具有可變拔模角的聚光菲涅爾透鏡的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及透鏡領域。特別地，本發明涉及用于聚光光伏發電機的透鏡領域。更具體地，本發明涉及一種菲涅耳透鏡和相應的模具，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】
[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:通過光伏發電機將太陽光轉換成電。光伏發電機勝過其它可再生能源比如風能、潮汐能和生物質能的優點包括以下事實:它不需要運動件從而降低了成本并減少維護，并且它可以安裝在尺寸范圍從幾平方厘米到占地數平方公里的光伏園區的幾乎任何地方。
[0003]光伏發電機的一種特別有利的形式包括聚光光伏發電機。甚至更具體地，聚光光伏發電機是優選的，因為它們相比于非聚光光伏發電機，降低了材料成本。特別地，太陽光經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，從而降低實現該單元的必要的與半導體材料和工藝相關聯的成本。
[0004]通常，在聚光光伏發電機中，使用菲涅耳透鏡。菲涅耳透鏡勝過標準透鏡的優點在于如下事實:它們能利用更薄的表面達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于半徑R41。對應于半徑R42的較大分面連同對應于更大半徑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。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，關于透鏡部段1500，標出了斜坡面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的相應斜坡面1540所標出的斜坡角(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的相應拔模面1550所標出的拔模角1151。
[0007]斜坡面1540是提供光學功能的分面。在另一方面，使用拔模面1550以達到菲涅耳透鏡1000的平坦形狀、卻不提供光學功能。因此，一般而言，菲涅耳透鏡的目標是具有盡可能小的拔模角1151，以減少菲涅耳透鏡的不實現任何光學功能的表面，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制成型菲涅爾透鏡的方法。通常，用于實現菲涅爾透鏡的第一主結構首先制在金剛石上，從而變成金屬基底。該第一主結構然后通過使用電鑄(electroforming)而以镲復制。由第一镲復制品，進而制得镲模具以構建完整的生產用具，該生產用具然后用于復制成型的透鏡或透鏡板的大批量生產中。在此制造方法中的關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效率與透鏡本身經由上述工藝的可制造性之間找到最優的最小角度。
【發明內容】
[0009]因此，本發明的目的是提供一種菲涅耳透鏡和相應的模具，其實現高效率的同時仍提供高水平的可制造性。
[0010]本發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所述透鏡的或相應所述模具的拔模面的步驟。
[0011]這提供的有益優點是: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域的拔模面的拔模角可以小于所述模具或透鏡的第二區域的拔模面的拔模角。
[0015]這提供的有益優點是: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，以便達到在透鏡的整個表面上的恒定分離力。
【附圖說明】
[0018]現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地描述本發明。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、或者可以省略、或者可以在不同實施方案之間進行組合。附圖中示出的等同元件設置有相同的附圖標記。關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本發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是一種恒定節距式菲涅耳透鏡。特別地，關于透鏡部段1600而標出的水平尺度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離中心C時增大。特別地，相關于毗鄰透鏡1000的中心C的透鏡部段1100而示出的高度1130，小于參照較遠離透鏡1000的中心C的透鏡部段1300而示出的高度1320。
[0025]這種高度的增加導致下述事實:利用上述制造工藝所實現的鎳模具較難以在遠離中心C的那些透鏡區域中分離。特別是，如圖1中可見，透鏡部段1300的相應拔模面1550比透鏡部段1100的相應拔模面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的區域中，比在較靠近透鏡的中心C的透鏡部段1100和1200的區域中，更難以在模具之間分離。特別是，對于小拔模角，拔模面1550具有準豎直表面。雖然這樣的準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