CN103999355A - 太阳能集中器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有由透明材料制成的实心主体的太阳能集中器(1)，所述实心主体包括光入射面(2)和毛坯模制的光出射面(3)，其中，所述实心主体在所述光入射面(2)和所述光出射面(3)之间包括承载框架(61)以及特别是向着所述光出射面(3)的方向变细的光导部分(4)，所述光导部分有利地在所述光入射面(2)和所述光出射面(3)之间通过光导部分表面(5)限制，其中，所述承载框架(61)包括具有外部分面(66)和至少一个内部分面(65)的、面对所述光出射面(3)的面(63)，并且其中，所述外部分面特别是借助于台阶(64)相对于所述内部分面(65)在所述光出射面(3)的方向上错位和/或在所述光出射面(3)的方向上超过所述内部分面(66)伸出。
Description
技术领域
本发明涉及一种由透明材料制成的太阳能集中器，其中，该太阳能集中器包括光入射面、光出射面和布置在光入射面和光出射面之间的、特别是向着光出射面的方向变细的光导部分，该光导部分在光入射面和光出射面之间通过光导部分表面限制。
背景技术
文献PCT/EP2010/005755公开了一种带有由透明材料制成的实心主体的太阳能集中器，该实心主体包括光入射面和光出射面，其中，实心主体在光入射面和光出射面之间包括向着光出射面的方向变细的光导部分，该光导部分在光入射面和光出射面之间通过光导部分表面限制，并且其中，该光导部分表面以连续的一阶导数过渡到光出射面中。
发明内容
本发明的目标是，降低用于制造太阳能集中器或二级太阳能集中器的成本。为此，特别是在制造时优质件份额的增大是值得期望的。
上述目标通过带有由透明材料制成的实心主体的太阳能集中器实现，该实心主体包括光入射面和毛坯模制(blankgepresst)的光出射面，其中，实心主体在光入射面和光出射面之间包括承载框架以及特别是向着光出射面的方向变细的光导部分，该光导部分有利地在光入射面和光出射面之间通过光导部分表面限制，并且其中，承载框架包括面对光出射面的具有台阶的面，从而承载框架的面对光出射面的面的外部分在光出射面的方向上相对于承载框架的面对光出射面的面的内部分错位和/或在光出射面的方向上超过面对光出射面的承载框架面的内部分伸出。
此外，上述目标通过带有由透明材料制成的实心主体的太阳能集中器实现，该实心主体包括光入射面和毛坯模制的光出射面，其中，实心主体在光入射面和光出射面之间包括承载框架以及特别是向着光出射面的方向变细的光导部分，该光导部分有利地在光入射面和光出射面之间通过光导部分表面限制，其中，承载框架包括面对光出射面的具有外部分面和至少一个内部分面的面，并且其中，所述外部分面特别是借助于台阶相对于内部分面在光出射面的方向上错位和/或在光出射面的方向上超过内部分面伸出。
在本发明的思想中，透明材料特别是玻璃。在本发明的思想中，透明材料特别是硅酸盐玻璃。在本发明的思想中，透明材料特别是例如在文献PCT/EP2008/010136中描述的玻璃。在本发明的思想中，玻璃特别是包括：
0.2至2重量％的Al2O3，
0.1至1重量％的LiO2，
0.3、特别是0.4至1.5重量％的Sb2O3，
特别是2至4重量％的BaO，
60至75重量％的SiO2，
3至12重量％的Na2O，
3至12重量％的K2O，以及
3至12重量％的CaO。
在本发明的思想中的光导部分表面特别是相对于太阳能集中器的光轴倾斜至少3°。太阳能集中器的光轴特别是光出射面的法线。光导部分表面可被涂覆。
在本发明的思想中，毛坯模制特别是应理解为将光学作用的表面压制成，使得可省去、确切地说省去或不设置随后对该光学作用的表面的轮廓的再加工。由此特别是规定，在毛坯模制之后不再研磨光出射面。
在本发明的思想中，承载框架特别是也可为凸缘。在本发明的思想中的承载框架特别地可完全地或部分地设计成环绕的。
在本发明的另一有利的设计方案中，台阶特别地基本上平行于太阳能集中器的光轴伸延。
在本发明的另一有利的设计方案中，承载框架的面对光出射面的面的外部分相对于承载框架的面对光出射面的面的内部分在光出射面的方向上错位不大于0.3mm。特别是不大于0.1mm。在本发明的另一有利的设计方案中，承载框架的面对光出射面的面的外部分在光出射面的方向上伸出超过承载框架的面对光出射面的面的内部分不大于0.3mm、特别是不大于0.1mm。
在本发明的另一有利的设计方案中，所述外部分面相对于所述内部分面在光出射面的方向上错位不大于0.3mm、特别是不大于0.1mm。在本发明的另一有利的设计方案中，外部分面在光出射面的方向上伸出超过内部分面不大于0.3mm、特别是不大于0.1mm。在本发明的另一有利的设计方案中，台阶的高度不大于0.3mm、有利地不大于0.1mm。
在本发明的另一有利的设计方案中，外部分面相对于太阳能集中器的光轴径向或垂直地延伸不小于0.5mm、特别是不小于1mm、有利地不小于1.5mm。在本发明的另一有利的设计方案中，外部分面相对于太阳能集中器的光轴径向或垂直地延伸不超过2.5mm。在本发明的另一有利的设计方案中，外部分面为环形面。在本发明的另一有利的设计方案中，该环形面的厚度(＝在图5中的B)不小于0.5mm、特别是不小于1mm、有利地不小于1.5mm。在本发明的另一有利的设计方案中，该环形面的厚度(＝在图5中的B)不大于2.5mm。
在本发明的有利的设计方案中，光导部分表面以连续的一阶导数过渡到光出射面中。在本发明的另一有利的设计方案中，光导部分表面以弯曲部过渡到光出射面中，其(弯曲部的)弯曲半径不大于0.25mm、特别是不大于0.15mm、有利地不大于0.1mm。在本发明的另一有利的设计方案中，弯曲半径大于0.04mm。在本发明的另一有利的设计方案中，从光导部分表面到光出射面中的特别是弯曲的过渡部被毛坯模制。
在本发明的另一有利的设计方案中，光入射面被毛坯模制。在本发明的另一有利的设计方案中，光入射面为凸形的或平的。光入射面可非球形地或球形地成型。
在本发明的另一有利的设计方案中，光出射面是凸形的(弯曲的)。在本发明的另一有利的设计方案中，凸形的光出射面以大于30mm的弯曲半径弯曲。在本发明的另一有利的设计方案中，凸形的光出射面弯曲成，其与理想平面或光出射平面的(最大)轮廓偏差小于100μm。在本发明的思想中，理想平面特别是为穿过从光导部分表面到光出射面中的过渡部的平面。在本发明的思想中，光出射平面特别是为穿过从光导部分表面到光出射面中的过渡部的平面。在本发明的思想中，光出射平面特别是与穿过光导部分表面到光出射面中的过渡部的平面平行的、穿过光出射面的(弯曲部的)顶点的平面。在本发明的思想中的光出射平面特别是垂直于变细的光导部分的、穿过光出射面的(弯曲部的)顶点的平面。在本发明的思想中的光出射平面特别是垂直于太阳能集中器的光轴的、通过光出射面的(弯曲部的)顶点的平面。在本发明的另一设计方案中，凸形的光出射面弯曲成，其与理想平面或光出射平面的(最大)轮廓偏差大于1μm、特别是大于40μm。在本发明的另一设计方案中，光出射面是平的。平的光出射面可具有特别是与收缩相关的与理想平面的特别是凹形的轮廓偏差，其例如可直至20μm或甚至直至40μm。
在本发明的有利的设计方案中，承载框架包括特别是完全毛坯模制的外边缘。在本发明的思想中的外边缘特别是太阳能集中器的距离太阳能集中器的光轴最远的部分。在本发明的思想中的外边缘特别是太阳能集中器的径向上具有最大延伸的部分。特别是规定，承载框架至少部分地在垂直于太阳能集中器的光轴的方向上超过光导部分伸出，或者承载框架至少部分地相对于太阳能集中器的光轴径向地超过光导部分伸出。
在本发明的另一有利的设计方案中，太阳能集中器的所有表面都被毛坯模制。
在本发明的另一有利的设计方案中，光导部分表面包括至少一个刻槽部。在本发明的另一有利的设计方案中，光导部分表面包括至少两个分离的刻槽部。在本发明的另一有利的设计方案中，光导部分表面包括至少四个分离的刻槽部。
在本发明的另一有利的设计方案中，所述一个或多个刻槽部布置在光导部分表面的面对光入射面的半部分中。在本发明的另一有利的设计方案中，所述一个或多个刻槽部仅仅布置在光导部分表面的面对光入射面的半部分中。在本发明的另一有利的设计方案中，所述一个或多个刻槽部(特别是仅仅)布置在光导部分表面的面对光入射面的三分之一中。
在本发明的另一有利的设计方案中，所述一个或多个刻槽部向光导部分表面的方向扩大。
在本发明的另一有利的设计方案中，所述刻槽部通入太阳能集中器的承载框架中。在本发明的另一有利的设计方案中，光导部分表面或其横截面在刻槽部的区域中或在其边缘处具有转折点。
在本发明的另一有利的设计方案中，所述一个或多个刻槽部具有连续的凹形地弯曲的横截面。
在本发明的另一有利的设计方案中，光导部分借助于凹形地弯曲的(被毛坯模制的)过渡区域过渡到承载框架中。在本发明的另一有利的设计方案中，光导部分表面借助于一个/所述凹形地弯曲的(被毛坯模制的)过渡区域过渡到承载框架中。在本发明的另一有利的设计方案中，实心主体在光导部分和承载框架之间包括凹形地弯曲的(被毛坯模制的)过渡区域。在本发明的另一有利的设计方案中，所述凹形地弯曲的(被毛坯模制的)过渡区域以至少0.3mm、特别是至少0.5mm、特别是至少1mm的弯曲半径弯曲。在本发明的另一有利的设计方案中，凹形地弯曲的(被毛坯模制的)过渡区域以光导部分在太阳能集中器的光轴方向上的长度的最高20％的弯曲半径、特别是最大2mm的弯曲半径弯曲。
本发明还涉及一种太阳能模块，其具有上述由透明材料制成的太阳能集中器，其中，太阳能集中器通过其光出射面与光电元件相连接和/或面对光电元件。在本发明的另一有利的设计方案中，太阳能模块包括冷却体，所述光电元件布置在该冷却体上。在本发明的另一有利的设计方案中，在冷却体上布置有用于太阳能集中器的支架。在本发明的另一有利的设计方案中，太阳能模块包括用于太阳能集中器的支架。在本发明的另一有利的设计方案中，所述支架将太阳能集中器固定在太阳能集中器的承载框架处。在本发明的另一有利的设计方案中，太阳能模块具有用于使太阳光向着太阳能集中器光入射面取向的透镜(初级太阳能集中器)。
本发明还涉及一种用于产生电能的方法，其中，太阳光特别是借助于初级太阳能集中器耦合到上述太阳能模块的太阳能集中器的光入射面中。
附图说明
从以下对实施例的描述中得到其它优点和细节。其中：
图1示出了根据本发明的太阳能集中器的实施例，
图2以局部图示出了根据图1的太阳能集中器，
图3以俯视图示出了根据图1的太阳能集中器，
图4以相应于在图3中的截面线A-A的截面图示出了根据图1的太阳能集中器，
图5示出了图4的局部，
图6以从下方的视图示出了根据图1的太阳能集中器，以及
图7示出了带有根据图1的太阳能集中器的太阳能模块的实施例。
具体实施方式
图1以横截面图示出了用于根据本发明的太阳能集中器1的实施例。该太阳能集中器1包括光入射面2和毛坯模制的光出射面3以及布置在光入射面2和光出射面3之间的向着光出射面3的方向变细的光导部分4。附图标记5表示限制在光入射面2和光出射面3之间的光导部分4的光导部分表面。在此，光导部分表面5(如在图2中详细示出的那样)通过弯曲部8过渡到光出射面3中，其弯曲半径约为0.1mm。在有利的设计方案中，凸形的光出射面3具有大于30mm的弯曲半径弯曲或者弯曲成其与理想平面或光出射平面30的轮廓偏差31的最大值小于100μm。
图3以俯视图示出了太阳能集中器1并且图4以相应于在图3中的截面线A-A的截面图示出了太阳能集中器。图6以从下方的视图示出了太阳能集中器1。该太阳能集中器1在太阳能集中器1的上部分中具有多个光导部分表面5的刻槽部91。在此，这些刻槽部延伸到承载框架6。光导部分表面5或其横截面曲线在刻槽部91的区域中具有转折点92。
在光入射面2和光导部分表面5之间，太阳能集中器1具有带有毛坯模制的外边缘61的承载框架6。图5示出了图4中的承载框架6的放大的局部。该承载框架6包括面对光出射面3的带有外部分面66和内部分面65的面63。外部分面66借助于高度H最大为0.3mm的台阶64相对于内部分面65在光出射面3的方向上错位，确切地说基于高度H最大为0.3mm的台阶64在光出射面3的方向上超过内部分面65伸出。外部分面相对于太阳能集中器的光轴100径向或垂直地在0.5mm至2.5mm之间延伸(长度B或径向长度B)。
图7示出了带有根据本发明的太阳能集中器1的太阳能模块40的实施例。该太阳能模块40包括冷却体41，在该冷却体41上布置有光电元件42和用于太阳能集中器1的支架44。光出射面3借助于粘合剂层43与光电元件42相连接。该太阳能模块40此外包括设计成菲涅尔透镜的初级太阳能集中器45以使得太阳光50向着布置或设计或设置成二级太阳能集中器的太阳能集中器1的光入射面2取向。通过光入射面2被引入太阳能集中器1中的太阳光通过太阳能集中器1的光出射面3射出并且射到光电元件42上。
Claims (10)
1.一种带有由透明材料制成的实心主体的太阳能集中器(1)，所述实心主体包括光入射面(2)和毛坯模制的光出射面(3)，其中，所述实心主体在所述光入射面(2)和所述光出射面(3)之间包括承载框架(61)，以及特别是向着所述光出射面(3)的方向变细的光导部分(4)，所述光导部分(4)有利地由光导部分表面(5)限制在所述光入射面(2)和所述光出射面(3)之间，并且其中，所述承载框架(61)包括面(63)，该面(63)面对所述承载框架(61)的光出射面(3)并且具有台阶(64)，从而承载框架(61)的面对所述光出射面(3)的面(63)的外部分在所述光出射面(3)的方向上，相对于承载框架(61)的面对所述光出射面(3)的面(63)的内部分和/或所述承载框架(61)错位，和/或所述外部分在所述光出射面(3)的方向上超过承载框架(61)的面对所述光出射面(3)的面(63)的所述内部分或内部分伸出。
2.一种带有由透明材料制成的实心主体的太阳能集中器(1)，所述实心主体包括光入射面(2)和毛坯模制的光出射面(3)，其中，所述实心主体在所述光入射面(2)和所述光出射面(3)之间包括承载框架(61)，以及特别是向着所述光出射面(3)的方向变细的光导部分(4)，所述光导部分(4)有利地由光导部分表面(5)限制在所述光入射面(2)和所述光出射面(3)之间，其中，所述承载框架(61)包括面(63)，该面(63)面对所述光出射面(3)并且具有外部分面(66)和至少一个内部分面(65)，并且其中，所述外部分面特别是借助于台阶(64)相对于所述内部分面(65)在所述光出射面(3)的方向上错位，和/或在所述光出射面(3)的方向上超过所述内部分面(65)伸出。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能集中器(1)，其特征在于，所述台阶(64)的高度总共不超过0.3mm。
4.根据权利要求1、2或3所述的太阳能集中器(1)，其特征在于，所述光导部分表面(5)包括至少一个刻槽部(91)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的太阳能集中器(1)，其特征在于，所述光导部分表面(5)包括至少两个分离的刻槽部(91)。
6.根据权利要求4至5所述的太阳能集中器(1)，其特征在于，所述一个刻槽部(91)或多个刻槽部(91)布置在所述光导部分表面(5)的面对所述光入射面(2)的半部分中。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的太阳能集中器(1)，其特征在于，所述一个刻槽部(91)或多个刻槽部(91)仅仅布置在所述光导部分表面(5)的面对所述光入射面(2)的半部分中。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的太阳能集中器(1)，其特征在于，所述一个刻槽部(91)或多个刻槽部(91)布置在所述光导部分表面(5)的面对所述光入射面(2)的三分之一中。
9.一种太阳能模块，其特征在于，根据上述权利要求中任一项所述的太阳能集中器(1)通过其光出射面(3)与光电元件相连接和/或面对光电元件。
10.一种用于产生电能的方法，其特征在于，使太阳光入射到根据权利要求9所述的太阳能模块的太阳能集中器(1)的光入射面(2)中。
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