CN202434553U - 平顶全反射式二次聚光匀光集成装置 - Google Patents

平顶全反射式二次聚光匀光集成装置 Download PDF

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宋贺伦
茹占强
李望
戴高环
张耀辉
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Abstract

本实用新型涉及一种平顶全反射式二次聚光匀光集成装置，该集成装置的上底面正对光源，下底面与太阳能电池相对接，其特点是该集成装置为实心玻璃，该上底面与下底面一起均为光线折射面，该上底面面积大于下底面面积，该集成装置的侧壁镀有全反射膜，形成集成装置内光线在侧壁无损反射的全反射壁面。应用本实用新型的技术方案为：不仅可以进一步增大聚光光伏***的总聚光比，而且可以提高太阳能电池上光斑强度的均匀性，从而提高太阳能电池转换效率。该集成装置具有结构简单，操作方便，实用性强等优点。

Description

平顶全反射式二次聚光匀光集成装置
技术领域
本实用新型涉及一种平顶全反射式二次聚光/匀光装置，主要用在高倍聚光光伏模组中，实现针对经过一次聚光后的光束进行二次聚光及匀光的作用。
背景技术
随着传统能源的日益枯竭以及环境污染的加剧，太阳能已成为一种极具开发潜力的新能源。在太阳能利用领域中，太阳能光伏发电技术是最具有应用前景的太阳能利用方式，太阳能光伏发电技术现已成为世界各国争先研究的重要课题之一，而研究的重点是如何提高太阳能电池的光电转换效率，以及如何降低光伏发电的成本。目前应用最广泛的解决方案就是在太阳能光伏***中引进聚光器，即采取聚光光伏***实现光伏发电的技术。当前普遍应用的聚光器主要有两种：一种是反射式聚光器，一种是透射式聚光器。以菲涅耳透镜为代表的透射式聚光器以其成本低廉、易大批量生产、方便集成等诸多优点，在国内外该领域得到广泛的应用。但经过菲涅耳透镜的高倍聚光而形成的光斑会因聚光不均匀而产生热点，容易因温度过高而损伤太阳能电池，这样就会大大降低太阳能电池的光电转换效率以及减少电池使用寿命，因此急需对聚光器的结构设置进行相应改进，借以满足使用要求。
实用新型内容
为了进一步增大聚光光伏***的聚光比，并且改善入射到太阳能电池的光斑强度均匀性。本实用新型的目的旨在开发一种平顶全反射式二次聚光/匀光集成装置，该装置不仅能提高入射到太阳能电池的光斑强度均匀性，而且还可以实现对菲涅尔透镜出射光束的二次聚光，进一步增大聚光光伏***的总聚光比。
为了解决以上技术问题，本实用新型的技术解决方案是：平顶全反射式二次聚光匀光集成装置，所述集成装置的上底面正对光源，下底面与太阳能电池相对接，其特征在于：所述集成装置为实心玻璃，所述上底面与下底面一起均为光线折射面，所述上底面面积大于下底面面积，所述集成装置的侧壁镀有全反射膜，形成集成装置内光线在侧壁无损反射的全反射壁面。
进一步地，所述集成装置为轴截面呈倒梯形的多边形柱体结构，至少包括径向截面呈正方形的四棱柱体、径向截面呈六边形的六棱柱体或径向截面呈圆形的圆柱体。
进一步地，所述集成装置的上表面镀有增透膜。
应用本实用新型的技术方案为：不仅可以进一步增大聚光光伏***的总聚光比，而且可以提高太阳能电池上光斑强度的均匀性，从而提高太阳能电池转换效率。该集成装置具有结构简单，操作方便，实用性强等优点。
附图说明
图1为聚光光伏模组光路结构示意图；
图2为本实用新型二次聚光及匀光集成装置的立体结构示意图；
图3为本实用新型二次聚光及匀光集成装置的剖面示意图；
图4为有且最多仅有一次全反射时的仿真分析图；
图5为有且最多仅有二次全反射时的仿真分析图；
图6为有且最多仅有三次全反射时的仿真分析图；
图7为有且最多仅有四次全反射时的仿真分析图；
图8为单菲涅耳透镜形成的光斑强度分布图；
图9为单菲涅耳透镜加本实用新型二次聚光及匀光集成装置后形成的光斑强度分布图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
如图1、图2的本实用新型聚光光伏模组光路及产品立体结构示意图所示，本实施例以上底面为光束的入射面，下底面为光束出射面。入射光束经过一次聚光器1（一般为菲涅耳透镜）的一次聚光后进入平顶全反射式二次聚光/匀光集成装置2，又经过平顶全反射式二次聚光/匀光集成装置上底面的折射、侧壁的多次全反射和下底面的折射到达太阳能电池3上。为了最大限度的利用太阳能，把太阳能电池放在下底面处，所以下底面的面积根据太阳能电池的面积而定，上底面的面积根据入射光束的口径而定。在保证光利用率为100%的前提下，根据入射面和出射面的面积，通过计算可以求出侧壁的倾角。
如图3所示的剖面示意图，为了分析简单，设入射光束垂直进入入射面，侧壁与水平底面的夹角为D，利用全反射定律和三角函数关系可以得到只有两个侧壁全反射时的聚光比K与D的关系，用软件分析得到仿真分析图4、图5、图6、图7所示。从而根据入射光束口径和太阳能电池的面积，经过分析计算就可以确定出侧壁倾斜角度，进而确定应用于于聚光光伏模组的平顶全反射式二次聚光/匀光集成装置的具体参数。
如图8所示，是单纯使用一个菲涅耳透镜形成的光斑的强度分布图，而如图9所示的是在这个菲涅耳透镜跟检测器中间加入一个本实用新型的平顶反射式二次聚光/匀光集成装置后形成的同样大小的光斑的强度分布图，并且加入平顶全反射式二次聚光/匀光集成装置后***的光利用率有所提高。经计算，图9的光斑强度均匀性为83.2%，而图8的光斑强度均匀性为13.7%，通过对比可知，在***中引入平顶全反射式二次聚光/匀光集成装置后能大大改善出射光斑的强度均匀性。
除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (3)

1.平顶全反射式二次聚光匀光集成装置，所述集成装置的上底面正对光源，下底面与太阳能电池相对接，其特征在于：所述集成装置为实心玻璃，所述上底面与下底面一起均为光线折射面，所述上底面面积大于下底面面积，所述集成装置的侧壁镀有全反射膜，形成集成装置内光线在侧壁无损反射的全反射壁面。
2.根据权利要求1所述的平顶全反射式二次聚光匀光集成装置，其特征在于：所述集成装置为轴截面呈倒梯形的多边形柱体结构，至少包括径向截面呈正方形的四棱柱体、径向截面呈六边形的六棱柱体或径向截面呈圆形的圆柱体。
3.根据权利要求1所述的平顶全反射式二次聚光匀光集成装置，其特征在于：所述集成装置的上表面镀有增透膜。
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