專利名稱：用于太陽能光電發(fā)電機的使用疊加原理的日光會聚透鏡、工序以及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于光電發(fā)電的日光會聚方法以及用于所述方法的透鏡。
背景技術(shù)：
一般而言，光電發(fā)電是指一種使用太陽能電池將來自日光的光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿募夹g(shù)。即，如果以日光照射由PN結(jié)半導(dǎo)體構(gòu)成的太陽能電池，其將產(chǎn)生自由電子從而發(fā)出電流。
同時，在光電發(fā)電中使用例如會聚透鏡或會聚發(fā)射鏡等將日光會聚入太陽能電池的會聚表面的會聚構(gòu)件，而且光強度和亮度一致性直接關(guān)系到發(fā)電設(shè)備的效率。但是，問題是習(xí)知的會聚構(gòu)件難以在太陽能電池的會聚表面上保持亮度一致性，這是因為該會聚構(gòu)件在其光學(xué)表面上采用連續(xù)變化的方式。
圖7展示了習(xí)知會聚透鏡的一個實例，其中圖7a是頂視圖而圖7b是側(cè)視圖。此時，與習(xí)知凸透鏡相比，會聚透鏡30被制成平板形的菲涅耳透鏡(Fresnel Lens)，并且在其一側(cè)形成復(fù)數(shù)個鋸齒狀折射部31，借此將入射光聚焦到中部。
因此，進入透鏡的入射日光通過鋸齒狀折射部31而被折射并且會聚入安置在中部的太陽能電池10的會聚表面11。但是，由于前述習(xí)知會聚透鏡采用連續(xù)變化的光學(xué)表面對日光進行聚焦，因此聚焦于太陽能電池會聚表面上的光的亮度自中間開始逐漸降低，因而不能產(chǎn)生亮度一致性。
此外，若出于發(fā)電功率容量的關(guān)系需要提供較大尺寸的會聚透鏡，則產(chǎn)生以下問題由于會聚透鏡的光學(xué)表面需要連續(xù)形成，因此難以制造較大尺寸的會聚透鏡。
同時，用于光電發(fā)電的太陽能電池還包括用于產(chǎn)生高功率源的復(fù)數(shù)個串聯(lián)或并聯(lián)安置的單位電池，并且光電發(fā)電機的性能取決于電池中的具有較小光照量的單位電池。
因此，若使用在會聚表面上不具有一致亮度的習(xí)知會聚透鏡，則會產(chǎn)生另一個問題太陽能電池的整體性能將由于安置在具有相對較低亮度的區(qū)域上的太陽能電池而降低。

發(fā)明內(nèi)容
提出本發(fā)明以用于解決上述問題，并且本發(fā)明的一個目的是提供一種用于光電發(fā)電的日光會聚方法以及用于該方法的透鏡和裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種在安裝于光電發(fā)電機上的太陽能電池的會聚表面上會聚日光的方法，其包含以下步驟在平行于會聚表面的太陽能電池的上側(cè)安裝一個包括復(fù)數(shù)個單位透鏡(unitlens)(21)的會聚透鏡(20)，這些單位透鏡(21)的面積對應(yīng)于會聚表面的面積，并且將入射在各個單位透鏡上的日光疊加地照射且會聚到該會聚表面上。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種用于光電發(fā)電的使用疊加原理的日光會聚透鏡，其包括復(fù)數(shù)個單位透鏡，這些單位透鏡以夾板的形式安裝在太陽能電池上側(cè)并且其面積對應(yīng)于太陽能電池會聚表面的面積，其中這些單位透鏡將入射于其上日光疊加地照射并會聚到會聚表面上。
同時，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述單位透鏡包括一個非折射透光部和復(fù)數(shù)個菲涅耳透鏡，在這些菲涅耳透鏡的一個表面上形成復(fù)數(shù)個鋸齒狀折射部。
此時，將所述透光部安裝在會聚表面的垂直正上方，而安置所述菲涅耳透鏡以使其圍繞該透光部或者在其相反方向上延伸。
此外，在與從菲涅耳透鏡以預(yù)定間隔向透光部延伸的直線垂直的方向上形成菲涅耳透鏡的鋸齒狀折射部，并且從透光部開始，各個菲涅耳透鏡中的鋸齒狀折射部的傾斜角逐漸減小。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種用于光電發(fā)電的日光會聚透鏡，其包括復(fù)數(shù)個單位透鏡，這些單位透鏡安裝在形成于太陽能電池上的會聚表面的上側(cè)并且其面積對應(yīng)于所述會聚表面的面積，這些單位透鏡將入射于其上的日光疊加地照射且會聚到會聚表面上，其中所述會聚透鏡包括一個平行地安裝在會聚表面垂直正上方上的非折射透光部以及復(fù)數(shù)個在相反方向上以預(yù)定角度向下延伸的菲涅耳透鏡，其中根據(jù)透光部將菲涅耳透鏡的傾斜角設(shè)定為10到20度的角度。
同時，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，用于光電發(fā)電的使用疊加原理的日光會聚裝置包括一個太陽能電池，在其一側(cè)形成一個會聚表面；一個包括復(fù)數(shù)個單位透鏡的會聚透鏡，這些復(fù)數(shù)個單位透鏡安裝在太陽能電池上側(cè)的一個平板外形內(nèi)并且其面積對應(yīng)于太陽能電池會聚表面的面積；以及一個用于將所述會聚透鏡固定在適當(dāng)位置的框架，其中這些單位透鏡將入射于其上的日光疊加地照射且會聚到會聚表面上。
此外，所述單位透鏡還包括一個非折射透光部和復(fù)數(shù)個菲涅耳透鏡，在這些菲涅耳透鏡的一個表面上形成復(fù)數(shù)個鋸齒狀折射部。
此時，將所述透光部安裝在會聚表面的垂直正上方，而安置所述菲涅耳透鏡以使其圍繞該透光部或者在其相反方向上延伸。
同時，在與從菲涅耳透鏡向透光部中心延伸的直線垂直的方向上形成菲涅耳透鏡的鋸齒狀折射部，并且從透光部開始，各個菲涅耳透鏡中的鋸齒狀折射部的傾斜角逐漸減小。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種用于光電發(fā)電的使用疊加原理的會聚裝置包括一個太陽能電池，在其一側(cè)上形成一個會聚表面；一個包括復(fù)數(shù)個單位透鏡的會聚透鏡，這些單位透鏡安裝在太陽能電池上側(cè)的一個平板外形內(nèi)并且其面積對應(yīng)于太陽能電池會聚表面的面積；以及一個用于將所述會聚透鏡固定在適當(dāng)位置的框架，其中這些單位透鏡將入射于其上的日光疊加地照射且會聚到會聚表面上，并且包括一個平行地安裝在會聚表面垂直正上方上的非折射透光部以及復(fù)數(shù)個在與透光部相反的方向上以預(yù)定角度向下延伸的菲涅耳透鏡，其中根據(jù)透光部將菲涅耳透鏡的傾斜角設(shè)定為10到20度的角度。
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。
本發(fā)明的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。


圖1是一透視圖，其展示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的會聚裝置。
圖2是圖1的底視圖。
圖3是沿圖2中線A-A截取的截面圖。
圖4是展示在太陽能電池會聚表面上所測量的亮度的圖。
圖5是一透視圖，其展示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的會聚裝置。
圖6是一透視圖，其展示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的會聚裝置。
圖7展示了習(xí)知會聚透鏡的一個實例，其中圖7a為頂視圖而圖7b為側(cè)視圖。
具體實施例方式
下文將參考本發(fā)明的優(yōu)選實施例并結(jié)合附圖中所描述的實例對本發(fā)明進行詳細說明。
圖1是一透視圖，其展示了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的會聚裝置，圖2是圖1的底視圖，而圖3是沿圖2中線A-A所截取的截面圖。
如圖所示，平行于形成于太陽能電池10上的會聚表面11的上表面安置根據(jù)本發(fā)明的一個方面的會聚透鏡20，并且會聚透鏡20包括復(fù)數(shù)個面積對應(yīng)于會聚表面11面積的單位透鏡21。在此實施例中，共使用81(9×9)個單位透鏡來形成會聚透鏡。
此時，對單個單位透鏡21進行配置以使其將其中的入射日光照射到太陽能電池10的會聚表面11上。這時，單個單位透鏡21所照射的日光的量對應(yīng)于會聚表面11的面積，因此照射到會聚表面11的日光的量被疊加，從而與現(xiàn)有技術(shù)相比，增強了會聚表面11中的光強度。此外，使用疊加方法而非習(xí)知的聚焦方法進行行日光會聚，在整個會聚表面11上獲得一致亮度。
在本實施例中，單位透鏡21包括一個安置在會聚透鏡20中部的非折射透光部210；以及復(fù)數(shù)個菲涅耳透鏡211，其圍繞所述透光部安置并且在其一表面上形成復(fù)數(shù)個鋸齒狀折射部211a。
因此，如圖3中所示，透光部210上的入射日光直接透過并且照射到太陽能電池10的會聚表面11上，而菲涅耳透鏡211上的的入射日光被鋸型折射部211a以預(yù)定角度折射并且照射到會聚表面11。
這里，如圖2所示，在各個菲涅耳透鏡211上形成的鋸型折射部211a垂直于由該菲涅耳透鏡211向透光部210中部延伸的直線并以預(yù)定間隔形成，并且從透光部210開始，各個菲涅耳透鏡上的傾斜角(θ)逐漸減小。
圖4展示了在太陽能電池的會聚表面上所測量的照明度，其中(a)展示在橫向上所測量的照明度，而(b)展示在對角線方向所測量的照明度。
如常態(tài)的曲線圖所示，若使用根據(jù)本發(fā)明的會聚透鏡20，則日光將以一致的亮度入射于會聚表面11的整個范圍內(nèi)。換句話說，若將太陽能電池安置在常態(tài)線內(nèi)，則可獲得一致的亮度和較大的集光度。
圖5是一透視圖，其展示了本發(fā)明的第二實施例。如圖所示，根據(jù)本發(fā)明第二實施例的會聚透鏡20的特征在于透光部210被安置于會聚表面11的垂直正上方，而菲涅耳透鏡211被設(shè)置為在透光部210相對的兩個方向上延伸。
即，安裝如圖1所示的會聚透鏡，其中菲涅耳透鏡在透光部的周圍，因此，若安裝復(fù)數(shù)個太陽能電池，則不能縮小這些太陽能電池之間的空間。但是，由于根據(jù)本發(fā)明第二實施例的會聚透鏡的形狀為條型，因此連續(xù)安裝太陽能電池，從而在有限的空間內(nèi)可安裝更多的太陽能電池。
圖6為一截面圖，其展示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的會聚裝置。如圖所示，在根據(jù)本發(fā)明第三實施例的會聚透鏡20中，將在與第二實施例中所描述的透光部210相對的兩個方向上延伸的菲涅耳透鏡的傾斜角(α)設(shè)定在向下10-20度的范圍內(nèi)。
因此，以預(yù)定角度而非平面構(gòu)造安裝菲涅耳透鏡，可增加接收日光的范圍并且減小光的散射，從而提高會聚效率。
至此，已解釋了根據(jù)本發(fā)明的會聚透鏡的構(gòu)造和運作，下文將根據(jù)這些描述對根據(jù)本發(fā)明的日光會聚方法進行說明。
本發(fā)明的日光會聚方法的特征在于其包含以下步驟平行于會聚表面11安裝包括復(fù)數(shù)個單位透鏡21的會聚透鏡20，這些單位透鏡21的面積對應(yīng)于會聚表面11的面積；以及將入射在單個單位透鏡21上的日光會聚，從而使其照射并且疊加于會聚表面11上。
即，入射在單個單位透鏡上的日光被折射并且照射到太陽能電池的會聚表面，因此對應(yīng)于會聚表面面積的區(qū)域上日光被疊加，其疊加的數(shù)量等于會聚表面上的單位透鏡的數(shù)量。
同時，利用本發(fā)明的會聚透鏡很容易實現(xiàn)在本發(fā)明的會聚中可直接使用的會聚單元。會聚單元的一個實例包括一側(cè)為會聚表面11的太陽能電池10；作為平板而安裝在會聚表面11的垂直正上方的會聚透鏡20；以及用于將會聚透鏡20固定在適當(dāng)位置的框架(未圖示)。
有益效果如前述，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，日光以作為會聚表面單位面積的圖案會聚到會聚表面上，因此，日光以一致的亮度照射在會聚表面的整個范圍內(nèi)。因此，與先前技術(shù)相比，太陽能電池的性能被保持在最佳狀態(tài)。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用于限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于光電發(fā)電的使用疊加原理的日光會聚透鏡，其包括復(fù)數(shù)個單位透鏡(21)，所述單位透鏡(21)以平板形狀安裝在太陽能電池(10)的上側(cè)并且其面積對應(yīng)于太陽能電池(10)的會聚表面(11)的面積，其中所述單位透鏡(21)將入射于其上的日光疊加照射并且會聚到所述會聚表面(11)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光電發(fā)電的使用疊加原理的日光會聚透鏡，其中所述單位透鏡(21)包括一個非折射透光部(210)以及復(fù)數(shù)個菲涅耳透鏡(211)，在該菲涅耳透鏡(211)的一個表面上形成復(fù)數(shù)個鋸齒狀折射部(211a)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于光電發(fā)電的使用疊加原理的日光會聚透鏡，其中所述透光部(210)安裝在所述會聚表面(11)的垂直正上方，并且所述菲涅耳透鏡(211)被圍繞所述透光部(210)安置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于光電發(fā)電的使用疊加原理的日光會聚透鏡，其中所述透光部(210)是安裝在會聚表面(11)的垂直正上方，而所述菲涅耳透鏡(211)被在與所述透光部(210)相對的兩個方向上延伸安置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的用于光電發(fā)電的使用疊加原理的日光會聚透鏡，其中所述菲涅耳透鏡(211)的鋸齒狀折射部(211a)是在垂直于由所述菲涅耳透鏡(211)向所述透光部(210)中部延伸的直線的方向上形成的，并且從所述透光部(210)開始，各個菲涅耳透鏡中的鋸齒狀折射部(211a)的傾斜角(θ)逐漸減小。
6.一種用于光電發(fā)電的使用疊加原理的日光會聚透鏡，其包括復(fù)數(shù)個單位透鏡(21)，所述單位透鏡(21)安裝在形成于太陽能電池(10)上的會聚表面(11)的上側(cè)并且其面積對應(yīng)于所述會聚表面(11)的面積，其中所述單位透鏡(21)將入射于其上的日光疊加地照射并且會聚到所述會聚表面(11)上，并且包括一個平行地安裝在所述會聚表面(11)的垂直正上方上的非折射透光部(210)以及復(fù)數(shù)個在相對兩個方向上以預(yù)定角度(α)向下延伸的菲涅耳透鏡(211)，其中所述菲涅耳透鏡(211)的傾斜角(α)根據(jù)透光部(210)被設(shè)定在10到20度的范圍內(nèi)。
7.一種將日光會聚到光電發(fā)電機上安裝的太陽能電池(10)的會聚表面(11)上的方法，其包含以下步驟在太陽能電池的上側(cè)安裝一平行于所述會聚表面(11)的會聚透鏡(20)，所述會聚透鏡(20)包括復(fù)數(shù)個單位透鏡(21)，這些單位透鏡(21)的面積與會聚表面(11)的面積相對應(yīng)；以及將入射在所述單個單位透鏡(21)上的日光疊加地照射并會聚到所述會聚表面(11)。
8.一種用于光電發(fā)電的利用疊加原理的日光會聚裝置，其包括一太陽能電池(10)，其一側(cè)上具有會聚表面(11)；一會聚透鏡(20)，其包括復(fù)數(shù)個單位透鏡(21)，所述單位透鏡(21)以平板形狀而安裝在太陽能電池(10)的上側(cè)并且所述單位透鏡(21)面積對應(yīng)于所述太陽能電池(10)的會聚表面(11)的面積；以及一個框架，其用于將所述會聚透鏡(20)固定在適當(dāng)位置，其中所述單位透鏡(21)將入射于其上的日光疊加地照射并會聚到所述會聚表面(11)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于光電發(fā)電的利用疊加原理的日光會聚裝置，其中所述單位透鏡(21)包括一個非折射透光部(210)以及復(fù)數(shù)個菲涅耳透鏡(211)，其中在所述菲涅耳透鏡(211)的一個表面上形成復(fù)數(shù)個鋸齒狀折射部(211a)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于光電發(fā)電的利用疊加原理的日光會聚裝置，其中所述透光部(210)是安裝在會聚表面(11)的垂直正上方，并且所述菲涅耳透鏡(211)圍繞所述透光部(210)安置。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于光電發(fā)電的使用疊加原理的日光會聚裝置，其中所述透光部(210)是安裝在會聚表面(11)的垂直正上方，并且所述菲涅耳透鏡(211)被安置為在所述透光部(210)相反的兩個方向上延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的用于光電發(fā)電的利用疊加原理的日光會聚裝置，其中所述菲涅耳透鏡211的鋸齒狀折射部(211a)是在垂直于由所述菲涅耳透鏡(211)向所述透光部(210)的中部延伸的直線的方向上安裝的，并且從所述透光部(210)開始，各個菲涅耳透鏡中的鋸齒狀折射部(211a)的傾斜角(θ)逐漸減小。
13.一種用于光電發(fā)電的利用疊加原理的日光會聚裝置，其包括一太陽能電池，會聚表面(11)形成于該太陽能電池之上，一會聚透鏡(20)，其包括復(fù)數(shù)個以平板形狀安裝在太陽能電池(10)上側(cè)的單位透鏡(21)，并且所述單位透鏡(21)的面積與所述太陽能電池(10)會聚表面(11)的面積相對應(yīng)；以及一框架，其用于將所述會聚透鏡(20)固定在適當(dāng)?shù)奈恢茫渲兴鰡挝煌哥R(21)將入射于其上的日光疊加地照射并會聚到所述會聚表面(11)上，并且包括一個在所述會聚表面(11)的垂直正上方上平行安裝的非折射透光部(210)以及復(fù)數(shù)個在所述透光部(210)相反的兩個方向上以預(yù)定角度(α)向下延伸的菲涅耳透鏡(211)，其中所述菲涅耳透鏡(211)的傾斜角(α)根據(jù)所述透光部(210)被設(shè)定在10到20度的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于光電發(fā)電的日光會聚方法以及用于該方法的透鏡和裝置。根據(jù)本發(fā)明的會聚日光的方法的特征在于作為在安裝于光電發(fā)電機上的太陽能電池的會聚表面上會聚日光的方法，其包含以下步驟平行于會聚表面在太陽能電池的上側(cè)安裝一個包括復(fù)數(shù)個單位透鏡(unit lens)(21)的會聚透鏡(20)，所述單位透鏡(21)的面積對應(yīng)于所述會聚表面的面積，并且將入射在單個單位透鏡上的日光疊加地照射且會聚到該會聚表面上。因此，本發(fā)明的優(yōu)點是在太陽能電池中具有最佳性能。
文檔編號H02N6/00GK1971948SQ20061010984
公開日2007年5月30日 申請日期2006年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月24日
發(fā)明者李震根, 柳光宣 申請人:大韓Techren株式會社