受激发射发光光导太阳能聚光器制造技术

一种太阳能聚光器，包括：具有多个发光粒子的发光层，所述发光粒子能够通过吸收第一吸收频率的太阳光而被激发，并且一旦被激发，就能够受激发射出第一发射频率的发光。光源，用于产生第一发射频率的用于激励已吸收太阳光的被激发发光粒子的泵浦光，使得在以行进方向行进的泵浦光激励已吸收第一吸收频率的太阳光的发光粒子时，所述发光粒子在所述泵浦光的行进方向上发射第一发射频率的发光，以增强所述泵浦光的强度。光导，与所述发光层相邻并光学耦合，所述光导用于经由全内反射辅助将增强的泵浦光引导到光收集区域。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及发光太阳能聚光器。
技术介绍
太阳能的收集是利用将太阳光转换为电力的多重不同技术的领域。迄今为止，还没有技术已变得便宜到足以代替传统的发电装置，结果，太阳能仍然是全球能源需求的边际贡献者。太阳能系统中主要的成本驱动是高成本的光伏(PV)单元，其是将光转换为电力的半导体结。为降低太阳能所产生的电力的成本而研究的诸多途径之一称作“聚光光伏”或 CPV0 CPV的基本思想是使用某些种类的光学镜，通常是费涅尔透镜或其它聚焦光学镜，以将太阳光聚集到很小且高效的PV单元上。所采用的PV单元是具有堆叠且串联电连接的多个结的化合物半导体单元。用于CPV的最典型的传统单元是使用均串联布置的磷化铟镓、 砷化铟镓和锗单元的三结单元。这些单元中的每一个将太阳光谱的一部分转换为电力。这些系统具有极大的生产力，但是它们的主要缺点在于，为使它们的光学镜起作用，需要跟踪器始终将其面向太阳。对跟踪器的这种需要使这些系统适用于在地面上安装有大型后安装跟踪器的太阳能发电场。然而，对于意在用于建筑物集成和屋顶安装的系统(其代表太阳能市场的绝大部分)来说，跟踪器不切实际。CPV系统使用高达2000个太阳的高阳光聚光度，这意味着与传统的非聚光PV系统相比，仅需要很小量的光伏材料。聚光的另一种方法是使用发光太阳能聚光器。这些器件由或者包含发光粒子层或者在整个玻璃中充满发光粒子的玻璃片组成。发光粒子吸收宽频带的光，并且通过窄带发出较低频率的光。发光粒子的示例是有机染料、激光染料和纳米晶体。在这些发光粒子发光时，所发射的光以随机方向行进。由于该光从玻璃内部在各个方向上均勻地发射，因此所发射的照射到玻璃片底面的顶部且相对于玻璃片表面法线的入射角大于全内反射的临界角的任意辐射，会被全内反射捕获在玻璃片内部。(如果玻璃具有1.5的指数，并且周围介质是空气，则临界角大约为41. 8度。)事实上，不会被捕获在玻璃内的唯一的光是在以玻璃顶面和底面的法线为中心的两个发射锥面之一内发射的且底角为83. 6度的任意光。因此，被捕获的光在玻璃内以各个方向行进到玻璃的四个边缘，在这里被光伏单元收集用于产生能量。由于所发射的光的频率相对较窄，因此假设单结单元具有正确的带隙，则在这种情况下可以以非常有效的方式使用单结单元。原则上，除了以下两个基本限制之外，以此方式可以实现无限的聚光度玻璃内的吸收以及发光粒子的再吸收。第一个，玻璃自身内的吸收，限制了实际的光学路径长度，因此限制了玻璃片的尺寸以及聚光度。再吸收和发射也限制了实际的聚光度。迄今为止，采用这种方式的最佳预测聚光度大约是150 个太阳。这远低于以上所述的由CPV可实现的聚光度。因此，通过不具有跟踪器所实现的发光聚光系统中的成本节省，被需要增加若干倍的光伏单元材料的额外成本大大地抵消。所以，迄今为止，发光聚光系统没有得到广泛的商业使用，并且考虑到以上所述的这一技术所固有的优点，可期望对该技术的改进。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种与现有技术的至少一些发光太阳能聚光器相比有所改进的发光太阳能聚光器。因此，一方面，如这里所体现并宽泛描述的那样，本专利技术提供一种受激发射发光光导太阳能聚光器。所述聚光器包括具有多个发光粒子的发光层。所述发光粒子能够通过吸收至少第一吸收频率的太阳光而被激发。一旦被激发，所述发光粒子就能够受激发射出至少第一发射频率的发光。所述聚光器还包括光源，用于产生至少第一发射频率的用于激励已吸收太阳光的被激发发光粒子中至少之一的泵浦光，使得在以第一行进方向行进的泵浦光激励已吸收第一吸收频率的太阳光的发光粒子中至少之一时，所述发光粒子中至少之一在所述泵浦光的第一行进方向上发射所述至少第一发射频率的发光，以增强所述泵浦光的强度。所述聚光器还包括与所述发光层相邻并光学耦合的第一光导。所述第一光导用于经由全内反射辅助将增强的泵浦光引导至光收集区域。本专利技术这一方面的实施例是，能够将光聚集到比传统的发光太阳能聚光器高的数量级的改进的发光太阳聚光器。这是通过迫使发光粒子以预定方向而不是像传统情况那样以随机方向发射光而实现的。使用受激发射的原理迫使发光粒子进行发射。受激发射在处于激发态的电子受通过光子的扰动时发生。激励光子需要具有与所发射的光子相同的频率，才能使这种激励发生。当激励发生时，电子下降到基态，并且所发射的光子以与激励光子相同的相位和方向行进。受激发射的这一原理是激光器的工作原理。因此，在本专利技术这一方面的某些实施例中，采用与发光发射相同频率的诸如发光二极管之类的窄带光源来以预定方向激励发射。激励可以以使(如果期望的话)所有光会聚到可以放置PV单元的一点并且聚集到极高的程度的方式来进行。在某些实施例中，二极管所需的功率可以在所述单元处产生。来自发光二极管的光和所捕获的太阳光都能被PV单元所吸收，从而产生电力的净增益。在某些实施例中，发光粒子能够吸收至少第一吸收频谱内的太阳光，并且发射至少第一发射频谱内的发光。在某些实施例中，所述发光粒子中的一些能够吸收至少第一吸收频率的太阳光，并发射至少第一发射频率的发光，并且所述发光粒子中的其它发光粒子能够吸收不同于所述第一吸收频率的至少第二吸收频率的太阳光，并且发射不同于所述第一发射频率的至少第二发射频率的发光。在某些实施例中，所述发光层和所述第一光导层形成单一的光学有效结构，使得增强的泵浦光经由至少在所述单一的光学有效结构内的全内反射而被引导到所述光收集区域。在某些实施例中，增强的泵浦光经由仅在所述单一的光学有效结构内的全内反射而被引导到所述光收集区域。在某些实施例中，所述聚光器通常是盘的形状。在某些这种实施例中，所述聚光器通常是圆形盘的形状，所述圆形盘具有焦点，并且其中所述光源和所述光收集区域处于所述焦点处。在其它这种实施例中，所述聚光器通常采用椭圆形盘的形状，所述椭圆形盘具有两个焦点，并且其中所述光源处于所述焦点之一处，而所述光收集区域处于所述焦点中的另一个处。在某些实施例中，所述聚光器通常采用椭圆形盘的一段的形状。所述椭圆形盘的所述段在其边缘上具有两个焦点。所述光源位于所述焦点之一处，并且所述光收集区域位于所述焦点的另一个处。在某些实施例中，所述聚光器通常采用用于形成多个反射切面的反射边缘的椭圆形盘的多个段的形状。所述椭圆形盘的所述多个段中的每一个在与所述反射边缘相对的边缘上有两个公共焦点。所述光源处于公共焦点之一处，并且所述光收集区域处于公共焦点的另一个处。在某些这种实施例中，所述光源和所述光收集区域彼此相邻地位于所述边缘上。在本专利技术的另一方面，提供一种多个这种受激发射发光光导太阳能聚光器的组件，其中相邻的各个太阳能聚光器的侧面边缘邻接。返回到前述的本专利技术第一方面，在某些实施例中，所述聚光器通常采用具有多个切面的反射边缘的方形盘的形状，所述多个切面具有反射边缘。每个切面的反射边缘包括椭圆形盘的多段，所述椭圆形盘的每一段具有两个公共焦点。所述光源处于所述焦点之一处，并且所述光收集区域处于所述焦点的另一个处。在某些实施例中，存在与所述光源相邻的第一辅助光学镜。在某些这种实施例中， 所述第一辅助光学镜由与相邻材料不同的材料制成，以提供防热保护。在某些实施例中，存在与所述光收集区域相邻的第二辅助光学镜。在某些这种实施例中，所述第二辅助光学镜由与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：约翰·保罗·摩根，菲利普·M·张，斯蒂芬·H·S·米尔斯科格，
申请(专利权)人：摩根阳光公司，
类型：发明
国别省市：