一种太阳光收集光学装置及系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于太阳能收集技术领域，具体涉及一种太阳光收集光学装置及系统。所述太阳光收集光学装置包括主反射镜和二次光学元件；所述主反射镜和二次光学元件均为旋转对称体，具有共同的旋转对称轴；所述二次光学元件置于所述主反射镜的光线聚焦区，相对于主反射镜的空间位置固定；二次光学元件的顶端口径和主反射镜的上端口径的比值小于0.15。该比值有助于设计出高聚光比的光学结构、小型的二次光学元件，并且可以减小二次光学元件对光线的遮挡。

A Solar Light Collection Optical Device and System

【技术实现步骤摘要】
一种太阳光收集光学装置及系统
本技术属于太阳能收集
，具体涉及一种太阳光收集光学装置及系统。
技术介绍
高倍聚光光伏技术是利用大面积聚光镜将光能聚集在面积很小的太阳能电池片上，通常是多结Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳能电池。已知的聚光光伏系统主要有以下几种技术：(1)利用菲涅尔透镜将太阳光折射会聚在下方的二次光学元件上，二次光学元件起到导光、匀光、提高角度容差的作用，经二次光学元件后到达下方的太阳能电池片上被接收，这种方式由于菲涅尔透镜多由塑料制成，随光照时间增加存在黄化和脆化现象。(2)利用抛物面反射镜将太阳光反射会聚在上方的二次光学元件和太阳能电池片上，这种方式的接收部件位于系统正上方，既对光能有阻挡又不容易固定封装。(3)利用二次反射光学结构将会聚光转向至下方接收，如利用卡塞格林反射结构进行聚光，太阳光先由主反射镜反射会聚至次反射镜，再由次反射镜反射转向会聚在下方的二次光学元件和太阳能电池片上，这种方式的接收部件位于系统正下方，便于固定和散热，但是系统会增加一个次反射镜，次反射镜往往粘接在玻璃挡板上，或由支架支撑，存在定位和固定问题。(4)利用偏心反射镜将太阳光反射到侧上方，接收部件布置在系统侧壁上方，这种方式存在反射镜的固定和系统模组封装等问题。相对于利用菲涅尔透镜的透射式聚光光伏技术，本领域技术人员提出了反射式聚光光伏技术，反射式聚光光伏系统利用反射镜聚光，反射镜可以用玻璃或金属制成，避免了使用塑料造成的黄化、脆化问题，可以有效提高系统使用寿命。在卡塞格林反射结构的聚光光伏技术(3)中，利用二次反射结构可以将光能转向会聚到下方的接收部件，有利于封装和散热，但是目前这种结构基本上都是利用独立的次反射镜反射转向光能，独立的二次光学元件导光至电池片，次反射镜位于二次光学元件上方，需要依附额外的部件来固定。现有技术中，固定次反射镜的方法有：1)次反射镜粘接在玻璃盖板下方或由支架从周边进行支撑，二次光学元件和电池片构成的接收部件位于次反射镜下方；2)次反射镜固定在中央金属支架的顶端，反射的光能由支架底部四周布置的电池片接收。在方法1)中，存在次反射镜定位和固定问题，并且次反射镜的尺寸往往较大。在方法2)中，采用中央金属支架支撑次反射镜，不能实现常规的电池片居中的接收方式，高倍聚光系统中使用的太阳能电池片尺寸一般比较小，常见的有5mm×5mm或10mm×10mm尺寸，当中央金属支架占据了中间可放置电池片的空间，导致需要在四周布置更大面积的接收电池，不利于高倍聚光。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提出一种太阳光收集光学装置及系统。所述太阳光收集光学装置中的二次光学元件同时具有反射转向和向下导光的功能，其顶端口径和主反射镜的上端口径比值小于0.15，利用这种小型的二次光学元件有助于设计出结构简单的高聚光比的光学结构。本技术是通过以下技术方案实现的：一种太阳光收集光学装置，所述太阳光收集光学装置包括主反射镜和二次光学元件；所述主反射镜和二次光学元件均为旋转对称体，具有共同的旋转对称轴；所述二次光学元件置于所述主反射镜的光线聚焦区，相对于所述主反射镜的中间位置固定；所述二次光学元件的顶端口径和主反射镜的上端口径的比值小于0.15。进一步地，所述二次光学元件的顶端口径和主反射镜的上端口径的比值小于0.12。进一步地，所述二次光学元件材料为实体透明材料，包括转向部分和导光部分；所述转向部分与所述导光部分上下接合或为一个整体；所述导光部分包括四周用于导光的侧壁和底部的出射面；所述转向部分包括入射面和二次反射面；所述入射面为所述转向部分的侧面，面向所述主反射镜(聚光方向),接收主反射镜反射会聚的光线；所述二次反射面为所述转向部分的顶面，所述二次反射面的底端与所述旋转对称轴接合或相近。进一步地，所述入射面的尺寸覆盖对准容差范围内的所述主反射镜反射的会聚光线范围；所述二次反射面的尺寸恰好或大于对准容差范围内入射光线行进的范围。所述对准容差范围指的是所述太阳光收集光学装置许可的对准容差的范围内。进一步地，所述转向部分高度不大于50mm，所述导光部分的长度范围是0-100mm且不包含0mm。进一步地，所述二次反射面顶端与最上方折射光线的相交部分(包含相交点)与所述入射面的距离为a，a的范围为0.3mm<a<5mm，这样可以得到尽可能小的二次光学元件尺寸，且便于模压加工。进一步地，所述主反射镜和二次光学元件的结构均替换为由各自的主截面轮廓绕中心轴旋转形成的回转体。进一步地，所述主反射镜包括n个相同结构的反射镜单元，所述二次光学元件包括n个相同结构的光学元件单元；所述n个相同结构的反射镜单元围绕中心轴旋转拼接形成旋转对称体，所述n个相同结构的光学元件单元围绕中心轴旋转拼接形成旋转对称体；所述旋转对称体的旋转角角度为360°/n，其中n为正整数，且n≥2。进一步地，所述导光部分为圆柱体、倒圆台体、棱柱体，棱柱体侧面个数至少为4个。进一步地，所述转向部分与所述导光部分上下接合，所述主反射镜包括n个相同结构的反射镜单元，所述转向部分包括n个相同结构的转向单元；所述n个相同结构的反射镜单元围绕中心轴旋转拼接形成旋转对称体，所述n个相同结构的转向单元围绕中心轴旋转拼接形成旋转对称体；所述旋转对称体的旋转角角度为360°/n，其中n为正整数，且n≥2；所述导光部分为棱柱体，棱柱体侧面个数至少为4个，其上表面恰好或大于所述转向部分的底面，下表面为出射面。进一步地，所述转向部分与所述导光部分上下接合，所述主反射镜和转向部分均为绕中心轴旋转所形成的回转体；所述导光部分为棱柱体，棱柱体侧面个数至少为4个，上表面恰好或大于所述转向部分的底面，下表面为出射面。进一步地，当所述导光部分为棱柱体，棱柱体侧面个数至少为4个时，其易与所述光伏电池片形制兼容，那是由于标准的商用光伏电池片大多都是方形的，而回转结构的所述二次光学元件的出射面为圆形；所述导光部分的上表面尺寸等于或略大于所述转向部分底面的尺寸，与所述转向部分底面连接，所述导光部分的下表面与所述光伏电池片的尺寸相匹配；主截面对于回转结构的太阳光收集光学装置，是指通过旋转中心轴的任意截面。所述主截面对于具有n(n≥2)部分的旋转对称结构的太阳光收集光学装置，是指通过各部分的对称轴的截面。进一步地，所述二次反射面为抛物面、椭球面、双曲面，或部分抛物面、部分椭球面、部分双曲面，或自由曲面；所述二次反射面可使光线经反射后均匀分布到所述二次光学元件底端的出射面。进一步地，所述自由曲面包括近似抛物面、椭球面和双曲面。进一步地，所述二次光学元件入射面为平面、曲面或自由曲面；当所述入射面为曲面或自由曲面时，既能调整从主反射镜反射来的会聚光线各部分的入射角度，使边缘光线入射角不至于过大，且适当的曲率有助于模压成型，且便于拿取放置；又能与所述二次反射面的曲率形状相配合，进一步减小二次光学元件的口径尺寸。进一步地，所述主反射镜为抛物面、双曲面、椭球面，或部分抛物面、部分双曲面、部分椭球面，或自由曲面。所述二次反射面将入射光线反射进入导光部分，使之能够在导光部分中全反射传播。进一步地，所述二次反射面将入射光线聚焦反射到导光部分侧壁上端，使之能够在导光部分中全反射传播。进一步地，从所述入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳光收集光学装置，其特征在于，所述太阳光收集光学装置包括主反射镜和二次光学元件；所述主反射镜和二次光学元件均为旋转对称体，具有共同的旋转对称轴；所述二次光学元件位于所述主反射镜的光线聚焦区；所述二次光学元件的顶端口径和主反射镜的上端口径的比值小于0.15。

【技术特征摘要】
1.一种太阳光收集光学装置，其特征在于，所述太阳光收集光学装置包括主反射镜和二次光学元件；所述主反射镜和二次光学元件均为旋转对称体，具有共同的旋转对称轴；所述二次光学元件位于所述主反射镜的光线聚焦区；所述二次光学元件的顶端口径和主反射镜的上端口径的比值小于0.15。2.根据权利要求1所述的一种太阳光收集光学装置，其特征在于，所述二次光学元件材料包括转向部分和导光部分；所述转向部分与所述导光部分上下接合或为一个整体；所述导光部分包括四周用于导光的侧壁和底部的出射面；所述转向部分包括入射面和二次反射面；所述入射面为所述转向部分的侧面；所述二次反射面为所述转向部分的顶面。3.根据权利要求2所述的一种太阳光收集光学装置，其特征在于，所述转向部分高度不大于50mm，所述导光部分的长度范围是0-100mm且不包含0mm。4.根据权利要求2所述的一种太阳光收集光学装置，其特征在于，所述二次反射面顶端与最上方折射光线的相交部分与所述入射面的距离为a，a的范围为0.3mm<a<5mm。5.根据权利要求1所述的一种太阳光收集光学装置，其特征在于，所述主反射镜和二次光学元件的结构替换为具有共同中心轴的回转体。6.根据权利要求1所述的一种太阳光收集光学装置，其特征在于，所述主反射镜包括n个相同结构的反射镜单元，所述二次光学元件包括n个相同结构的光学元件单元，其中n为正整数，且n≥2；所述n个相同结构的反射镜单元围绕中心轴拼接形成旋转对称体，所述n个相...

【专利技术属性】
技术研发人员：许涛，许洪，许志强，
申请(专利权)人：许涛，许洪，许志强，
类型：新型
国别省市：北京,11