[实用新型]一种用于CPV的锥形聚光器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于CPV的锥形聚光器。

背景技术

CPV(聚光光伏)太阳能发电系统是一种新型太阳能系统，与普通太阳能板的区别是它通过一个聚光镜来聚焦太阳能，把光投射到一个非常小但是高转化率的半导体光电转换材料上。目前CPV聚光镜分为两种：圆形透镜和正方形透镜，以往CPV太阳能发电系统每个光学单元下都会和一个半导体光电转换部件连接，进行发电。

最近光伏界为提高光电转换能效，加强了氮化镓三元合金用于太阳能电池应用的关注。氮化铟镓(InGaN)达到3.42eV和0.7eV之间的所有的间隙值，并且可以几乎覆盖所有的太阳光谱。其它III-V族半导体，通常使用仅覆盖三分之一由氮化铟镓取得的频谱。这个惊人的属性使我们能够吸收绿色光，紫外线和红外线。这种叠层太阳能电池实现了86.8％的理论转换效率，是向光电转换极限迈出的一大步。但是，当涉及到能源的生产，别忘了考虑的一个关键的，以科学无关的因素，即制造成本。

目前，太阳能很难低于3/W的发电成本，这是常规来源的两倍，如石油或核的成本。其结果是，尽管是一个安全、环保的技术，但是太阳能电池还没有能够立足于他们本应该在能源市场上的位置。光伏界已经意识到这一点，并已经确定，结合高性能和低成本的新的研究框架，这就是通常被称为第三代太阳能电池。

在这方面，我们希望使用氮化物的知识，探讨氮化铟镓太阳能板的可能性。目前市场上能效转换最高的是Soitec生产的太阳能电池，能效转换高达46％。但是这种电池造价太高，不能作为民用或普通商用，只能给NASA这样的客户作为太空卫星或者飞船供电使用。Sharp也制造出了能效44.4％的三层叠加太阳能板。西班牙的IES和UPM制造出了能效为32.6％的太阳能板。这些高能效太阳能板都是利用三五组半导体材料制造，他们都具有高能效转化但是造价高的特点。

相对于III-V族半导体材料制成的高能效太阳能电池，硅基太阳能电池造价低，但是能效转换率也非常低。所以，综合以上优缺点，我们希望通过利用III-V族半导体材料的优点，利用光纤把多个聚光单元的光束打在一块光电转换材料板上，之前需要每个聚光单元对应一个光电转换材料，现在由于加入了光纤，可是实现多个聚光单元对应一个光电转换材料，大大降低了造价，降低了每瓦电的生产价格。

图1是两级聚光器的基本原理图，如图1中所示，通过第一聚光器01，第二聚光器02和一根光纤03，整个设置用来把太阳光汇聚至太阳能电池，第一聚光器01是菲涅耳透镜，主要是为了得到很高的汇聚度的光线，其次通过第二聚光器02有两个作用：

第一个作用是汇聚通过菲涅耳透镜后的光线进入光纤。如果在光纤前使用耦合器会可以大大减弱光束进入具有较大角位移和其它安装尺寸偏差的光纤的耦合效率；

第二个作用是二次聚光，因为对透镜来说直接得到一个直径小于光纤的焦点是很难的。事实上，因为太阳光有非常广泛的光谱，焦点分布在几厘米之内，焦点直径可能过大而不能直接耦合到光纤中，否则容易造成如图1所示的损失。

在以前的报告中，第二聚光器用一个复合抛物型聚光器(CPC)。这种类型的集中器设计用来将所有的入射光以理想的汇聚度在限定的接受角度内集中至输出面。然而，在本报告中已证明输出光线具有高达90度的角度，因此，CPC不能有效地用于将光线耦合到光纤。

实用新型内容

本实用新型旨在用块状玻璃(如，二氧化硅)制成一个锥体作为第二聚光器。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种用于CPV的锥形聚光器，将经菲涅耳透镜所有入射光线汇聚后全部输入至光纤，其中，所述锥形聚光器的参数具有以下特征：

其中，α为锥形聚光器的输出端水平倾斜角，θ′_f为锥形聚光器的输出光线接收角，θ′_i为锥形聚光器的输入光线角；

其中，L为锥形聚光器的长度，2a为锥形聚光器的输出端及光纤芯的直径；

其中，2A为锥形聚光器的输入端的直径。

根据上述一种用于CPV的锥形聚光器，其中，锥形聚光器的输出端具有位置最大值，即z＜z_max+L，及所述锥形聚光器的输入端具有位置最小值，即z＞z_min；

其中，