光采集和聚集系统技术方案

一种光采集和聚集系统包括主聚光器、光传输结构及与主聚光器光学相关的光引导结构。该系统可包括可选的次级聚光器。每个单元－系统包括多个主聚光器和相应的多个光引导结构、及仅一个单光传输结构。光伏（ＰＶ）电池可有利地与每个单元－系统相关。太阳辐射由主聚光器聚焦到合并在低纵横比片型波导光传输结构中的相应的光引导结构上。每个相应的光引导结构拦截所聚焦的光并使其横向偏转以主要经由全内反射（ＴＩＲ）沿着光传输结构的长度方向朝向光传输结构的出射端传播，在出射端光可被输入到ＰＶ电池。可选的次级聚光器可进一步将从传输结构出耦合的光聚集到ＰＶ电池中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光采集和聚集系统相关申请数据本申请要求在西班牙专利商标局于2008年11月12日提交的西班牙优先权申请号P20083237的优先权。背景1.专利
本专利技术的实施方式通常关于光采集和聚集系统。更具体地，本专利技术的实施方式贯注于太阳辐射采集和聚集系统及其部件；用于光采集、传输和聚集的方法；及所述太阳辐射采集和聚集系统及其部件的应用；且更具体地，贯注于太阳能聚集光伏(CPV)系统。2.
技术介绍
从20世纪到现在，已提出和开发了无数太阳能系统和组成这些系统的部件。尽管有这个长期的努力和对其投入的大量的资源，但是目前可用的太阳能系统在成本和效率方面与用于商业和居住环境的能量产生的替代形式并没有竞争力。附图说明图1是示意性示出一般的传统太阳光伏系统的截面图。太阳辐射1入射到集光器 2例如透镜上。透镜将所采集的光聚集(聚焦)到能够将所采集的能量传输到光伏(PV)电池8的有源次级部件31中。如图1所示，该系统包括三个单元的线性阵列，每个单元包括透镜、次级部件和PV电池。太阳能采集系统的一个众所周知的设计目标是单元尺寸减小而效率增大。S卩，如果太阳能系统相对地薄、紧凑、容易部署、易于维修及成本有效，则太阳能系统可在商业上受益。如图1所示，在每个光采集透镜和PV电池之间有一一对应性。图2以与图1类似的方式示出了该系统的更紧凑的设计。图1中的每个采集透镜 2被两个直径较小的采集透镜^和22代替，这两个直径较小的采集透镜共同采集与图1中的单个较大的透镜2相同的光通量。虽然在图2中部署的系统比图1的系统薄，但尺寸减小的代价是有源部件31i、312*PV电池S1A2的数量变为两倍。类似地，如果透镜部件2被分为4个较小的透镜，则有源部件和PV电池的数量将增大4倍，依此类推。随之产生的部件数量的增大升高了系统成本和潜在的系统故障率。考虑到太阳能领域的这些及其他已知的挑战，专利技术人认识到更薄、更紧凑、更高效、更可靠、价格更低及以其它方式在当前技术水平上改进的太阳能系统和相关部件的利益和优势。概述本专利技术的一个实施方式贯注于光采集和聚集系统。该系统包括主聚光器、单光传输结构及光引导结构。该系统可有利地包括次级聚光器。该系统可还包括与每个单元-系统相关的PV电池，所述每个单元-系统包括多个主聚光器及相应的多个光引导结构、单光传输结构及可选地，次级聚光器。例证地，太阳辐射以垂直入射被聚焦到薄的片型波导传输结构的大面积表面上。 光引导结构在所述传输结构处或内拦截所聚焦的光并通常使其横向偏转以沿着所述传输结构的平面长度传播。可提供次级聚光器以聚集在所述波导内的并从所述波导的出射端耦合出的光，其有利地进入PV电池内。根据非限制的、可选的方面，主聚光器可为可采集入射的太阳辐射并将该入射辐射聚集到较小的区域中的各种已知元件的任何一种。折射元件(例如，透镜)、反射元件(例如，反射镜)和衍射元件(例如，全息图)是可使用的主聚光器的非限制性实例。根据各种非限制方面，单个主聚光器可采取传统的聚焦透镜、菲涅尔透镜、直圆柱透镜、曲圆柱透镜 (例如，全环或其弧段)、抛物面反射镜(或其段)的形式及本领域已知的其他形式。因此， 单元-系统可包括但不限于以间隔开的非重叠透镜阵列(例如，方形、六角形、三角形、其他的阵列形状)的形式的主聚光器部分、直圆柱透镜型的聚光片、及圆(或其弧段)_环形圆柱透镜型聚光片。与单元-系统相关的单光传输结构是薄片波导的形式；S卩，具有比该结构的一般长度L小得多的厚度T ；因此具有由T/L限定的低纵横比。该结构将以上(顶)表面和下 (底)表面为界限，所述上(顶)表面和下(底)表面限定所述结构内的较高的折射率和结构外的较低的折射率之间的边界，以便便于光沿着所述结构的内部的长度经由本领域内已知的全内反射(TIR)进行传播。该结构将具有一端(以下称为出射端)，光从该端传播出传输结构。根据各个非限制方面，该结构的内部可包含适于在有或没有散射和/或镜面反射的情况下通过IlR在其内传播光的固体、液体、或气体材料。前述的光引导结构提供了一种装置，通过该装置，从主聚光器聚集的光被输入到传输结构的出射端和/或在光传输结构内的期望传播方向上被引导到所述传输结构的出射端。因此，光引导结构可适当地起作用来例如从主聚光器捕获多半垂直入射到传输结构的顶表面或底表面上的焦斑，并例证性地以90度使它改变方向，以便使它沿着传输结构的长度朝向其出射端传播。在一个非限制方面，光引导结构可以是被横向切割为传输结构的顶表面或底表面的光反射面，其经由TIR、镜面反射、漫反射、衍射、多光束干涉及用于改变传播光束的方向的其他已知的光学过程来反射输入光。在每个单传输结构中，多个光引导结构将相应地与单元-系统的多个主聚光器相关。因此，根据相应的主聚光器中的每个的配置和几何尺寸，每个光引导结构可为有限的或连续的结构。根据非限制方面，传输结构的顶表面和/或底表面可具有平的、楼梯式、或梯形形状的顶表面或底表面，其可为平的或弯曲的，该传输结构包含光引导结构作为其整体的表面部分。根据可选的方面，光引导结构可以按棱镜、光栅、量子点、光子晶体或能够提供带有或不带有主聚焦元件的光引导结构的所需功能的其他结构的形式布置在传输结构的内部中。可选的次级聚光器用于采集在低纵横比传输结构内传播的光并进一步聚集它以用于通过传输结构的出射端耦合出并有利地进入被布置成接收耦合出的光的PV电池。根据非限制方面，聚光光学部件可以操作地耦合到(例如，模压到、粘接到、自由空间对齐到， 等等)传输结构的出射端以接着聚集和耦合出该光到PV电池中。光学部件可由与适于执行预期功能的传输结构相同或不同的材料制成。可选地，传输结构的出射端本身可被成形 (例如，抛物线式成锥形的；直线式成锥形的；梯形式成锥形的；或以其他方式适当成形的) 以在传输结构的出射端一体地形成次级聚光器。这样的形状将支持在传输结构内传播的光的IlR和/或镜面反射和/或漫反射。本专利技术的另外的特征和优点将在随后的详细描述中被阐明，且从该描述中部分地对本领域技术人员来说是明显的，或者通过如本文所述的实践本专利技术——包括权利要求及附图——而被认识到。应理解，上文的概括描述和下文的详细描述仅为本专利技术的示例，且旨在提供用于理解本专利技术的性质和特征的概览或框架，如它被主张的。附图被包括以提供对本专利技术的进一步理解，且被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了本专利技术的各种实施方式且与描述一起来解释本专利技术的原理和操作。附图的简要描述图1是一般现有技术太阳能系统的截面示意图；图2是与图1示出的系统类似的更紧凑的一般现有技术太阳能系统的截面示意图；图3是根据本专利技术的例证性实施方式的光采集和聚集系统的截面示意图；图4是根据本专利技术的例证性实施方式的与图3示出的系统类似的更紧凑的光采集和聚集系统的截面示意图；图5A-5E示出了根据本专利技术的可选的例证性方面的主聚光器配置的各个例证性方面；图6A、6B示出了根据本专利技术的一个例证性方面的系统的环_圆形主聚光器部件的不同视图；图7示出了根据本专利技术的示例性方面的主聚光器部件的示意性截面图；图8示出了根据本专利技术的示例性方面的反射型系统的示意性截面图；图9A、9B示出了根据本专利技术的示例性方面的以反射折射系统的形式的主聚光器单元的示意性截面图；图10为了说明目本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光采集和聚集系统，包括：主聚光器，其具有聚焦功率，被布置成拦截太阳光输入并将所述输入聚集在光聚集位置上；光传输结构，其具有顶表面部分和被内部区域分开的相对的底表面、及出射端，所述光传输结构的特征为在朝向所述出射端的预期光传播方向上的长度尺寸，其中所述内部区域具有大于紧邻所述顶表面和所述底表面处的折射率的折射率；光引导结构，其在与所述光聚集位置重合的位置中一体地布置在所述光传输结构内或上，所述光引导结构光学地耦合到所述主聚光器，其中所述光引导结构能够沿着朝向所述出射端的所述预期光传播方向引导来自所述主聚光器的聚集的太阳光输入。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡安·卡洛斯·马丁尼兹安东，
申请(专利权)人：阿文戈亚太阳能新技术公司，
类型：发明
国别省市：ES