具有可變拔模角的聚光菲涅爾透鏡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及透鏡領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明涉及用于聚光光伏發(fā)電機(jī)的透鏡領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種菲涅耳透鏡和相應(yīng)的模具，所述透鏡包括多個拔模面，其中每個拔模面(draft facet)都具有拔模角(draft angle) ο
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于能源價格的不斷增漲，特別是化石燃料的價格的不斷增漲，人們對可再生能源已顯示越來越多的興趣。可再生能源的一種特別受贊賞的形式在于:通過光伏發(fā)電機(jī)將太陽光轉(zhuǎn)換成電。光伏發(fā)電機(jī)勝過其它可再生能源比如風(fēng)能、潮汐能和生物質(zhì)能的優(yōu)點包括以下事實:它不需要運動件從而降低了成本并減少維護(hù)，并且它可以安裝在尺寸范圍從幾平方厘米到占地數(shù)平方公里的光伏園區(qū)的幾乎任何地方。
[0003]光伏發(fā)電機(jī)的一種特別有利的形式包括聚光光伏發(fā)電機(jī)。甚至更具體地，聚光光伏發(fā)電機(jī)是優(yōu)選的，因為它們相比于非聚光光伏發(fā)電機(jī)，降低了材料成本。特別地，太陽光經(jīng)由至少一個透鏡匯聚到一個單元(cell)。以此方式，單元的尺寸可以減小，從而降低實現(xiàn)該單元的必要的與半導(dǎo)體材料和工藝相關(guān)聯(lián)的成本。
[0004]通常，在聚光光伏發(fā)電機(jī)中，使用菲涅耳透鏡。菲涅耳透鏡勝過標(biāo)準(zhǔn)透鏡的優(yōu)點在于如下事實:它們能利用更薄的表面達(dá)到太陽光匯聚的相同值，從而降低了對透鏡的空間要求和材料成本。在大多數(shù)情況下，菲涅爾透鏡是正方形的、或長方形的、并且布置為具有彼此相鄰的若干鏡頭的透鏡板(lens plate)。例如，圖4示意性地示出用于實現(xiàn)透鏡板4000的兩個透鏡4100和4200的頂視圖。特別地，在透鏡4200中，多條圓形線圖示出菲涅耳透鏡的分面(facet)。在透鏡4100中，僅表示出其中一些分面，以便于說明。更具體地，透鏡4100中的最小圖示分面對應(yīng)于半徑R41。對應(yīng)于半徑R42的較大分面連同對應(yīng)于更大半徑R43的分面一起示出。如可見的，僅具有半徑小于或等于透鏡4100的寬度4001的一半的那些分面達(dá)成完整的圓周。這是例如對于具有半徑R41和R42的分面的情況。對于一些分面比如具有半徑R43的分面，僅圓周的一些部分嵌合(fit)在透鏡4100內(nèi)。嵌合在透鏡4100中的最后一個圓周，理想上為嵌合在透鏡4100中的具有最大值的半徑R44對應(yīng)的圓周。
[0005]圖1示意性地示出單個菲涅爾透鏡1000的沿透鏡的直徑截取的截視圖。
[0006]特別地，菲涅爾透鏡1000實現(xiàn)在具有多個透鏡部段1100-1600的比如玻璃的或塑料的基底1001上。更具體地，透鏡部段1100-1600的每一個都包括:斜坡面(slope facet)和拔模面。例如，關(guān)于透鏡部段1500，標(biāo)出了斜坡面1540和拔模面1550。斜坡面和拔模面由它們的角度和長度來限定。更具體地，透鏡部段1100-1600的每一個的斜坡面1540具有:參照透鏡部段1300的相應(yīng)斜坡面1540所標(biāo)出的斜坡角(slope angle) 1341。類似地，透鏡部段1100-1600的每一個的拔模面1550具有:參照透鏡部段1100的相應(yīng)拔模面1550所標(biāo)出的拔模角1151。
[0007]斜坡面1540是提供光學(xué)功能的分面。在另一方面，使用拔模面1550以達(dá)到菲涅耳透鏡1000的平坦形狀、卻不提供光學(xué)功能。因此，一般而言，菲涅耳透鏡的目標(biāo)是具有盡可能小的拔模角1151，以減少菲涅耳透鏡的不實現(xiàn)任何光學(xué)功能的表面，以最大化透鏡的效率。
[0008]然而，拔模角1151的減小只可能到一定程度。這特別是由于復(fù)制成型的(replicated)菲涅爾透鏡的制造方法。由于加工成型的(machined)菲涅爾透鏡過于昂貴，所以采用較廉價的復(fù)制成型菲涅爾透鏡的方法。通常，用于實現(xiàn)菲涅爾透鏡的第一主結(jié)構(gòu)首先制在金剛石上，從而變成金屬基底。該第一主結(jié)構(gòu)然后通過使用電鑄(electroforming)而以镲復(fù)制。由第一镲復(fù)制品，進(jìn)而制得镲模具以構(gòu)建完整的生產(chǎn)用具，該生產(chǎn)用具然后用于復(fù)制成型的透鏡或透鏡板的大批量生產(chǎn)中。在此制造方法中的關(guān)鍵工藝步驟是鎳模具對的分離。在該步驟中，拔模角1151起著關(guān)鍵作用，因為該角度越小則分離兩個鎳模具所需的力就越大。這通常意味著該角度不能被減小到零，而必須在菲涅耳透鏡的光學(xué)效率與透鏡本身經(jīng)由上述工藝的可制造性之間找到最優(yōu)的最小角度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此，本發(fā)明的目的是提供一種菲涅耳透鏡和相應(yīng)的模具，其實現(xiàn)高效率的同時仍提供高水平的可制造性。
[0010]本發(fā)明可以涉及一種用于菲涅耳透鏡的模具，其中，所述模具的拔模面的拔模角具有對于兩個不同拔模面的至少兩個不同角度值。本發(fā)明還可以涉及一種包括多個拔模面的菲涅爾透鏡，其中，拔模面的拔模角具有對于兩個不同拔模面的至少兩個不同角度值。本發(fā)明還可以涉及一種菲涅耳透鏡或用于菲涅爾透鏡的模具的制造方法，包括利用對于兩個不同拔模面的至少兩個不同角度值而實現(xiàn)所述透鏡的或相應(yīng)所述模具的拔模面的步驟。
[0011]這提供的有益優(yōu)點是:不同角度可用于不同分面，從而使模具/模具分離以及透鏡/模具分離更容易。
[0012]在一些實施方案中，所述至少兩個不同值可以包括對于第一模具或透鏡部段的拔模面的拔模角的第一值、以及對于第二模具或透鏡部段的拔模面的拔模角的另一個值，其中較靠近所述模具的或所述透鏡的中心的模具或透鏡部段可以具有對于拔模角的較小值。
[0013]這提供的有益優(yōu)點是:通過較大的拔模角，從而使模具/模具分離以及透鏡/模具分離在第二模具或透鏡部段上更容易。
[0014]在一些實施方案中，所述模具或透鏡的第一區(qū)域的拔模面的拔模角可以小于所述模具或透鏡的第二區(qū)域的拔模面的拔模角。
[0015]這提供的有益優(yōu)點是:通過較大的拔模角，從而使模具/模具分離以及透鏡/模具分離在第二模具或透鏡區(qū)域上更容易。
[0016]在一些實施方案中，拔模角可以隨拔模面的半徑的增加而增大。
[0017]這提供的有益優(yōu)點是:隨半徑增加，分階段地使模具/模具分離和透鏡/模具分離更容易，從而更有利于逐漸更難以分離的拔模面的分離，以便達(dá)到在透鏡的整個表面上的恒定分離力。
【附圖說明】
[0018]現(xiàn)在將使用有利實施方案并參照附圖，在下文以示例方式更詳細(xì)地描述本發(fā)明。所描述的實施方案僅是可能的配置，其中單獨的特征然而可以如上述地彼此獨立地實現(xiàn)、或者可以省略、或者可以在不同實施方案之間進(jìn)行組合。附圖中示出的等同元件設(shè)置有相同的附圖標(biāo)記。關(guān)于不同附圖中示出的等同元件的描述的一些部分可能略去。在附圖中:
[0019]圖1示意性地示出一種恒定節(jié)距(pitch)式菲涅耳透鏡1000 ;
[0020]圖2示意性地示出一種恒定高度式菲涅爾透鏡2000 ；
[0021]圖3示意性地示出在具有不同于圓形形狀的幾何形狀的菲涅耳透鏡的拔模面面積與半徑之間的關(guān)系；
[0022]圖4示意性地示出一種包括兩個方形菲涅耳透鏡的透鏡板4000 ;以及
[0023]圖5示意性地示出一種根據(jù)本發(fā)明的實施方案的正方形菲涅爾透鏡。
【具體實施方式】
[0024]圖1所示菲涅爾透鏡1000是一種恒定節(jié)距式菲涅耳透鏡。特別地，關(guān)于透鏡部段1600而標(biāo)出的水平尺度1610，對于透鏡部段1100-1600的每一個都是相同的。由于聚焦光線所需的透鏡的幾何形狀，所以當(dāng)從透鏡1000的中心C朝向透鏡1000的外周移動時斜坡角1341增大。在恒定節(jié)距式菲涅爾透鏡中，例如圖1所示的透鏡1000，透鏡部段1100-1600的每一個的高度于是將在遠(yuǎn)離中心C時增大。特別地，相關(guān)于毗鄰?fù)哥R1000的中心C的透鏡部段1100而示出的高度1130，小于參照較遠(yuǎn)離透鏡1000的中心C的透鏡部段1300而示出的高度1320。
[0025]這種高度的增加導(dǎo)致下述事實:利用上述制造工藝所實現(xiàn)的鎳模具較難以在遠(yuǎn)離中心C的那些透鏡區(qū)域中分離。特別是，如圖1中可見，透鏡部段1300的相應(yīng)拔模面1550比透鏡部段1100的相應(yīng)拔模面1550具有更大的尺寸。較大拔模面的增加的高度致使:在透鏡部段1300和1600的區(qū)域中，比在較靠近透鏡的中心C的透鏡部段1100和1200的區(qū)域中，更難以在模具之間分離。特別是，對于小拔模角，拔模面1550具有準(zhǔn)豎直表面。雖然這樣的準(zhǔn)垂直表面的分離對于透鏡部段1100的拔模面1550可能不會有問題，但它對于透鏡部段1300的拔模面1550變得逐漸更困難。
[0026]降低遠(yuǎn)離中心C的透鏡部段的拔模面的尺寸的一種可能方法，由圖2的菲涅耳透鏡20