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CN104124301B - 太阳能集光系统 - Google Patents

太阳能集光系统 Download PDF

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CN104124301B CN201310146931.8A CN201310146931A CN104124301B CN 104124301 B CN104124301 B CN 104124301B CN 201310146931 A CN201310146931 A CN 201310146931A CN 104124301 B CN104124301 B CN 104124301B
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Abstract

本发明涉及一种太阳能集光系统，其包括分光元件、聚光元件、一光纤组及一光电转换组。分光元件用于接收太阳光并对其进行分光。聚光元件位于分光元件及光纤组之间。光纤组位于聚光元件与光电转换组之间。光纤组包括至少两根光纤。光电转换组包括至少两个光电转换单元。太阳光经分光元件后，太阳光中的多束第一光线沿第一方向或者平行于第一方向的方向从分光元件出射至聚光元件，经聚光元件聚合后经一根光纤进入一个光电转换单元。太阳光中的多束第二光线沿第二方向或者平行于第二方向的方向从分光元件出射至聚光元件，经聚光元件聚合后经另一根光纤进入另一个光电转换元件。第一光线的波长不同于第二光线的波长。第一方向不同于第二方向。

Description

太阳能集光系统
技术领域
本发明涉及一种集光系统，尤其涉及一种太阳能集光系统。
背景技术
光电转换元件是利用材料的光电效应，把太阳光的光能直接转换成电能的元件。当物体被光照射时，物质内部载流子增多的现象，称为光电效应。对半导体物质而言，当照射光线的能量大于其能级之间的能量差时，就会在其内部产生自由的电子—空穴载子对。但是这些电子—空穴对会很快地再结合或被许多复合中心捕捉而消失。这时，若能施加内部电场，在电场的作用下，就可在电子—空穴载子对消失前迅速地将他们引出，以产生电流。这一内部电场可通过将P型半导体与N型半导体接合形成P-N结，而在其界面处产生。光电转换元件就是利用内建电场，有效地取出电流而获取电力的元件。为提高光电转换元件的输出电流强度，通常采用一种聚光元件来汇聚光线至光电转换元件上，但是，仅结合一种聚光元件，电流依然较弱，从而使得具有该光电转换元件及聚光元件的太阳能集光系统的光电转换效率较低。
发明内容
有鉴于此，提供一种具有较高的光电转换效率的太阳能集光系统实属必要。
一种太阳能集光系统，其包括分光元件、聚光元件、一个光纤组及一个光电转换组。所述分光元件用于接收太阳光并将接收到的太阳光进行分光。所述聚光元件位于所述分光元件及所述光纤组之间。所述光纤组位于所述聚光元件与所述光电转换组之间。所述光纤组至少包括两根光纤。所述光电转换组包括至少两个光电转换单元。太阳光经所述分光元件后，太阳光中的多束第一光线沿第一方向或者平行于第一方向的方向从所述分光元件出射至所述聚光元件，多束第一光线经所述聚光元件聚合后经一根所述光纤进入一个所述光电转换单元。太阳光中的多束第二光线沿第二方向或者平行于所述第二方向的方向从所述分光元件出射至所述聚光元件，多束第二光线经所述聚光元件聚合后经另一根所述光纤进入另一个所述光电转换元件。所述第一光线的波长不同于所述第二光线的波长。所述第一方向不同于所述第二方向。
本发明利用分光元件使太阳光透射所述分光元件时，其中的第一光线及第二光线由于波长不同具有不同的绕射角度而分开。分开后的第一光线及第二光线分别沿第一方向或平行于第一方向的方向及第二方向或平行于第二方向的方向传播，经聚光元件聚合后经一根光纤进入到对应的对该光线具有高光电转换效率的光电转换单元，从而使得本发明的所述太阳能集光系统具有较高的光电转换效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的太阳能集光系统的结构示意图。
主要元件符号说明
太阳能集光系统 10
分光元件 11
聚光元件 12
光纤组 13
光电转换组 14
第一光纤 131
第二光纤 132
第三光纤 133
第一光电转换单元 141
第二光电转换单元 142
第三光电转换单元 143
第一入光侧 111
第一出光侧 112
入光端 1311、1321、1331
出光端 1312、1322、1332
第一汇聚点 121
第二汇聚点 122
第三汇聚点 123
第一受光面 1411
第二受光面 1421
第三受光面 1431
第一方向 15
第二方向 16
第三方向 17
第一光线 151
第二光线 161
第三光线 171
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下，列举具体实施例结合上述附图详细地说明本发明的太阳能集光系统的结构。
请参阅图1，本发明实施例所提供的太阳能集光系统10包括分光元件11、聚光元件12、一个光纤组13及一个光电转换组14。
优选地，本实施例中，所述分光元件11为一分光光栅。所述分光元件11大致呈长条形。所述分光元件11具有一个第一入光侧111及与所述第一入光侧111相对的第一出光侧112。所述分光元件11利用不同波长的光经过所述分光元件11时，会有不同的绕射角度，将沿垂直于所述分光元件11的第一出光侧112入射的太阳光分为包括多束沿第一方向15或平行于第一方向15的方向传播的第一光线151、多束沿第二方向16或平行于第二方向16的方向传播的第二光线161及多束沿第三方向17或平行于第三方向17的方向传播的第三光线171等多种沿不同方向传播的光线。所述第一方向15、第二方向16及第三方向17两两各不相同。所述第一光线151、第二光线161及第三光线171两两波长各不相同。
所述聚光元件12位于所述分光元件11及所述光纤组13之间。所述聚光元件12放置于所述第一出光侧112。
优选地，所述聚光元件12为一聚光透镜，例如菲涅尔透镜、凸透镜及复合型抛物面镜等。从所述分光元件11的第一出光侧112绕射出来的沿第一方向15或平行于第一方向15的方向传播的第一光线151经过所述聚光元件12，汇聚于第一汇聚点121；从所述分光元件11的第一出光侧112绕射出来的沿第二方向16或平行于第二方向16的方向传播的第二光线161经过所述聚光元件12后，汇聚于第二汇聚点122；从所述分光元件11的第一出光侧112绕射出来的沿第三方向17或平行于第三方向17的方向传播的第三光线171经过所述聚光元件12后，汇聚于第三汇聚点123。
所述光纤组13位于所述聚光元件12及所述光电转换组14之间。所述光纤组13中各光纤的一端均放置于所述聚光元件12的焦平面。本实施方式中，所述光纤组13包括第一光纤131，第二光纤132及第三光纤133。所述光纤组13中各光纤均具有一个入光端及与所述入光端相对的出光端。具体的，所述第一光纤131具有一个入光端1311及与所述入光端1311相对应的出光端1312；所述第二光纤132具有一个入光端1321及与所述入光端1321相对应的出光端1322；所述第三光纤133具有一个入光端1331及与所述入光端1331相对应的出光端1332。所述光纤组13中各光纤的入光端均对应放置于所述三个汇聚点。具体的，所述入光端1311放置于所述第一汇聚点121、所述入光端1321放置于所述第二汇聚点122，所述入光端1331放置于所述第三汇聚点123。
所述光电转换组14中各光电转换单元均放置于所述光纤组13中各光纤的出光端。本实施方式中，所述光电转换组14中的各光电转换单元均为太阳能电池。当然，所述光电转换组14中的各光电转换单元也可均为光电二极管。所述光电转换组14包括第一光电转换单元141，第二光电转换单元142及第三光电转换单元143。所述第一光电转换单元141采用低能隙的锗(0.6电子伏特)基材制成；所述第二光电转换单元142采用中能隙的镓铟砷(1.3电子伏特)基材制成；所述第三光电转换单元143采用高能隙的镓铟磷(1.9电子伏特)基材制成。所述光电转换组14中各光电转换单元均具有一个受光面。即，所述第一光电转换单元141具有一个第一受光面1411；第二光电转换单元142具有一个第二受光面1421；第三光电转换单元143具有一个第三受光面1431。所述三个受光面分别与所述三个出光端相对。具体的，所述出光端1312与所述第一受光面1411相对；所述出光端1322与所述第二受光面1421相对；所述出光端1332与所述第三受光面1431相对。
当太阳光沿垂直于所述分光元件11第一出光侧112的方向入射到所述分光元件11时，由于不同波长的光经过所述分光元件11时会有不同的绕射角度，经过所述分光元件11后的太阳光被分成了包括多束沿第一方向15或平行于第一方向15的方向传播的第一光线151、多束沿第二方向16或平行于第二方向16的方向传播的第二光线161及多束沿第三方向17或平行于第三方向17的方向传播的第三光线171等多种沿不同方向传播的光线。第一光线151到达所述聚光元件12，经所述聚光元件12聚焦后汇聚于第一汇聚点121，并通过放置于第一汇聚点121处的第一光纤131的入光端1311进入所述第一光纤131，经由所述第一光纤131的传导，从第一光纤131的出光端1312出射到对第一光线151具有高光电转换效率的所述第一光电转换单元141的第一受光面1411；第二光线161到达所述聚光元件12，经所述聚光元件12聚焦后汇聚于第二汇聚点122，并通过放置于第二汇聚点122的第二光纤132的入光端1321进入所述第二光纤132，经由所述第二光纤132的传导，从所述第二光纤132的出光端1322出射到对第二光线161具有高光电转换效率的所述第二光电转换单元142的第二受光面1421；第三光线171到达所述聚光元件12，经所述聚光元件12聚焦后汇聚于第三汇聚点123，并通过放置于所述第三汇聚点123处的第三光纤133的入光端1331进入到所述第三光纤133中，经由所述第三光纤133的传导，从所述第三光纤133的出光端1332出射到对第三光线171具有高光电转换效率的所述第三光电转换单元143的第三受光面1431。
可以理解的是，本发明所述太阳能集光系统不限于本实施例所描述的结构，只要其能实现将不同波段的光引导到相应的对该波段的光具有高光电转换效率的光电转换单元，从而提高光电转换效率即可。
本发明利用分光元件使太阳光透射所述分光元件时，其中的第一光线、第二光线及第三光线由于波长不同具有不同的绕射角度而分开。分开后的第一光线、第二光线及第三光线分别沿第一方向或平行于第一方向的方向、第二方向或平行于第二方向的方向及第三方向或平行于第三方向的方向传播，经聚光元件聚合后经一根光纤进入到对应的对该光线具有高光电转换效率的光电转换单元，从而使得本发明的所述太阳光集光系统具有较高的光电转换效率。
可以理解的是，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化等用在本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种太阳能集光系统，其包括分光元件、聚光元件、一个光纤组及一个光电转换组，所述分光元件用于接收太阳光并将接收到的太阳光进行分光，所述聚光元件位于所述分光元件及所述光纤组之间，所述光纤组位于所述聚光元件与所述光电转换组之间，所述光纤组包括至少两根光纤，所述光电转换组包括至少两个光电转换单元，太阳光经所述分光元件后，太阳光中的多束第一光线沿第一方向或者平行于第一方向的方向从所述分光元件出射至所述聚光元件，多束第一光线经所述聚光元件聚合后经一根所述光纤进入一个所述光电转换单元，太阳光中的多束第二光线沿第二方向或者平行于所述第二方向的方向从所述分光元件出射至所述聚光元件，多束第二光线经所述聚光元件聚合后经另一根所述光纤进入另一个所述光电转换元件，所述第一光线的波长不同于所述第二光线的波长，所述第一方向不同于所述第二方向。
2.如权利要求1所述的太阳能集光系统，其特征在于，所述分光元件为分光光栅。
3.如权利要求1所述的太阳能集光系统，其特征在于，所述聚光元件为聚光透镜。
4.如权利要求3所述的太阳能集光系统，其特征在于，所述聚光元件为菲涅尔聚光透镜。
5.如权利要求3所述的太阳能集光系统，其特征在于，所述聚光元件为凸透镜。
6.如权利要求3所述的太阳能集光系统，其特征在于，所述聚光元件为复合型抛物面镜。
7.如权利要求1所述的太阳能集光系统，其特征在于，所述光电转换组中每个光电转换单元均具有一个受光面，每一所述受光面均用于接收从相应的光纤出射的光线。
8.如权利要求1所述的太阳能集光系统，其特征在于，所述光电转换组中的每个光电转换单元均为太阳能电池或者发光二极管。
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