光收集组件的制作方法

本发明总体上涉及光收集和/或光分配装置及组件领域。本发明更具体地涉及光收集和/或光聚集组件。

背景技术：

1、地球的几乎所有能量输入都来自太阳。可以计算出，每小时通过地面太阳辐射到达地球表面的能量的量大于地球人口全年使用的能量的量。因此，捕获太阳能并使该能量可供人类利用一直是挑战。

2、光伏(pv)电池已被广泛用于将阳光能量转化为电功率。pv电池有许多不同的类型和技术，其中许多的特征在于制造工艺成本高昂，并且本身需要大量的能量。这尤其适用于高效pv电池。

3、为了更有效地捕获太阳光并降低通过高效pv电池获取电能的成本，us2010/0278480a1公开了一种光收集和照射设备。该设备包括平面光收集阵列，该阵列包括透镜和平面波导，该设备被配置成通过光传输和全内反射(tir)将光朝向波导的设置有光伏电池的中心部分传导。

4、us2018/0054159、us 9,337,373和us2011/0096426中公开了具有相同整体运行原理的类似解决方案。us2011/0011449公开了一种双轴太阳跟踪系统。

5、所述参考文献中未解决的方面是要捕获阳光的倾斜度的问题。光撞击(impinging)在一般光收集装置上的角度随地球上的纬度、季节以及由于地球旋转移动而产生的每日时间表而变化。解决这个问题的一个明显的方法是调整光捕获装置的空间取向，优选地以自动化的方式进行调整，使得平面装置始终与入射的阳光正交。自动移位和跟踪系统的实施意味着巨大的机械负担，并且因此不能轻易或在任何地方实施。

6、ep 3 549 257 b1公开了一种光机械系统，该光机械系统包括光学布置结构，该光学布置结构包括移位机构，该移位机构用于使该光学布置结构的层中的至少一个层相对于光吸收基板而平移移动。

7、鉴于ep 3 549 257 b1，本发明寻求减少与系统的部件之间的相对移动相关联的机械负担并且减少总体所需的移动。本发明还试图减少由于水平移位移动而造成的光捕获面积的损失。

8、本发明的总体目标是提供一种解决方案，用于允许更高程度地聚集太阳光，同时优选地保持尽可能低的制造相关成本和材料相关成本。本发明还试图使太阳和/或环境光资源普遍可用和可利用，而不一定仅用于pv模块和发电。本发明的另一目的是提供一种波导装置，其优选地使用更少的材料输入来改进光捕获和输送效率，并且展现更少的光损失。减轻光收集装置的重量也是一个目标。

9、通过下文对本发明的方面和实施方式的描述，本发明所要解决的另外的目的和问题将变得明显。

技术实现思路

1、要注意的是，本发明人提供了一种光收集组件，该光收集组件可以被实施为实现高度的光聚集并且使得光可用于任何期望的其他用途。本发明的组件可以用相对较少且低成本的材料经济地实现。此外，本发明的组件展现出组件占用的地面面积与可用于光捕获的面积之间的改善的比率。

2、在一方面，本发明提供了一种光收集组件，该光收集组件包括：聚焦装置，该聚焦装置包括一个或更多个聚焦实体，所述一个或更多个聚焦实体被设置成接收外部光并且对所述外部光进行聚焦以提供聚焦光；以及波导组件，该波导组件包括一个或更多个波导单元，所述一个或更多个波导单元被设置成接收所述聚焦光。

3、在一方面，本发明提供了一种光收集组件，该光收集组件包括：聚焦装置，该聚焦装置包括一个或更多个聚焦实体，所述一个或更多个聚焦实体被设置成接收外部光并且对所述外部光进行聚焦以提供聚焦光；波导组件，所述波导组件包括一个或更多个波导单元，所述一个或更多个波导单元被设置成接收所述聚焦光，其中，所述波导单元包括光偏转区域，该光偏转区域包括：一组入射光(il)偏转区域，所述一组入射光(il)偏转区域被设置成接收所述聚焦光以及使所述聚焦光偏转，以提供传播光，所述传播光在所述波导单元内传播；一个或更多个传输光(tl)偏转区域，所述一个或更多个传输光(tl)偏转区域被设置成使所述传播光偏转，以提供传输光束，所述传输光束离开所述波导单元。优选地，所述波导单元包括结区和/或出口区。优选地，所述波导单元适合于提供所述传输光束穿过所述结区和/或出口区以离开所述波导单元。

4、在实施方式中，所述光收集组件被配置成通过将聚焦光从所述il偏转区域中的一个il偏转区域朝向所述il偏转区域中的另一il偏转区域重定向，根据外部太阳光的入射光角度对所述外部光进行跟踪。

5、在实施方式中，所述波导单元被设置成使得每次所述聚焦光被从所述波导单元中包含的所述一组il偏转区域中选择的仅一个il偏转区域接收、或者不被从所述波导单元中包含的所述一组il偏转区域中选择的任何il偏转区域接收、或者被所述波导单元中包含的所述结区接收。

6、在实施方式中，从所述波导子组件和所述聚焦装置中选择的一者或两者在所述光收集组件中被设置成旋转的，并且其中，单轴旋转被设置用于进行太阳光跟踪，可选地，单轴旋转与改变所述波导子组件与所述聚焦装置之间的距离的线性移动相结合被设置用于进行太阳光跟踪。

7、在实施方式中，其中，所述il偏转区域被设置成使得所述波导子组件和/或所述聚焦装置的旋转位置是可调整的，以确定所述一组il偏转区域中的il偏转区域接收所述聚焦光，即仅一个il偏转区域接收所述聚焦光。

8、在一些实施方式中，该组件适合于收集、聚集和重新定向光，以使聚集的光可用于进一步传输或任何期望的用途。

9、本发明的另外的方面和优选实施方式将在下文以及所附权利要求书中进行定义。通过下面给出的优选实施方式的描述，本发明的另外的特征和优点对于本领域技术人员来说将变得明显。

技术特征：

1.一种光收集组件(100-104)，所述光收集组件(100-104)包括：

2.根据权利要求1所述的光收集组件，其中，所述波导子组件(70)和/或所述聚焦装置(50)的所述旋转位置另外被调整，以确定所述一组il偏转区域中的il偏转区域都不接收所述聚焦光和/或所述聚焦光被所述结区接收。

3.根据权利要求1或2所述的光收集组件，其中，所述单轴旋转使得能够在30°或更大的入射光角度范围内跟踪太阳光，可选地，所述单轴旋转与所述线性移动相结合使得能够在30°或更大的入射光角度范围内跟踪太阳光，其中，所述30°范围包括具有15°的入射角度(α)的光。

4.根据前述权利要求中任一项所述的光收集组件，其中，用于接收来自所述聚焦实体(51)的所述聚焦光的所述一个il偏转区域由所述波导子组件(70)的所述旋转位置确定，并且用于接收来自所述聚焦实体(51)的所述聚焦光的所述一个il偏转区域还取决于所述入射光角度(α)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光收集组件，其中，所述一组il偏转区域(31-37)包括所述一个il偏转区域(31)和其余il偏转区域(32-37)，其中，所述其余il偏转区域被设置成不接收任何聚焦光，而所述仅一个il偏转区域接收所述聚焦光。

6.根据前述权利要求中任一项所述的光收集组件，其中，所述聚焦实体包括透镜，所述透镜的一部分具有轴对称性，以及/或者其中，所述透镜展现出多于2重的离散旋转对称性。

7.根据前述权利要求中任一项所述的光收集组件，其中，从所述波导子组件(70)和所述聚焦装置(50)中选择的一者或两者的旋转轴线(9)基本上法向于整个光收集组件(100)并且/或者法向于所述波导子组件(70)的相反的第一侧和第二侧。

8.根据前述权利要求中任一项所述的光收集组件，所述光收集组件被配置成根据外部光(1)的入射角度(α，β，……)或角度范围进行旋转移动，其中，所述旋转移动被设置成所述旋转移动被进行，直到所述聚焦光(2)的聚焦区(6)相对于波导单元中包含的所述一组il偏转元件中的所述一个il偏转区域被定位成使得所述一个il偏转区域有效地将所述聚焦光偏转到所述波导单元(71)的介质中。

9.根据前述权利要求中任一项所述的光收集组件(100)，其中，所述一组il偏转区域(31-34)包括相对于所述波导单元(71)设置在单独位置处的单独il偏转区域(31-34)，其中，所述位置被选择成使得以不同的入射角度(α，β，……)或角度范围撞击在所述光聚焦装置(50，60)上的光根据入射角度朝向所述il偏转区域(31-34)中的所述一个il偏转区域聚焦。

10.根据前述权利要求中任一项所述的光收集组件(100)，其中，所述一组il偏转区域(31-34)包括相对于所述波导单元(71)设置在单独的、间隔开的位置处的单独的il偏转区域(31-34)，所述位置被选择成在所述波导单元内限定单独的且不重叠的光路径，其中，所述单独的、不重叠的光路径中的每个光路径均从所述单独的il偏转区域(31)中的一个il偏转区域通向所述tl偏转区域(36，37)中的一个tl偏转区域。

11.根据前述权利要求中任一项所述的光收集组件(100)，其中，所述波导单元(71)包括多个不重叠的光通道(21-24)，每个光通道从一个il偏转区域向tl偏转区域延伸，其中，所述光通道(21-24)从所述结区(46)径向地延伸，并且其中，所述波导单元(71)包括具有不同长度且沿不同方向延伸的光通道。

12.根据权利要求11所述的光收集组件(100)，其中，所述光通道(21-24)以基本上由波导介质组成的臂部的形式设置，所述臂部在所述结区(46)处连结。

13.根据权利要求11或12所述的光收集组件(100)，其中，所述光通道(21-24)中的一个光通道、多个光通道或全部光通道包括侧向壁(26，27；26'，27')，其中，所述侧向壁沿着从所述il偏转区域朝向所述tl偏转区域的方向基本上平行地延伸，或者所述侧向壁沿着从所述il偏转区域朝向所述tl偏转区域的方向形成为所述光通道的一个侧向壁相对于同一光通道的另一侧向壁形成不大于20°的角度。

14.根据前述权利要求中任一项所述的光收集组件(100)，其中，每个波导单元(71)包括一个或更多个波导出口(47)，所述一个或更多个波导出口(47)提供传输光束(5)，其中，所述波导子组件包括多个波导单元(71-76)，并且其中，所述聚焦装置包括多个聚焦实体(51-56)，使得所述波导子组件(70)被布置成提供多个传输光束(5)，用于对在单独的波导单元(71-76)中传播的且通过单独的聚焦实体接收的光进行传输。

15.根据前述权利要求中任一项所述的光收集组件(100)，其中，所述波导子组件(70)为第一波导子组件，并且其中，所述组件(100)包括第二波导子组件(80)，所述第二波导子组件被设置成接收由所述第一波导子组件(70)提供的两个或更多个传输光束(5)。

16.根据权利要求15所述的光收集组件(100)，其中，所述第一波导子组件(70)包括多个波导单元(71-76)，每个波导单元提供一个或更多个传输光束(5，5.1，5.2，……)，其中，所述第二波导子组件(80)被设置成接收分别由所述第一波导子组件(70)的两个或更多个波导单元(71-76)提供的两个或更多个传输光束(5)。

17.根据前述权利要求中任一项所述的光收集组件(100)，所述光收集组件(100)包括设置在层(70，80，80'，90)中的多个波导子组件，第一层接收聚焦光(2)，并且一个或更多个后续层(80，80'，90)依次布置成使得所述后续层(80，80'，90)中的一个层接收由相应的先前波导层(70，80，80')中的至少一个波导层的波导单元(71-76；

18.一种用于对根据权利要求1至17中任一项所述的装置进行操作的方法，所述方法包括：使所述聚焦装置(50)和/或所述波导子组件(70)围绕轴线(9)进行单轴旋转移动以进行太阳光跟踪，可选地，使所述聚焦装置(50)和/或所述波导子组件(70)围绕轴线(9)进行单轴旋转移动与所述波导子组件沿所述轴线(9)的线性移动(95)相结合以进行太阳光跟踪。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，进行所述旋转移动以将所述聚焦光(2)引导至所述入射光(il)偏转区域(31-34)中的一个或更多个入射光(il)偏转区域，从而优选地使外部光(1)通过所述波导子组件(70)和/或波导子组件(70，80)的传输最大化。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，进行所述旋转移动以将所述聚焦光(2)远离所述入射光(il)偏转区域(31-34)引导，从而使所述光穿过所述光收集组件并且/或者使光通过所述波导子组件(70)和/或波导子组件(70，80)的重定向最小化。

21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其中，所述旋转移动包括选自以下项的一项或更多项：

22.一种光收集组件(100-104)，所述光收集组件(100-104)包括：

技术总结本发明涉及一种光收集组件，该光收集组件包括聚焦装置以及一个或更多个波导子组件。该聚焦装置包括一个或多个聚焦实体，例如透镜或抛物面镜。每个波导子组件优选地包括多个入射光(IL)偏转区域以及一个或更多个透射光(TL)区域。聚焦光在波导介质中传播，并且被朝向波导出口偏转，在波导出口处所传播的光可用于进一步聚集、用于输送或用于任何期望的用途。技术研发人员：德米特里·乌努切克,刘宇航,朱利亚·帕努萨,尼古拉·库卡托,马蒂厄·鲁比受保护的技术使用者：鲜猿股份公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2