太阳光线折射到太阳能电池表面，增加光线的入射角度和光强，使太阳能电池在入射角度小于30°时仍能获得足够的光能而发电，如图5所示，而且，本发明的太阳能电池采光罩也能有效防止太阳能电池单独被遮挡(如树叶、鸟粪等)而产生的热岛效应对太阳能电池带来的永久性损坏。
Claims (5)
1、一种太阳能电池采光罩，包括中心采光透镜(1)和环形采光透镜(2)，其特征在于：中心采光透镜(1)采用平凸透镜结构，环形采光透镜(2)采用具有一定高度的环形平凸透镜结构，中心采光透镜(1)位于环形采光透镜(2)的上方，且中心采光透镜(1)的下表面与环形采光透镜(2)的上方边缘的所围成的圆形截面的大小一致。
2、根据权利要求1所述的一种太阳能电池采光罩，其特征在于：所述的太阳能电池采光罩的形状为球壳形状。
3、根据权利要求1所述的一种太阳能电池采光罩，其特征在于：在中心采光透镜(1)与环形采光透镜(2)的交界处任取一点与环形采光透镜(2)的下方边缘所围成的圆形截面中心的连线和环形采光透镜(2)的下方边缘所围成的圆形截面的法线的夹角为60°。
4、根据权利要求1所述的一种太阳能电池采光罩，其特征在于：中心采光透镜(1)能够实现对太阳光入射角大于等于30°的太阳光线的汇聚。
5、根据权利要求1所述的一种太阳能电池采光罩，其特征在于：环形采光透镜(2)能够实现对太阳光入射角小于30°的太阳光线的折射。
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