一種孿生聚光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種孿生聚光器。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚光光伏發(fā)電技術(shù)是公認的可降低光伏發(fā)電成本的有效途徑。目前，一個完整的 聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括復(fù)眼式聚光太陽電池組件、太陽跟蹤器、電能存儲或逆變設(shè)備 等幾部分。復(fù)眼式聚光太陽電池組件作為光電轉(zhuǎn)換部件，主要由復(fù)眼式透鏡聚光器和安裝 有光伏電池晶片的電路板所組成。
[0003] 其中，復(fù)眼式透鏡聚光器包括多塊平面陣列的聚光透鏡。使用時通過太陽跟蹤器 使聚光透鏡基本正對陽光照射方向，然后通過這些聚光透鏡分別將太陽光匯聚并投射到電 路板上與各個聚光透鏡相對應(yīng)的光伏電池晶片的接收面上，從而使各個光伏電池晶片中產(chǎn) 生電流，這些電流通過電路板上的線路輸出。
[0004][0005] 實際上，采用菲涅爾透鏡也并非沒有缺憾。比如，由于菲涅爾透鏡表面紋路的加工 缺陷，會造成一部分入射光線的損失，導(dǎo)致光線透過率僅處于75 %左右的較低水平上，而且 這種加工缺陷又是以目前的加工技術(shù)所難以克服的；又如，菲涅爾透鏡可看成由多個同光 軸凸透鏡的組合，故其聚光后光斑能量分布不夠均勻。
[0006] 若采用普遍使用的球面凸透鏡替代菲涅爾透鏡雖然可解決光線透過率較低的問 題，然而，球面凸透鏡只能將光線集中于焦點，無論將光伏電池晶片安裝在其焦點略靠前或 靠后的位置，都會造成聚光后光斑能量分布不均勻，致使電池內(nèi)部產(chǎn)生電勢差，進而形成內(nèi) 部電流，這一部分電流會在電池內(nèi)部消耗掉，減小了電池輸出功率，另外，由于內(nèi)部電流的 產(chǎn)生，電池內(nèi)部的溫度會進一步升高，使得聚光太陽電池組件的效率下降。
[0007] 綜上所述，在現(xiàn)有技術(shù)中，目前主要存在的技術(shù)問題是：
[0008] 1、目前的聚光組件大多尺寸較大，難于做到小型化，這不僅增加了封裝成本，同時 也增大了運輸與安裝的難度。
[0009] 2、聚光之后的光強分布不均勻，將產(chǎn)生橫向電流，降低了組件的填充因子，致使光 電轉(zhuǎn)換效率降低。 【實用新型內(nèi)容】
[0010] 本實用新型的發(fā)明目的在于:針對上述存在的問題，提供一種能夠使得光斑能量 均勻分布且降低組件厚度，同時還能提高系統(tǒng)容錯能力的孿生聚光器。
[0011] 本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種孿生聚光器，包括復(fù)眼式透鏡聚光器 以及設(shè)置有光伏電池晶片的電路板，所述復(fù)眼式透鏡聚光器包括多塊平面陣列的聚光透 鏡，在每個聚光透鏡下方對應(yīng)設(shè)置有光伏電池晶片，其特征在于:在所述聚光透鏡與光伏電 池晶片之間設(shè)置有聚光球體，太陽光通過平凸的聚光透鏡進行第一次匯聚，然后經(jīng)過其下 方的聚光球體進行二次匯聚，最后落在光伏電池晶片表面，每個聚光透鏡與其對應(yīng)的聚光 球體構(gòu)成的結(jié)構(gòu)均為軸對稱結(jié)構(gòu)，所述聚光球體的球心與聚光透鏡的軸心均在該對稱軸 上，且通過該對稱軸的剖面滿足如下方程：
[0012] )
[0013]
[0014]
[0015]
[0016]
[0017]
[0018]
[0019]
[0020] 其中，h為聚光透鏡平面到光伏電池晶片平面的距離，r為聚光球體半徑，η為材料 折射率，k為光線通過透鏡折射后的光線斜率，b為第一條光線折射后與y軸的交點，對于第 一點而言b = ka，a為聚光透鏡的半徑;α為通過聚光透鏡的光線與X軸的夾角，Θ為光線在聚 光球體表面的入射角，β為光線通過聚光球體后的折射角，ω為光線通過聚光球體后與 y軸 的夾角，為聚光球體圓心同光線與聚光球體交點的連線與y軸的夾角，θ'為光線在聚光透 鏡表面的入射角，β'為通過聚光透鏡表面的光線與y軸的夾角。
[0021] 本實用新型所述的孿生聚光器，其所述聚光球體位于光伏電池晶片正上方且與聚 光球體相切，經(jīng)過聚光球體二次匯聚的光線全部落在光伏電池晶片上。
[0022] 本實用新型通過設(shè)置在聚光透鏡下方的聚光球體對經(jīng)過聚光透鏡匯聚后的光線 進行二次匯聚，利用將光線等比壓縮的設(shè)計方式，獲得均勻的光斑，從而獲得高效的光伏組 件，而且通過聚光球體的二次聚光作用，有助于增大系統(tǒng)的容錯能力，降低工藝精度，提升 裝配效率，還能削弱色散等因素引起的光斑尺寸較大的問題，從而提高聚光倍數(shù)，降低電池 用量，節(jié)約成本，同時還降低了封裝厚度，提升了運輸與安裝的便捷性。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖2是本實用新型入射光線經(jīng)過兩次折射的原理圖。
[0025] 圖中標記:1為聚光透鏡，2為光伏電池晶片，3為聚光球體。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細的說明。
[0027] 為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施 例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋 本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0028] 如圖1和2所示，一種孿生聚光器，包括復(fù)眼式透鏡聚光器以及設(shè)置有光伏電池晶 片的電路板，所述復(fù)眼式透鏡聚光器包括多塊平面陣列的聚光透鏡1，在每個聚光透鏡1下 方對應(yīng)設(shè)置有光伏電池晶片2,在所述聚光透鏡1與光伏電池晶片2之間設(shè)置有聚光球體3， 所述聚光球體3位于光伏電池晶片2正上方且與聚光球體3相切，太陽光通過平凸的聚光透 鏡1進行第一次匯聚，然后經(jīng)過其下方的聚光球體3進行二次匯聚，最后落在光伏電池晶片2 表面，經(jīng)過聚光球體3二次匯聚的光線全部落在光伏電池晶片2上，每個聚光透鏡1與其對應(yīng) 的聚光球體3構(gòu)成的結(jié)構(gòu)均為軸對稱結(jié)構(gòu)，所述聚光球體3的球心與聚光透鏡1的軸心均在 該對稱軸上，且通過該對稱軸的剖面滿足如下方程：
[0029]
[0030]
[0031]
[0032]
[0033]
[0034]
[0035]
[0036]
[0037] 其中，h為聚光透鏡平面到光伏電池晶片平面的距離，r為聚光球體半徑，η為材料 折射率，k為光線通過透鏡折射后的光線斜率，b為第一條光線折射后與y軸的交點，對于第 一點而言b = ka，a為聚光透鏡的半徑;α為通過聚光透鏡的光線與X軸的夾角，Θ為光線在聚 光球體表面的入射角，β為光線通過聚光球體后的折射角，ω為光線通過聚光球體后與 y軸 的夾角，伊為聚光球體圓心同光線與聚光球體交點的連線與y軸的夾角，Θ '為光線在聚光透 鏡表面的入射角，β'為通過聚光透鏡表面的光線與y軸的夾角。通過上述方程組能夠求解出 聚光球體的半徑尺寸以及聚光球體與聚光透鏡的相對位置。
[0038] 本實用新型通過兩次聚光，減小了光程、降低了聚光組件的整體厚度，通過光線等 比壓縮數(shù)值求解的方式，實現(xiàn)了光斑能量均勻分布，規(guī)避了電池內(nèi)部橫向電流，提高了組件 的轉(zhuǎn)化效率，延緩了電池效率衰減，從而得到了一種高效的聚光組件，而且提高了系統(tǒng)容錯 能力，降低了精度要求，降低了制作成本。
[0039] 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型 的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種李生聚光器，包括復(fù)眼式透鏡聚光器W及設(shè)置有光伏電池晶片的電路板，所述 復(fù)眼式透鏡聚光器包括多塊平面陣列的聚光透鏡（1)，在每個聚光透鏡（1)下方對應(yīng)設(shè)置有 光伏電池晶片(2)，其特征在于:在所述聚光透鏡（1)與光伏電池晶片(2)之間設(shè)置有聚光球 體(3)，太陽光通過平凸的聚光透鏡（1)進行第一次匯聚，然后經(jīng)過其下方的聚光球體(3)進 行二次匯聚，最后落在光伏電池晶片(2)表面，每個聚光透鏡（1)與其對應(yīng)的聚光球體(3)構(gòu) 成的結(jié)構(gòu)均為軸對稱結(jié)構(gòu)，所述聚光球體(3)的球屯、與聚光透鏡（1)的軸屯、均在該對稱軸 上，且通過該對稱軸的剖面滿足如下方程：r* COS (/)-(々_/-)二 /f- * sin.祭一多............② 開 / 2-0 + 0 -二 a..............................@ k = tg(a)....................................④ Sin(目）=n*sin(e)...........................⑤ P (i)二 ip....................................⑥ ns in目，=ns in (0，+目，）........................⑦ 貨=f-片....................................⑧ 其中，h為聚光透鏡平面到光伏電池晶片平面的距離，r為聚光球體半徑，n為材料折射 率，k為光線通過透鏡折射后的光線斜率，b為第一條光線折射后與y軸的交點，對于第一點 而言b = ka，a為聚光透鏡的半徑;a為通過聚光透鏡的光線與X軸的夾角，0為光線在聚光球 體表面的入射角，e為光線通過聚光球體后的折射角，《為光線通過聚光球體后與y軸的夾 角，<?為聚光球體圓屯、同光線與聚光球體交點的連線與y軸的夾角，0 '為光線在聚光透鏡表 面的入射角，e'為通過聚光透鏡表面的光線與y軸的夾角。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的李生聚光器，其特征在于:所述聚光球體(3)位于光伏電池晶 片（2)正上方且與聚光球體(3)相切，經(jīng)過聚光球體(3)二次匯聚的光線全部落在光伏電池 晶片(2)上。
【專利摘要】本實用新型公開了一種孿生聚光器，包括復(fù)眼式透鏡聚光器以及設(shè)置有光伏電池晶片的電路板，所述復(fù)眼式透鏡聚光器包括多塊平面陣列的聚光透鏡，在每個聚光透鏡下方對應(yīng)設(shè)置有光伏電池晶片，在所述聚光透鏡與光伏電池晶片之間設(shè)置有聚光球體，每個聚光透鏡與其對應(yīng)的聚光球體構(gòu)成的結(jié)構(gòu)均為軸對稱結(jié)構(gòu)，所述聚光球體的球心與聚光透鏡的軸心均在該對稱軸上。本實用新型通過兩次聚光，減小了光程、降低了聚光組件的整體厚度，通過光線等比壓縮數(shù)值求解的方式，實現(xiàn)了光斑能量均勻分布，規(guī)避了電池內(nèi)部橫向電流，提高了組件的轉(zhuǎn)化效率，延緩了電池效率衰減，從而得到了一種高效的聚光組件，而且提高了系統(tǒng)容錯能力，降低了精度要求，降低了制作成本。
【IPC分類】G02B3/00, H01L31/054, G02B19/00, H02S40/22
【公開號】CN205176308
【申請?zhí)枴緾N201520996091
【發(fā)明人】黃忠
【申請人】成都九登科技有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月3日