CN204045608U - 一种非跟踪聚光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及聚光光伏发电技术领域，更具体涉及一种非跟踪聚光器。该聚光器包括透明箱体和太阳能电池，还包括双折射晶体和银层；所述透明箱体是由透明材料制成的长方体实心箱体；所述双折射晶体规则排列在透明箱体内部；所述透明箱体的顶面为光线入射面，其中一个侧面的外侧连接太阳能电池，其余四个面均作为反射面，所述四个反射面的外侧镀有银层。本实用新型所述的非跟踪聚光器聚光效率高，且与传统的跟踪式太阳能聚光器相比，不需要太阳***，成本更低。

Description

一种非跟踪聚光器

技术领域

本实用新型涉及一种聚光器，特别是一种非跟踪聚光器。 

背景技术

太阳能具有清洁、无资源地域限制、对人类来说永无枯竭等优良特性，越来越受到人们的青睐，其中太阳能光伏利用即太阳光通过光伏器件直接转换成电能的技术尤其引人注目。 

目前，一个完整的聚光光伏发电***主要包括聚光太阳电池组件、太阳***、电能存储或逆变设备等几部分。聚光太阳电池组件作为光电转换部件，主要由透射式或反射式聚光器和安装有光伏电池晶片的电路板所组成。使用时通过太阳***使聚光透镜基本正对阳光照射方向，然后通过这些聚光透镜分别将太阳光汇聚并投射到电路板上与各个聚光透镜相对应的光伏电池晶片的接收面上，从而使各个光伏电池晶片中产生电流，这些电流通过电路板上的线路输出。 

中国发明专利CN101640502B公开了一种用于组装聚光器光电太阳能电池阵列的方法，其公开的聚光太阳电池组件采用的是点聚光菲涅尔透镜，极具代表性。但该类聚光器在运行时，均需安装在***上，***在聚光太阳能光伏***中占据相当大的成本比重，且结构复杂，故障率高，安装维护困难，大大制约了聚光光伏的发展。 

发明内容

本实用新型的发明目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种非跟踪聚光器。该聚光器是一种非跟踪式太阳能聚光器，仅由透明箱体、双折射晶体、太阳能电池和银层组成。本实用新型所述的非跟踪聚光器聚光效率高，且与传统的跟踪式太阳能聚光器相比，成本更低。 

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为： 

本实用新型所述的非跟踪聚光器，包括透明箱体和太阳能电池，还包括双折射晶体和银层；所述透明箱体是由透明材料制成的长方体实心箱体；所述双折射晶体规则排列在透明箱体内部；所述透明箱体的顶面为光线入射面，其中一个侧面的外侧连接太阳能电池，其余四个面均作为反射面，所述四个反射面的外侧镀有银层。 

在本实用新型所述非跟踪聚光器中，将透明箱体的顶面作为光线入射面，其中一个侧面的外侧连接太阳能电池，用于接收太阳光，其余四个面的外侧电镀上银层，作为反射面。当光从入射面射入，遇到双折射晶体会分离成寻常光o光(光波的D矢量平行于光轴方向)和非寻常光e光(光波的D矢量垂直于光轴方向)。o光一部分被***吸收，转换为热，一部分经过无数次的散射后从入射面射出。而晶体主截面内e光由于其特殊性，即e光折射率会随着入射角度的不同而变化，会在一个特殊的方向上透过双折射晶体直线传播，而不改变e光的传播方向；由于双折射晶体的规则排列，e光将直接传递至透明箱体的底面，经过反射再次透过双折射晶体，直到到达太阳能电池。由于本实用新型所述非跟踪聚光器本身就需要把光打散为各个方向，因此对入射光而言，不需考虑其方向性，即从各个方向入射的光均能被其吸收，从而实现不需要太阳***的目的。 

优选地，所述双折射晶体的光轴均平行于光线入射面。优选地，所述透明箱体的折射率为1.52，o光在双折射晶体中的折射率为1.618，e光在双折射晶体中的折射率为1.843。图1为e光在晶体中的传播示意图。如图1所示，晶体e光光线的传播方程为： 

$\tan \left(\mathrm{\α}\right)=\frac{n_e^2}{n_o^2}\tan \left(\mathrm{\β}\right)---\left(1\right)$

$n\sin \left(\mathrm{\Φ}\right)=\frac{\sqrt{n_o^2{\cos }^2\left(\mathrm{\β}\right)+n_e^2{\sin }^2\left(\mathrm{\β}\right)}}{\cos (\mathrm{\α}-\mathrm{\β})}\cos (\mathrm{\θ}+\mathrm{\α})---\left(2\right)$

$\mathrm{\ξ}=\arcsin \left(\frac{1}{n}\right)---\left(3\right)$

β＝90°-Φ   (4) 

上述式(1)～式(4)中，n为透明箱体反射面的折射率，n_o、n_e分别是双折射晶体中o光和e光的折射率，θ为双折射晶体光轴与入射面的夹角，φ为光线在入射面的入射角，α为e光波法线与双折射晶体光轴的夹角，β为e光光线与双折射晶体光轴的夹角，ξ为反射面的全反射角。因为双折射晶体的光轴与入射面平行，因此θ为0。进一步可知，当n、n_o和n_e一定时，通过公示(1)～(4)，即可得出e光波法线与双折射晶体光轴的夹角α以及e光光线与双折射晶体光轴的夹角β。通过以上优选，使本实用新型所述聚光器反射面的全反射角ξ为41.14°， 即β≤48.86°时，将发生全反射。以上优选使β＝41.98°，小于48.86°，能够满足形成全反射的要求而聚光，聚光效率更高。 

由于除了入射面与连接有太阳能电池的侧面外，透明箱体的其余4个面均作为反射面，而散射在一定角度范围内又具有随机性，因此一个三维球体中某一个立体角范围内的光又将满足e光直线传播的条件而到达太阳能电池，进一步提高其聚光比。 

优选地，所述双折射晶体采用液晶分子进行填充。选择液晶分子作为双折射晶体进行填充，可以使双折射晶体的排列更加规则。 

优选地，所述双折射晶体的尺寸为波长量级。当光波遇到波长量级的双折射晶体微粒时，会发生米式散射，米氏散射的散射程度与波长无关，且其方向可控。 

优选地，所述双折射晶体在垂直方向上为300～2000层，水平方向上为500～3000层。当双折射晶体的数量在垂直方向上少于300层，水平方向上少于500层，会由于散射次数的不足而导致光损失增多；当双折射晶体的数量在垂直方向上多余2000层，在水平方向上多于3000层，会使一部分光经多次散射后从入射面射出，从而降低聚光效率。 

优选地，所述外侧连接有太阳能电池的侧面为透明箱体六个面中面积最小的一个面，可以获得更高的聚光比。 

优选地，所述太阳能电池通过高透明硅胶与透明箱体一个侧面的外侧粘接在一起，可以进一步提高太阳能电池的聚光效率。 

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是： 

(1)本实用新型所述非跟踪聚光器仅由透明箱体、双折射晶体和太阳能电池和银层组成，所述透明箱体除顶面和与太阳能电池相连接的一侧面外，其余四面均为反射面。对于入射光而言，不需考虑其方向性，即从各个方向入射的光均能被其吸收，因此不需要太阳***，与传统的跟踪式太阳能聚光器相比，成本更低。 

(2)本实用新型所述非跟踪聚光器中双折射晶体的晶轴均与反射面平行，同时通过材料选择，控制反射面的折射率和双折射晶体的折射率，使e光的传播方向超过或等于反射面的全反射角，e光在透明箱体内部传播至太阳能电池，聚光效率更高。 

(3)本实用新型所述透明箱体设置四个反射面，一个三维球体中某一个立体角范围内的光在不断散射后又满足e光直线传播的条件而到达太阳能电池，进一步提高了聚光效率。 

附图说明

图1是e光在晶体中的传播示意图。 

图2为非跟踪聚光器俯视方向的结构示意图。 

图3为透明箱体的主视图。 

图中标记：1-透明箱体，2-太阳能电池，3-双折射晶体，4-银层。 

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。 

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 

实施例1 

如图2和图3所示，本实施例所述非跟踪聚光器由透明箱体1、太阳能电池2，双折射晶体3和银层4组成，所述透明箱体1是由超白钢化玻璃(n＝1.52)制成的实心箱体，呈长方体状，长、宽、高分别为60mm、30mm和20mm。透明箱体1的顶面为入射面，太阳光从入射面射入透明箱体1内部；左侧面的外侧通过高透明硅胶连接太阳能电池2，其中左侧面为长方体6个面中面积最小的一面；其余四个面的外侧通过电镀的方式镀有银层4，作为反射面。所述双折射晶体3规则地排列在透明箱体1内部，采用液晶分子作为双折射晶体3进行填充，其中n_o＝1.618，n_e＝1.843；双折射晶体3的数量为在垂直方向上为300～2000层，在水平方向上为500～3000层。双折射晶体3的光轴全部平行于入射面。 

将n＝1.52、n_o＝1.618、n_e＝1.843、θ＝0带入公式(1)和(2)，得出本实施例的β＝41.98°。而根据公式(3)可知，本实施例反射面的全反射角ξ为41.14°。亦即是说，当入射角φ≥41.14°，即β≤48.86°时，将发生全反射，光线不能从反射面和入射面出射。本实施例的β＝41.98°，小于48.86°，因此本实施例所述非跟踪聚光器能够满足形成全反射的要求而聚光。将本实施例所述非跟踪聚光器置于太阳光下，在β＝41.98°方向上的光线可全部到达太阳能电池，聚光效率高。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应 包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (8)

1.一种非跟踪聚光器，包括透明箱体和太阳能电池，其特征在于：还包括双折射晶体和银层；所述透明箱体是由透明材料制成的长方体实心箱体；所述双折射晶体规则排列在透明箱体内部；所述透明箱体的顶面为光线入射面，其中一个侧面的外侧连接太阳能电池，其余四个面均作为反射面，所述四个反射面的外侧镀有银层。

2.根据权利要求1所述的非跟踪聚光器，其特征在于：所述双折射晶体的光轴均平行于光线入射面。

3.根据权利要求2所述的非跟踪聚光器，其特征在于：所述透明箱体的折射率为1.52，o光在双折射晶体中的折射率为1.618，e光在双折射晶体中的折射率为1.843。

4.根据权利要求1所述的非跟踪聚光器，其特征在于：所述双折射晶体采用液晶分子进行填充。

5.根据权利要求1所述的非跟踪聚光器，其特征在于：所述双折射晶体的尺寸为波长量级。

6.根据权利要求1所述的非跟踪聚光器，其特征在于：所述双折射晶体在垂直方向上为300～2000层，在水平方向上为500～3000层。

7.根据权利要求1所述的非跟踪聚光器，其特征在于：所述外侧连接有太阳能电池的侧面为透明箱体六个面中面积最小的一个面。

8.根据权利要求1所述的非跟踪聚光器，其特征在于：所述太阳能电池通过高透明硅胶与透明箱体一个侧面的外侧粘接在一起。