太陽能集中器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種由透明材料制成的太陽能集中器，其中太陽能集中器包括光耦合表面、光去耦表面和布置在光耦合表面和光去耦表面之間并且沿著光去耦表面的方向逐漸變細的光學波導部件，光學波導部件被光學波導部件表面限定在光耦合表面和光去耦表面之間。
【專利說明】太陽能集中器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種由透明材料制成的太陽能集中器，其中太陽能集中器包括光射入(表)面、光射出(表)面和布置在光射入表面和光射出表面(應當注意在下列說明書和權利要求中描述和概述的關于光射入和光射出區(qū)域的上下文中，為了簡單起見僅僅使用術語“面”，并且“面”也包括“表面”的術語和含義)之間并且在光射出面的方向上逐漸變細的光導向部，該光導向部被光射入面和光射出面之間的光導向部表面限定。
【背景技術】
[0002]PCT/EP2010/005755披露了一種太陽能集中器，其具有由透明材料制成的實心主體，其包括光射入面和光射出面，其中實心主體包括在光射入面和光射出面之間在光射出面的方向上逐漸變細的光導向部，該光導向部被光射入面和光射出面之間的光導向部表面限定，和其中光導向部表面以連續(xù)的一階導數(shù)過渡或合并到光射出面中。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目標是分別降低太陽能集中器和次級太陽能集中器的生產成本，為此，增加不致引起反感的和適銷的生產元件部分是所希望的。
[0004]前述目標通過具有單體式的實心主體的太陽能集中器實現(xiàn)的，其相應地由透明材料制成，該主體包括光射入面和光射出面，其中實心主體包括布置在光射入面和光射出面之間并且有利地在光射出面的方向上(線性地或非線性地)逐漸變細的光導向部，該光導向部被光射入面和光射出面之間的光導向部表面限定，和其中光導向部表面包括至少一個凹陷、凹槽或凹口。
[0005]在本發(fā)明的含義中，透明材料特別地是玻璃。在本發(fā)明的含義中，透明材料特別地是硅酸鹽玻璃。在本發(fā)明的含義中，透明材料特別地是如文獻PCT/EP2008/010136中描述的玻璃。在本發(fā)明的含義中，玻璃特別地包括:
[0006]0.2到2%重量百分比的Al2O3,
[0007]0.1到1%重量百分比的Li2O,
[0008]0.3，特別地0.4至Ij 1.5%重量百分比的Sb2O3,
[0009]60到75%重量百分比的SiO2,
[0010]3到12%重量百分比的Na2O,
[0011]3到12%重量百分比的K2O,和/或
[0012]3到12%重量百分比的CaO。
[0013]當采用本發(fā)明的含義時，光導向部表面特別地相對于太陽能集中器的光軸傾斜至少3°。太陽能集中器的光軸特別地垂直于或正交于光射出面。光導向部表面可以有涂層。
[0014]在本發(fā)明的一個有利實施方案中，光導向部表面以連續(xù)的第一導數(shù)合并到、過渡或經歷過渡進入光射出面中。在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，光導向部表面以一彎曲段(彎曲部分)合并到、過渡或經歷過渡進入光射出面中，彎曲段的半徑不大于0.25mm，特別地不大于0.15mm，優(yōu)選地不大于0.1mm0在本發(fā)明進一步有利的實施方案中，彎曲段的半徑不大于0.04mm。在本發(fā)明進一步有利的實施方案中，從光導向部表面到光射出面的特別彎曲的過渡是坯模制造的。
[0015]在本發(fā)明進一步有利的實施方案中，光射出面是坯模制造的。
[0016]在本發(fā)明進一步有利的實施方案中，光射入面是凸起的或平面的。光射出面可以構形成非球面的或球面的。
[0017]在本發(fā)明進一步有利的實施方案中，光射出面是坯模制造的。在本發(fā)明的含義中，術語坯模制造特別是應當理解為下列方式:即光學地操作的表面會在壓力下被模制，以使得該光學有效表面的輪廓的任何隨后的精加工或后處理可以被省去和不應用和將不必提供。因此，特別地規(guī)定，在坯模制造之后，不研磨光射出面，即其將不進行研磨處理。
[0018]在本發(fā)明進一步有利的實施方案中，光射出面是(彎曲的)凸起的(凸起地彎曲)。在本發(fā)明的特別有利的實施方案中，凸起的光射出面以大于30_的彎曲段彎曲。在本發(fā)明進一步的實施方案中，凸起的光射出面如此彎曲以使得其偏離理想平面和光射出面的(最大)輪廓偏差總計小于ΙΟΟμπι。在本發(fā)明的含義中，理想平面特別地是這樣一個平面，其通過從光導向通道部表面進入光射出面的過渡部。在本發(fā)明的含義中，光射出平面特別地是這樣一個平面，其通過從光導向通道部表面進入光射出面的過渡部。
[0019]在本發(fā)明的含義中，光射出平面特別地是這樣一個平面，當所述平面位于通過光射出面的(彎曲段的)頂點的位置時，所述平面平行于通過從光通道導向部表面進入光射出面的過渡部的平面。在本發(fā)明的含義中，光射出平面特別地是這樣一個平面，當所述平面位于通過光射出面的(彎曲段的)頂點的位置時，所述平面垂直于逐漸變細的光導向(通道)部。在本發(fā)明的含義中，光射出平面特別地是這樣一個平面，當所述平面位于通過光射出面的(彎曲段的)頂點的位置時，所述平面垂直于太陽能集中器的光軸。在本發(fā)明的另一個實施方案中，凸起的光射出面如此彎曲以使得其偏離理想平面和光射出面的(最大)輪廓偏差總計大于Iy m，特別是大于40 μ m。在本發(fā)明進一步的實施方案中，光射出面是平面。平面的光射出面可以顯示輪廓相對于理想平面的偏差，理想平面特別地基于收縮且特別地是凹入的，該偏差例如可以合計高達20 μ m或甚至高達40 μ m。
[0020]在本發(fā)明的有利的實施方案中，太陽能集中器包括位于光射入面和光射出面之間的支撐框架，該支撐框架包括外部邊緣，其特別地是完全地坯模制造的。在本發(fā)明的含義中，支撐框架特別地可以完全是法蘭。在本發(fā)明的含義中，支撐框架可以特別地構形成完全地或至少部分地是圓周的。在本發(fā)明的含義中，外部邊緣特別地是太陽能集中器的這個部分:其位于距離太陽能集中器的光軸最遠的距離處。在本發(fā)明的含義中，外部邊緣特別地是太陽能集中器的這個部分:當沿徑向看時，其具有最大的尺寸。特別地規(guī)定:在相對于太陽能集中器的軸的垂直方向上，支撐框架至少部分地延伸超過光導向部，和/或支撐框架相對于太陽能集中器的光軸徑向地至少部分凸出超過光導向部。
[0021]在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，太陽能集中器的所有表面都是坯模制造的。
[0022]在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，光導向(通道)部表面包括至少兩個分開的凹陷。在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，光導向(通道)部表面包括至少四個分開的凹陷。[0023]在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，一個/多個凹陷布置在光導向部表面的面向光射入面的那半個部分中。在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，一個/多個凹陷獨占地布置在光導向部表面的面向光射入面的那半個部分中。在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，一個/多個凹陷(特別地全部)布置在光導向部表面的面向光射入面的那三分之一部分中。
[0024]在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，一個/多個凹陷在光導向部表面的方向上擴大。
[0025]在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，凹陷伸出到太陽能集中器的支撐框架中。在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，光導向部表面及其橫截面分別在凹陷及其邊緣的區(qū)域中具有拐點。
[0026]在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，一個/多個凹陷包括連續(xù)成凹形彎曲的橫截面。
[0027]在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，光導向部借助于成凹形彎曲的過渡區(qū)域合并到、過渡到或經歷過渡進入支撐框架中。在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，光導向部表面借助于成凹形彎曲的過渡區(qū)域經歷過渡進入支撐框架中。在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，實心主體包括在光導向部和支撐框架之間的成凹形彎曲的過渡區(qū)域。
[0028]在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，過渡區(qū)域的成凹形彎曲段以至少0.3mm，特別地至少0.5_，特別地至少1_，的曲率半徑彎曲。在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，過渡區(qū)域的成凹形彎曲段以沿太陽能集中器光軸方向至多20%光導向部尺寸的，特別地至多2mm的，曲率半徑彎曲。
[0029]此外，前述目標進一步通過包括特別是一個或多個前述特征并且具有單體式實心主體的太陽能集中器而實現(xiàn)，實心主體由透明材料制成，太陽能集中器包括光射入面和光射出面，其中實心主體包括布置在光射入面和光射出面之間并且特別地在光射出面的方向上(線性地或非線性地)逐漸變細的光導向部，該光導向部被光射入面和光射出面之間的光導向部表面限定，其中實心主體包括位于光射入面和光導向部之間的支撐框架，和其中光導向部借助于成凹形彎曲的(坯模制造的)過渡區(qū)域合并到、過渡到或經歷過渡進入支撐框架中，光導向部表面借助于成凹形彎曲的(坯模制造的)過渡區(qū)域合并到、過渡到或經歷過渡進入支撐框架中，和/或實心主體包括在光導向部和支撐框架之間的成凹形彎曲的(坯模制造的)過渡區(qū)域。
[0030]在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，(坯模制造的)過渡區(qū)域的成凹形彎曲段以至少0.3mm,特別地至少0.5mm,特別地至少Imm,的曲率半徑彎曲。在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，(坯模制造的)過渡區(qū)域的成凹形彎曲段以沿太陽能集中器光軸方向至多光導向部尺寸的20%，特別地至多2mm的，曲率半徑彎曲。
[0031]此外，本發(fā)明涉及包括前述由透明材料制成的太陽能集中器的太陽能模塊，其中太陽能集中器利用凸起的光射出面連接到光伏元件上和/或面向光伏元件。在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，太陽能模塊包括散熱器，其上布置光伏元件。在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，太陽能集中器的保持裝置布置在散熱器上。在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，太陽能模塊包括太陽能集中器的保持裝置。在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，保持裝置將太陽能集中器固定到太陽能集中器的支撐框架上。在本發(fā)明的進一步有利的實施方案中，太陽能模塊包括將太陽光對齊到太陽能集中器的光射入面上的透鏡。
[0032]本發(fā)明還涉及產生電能的方法，其中特別地借助于初級太陽能集中器使太陽光進入前述太陽能模塊的太陽能集中器的光射入面。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]本發(fā)明進一步的優(yōu)點和細節(jié)由下列對實施方式的優(yōu)選實例的說明而將變得顯而易見。下列附圖中顯示的是:
[0034]圖1是根據(jù)本發(fā)明的太陽能集中器的實施方案的實例；
[0035]圖2是圖1中顯示的太陽能集中器的局部示意圖；
[0036]圖3是圖1中顯示的太陽能集中器的俯視圖；
[0037]圖4是根據(jù)圖3的截面線A-A，通過截面示意圖表示的圖1中顯示的太陽能集中器；
[0038]圖5是通過仰視圖的根據(jù)圖1的太陽能集中器；和
[0039]圖6是包括根據(jù)圖1的太陽能集中器的太陽能模塊的實施方案的實例。
【具體實施方式】
[0040]圖1通過橫截面示意圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的太陽能集中器I的實施方案的實例。太陽能集中器I包括光射入(表)面2和坯模制造的光射出(表)面3以及位于光射入面2和光射出面3之間并且在光射出面3的方向上逐漸變細的光導向(通道)部4。附圖標記5表不光導向部表面，其在光射入面2和光射出面3之間限定光導向部4。在此,光導向部表面5合并到(過渡到或經歷過渡進入)一正如在圖2中更詳細表示的一帶有彎曲段8的光射出面3中，彎曲段8的曲率半徑是大約0.1mm。在有利的實施方案中，凸起的光射出面3以大于30mm的曲率半徑彎曲，以使得其分別偏離理想平面和光射出面30的輪廓偏差31的最大值總計小于ΙΟΟμπι。在實施方案的本實例中，凸起的光射出面3凸起地彎曲以使得其偏離理想平面和光射出面30的輪廓偏差31的最大值總計小于100 μ m。在光射入面2和光導向部表面5之間，太陽能集中器I包括支撐框架6，其具有坯模制造的外部邊緣61，其中表面5是光導向部表面5，其借助于成凹形彎曲的(坯模制造的)過渡區(qū)域65 (曲率半徑=1.5mm)經歷過渡進入支撐框架5 (正確解讀:6)中。
[0041]圖3顯示了太陽能集中器I的俯視圖，圖4根據(jù)圖3的截面線A-A通過截面示意圖顯示了太陽能集中器，圖5顯示了太陽能集中器I的底視圖。在太陽能集中器I的上部，太陽能集中器I包括光導向部表面5的多個凹陷91。在此，凹陷向上延伸到支撐框架6。光導向部表面5及其橫截面曲線在凹陷91的區(qū)域中分別包括拐點92。
[0042]圖6顯示了包括根據(jù)本發(fā)明的太陽能集中器I的太陽能模塊40的實施方案的實例。太陽能模塊40包括散熱器或冷卻體41，其上布置著光伏元件42和太陽能集中器I的保持裝置44。借助于粘合材料層43將光射出面3連接到光伏元件42。太陽能模塊40進一步包括被設計為菲涅耳透鏡或鼓形透鏡的初級太陽能集中器45，用于將太陽光50與太陽能集中器I的光射入面2對準，太陽能集中器I分別被布置和構形和提供為次級太陽能集中器。由光射入面2提供到太陽能集中器I中的太陽光經由太陽能集中器I的光射出面3射出并且遇到光伏元件42。
【權利要求】
1.一種太陽能集中器(1)，其具有由透明材料制成的實心主體，該太陽能集中器包括光射入面(2)和光射出面(3)，其中該實心主體包括布置在光射入面(2)和光射出面(3)之間并且特別地在光射出面(3 )的方向上逐漸變細的光導向部(4)，該光導向部(4)被光射入面(2)和光射出面(3)之間的光導向部表面(5)限定，其特征在于光導向部表面(5)包括至少一個凹陷(91)。
2.根據(jù)權利要求1所述的太陽能集中器(1)，其特征在于光導向部表面(5)包括至少兩個分開的凹陷(91)。
3.根據(jù)權利要求2所述的太陽能集中器(1)，其特征在于光導向部表面(5)包括至少四個分開的凹陷(91)。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的太陽能集中器(1)，其特征在于一個/多個凹陷(91)布置在光導向部表面(5)的面向光射入面(2)的那半個部分中。
5.根據(jù)任何一項前述權利要求所述的太陽能集中器(1)，其特征在于一個/多個凹陷(91)獨占地布置在光導向部表面(5)的面向光射入面(2)的那半個部分中。
6.根據(jù)任何一項前述權利要求所述的太陽能集中器(1)，其特征在于一個/多個凹陷(91)布置在光導向部表面(5)的面向光射入面(2)的那三分之一部分中。
7.根據(jù)任何一項前述權利要求所述的太陽能集中器(1)，其特征在于一個/多個凹陷(91)在光導向部表面(5)的方向上擴大。
8.根據(jù)任何一項前述權利要求所述的太陽能集中器(1)，其特征在于一個/多個凹陷(91)包括連續(xù)成凹形彎曲的截面。
9.根據(jù)任何一項前述權利要求所述的太陽能集中器(1)，其特征在于實心主體包括位于光射入面(2)和光導向部(4)之間的支撐框架(6)。
10.根據(jù)權利要求9所述的太陽能集中器(1)，其特征在于光導向部(4)借助于成凹形彎曲的過渡區(qū)域(65 )經歷過渡進入支撐框架(6 )中。
11.根據(jù)權利要求9所述的太陽能集中器(1)，其特征在于光導向部表面(5)借助于成凹形彎曲的過渡區(qū)域(65)經歷過渡進入支撐框架(6)中。
12.根據(jù)權利要求9所述的太陽能集中器(1)，其特征在于實心主體包括在光導向部(4)和支撐框架(6)之間的成凹形彎曲的過渡區(qū)域(65)。
13.—種太陽能集中器(1)，其具有由透明材料制成的實心主體，該太陽能集中器包括光射入面(2)和光射出面(3)，其中實心主體包括布置在光射入面(2)和光射出面(3)之間并且特別地在光射出面(3)的方向上逐漸變細的光導向部(4)，該光導向部(4)被光射入面(2)和光射出面(3)之間的光導向部表面(5)限定，和其中實心主體包括位于光射入面(2)和光導向部(4)之間的支撐框架(6)，其特征在于光導向部(4)借助于成凹形彎曲的過渡區(qū)域(65)經歷過渡進入支撐框架(6)中，光導向部表面(5)借助于成凹形彎曲的過渡區(qū)域(65)經歷過渡進入支撐框架(6)中，和/或實心主體包括在光導向部(4)和支撐框架(6)之間的成凹形彎曲的過渡區(qū)域(65 )。
14.根據(jù)權利要求10到13中任何一項所述的太陽能集中器(1)，其特征在于過渡區(qū)域(65)的成凹形彎曲段以至少0.3_，特別地至少0.5mm,的曲率半徑彎曲。
15.根據(jù)權利要求10到14中任何一項所述的太陽能集中器(1)，其特征在于過渡區(qū)域(65)的成凹形彎曲段以至多2mm的曲率半徑彎曲。
16.一種太陽能模塊，其特征在于根據(jù)任何一項前述權利要求中所述的太陽能集中器(I)利用其光射出面(3)連接到光伏元件(42)和/或面向光伏元件(42)。
17.—種產生電能的方法，其特征在于使太陽光進入根據(jù)權利要求16的太陽能模塊的太陽能集中器(I)的光射入面(2)。`
【文檔編號】F24J2/15GK103890632SQ201280050810
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月5日 優(yōu)先權日:2012年2月21日
【發(fā)明者】W·溫特澤爾, 拉爾斯·阿諾德, 哈根·戈德曼 申請人:博士光學歐洲股份公司