聚光装置及聚光模组制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种聚光装置，其包括：主聚光器，用于对入射的平行光线进行初次会聚；二次聚光器，用于对经初次会聚后的光线进行二次会聚和均匀化；光导出器，用于将经二次会聚和均匀化后的光线导出至目标对象上。本发明专利技术还提供一种利用多个所述聚光装置阵列排布且拼接而成的聚光模组。本发明专利技术的聚光装置可以实现把能量密度低的太阳光会聚到光伏电池表面上，同时减少了光学介质‑空气界面，大幅提高聚光装置的光学效率，而且其在组装成聚光模组时可以简化组装流程，提高组装精度，从而提高太阳能电池的光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】
聚光装置及聚光模组
本专利技术属于光电
，具体地讲，涉及一种将太阳光会聚到光伏电池表面的聚光装置及聚光模组。
技术介绍
能源是社会发展的动力源，是国家经济增长和人民生活水平提高的关键因素。目前，煤、石油、天然气等常规能源被大量消耗，不仅造成常规能源紧缺、价格飙升，还导致全球气候持续变暖，极端天气频发，环境恶化，灾情四起，而光伏发电作为可持续发展的战略性新型能源技术是解决这一问题的有效途径。光伏发电成本高是制约当前光伏发电产业发展的关键因素，进一步降低光伏发电成本的最有效途径之一是采用高倍聚光技术。高倍光伏聚光装置能够增强太阳能电池表面的光照强度，可以很大程度地提高太阳能电池的光电转化效率。当前高倍光伏聚光装置普遍采用主聚光器和二次聚光器组成的二元聚光技术形式，如图1所示，光线经过空气-主聚光器上表面、主聚光器下表面-空气以及空气-二次聚光器上表面三个光学介质-空气界面才能照射到光伏电池表面，光能损失较高。
技术实现思路
为了实现上述目的，本专利技术提供了一种聚光装置，其包括：主聚光器，用于对入射的平行光线进行初次会聚；二次聚光器，用于对经初次会聚后的光线进行二次会聚和均匀化；光导出器，用于将经二次会聚和均匀化后的光线导出至目标对象上。进一步地，所述主聚光器为一平凸透镜，所述二次聚光器为一实心四棱台的侧面，所述光导出器为所述实心四棱台的顶面，所述平凸透镜的平面与所述实心四棱台的底面重合，所述平凸透镜的凸面的凸起方向背向所述底面。进一步地，所述实心四棱台与所述平凸透镜一体成型。进一步地，沿所述实心四棱台的底面的边处对所述平凸透镜切割形成有拼接面；其中，当多个所述聚光装置阵列排布时，彼此相邻的两个所述聚光装置的拼接面拼接在一起。进一步地，所述拼接面与所述底面彼此垂直设置。进一步地，所述平凸透镜和所述实心四棱台利用光学玻璃材料或者光学树脂材料经模压或抛光工艺制成。本专利技术还提供了一种聚光模组，其包括阵列排布的多个上述的聚光装置，彼此相邻的两个所述聚光装置拼接在一起。进一步地，所述主聚光器上形成有拼接面，相邻的两个所述聚光装置通过所述拼接面彼此拼接。本专利技术的有益效果：本专利技术的聚光装置可以实现把能量密度低的太阳光会聚到光伏电池表面上，同时减少了光学介质-空气界面，大幅提高聚光装置的光学效率，而且其在组装成聚光模组时可以简化组装流程，提高组装精度，从而提高太阳能电池的光电转换效率。附图说明通过结合附图进行的以下描述，本专利技术的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：图1是现有的聚光系统的结构示意图；图2是根据本专利技术的较佳实施例的聚光装置的结构示意图；图3是图2所示的聚光装置与光伏电池组合的示意图；图4是根据本专利技术的较佳实施例的聚光装置的的光线追迹仿真图图5示出了利用十六个图2所示的聚光装置拼接成4×4阵列的聚光模组。具体实施方式以下，将参照附图来详细描述本专利技术的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本专利技术，并且本专利技术不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本专利技术的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本专利技术的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚器件，夸大了层和区域的厚度。相同的标号在附图中始终表示相同的元件。如前所述，本专利技术旨在提供一种一体式微光学高倍聚光装置以及聚光模组，其不仅可以实现把能量密度低的太阳光会聚到光伏电池表面，大幅提高光学效率，而且可以简化聚光模组的组装流程，提高组装精度，从而提高太阳能电池的转换效率。具体而言，本专利技术提供了一种聚光装置，其包括：主聚光器、二次聚光器、光导出器。主聚光器用于对平行的太阳光进行初次会聚，二次聚光器用于对经主聚光器初次会聚后的太阳光进行二次会聚和均匀化，光导出器用于将聚集和均匀化后的太阳光导出到光伏电池表面。本专利技术还提供了一种利用多个上述聚光装置阵列排布且拼接在一起而形成的聚光模组。具体请参照下面的较佳实施例的描述。图2是根据本专利技术的较佳实施例的聚光装置的结构示意图。图3是图2所示的聚光装置与光伏电池组合的示意图。参照图2和图3，根据本专利技术的较佳实施例的聚光装置包括：主聚光器1、二次聚光器2、光导出器3。主聚光器1用于对平行的太阳光进行初次会聚，二次聚光器2用于对经主聚光器1初次会聚后的太阳光进行二次会聚和均匀化，光导出器3用于将经二次聚光器2会聚和均匀化后的太阳光导出到光伏电池5的表面。图4是根据本专利技术的较佳实施例的聚光装置的的光线追迹仿真图。参照图4，入射光线经由主聚光器1进行初次会聚，而后经二次聚光器2二次会聚和均匀化，最后由光导出器3导出。在这个过程中，光线仅经过空气-主聚光器表面这一个光学介质-空气界面，相比现有技术减少两个光学介质-空气界面，从而可以减少光线在空气中的损失。继续参照图2和图3，主聚光器1优选为一平凸透镜，但本专利技术并不限制于此，例如主聚光器1也可以为其他合适类型的聚光器件。优选地，选取实心四棱台来构建二次聚光器2和光导出器3，其中，二次聚光器2为一实心四棱台的侧面，而光导出器4为该实心四棱台的顶面(其在该实心四棱台的底面上的投影完全位于该实心四棱台的底面内)。当然，应当说明的是，也可以利用其他合适的器件来构建二次聚光器2和光导出器3，只要该器件具有能够对入射的光线进行再次会聚和均匀化，并且能够将再次会聚和均匀化后的光线导出到目标对象上即可。在选取实心四棱台来构建二次聚光器2和光导出器3之后，将所述平凸透镜的平面与所述实心四棱台的底面重合，而所述平凸透镜的凸面的凸起方向背向所述底面。这样，外部的平行的太阳光由所述平凸透镜的凸面会聚后进入所述实心四棱台中，进入所述实心四棱台的光线经所述实心四棱台的侧面再次会聚和均匀化后透射到所述实心四棱台的顶面，最后经所述实心四棱台的顶面透射到光伏电池表面5(即目标对象)上。构建二次聚光器2和光导出器3的实心四棱台可以与主聚光器1一体成型，即所述实心四棱台的底面向外凸起而形成主聚光器1。当然，应当说明的是，构建二次聚光器2和光导出器3的实心四棱台也可以与主聚光器1彼此相互独立，组装时将作为主聚光器1的平凸透镜的平面与所述实心四棱台的底面重合拼接(例如采用光学胶粘合)即可。如上所述，可利用多个聚光装置阵列排布且拼接成聚光模组。为了简化聚光装置之间的拼接，可在所述实心四棱台的底面的边处切割作为主聚光器1的平凸透镜，从而形成拼接面4，即该拼接面4呈弓形面，该弓形面4的直边与所述实心四棱台的底面的边重合，该弓形面4的弧边与所述平凸透镜的凸面的边重合。这样，多个聚光装置阵列排布之后，彼此相邻的两个聚光装置的拼接面4对应拼接在一起即可。进一步地，在所述实心四棱台的底面的边处沿着垂直与所述实心四棱台的底面的方向对所述平凸透镜进行切割，以形成拼接面4。这样，彼此相邻的两个聚光装置的拼接面4彼此贴合，实现无缝拼接，避免相邻的两个拼接面4之间的缝隙漏光，从而不会损失入射的太阳光。图5示出了利用十六个图2所示的聚光装置拼接成4×4阵列的聚光模组。参照图5，该方形阵列式高倍光伏聚光模组可以最大限度的利用入射的太阳光线。需要说明的是，本专利技术的聚光模组并不以图5所示的聚光装置的数量为限。此外，图2所示的聚光装置可利用光学玻璃材料(诸如K9光学玻璃)或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚光装置，其特征在于，包括：主聚光器，用于对入射的平行光线进行初次会聚；二次聚光器，用于对经初次会聚后的光线进行二次会聚和均匀化；光导出器，用于将经二次会聚和均匀化后的光线导出至目标对象上。

【技术特征摘要】
1.一种聚光装置，其特征在于，包括：主聚光器，用于对入射的平行光线进行初次会聚；二次聚光器，用于对经初次会聚后的光线进行二次会聚和均匀化；光导出器，用于将经二次会聚和均匀化后的光线导出至目标对象上。2.根据权利要求1所述的聚光装置，其特征在于，所述主聚光器为一平凸透镜，所述二次聚光器为一实心四棱台的侧面，所述光导出器为所述实心四棱台的顶面，所述平凸透镜的平面与所述实心四棱台的底面重合，所述平凸透镜的凸面的凸起方向背向所述底面。3.根据权利要求2所述的聚光装置，其特征在于，所述实心四棱台与所述平凸透镜一体成型。4.根据权利要求2或3所述的聚光装置，其特征在于，沿所述实心四棱台的底面的边处对所述平凸透镜切割形成有拼接面；其中，当多个所述聚光装...

【专利技术属性】
技术研发人员：茹占强，宋贺伦，朱煜，宋盛星，张耀辉，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32