本发明专利技术主要涉及光伏转换系统中光谱转换装置。针对制约光伏电池效率提高的聚焦电池表面彩色光谱域宽度过窄、可分性和适用性较差，提供一种特别的光谱转换装置，其组成依次是一个圆环棱镜和一个同回转轴的圆环正透镜，或依次是两块或一块对称直长条棱镜和同一对称面的两块或一块对称直长条正透镜，在对应的光伏电池表面获得更宽能带的圆面或圆环面圆环带、圆台或圆坑圆锥环带、平面对称或凸台或槽沟直长条带的彩色光谱域；又提供一种由肩并肩排列的翅片空腔单色光分电池组成的翅片叠层光伏电池，有效效率达５０～７５％左右。光谱转换装置和对应的光伏电池或显视屏幕或连接窗口制成相应部件，用于太阳能及其它热辐射能光伏发电机或相关仪器设备。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种主要用于太阳能及其它热辐射能光伏转换系统中的光谱转换装置，尤其是由棱镜和正透镜组成的光谱转换装置。
技术介绍
用半导体电池把太阳能直接转变成电能是获取巨大清洁能源的主要手段。其推广 应用的主要障碍是电池效率不高(20%左右)和价格太贵。目前，采用聚光-叠层技术和彩 色光谱_肩并肩分电池技术来进一步提高太阳能电池效率。 聚光-叠层技术是利用透镜聚光装置把用不同带隙宽度Eg的材料制成并按Eg大 小从上而下叠合起来的太阳能电池放在焦平面上，选择性地吸收和转换太阳光谱的不同子 域，能大幅度提高电池的转换效率。2002年Olah在美国专利U *S *Pat *N0. 6， 399， 874公 开了一种太阳聚光装置，首次利用Fresnel透镜(菲涅尔透镜)的聚光装置，把太阳能电池 放在透镜的焦平面上。最近几年，聚光_叠层装置技术取得很大进步，太阳能电池效率达到 40%左右，如2008年5月7日展望网编辑发布者panpan称"波音公司子公司Spectrolab 有限公司的科学家研制成功具有40%转换效率的三结三层聚光太阳能电池"；又如goagle 网2008年11月27日发布"欧盟研发成功具有39.7%转换效率的多结叠层聚光太阳能电 池，使用镓、磷、铟和锗等材料，电池效率达40%左右领先水平，但也存在难以克服的难题 ①因领先的分电池防碍其后电池而导致进一步提高效率越来越困难；②上千倍聚光比的小 小太阳能电池的热负荷太高，导致电池功率和效率的衰减和寿命下降；③使用昂贵而稀缺 的热稳定性好的半导体电池材料，对制造工艺的要求十分苛克，难以普及推广。 彩色光谱-肩并肩分电池技术是通过各种光谱转换装置，把接收到的全部太阳光 转换成覆盖在太阳能电池表面上的彩色光谱域，把其分成若干部分并制成肩并肩多结分电 池，与聚光_叠层太阳能电池相比更容易提高太阳能电池效率，并具有工作温度低、工作稳 定、寿命长和便于制造等优点。为此，人们曾采用各种光谱转换装置，如在"新概念物理教程*光学/赵凯华--北京:高等教育出版社，2004. 11(2006重印)ISBN7-04-015562-l"一书中介绍一种棱镜光谱仪，它的光谱转换装置由三棱柱镜和直长条正透镜(又称会聚 透镜)组成；又如在美国专利说明书"光谱折射分离集结装置系统"(US7，2006，142B1 Apr. 17,2007)的专利技术概要中介绍一种聚焦探测仪，它的光谱转换装置由一块顶面光滑的另 一面顶角相等并朝一个方向的直长条组合棱镜和一块直长条无轴向色差的正透镜(菲涅 尔Fresnel透镜)组成，在直长条目标装置上获得一个宽能带彩色光谱域；又如在中国专利 局公开了专利技术专利"光谱发电机及其应用"(申请号200810000333. 9，公开号101316081A) 中提供一种由三棱柱镜和直长条正透镜组成的光谱转换装置。这些技术方案因聚焦在太阳 能电池表面上彩色光谱域的宽度过窄并采用平板式分电池结构而难以分割更多肩并肩排 列的分电池；制造、调整和维修因无基准而变得困难；或装置系统的结构尺寸过大等而使 这一技术失去实际的先进性和适用性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种特殊的光谱转换装置，能获得聚焦在光伏电 池表面上更宽能带的彩色光谱域并有供设计、制造、安装、调整和维修的基准，在此基础上 又提供一种特殊的由更多的肩并肩排列的单色光分电池组成的光伏电池并能大幅度提高 其效率。 为了解决上述技术问题，本专利技术所采用技术方案的基本构思是在物理光学和现 有技术的顺着太阳能或其它热幅射能的平行光线或平行的电磁能射线方向依次由一块主 截面呈三角形的三棱柱镜或主截面顶角相等并朝一个方向的直长条组合棱镜和一块有或 无轴向色差的直长条正透镜组成的光谱转换装置的基础上，在其主截面棱镜顶角朝向的一 侧增设一条与平行光线平行的对称轴，使原来的光谱转换装置变成由两块或一块对称的直 长条棱镜和同一对称面的两块或一块对称的直长条正透镜组成，使其具有对称相交性，使 聚焦在包括光伏电池、显视屏幕和连接窗口的目标装置表面上彩色光谱域对称地合拼在一 起而变得更宽，光谱域的颜色分布也发生颠倒排列，并有对称面和主截面上对称轴作为基 准；在主截面上具有上述技术特征的还有一种依次由一个圆环棱镜和一个圆环正透镜组成 的光谱转换装置。本专利技术第一种技术方案的光谱转换装置，其包括-主截面呈三角形的顶角朝对称轴的一个圆环棱镜或主截面顶角相等并朝对称轴 的一个圆环组合棱镜(称之为ZPR圆环棱镜)，顺回转轴方向接收含有各组特定波长的热辐 射能平行光线或平行的电磁能射线并折射分离出不同方向的各组特定波长相互平行的单 色光线或电磁能射线；-同一回转轴的有或无轴向色差的主截面上左边截面的光轴和右边截面的光轴与 对称轴对称平行或对称相交的一个圆环正透镜(称之为ZPR圆环正透镜)，把进入的这些不 同方向的各组特定波长相互平行的单色光线或电磁能射线折射出并在它们所对应的同一 回转轴的目标装置表面聚焦成按波长长短排列的彩色光谱域。 本专利技术第二种技术方案的光谱转换装置，其包括-主截面呈三角形的顶角朝对称轴的或主截面顶角相等并朝对称轴的两块或一块对称的直长条棱镜(称之为ZPR对称直长条棱镜)，沿主截面对称轴方向接收含有各组特定 波长的热辐射能平行光线或平行的电磁能射线并折射分离出不同方向的各组特定波长相 互平行的单色光线或电磁能射线；-同一对称面上并与直长条棱镜在直长条方向相互平行的有或无轴向色差的主截 面上左边截面的光轴和右边截面的光轴与对称轴对称平行或对称相交的两块或一块对称 的直长条正透镜(称之为ZPR对称直长条正透镜)，把进入的这些不同方向的各组特定波长 相互平行的单色光线或电磁能射线折射出并在它们所对应的同一对称面的目标装置表面 聚焦成按波长长短排列的彩色光谱域。 上述技术方案的回转轴、对称面和主截面上的对称轴是光谱转换装置及其所对应 的目标装置的数学分析、设计、制造、安装、调整和维修的基准，从而大大提高它们的适用 性，并使聚焦在目标装置表面上彩色光谱域发生量和质的变化。 平板光伏电池由一个包含圆心的圆面和肩并肩排列的圆环面分电池组成，或由肩 并肩排列的圆环面分电池组成，或由一个包含对称线的平面对称直长条带和肩并肩排列的平面对称直长条带分电池组成，或由肩并肩排列的平面对称直长条带分电池组成，每一分 电池都含有覆盖其上的光谱带所要求的能有效吸收其光能并转变成电能的敏感电池材料。 为了进一步解决技术问题，本专利技术提供一种光谱转换装置所对应的翅片叠层光伏 电池，它由肩并肩排列的圆环形的或直长条形的翅片空腔分电池组成，每一翅片空腔由相 邻两翅片构成，每一翅片呈圆环形或圆筒形或直长条形的斜面翅片或平翅片，每一翅片空 腔口处的圆环带或圆锥环带或直长条带是覆盖在光伏电池表面彩色光谱域所对应的光谱 带，每一翅片空腔的壁面都含有与覆盖在腔口的光谱带所要求的能最有效吸收其光能并转 变成电能的敏感电池材料。并且，每一翅片空腔的深度比腔口宽度大许多倍，使每一翅片空 腔的壁面面积比腔口处的圆环带或圆锥环带或直长条带面积大许多倍，使壁面电池材料有 足够的吸光面积；每一翅片空腔的主截面呈楔形或平行窄缝形，当单色光线焦点在腔口处 散开时都被装进翅片本文档来自技高网...
【技术保护点】
光谱转换装置，其包括： －主截面呈三角形的三棱镜或主截面顶角相等的组合棱镜，接收含有各组特定波长的热辐射能平行光线或平行的电磁能射线并折射分离出不同方向的各组特定波长相互平行的单色光线或电磁能射线； －有或无轴向色差的正透镜，把进入的这些不同方向的各组特定波长相互平行的单色光线或电磁能射线折射出并在它们对应的目标装置表面聚焦成按波长长短排列的彩色光谱域； 其特征在于：所述的棱镜是一个圆环棱镜，所述的正透镜是一个圆环正透镜，它们和对应的目标装置有同一回转轴，过回转轴的主截面上对称轴与回转轴重合并与平行光线或平行的电磁能射线平行，主截面上棱镜的顶角朝对称轴并正透镜左边截面的光轴和右边截面的光轴与对称轴对称平行或对称相交。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张培榕，
申请(专利权)人：张培榕，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]
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