專利名稱：聚光光伏系統(tǒng)中的近場光束衍射疊加方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及在聚光光伏(Concentrating Photovoltaic, CPV)發(fā)電系統(tǒng)中采用近場光束衍射疊加方法，運(yùn)用透鏡、菲涅耳透鏡、波帶板(片)、反射鏡、柱面透鏡或柱面反射鏡，及其列陣等光學(xué)元件形成形狀和尺寸與半導(dǎo)體太陽能電池匹配的均勻聚光，以達(dá)到高效的太陽能電池利用與光電轉(zhuǎn)化效率。
2.背景技傳統(tǒng)聚光光伏系統(tǒng)通常使用一級或多級光學(xué)系統(tǒng)，將太陽光會聚在半導(dǎo)體太陽能電池上。由于聚光作用，所需半導(dǎo)體太陽能電池的面積可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于整個(gè)系統(tǒng)接收的入射太陽光的面積，從而大大節(jié)省太陽能電池的材料使用，降低聚光光伏系統(tǒng)的成本。在此基礎(chǔ)上，可以使用效率很高、成本也相對較高的三五(III-V)族多結(jié)半導(dǎo)體太陽能電池(例如目前已有的砷化鎵類三結(jié)半導(dǎo)體電池效率已經(jīng)達(dá)到41% )，從而提高聚光光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率。另外，相對于單倍太陽光照，采用會聚太陽光能的方式還可以提高半導(dǎo)體太陽能電池本身的能量轉(zhuǎn)化效率和利用率?？紤]到晶片切割的成本，半導(dǎo)體聚光太陽能電池片通常為長方形或正方形，但也不排除別的特殊形狀。聚光光伏系統(tǒng)中的光學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)該使得會聚的太陽光聚焦光斑與電池的形狀和尺寸相匹配，并均勻地照射在聚光電池上。如聚焦光斑與電池的形狀不匹配，會造成聚光電池面積的浪費(fèi)或者部分會聚光斑能量不能夠被有效接收；如聚焦光斑不均勻，則會降低相應(yīng)的聚光電池效率。為了在聚光光伏系統(tǒng)中產(chǎn)生與電池形狀和尺寸匹配的均勻聚焦光斑，在一項(xiàng)近期的美國專利申請(申請?zhí)杣s 2008/0041441 Al)中聚光設(shè)計(jì)采用長方形棱鏡陣列[參考文獻(xiàn)1]。陣列中的每個(gè)長方形子棱鏡都分別將照射于其上的太陽光均勻折射到長方形的聚光電池上。這個(gè)方法的一個(gè)局限性是每個(gè)子棱鏡的大小需要跟聚光電池的大小相似，也就是說，如果采用會聚500倍的高倍聚光光伏系統(tǒng)，此棱鏡陣列需要500個(gè)子棱鏡，造成生產(chǎn)加工上的困難利高成本。此方法的另一個(gè)局限性是不能有較高的數(shù)值孔徑，導(dǎo)致聚光光伏組件的箱體較厚。另一個(gè)美國專利申請(申請?zhí)朥S 2007/0251568 Al)公開了一個(gè)類似的采用子透鏡/子反射鏡陣列的光學(xué)成像會聚系統(tǒng)[參考文獻(xiàn)2]。這個(gè)方法的一個(gè)局限性是基于幾何成像疊加，嚴(yán)格的物像關(guān)系要求將子透鏡/子反射鏡陣列放在二級光學(xué)元件前的 2倍焦距處，導(dǎo)致整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)沿光軸方向至少需要3倍焦距以上的厚度。和前一個(gè)專利類似，此方法也要求陣列中的子鏡和聚光電池大小相似，同樣不適用于高倍聚光光伏系統(tǒng)。透鏡列陣過去曾用于激光核聚變和X射線激光中，用來產(chǎn)生均勻的激光場[參考文獻(xiàn)3]。激光場的相干性很容易產(chǎn)生由列陣邊緣帶來的干涉和強(qiáng)衍射，所以列陣只能放在主鏡的附近。該技術(shù)中主透鏡和子透鏡均為圓透鏡，只是對于均勻線聚焦，子透鏡改為柱透
^Mi ο透鏡列陣有時(shí)也被稱為列陣透鏡、蠅眼透鏡或復(fù)眼透鏡。本發(fā)明采用子透鏡/子反射鏡陣列，利用太陽光的近場光束衍射非相干疊加方法來實(shí)現(xiàn)具有與光伏電池相似形狀的均勻聚光。
3.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明使用透鏡/反射鏡等光學(xué)元件陣列，首次將近場光束衍射疊加方法用于聚光光伏系統(tǒng)，利用太陽光的近似非相干性以期獲得擁有理想形狀的(與光伏電池形狀相似)、強(qiáng)度均勻的聚光。并在聚光系統(tǒng)上，提出了一系列新穎的設(shè)計(jì)。由于子鏡陣列的存在，整個(gè)系統(tǒng)有效焦點(diǎn)位于主透鏡焦點(diǎn)的前方或后方。對于一個(gè)理想幾何光學(xué)系統(tǒng)(各光學(xué)元件具有拋物面形)，通過子鏡陣列分解的子光束在主透鏡的焦點(diǎn)上有著完全一樣的橫截面，所有子光束在這一焦點(diǎn)上的疊加會產(chǎn)生一個(gè)均勻的光斑。由于太陽光的不相干性和近場衍射，光斑形狀和陣列中的子鏡相同，而光斑的尺寸大小則由主鏡和子鏡的各自焦距和相互位置決定。本發(fā)明采用的陣列中的子鏡可以是透鏡、菲涅耳透鏡、波帶板(片)、反射鏡、菲涅耳反射鏡等會聚/發(fā)散光學(xué)元件，并具有拋物面形或近拋物的非球面以消除/減少球形像差，但一些小面積或長焦元件也可使用常用的球面。其形狀和光伏電池形狀應(yīng)相同。一維聚光系統(tǒng)，會通常采用一維拋物柱面鏡。本發(fā)明采用的主鏡可以是透鏡、菲涅耳透鏡、波帶板、反射鏡、菲涅耳反射鏡等會聚/發(fā)散光學(xué)元件，或它們的組合。并具有拋物面形或近拋物的非球面以消除/減少球形像差，但一些小面積或長焦元件也可使用常用的球面。一維聚光系統(tǒng)，會通常采用一維拋物柱面鏡。近場衍射使太陽光聚焦光斑具有和子鏡同樣的形狀，子光束的衍射疊加產(chǎn)生均勻和亮度加強(qiáng)的聚光。子透鏡/子反射鏡陣列可以放在聚光光伏系統(tǒng)的任何一級。只要滿足近場條件，陣列距離其他光學(xué)元件可以在一定范圍內(nèi)隨意調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致整個(gè)聚光光伏系統(tǒng)組裝箱體減小，成本降低。本發(fā)明的優(yōu)越性在于1.產(chǎn)生和光伏電池形狀相似的均勻聚光；2.系統(tǒng)成本低，箱體小；3.在其他元件特性(焦距，光闌孔徑)固定下，聚光倍數(shù)還可通過陣列與主鏡的距離來調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)靈活機(jī)動，適用廣泛；4.受器件相對太陽光位置偏差和不均勻入射太陽光的影響比較小；5.受光伏電池在光軸上的位置影響比較小。
4.


為方便起見，除非特別說明，下文中一律將拋物形透鏡、菲涅耳透鏡、球面與非球面透鏡統(tǒng)稱為透鏡，而把拋物形反射鏡、菲涅耳反射鏡、球面與非球面反射鏡統(tǒng)稱為反射鏡。在所有圖中，Z坐標(biāo)代表光軸方向，X、Y坐標(biāo)代表垂直于光軸Z的平面。圖1是傳統(tǒng)聚光光伏系統(tǒng)的一級光學(xué)設(shè)計(jì)示意圖。圖中，11-入射太陽光，12-前窗，13-主透鏡/凹面反射鏡，14-會聚光斑及太陽能光伏電池。圖2是傳統(tǒng)聚光光伏系統(tǒng)的兩級光學(xué)設(shè)計(jì)示意圖。圖中，21-入射太陽光，22-前窗，23-(第一級)主透鏡/凹面反射鏡，24-(第二級)透鏡/反射鏡，25-會聚光斑及太陽能光伏電池。
圖3是采用近場光束衍射疊加的一維、一級聚光光伏系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)示意圖。圖中，31-入射太陽光，32-前窗，33-柱面反射鏡列陣，34-拋物形柱面，35-會聚光斑及太陽能光伏電池。圖4是采用近場光束衍射疊加的二維、一級聚光光伏系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)示意圖，子鏡陣列靠近前窗。圖中，41-入射太陽光，42-前窗，43-透鏡/反射鏡列陣，43a-透鏡/反射鏡列陣(正面視圖)，44-拋物形主鏡(凸透鏡或凹面反射鏡)，45-會聚光斑及太陽能光伏電池，45a-會聚光斑及太陽能光伏電池(正面視圖)，F(xiàn)-主鏡焦距，Δ-列陣與主鏡間距。圖5是采用近場光束衍射疊加的二維、兩級聚光光伏系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)示意圖，子鏡陣列是作為主透鏡后的第二級光學(xué)元件。圖中，51-入射太陽光，52-前窗，53-拋物形主鏡(凸透鏡或凹面反射鏡)，54-透鏡/反射鏡列陣，54a-透鏡/反射鏡列陣(正面視圖)， 55-會聚光斑及太陽能光伏電池，55a-會聚光斑及太陽能光伏電池(正面視圖)，F(xiàn)-主鏡焦距，Δ -列陣與主鏡間距。圖6是顯示采用近場光束衍射疊加的聚光光伏系統(tǒng)不受子鏡陣列位置偏移或偏差的影響的示意圖。圖中，61-入射太陽光，62-主透鏡/反射鏡，63-沿Y軸偏離的光闌， 64-透鏡/反射鏡列陣，65-從不同子鏡互補(bǔ)區(qū)域的光線會形成一個(gè)完整的光斑。圖7是采用近場光束衍射疊加的一維、一級聚光光伏系統(tǒng)的示意圖。為圖示方便，前窗沒有給出示意圖。圖中，71-入射太陽光，72-排列在拋物形柱面上的反射鏡列陣， 73-拋物形柱面，74-會聚光斑及太陽能光伏電池。圖8是采用近場光束衍射疊加的一維、兩級聚光光伏系統(tǒng)的示意圖，子鏡陣列位置靠近前窗。圖中，81-入射太陽光，82-拋物形柱透鏡列陣及前窗，83-主反射柱面鏡， 84- 二級反射柱面鏡/平面鏡，85-會聚光斑及太陽能光伏電池。圖9是采用近場光束衍射疊加的一維、兩級聚光光伏系統(tǒng)的示意圖，子鏡陣列是作為第二級光學(xué)元件。為圖示方便，前窗沒有給出示意圖。圖中，91-入射太陽光，92-主反射柱面鏡，93-拋物形柱面反射鏡列陣，94-會聚光斑及太陽能光伏電池。圖10是采用近場光束衍射疊加的二維、兩級聚光光伏系統(tǒng)的示意圖，子鏡陣列位置靠近前窗。圖中，101-入射太陽光，102-拋物形透鏡列陣及前窗，103-拋物形主反射鏡， 104-拋物形二級反射鏡，105-會聚光斑及太陽能光伏電池。圖11是采用近場光束衍射疊加的二維、兩級聚光光伏系統(tǒng)的示意圖，子鏡陣列是作為第二級光學(xué)元件。為圖示方便，前窗沒有給出示意圖。圖中，111-入射太陽光，112-拋物形主反射鏡，113-拋物形反射鏡列陣，114-會聚光斑及太陽能光伏電池。圖12是顯示圖11系統(tǒng)中光路示意圖。圖中，121-入射太陽光，122-拋物形主反射鏡，123-拋物形反射鏡列陣，124-會聚光斑及太陽能光伏電池。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的工作原理進(jìn)一步說明。傳統(tǒng)聚光光伏的一級聚光光學(xué)系統(tǒng)只使用一個(gè)主凸透鏡或凹反射鏡用于聚光 (如圖1所示)。而在圖2示意的傳統(tǒng)聚光光伏系統(tǒng)兩級光學(xué)設(shè)計(jì)中，主次兩級光學(xué)元件的運(yùn)用使得設(shè)計(jì)更加靈活，系統(tǒng)可以采用折疊式結(jié)構(gòu)來減小板的整體厚度。實(shí)際使用中，還采用透明材料的前窗以保護(hù)光學(xué)系統(tǒng)和光伏電池。入射太陽光通常被認(rèn)為強(qiáng)度分步均勻。而在實(shí)際情況下，系統(tǒng)光闌的存在及光學(xué)元件邊緣效應(yīng)，在高倍聚光下因較強(qiáng)的衍射導(dǎo)致會聚光斑強(qiáng)度分布不均勻。這在傳統(tǒng)的高倍聚光光伏系統(tǒng)是一個(gè)恨嚴(yán)重的問題，特別是在折疊式結(jié)構(gòu)中。另外，由于不同聚光組件的拼接帶來的聚光元件的形狀不規(guī)則性或折疊式結(jié)構(gòu)中的中心暗場，都會使這一問題更為嚴(yán)重。本發(fā)明采用子鏡陣列，絕大部分強(qiáng)度均勻分布的光通過子鏡陣列投影疊加到主鏡焦面，光闌邊緣的光或(折疊式結(jié)構(gòu)中的)中心暗場也被不同的子鏡投影到主鏡焦面。來自不同子鏡的光線聚焦后再疊加，這起到了一定的“抹平”作用，使得主鏡焦面光場分布比用傳統(tǒng)聚光系統(tǒng)的直接聚光均勻。由于使用拋物形或近拋物形非球面的成像透鏡或反射鏡， 太陽光經(jīng)過子鏡陣列的衍射光束后在主棱鏡或主反射鏡的焦點(diǎn)處具有相同的橫截面。太陽光是多色光，在所有光學(xué)元件的尺寸都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于太陽光平均波長的情況下，也可以認(rèn)為太陽光是非相干光。太陽光經(jīng)過子鏡陣列衍射后的多個(gè)光束可以直接非相干疊加，而不會互相干擾，從而在光伏電池上產(chǎn)生和子鏡形狀相似的均勻聚焦光斑。本發(fā)明的關(guān)鍵是利用近場光束衍射疊加，這就要求子鏡陣列和光束會聚疊加面的距離滿足近場衍射條件。衍射條件可用菲涅耳數(shù)來表示，近場衍射必須滿足菲涅耳數(shù)大于或等于一，即F#=^->1 (更嚴(yán)格的近場條件要求Fs > 10)
LeA
(公式1)公式1中d是陣列中單個(gè)子鏡的尺寸大小，通常大于1毫米。λ是太陽光的平均波長，一般是0.5到1微米。Le是子鏡陣列和光束疊加面之間的有效光程，可以表示為(A/ B-1/R)—1。其中，A和B是子鏡陣列到光束疊加面的光線矩陣元，R是到達(dá)子鏡陣列的光線會聚/發(fā)散的曲率半徑。簡單來講，在近場衍射條件下，太陽光通過陣列中每個(gè)子鏡在疊加面產(chǎn)生的衍射圖案幾乎是子鏡形狀按照一定比例的幾何投影。在滿足近場衍射條件下，子鏡陣列可以放在聚光系統(tǒng)的前窗附近、或單獨(dú)作為第一級或第二級光學(xué)元件。幾種常見的光學(xué)設(shè)計(jì)的原理圖如圖3，4，5所示。圖3是采用近場光束衍射疊加的一維、一級聚光光伏系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)示意圖。圖4是采用近場光束衍射疊加的一維、兩級聚光光伏系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)示意圖，其中子鏡陣列是靠近前窗作為第一級光學(xué)元件。圖5是采用近場光束衍射疊加的二維、兩級聚光光伏系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)示意圖，其中子鏡陣列是作為主透鏡后的第二級光學(xué)元件。下面結(jié)合圖4和圖5，對聚光光伏系統(tǒng)中的近場光束衍射疊加方法進(jìn)行定量分析。近場衍射傳輸可以用幾何光學(xué)來描述。在圖4中，子鏡陣列位于主透鏡的前面，聚焦光斑在X和Y方向的尺寸可以表示為X=多.<以及^=| (公式幻在圖5中，子鏡陣列位于主透鏡的后面，聚焦光斑在X和Y方向的尺寸可以表示為JT =^^. Jx 以及;T= ^^ Jv(公式 3)
/ /其中f是陣列中每個(gè)子鏡的焦距，F(xiàn)是主透鏡或主反射鏡的焦距，dx和dy是陣列中的子鏡在X和Y方向上的尺寸，Δ是子鏡陣列和主透鏡或主反射鏡之間的距離。從公式 2和公式3能夠看出，聚焦光斑的尺寸可以用多個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在圖4的系統(tǒng)中，聚焦光
7斑的尺寸和△無關(guān)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)更簡單和穩(wěn)定。而圖5的系統(tǒng)受△影響，同時(shí)也增加了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的靈活性。圖6是顯示采用近場光束衍射疊加的聚光光伏系統(tǒng)不受子鏡陣列位置偏移或偏差的影響的示意圖。這也等效顯示了本發(fā)明的設(shè)計(jì)受系統(tǒng)位置偏差和入射太陽光不均勻的負(fù)面影響比聚光光伏系統(tǒng)中的傳統(tǒng)光學(xué)設(shè)計(jì)要小。光學(xué)系統(tǒng)中的偏移可以用有效光闌來描述，子鏡陣列不受X和Y方向的偏移和光闌誤差的影響。如圖6所示，當(dāng)陣列位置出現(xiàn)偏差， 來自陣列上方的子鏡衍射斑剛好可以和下方的互補(bǔ)或部分互補(bǔ)，從而在光伏電池上形成均勻的聚光，這是單鏡所達(dá)不到的。所以使用子鏡陣列實(shí)現(xiàn)近場光束衍射疊加導(dǎo)致系統(tǒng)不受 X和Y方向偏移或偏差的影響。在本發(fā)明中，光伏電池在光軸上的位置如果發(fā)生偏移，只要在瑞利范圍(Rayleigh Range)內(nèi)都不會對聚光系統(tǒng)產(chǎn)生影響。實(shí)際上，光伏電池不要正好放在主透鏡的焦點(diǎn)位置， 而是沿著背離整個(gè)系統(tǒng)的有效焦點(diǎn)方向略偏一定距離，這樣可以避免每個(gè)子鏡邊緣和整個(gè)陣列邊緣產(chǎn)生的不均勻遠(yuǎn)場衍射斑。
5.
具體實(shí)施例方式表一一級近場光衍射疊加聚光的元件配置
權(quán)利要求
1.在聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)中，本發(fā)明采用子鏡陣列將太陽光分解成數(shù)道子光束，經(jīng)過近場衍射和傳輸，在會聚光學(xué)元件的焦點(diǎn)附近，也即是半導(dǎo)體太陽能電池的位置上，會聚疊加成為一個(gè)形狀和尺寸與半導(dǎo)體太陽能電池匹配的均勻聚焦光斑。聚焦光斑的形狀是由陣列中子鏡經(jīng)近場衍射傳輸，幾乎是子鏡形狀按一定比例的幾何投影。聚焦光斑的光強(qiáng)均勻性是由將整個(gè)光束在空間分成子光束再進(jìn)行非相干疊加的過程來實(shí)現(xiàn)的。
2.權(quán)項(xiàng)1中，滿足近場衍射傳輸?shù)臈l件是子鏡陣列和光束會聚疊加面(即光伏電池所在位置)之間所對應(yīng)的菲涅耳數(shù)大于或等于一，即Fs = d2/LeA彡1，(更嚴(yán)格的近場條件要求F#> 10)，其中d是陣列中單個(gè)子鏡的大小，λ是太陽光的平均波長，Le是子鏡陣列和光伏電池之間的有效光程。在這個(gè)條件下，太陽光通過陣列中每個(gè)子鏡產(chǎn)生的衍射圖案近似于子鏡的形狀按一定比例的幾何投影。
3.權(quán)項(xiàng)1中，只要滿足近場衍射傳輸條件，子鏡陣列和會聚光學(xué)元件的距離可以在一定范圍內(nèi)隨意調(diào)節(jié)，從而有助于整個(gè)聚光光伏系統(tǒng)組件箱體厚度的減小。
4.權(quán)項(xiàng)1中，聚光光伏系統(tǒng)可以采用一級或多級光學(xué)系統(tǒng)。因此，會聚光學(xué)元件可以是一個(gè)主光學(xué)元件，也可以是主光學(xué)元件和一個(gè)或多個(gè)次級光學(xué)元件的組合。這里的主光學(xué)元件和次級光學(xué)元件可以是單個(gè)透鏡、反射鏡、菲涅耳透鏡、菲涅耳反射鏡、波帶板(片) 或是它們的組合。理想狀況下，光學(xué)元件表面呈拋物面形以減少球差的影響。實(shí)際運(yùn)用中也可采用近拋物的非球面光學(xué)元件，甚至球面光學(xué)元件(但球面所帶來的球差會影響系統(tǒng)性能)。
5.對于一維光學(xué)系統(tǒng)，權(quán)項(xiàng)1和4中主光學(xué)元件和次級光學(xué)元件采用柱面鏡，橫截面呈拋物線形，實(shí)際運(yùn)用中也可采用近拋物線形或圓弧形。
6.權(quán)項(xiàng)1中，子鏡陣列是由多個(gè)相同的單元光學(xué)元件或單元光學(xué)元件的一部分組成的陣列，其中的單元光學(xué)元件稱為子鏡。子鏡可以采用透鏡、反射鏡、菲涅耳透鏡、菲涅耳反射鏡、波帶板(片)或是它們的組合。理想狀況下，子鏡表面呈拋物面形。實(shí)際運(yùn)用中也可采用近拋物的非球面，甚至球面光學(xué)元件(但球面所帶來的球差會影響系統(tǒng)性能)。
7.對于一維光學(xué)系統(tǒng)，權(quán)項(xiàng)1和6中的子鏡采用柱面鏡，橫截面呈拋物線形，實(shí)際運(yùn)用中也可采用近拋物線形或圓弧形。
8.權(quán)項(xiàng)1，6，7中的子鏡的形狀通常是長方形或正方形，但也不排除別的特殊形狀。要求和光伏電池的形狀相同/相似。
9.權(quán)項(xiàng)1，6，7中的子鏡如果采用發(fā)散光學(xué)元件，包括凹透鏡、凸面鏡、發(fā)散菲涅耳透鏡或發(fā)散菲涅耳反射鏡/波帶板(片)，因更好地滿足近場衍射傳輸?shù)臈l件，可更好地完成子鏡形狀的近幾何投影。
10.權(quán)項(xiàng)1中的衍射光束的聚焦面即是半導(dǎo)體太陽能電池的位置。在實(shí)際系統(tǒng)中也可將太陽能電池的位置在會聚光學(xué)元件的焦點(diǎn)位置附近沿著背離聚光系統(tǒng)等效焦點(diǎn)的方向略偏離一定距離，這樣可以避免每個(gè)子鏡邊緣和整個(gè)陣列邊緣產(chǎn)生的遠(yuǎn)場衍射，進(jìn)一步提高聚光的均勻性。
11.權(quán)項(xiàng)1中的子鏡陣列可以放在聚光光伏系統(tǒng)中的任何一級。在實(shí)際運(yùn)用中，子鏡陣列的位置可以是作為前窗或靠近前窗，或靠近主光學(xué)元件，或作為第二級光學(xué)元件，等等。 由此而產(chǎn)生的各種可能的設(shè)計(jì)中，權(quán)項(xiàng)2，3，4，5，6，7，8，9，10適用。
12.權(quán)項(xiàng)1中的子鏡陣列也可以排列放在一個(gè)拋物面上(實(shí)際運(yùn)用中也可采用近拋物的非球面，甚至球面)。在反射系統(tǒng)中該拋物面等效起到一個(gè)透鏡會聚的作用，從而構(gòu)成權(quán)項(xiàng)1的一種簡潔的設(shè)計(jì)。在這種設(shè)計(jì)中，權(quán)項(xiàng)2，3，4，5，6，7，8，9，10適用。
全文摘要
本發(fā)明屬于太陽能聚光光伏發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及在聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)中采用子鏡陣列(有時(shí)也稱列陣透鏡、復(fù)眼透鏡、或蠅眼透鏡)近場光束衍射疊加方法，運(yùn)用傳統(tǒng)透鏡、菲涅耳透鏡、反射鏡、波帶板(片)、柱面透鏡或柱面反射鏡、及其列陣等光學(xué)元件在半導(dǎo)體太陽能電池上形成形狀匹配的均勻聚光，以達(dá)到高效的太陽能電池利用與光電轉(zhuǎn)化效率。本發(fā)明采用子鏡陣列將入射太陽光在空間上分解成數(shù)道子光束，這些子光束經(jīng)過近場衍射和傳輸，在會聚光學(xué)元件的焦點(diǎn)附近，也即是半導(dǎo)體太陽能電池的位置上，非相干疊加合成形狀和尺寸與電池匹配的均勻聚焦光斑。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是用較簡單的光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)形狀和尺寸與電池匹配的均勻聚焦光斑，聚光倍數(shù)能靈活調(diào)節(jié)，適用于高倍聚光光伏系統(tǒng)，所需箱體小，成本低，受系統(tǒng)位置偏差和不均勻入射太陽光的影響比較小。
文檔編號H01L31/052GK102540496SQ20101062255
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者朱忻, 楊軍 申請人:朱忻, 楊軍