非成像散射光聚集器.pdf

本发明提供一种辐射能阱。该散射及直接辐射能聚集器包括至少一个反射器、实质上棱柱形的折射器及与折射器接口的接收器。本发明能够立体角接收辐射能，相当于平板收集器，同时保持散射光的相对高的聚光率。本发明可以被体现为有效的混合太阳能电和热收集器。独特然而简单的几何结构导致相对高的光和热效率。本发明可以被体现为低姿态的3-D散射光聚集器，组合反射、折射及全内反射以接近热力学界限。通过相对高效率的PV电池其将材料成本最小化到成本减少的极限。与现有技术相比，本发明增加了可用的太阳能的利用并且极大地减少了所安装的系统的投资回收期。

1.  一种辐射能阱，包括：至少一个反射器、折射器和接收器，定位所述折射器以入射从所述至少一个反射器反射出的辐射能，定位所述接收器以入射由所述折射器折射的辐射能，所述接收器与所述折射器接口，所述折射器实质上包括棱柱形，所述折射器包括外部表面和透明的内部，所述折射器的外部表面包括至少三个纵向的侧面，所述至少三个纵向的侧面与所述至少一个反射器在实质上有相同的边界，所述至少三个纵向的侧面纵向平行于所述接收器，所述至少三个纵向的侧面包括至少两个实质上平坦的透明的侧面，所述折射器包括横截面，所述折射器的横截面包括周界，所述至少两个实质上平坦的透明的纵向侧面包括在所述周界上的横向长度，所述接收器包括横向长度，所述接收器的横向长度和所述至少两个实质上平坦的透明的侧面周界横向长度包括位置和比例关系。

2.  根据权利要求1所述的辐射能阱，其中，所述至少一个反射器包括至少一个比率的横向弯曲，所述至少一个反射器包括有效直的纵向边缘，所述至少三个纵向的侧面包括沿着所述折射器的外部表面在纵向弯线上邻接的至少一对相邻的纵向侧面，所述折射器的至少两个实质上平坦的透明的纵向侧面的外部表面的每一个包括虚拟的纵向中心线，所述折射器的外部表面包括纵向对称线，所述折射器外部表面对称线包括a)纵向弯线和b)虚拟的纵向中心线，其中所述至少一个反射器的有效直的纵向边缘中的至少一个与所述折射器的外部表面的纵向对称线中的至少一个相邻。

3.  根据权利要求2所述的辐射能阱，其中，在横截面中所述相邻的至少一个反射器包括至少一个弯曲，其中，所述至少一个反射器的弯曲中的每一个包括连续的弯曲，横截面中的所述连续的弯曲包括弯曲改变点。

4.  根据权利要求3所述的辐射能阱，其中，在横截面中，所述横向周界中的至少一对相邻的两个实质上平坦的透明的纵向侧面包括虚拟三角形的侧边，所述虚拟三角形包括虚拟三角形底边，所述虚拟三角形底边和所述透明的侧面中的每一个包括所述虚拟三角形的角，所述虚拟三角形的侧边和底边形成的角(SBA)不大于临界角。

5.  根据权利要求4所述的辐射能阱，其中，在横截面中，所述折射器包括至少一个嵌套的层，所述至少一个嵌套的层中的每一个包括相邻的透明侧面的横截面对，相邻的透明侧面的所述嵌套的层的横截面对包括相应的内部虚拟三角形的侧边，其中，相应的内部虚拟三角形包括各自的内部虚拟三角形底边，所述内部虚拟三角形底边和它们各自的侧边中的每一个包括内部侧边与底边形成的角(ISBA)。

6.  根据权利要求5所述的辐射能阱，其中，所述折射器横截面中嵌套的层包括至少一个外部透明固体层和至少一个透明的内部流体折射器层，其中，透明的内部流体包括传热介质，其中，透明的内部流体折射器部分包括流体腔，流体腔具有流体端口装置以允许引入，填充容量并且通过所述腔抽出传热流体。

7.  根据权利要求5所述的辐射能阱，其中，至少一个ISBA包括不小于临界角的角，其中，至少一对虚拟三角形底边的层包括共线性。

8.  根据权利要求7所述的辐射能阱，其中，所述接收器包括相对的面，所述接收器有效地具有双面，所述接收器在横截面中实质上是平坦的，所述接收器和所述折射器有效地、纵向地、共同延伸，所述接收器位置和所述临界角包括用于折射器的全内反射装置。

9.  根据权利要求7所述的辐射能阱，其中，对于给定的至少一个ISBA最小对向角，所述SBA对向临界最大角。

10.  根据权利要求9所述的辐射能阱，其中，在横截面中的所述相邻的至少一个反射器包括对称的一对并排的凹面反射器，其中，所述并排的凹面反射器包括各自的并排的有效直的纵向边缘，所述各自并排的有效直的纵向边缘包括中心线边缘，所述中心线边缘与折射器外部表面纵向对称线中的一个连续。

11.  根据权利要求10所述的辐射能阱，其中，所述折射器的至少三个纵向侧面包括四个实质上平坦的透明的侧面，所述折射器的横向周界包括菱形，所述折射器的横向菱形周界包括第一和第二虚拟对角线，所述折射器的第一虚拟对角线和所述虚拟三角形底边重合，所述折射器的第一虚拟对角线和所述接收器在横截面中有效重合，并排的反射器中心线边缘与所述折射器外部表面纵向弯曲线中的一个连续，中心线边缘与所述对称的一对并排凹面反射器中的相应的圆形弯曲部分连续，圆形弯曲反射器部分的每一个在弯曲改变点上与各个弯曲部分连续。

12.  根据权利要求9所述的辐射能阱，其中，所述折射器的至少三个纵向侧面包括相邻的一对实质上平坦的纵向透明侧面和至少一个横向弯曲的侧面，所述至少一个横向弯曲的侧面关于所述折射器的内部凹面，所述至少一个横向凹面弯曲的侧面包括整个半圆形弯曲，所述整个半圆形弯曲包括横向虚拟线直径，所述整个半圆形弯曲包括至少一个凹面次级反射器，所述相邻对实质上平坦的纵向透明侧面和所述侧面横向整个半圆形在相对的一对纵向弯线上连续，所述至少一个反射器与至少一个相对的一对纵向弯线相邻。

13.  根据权利要求12所述的辐射能阱，其中，所述横向虚拟线直径与所述虚拟三角形底边重合，处于横向虚拟线半径中心的所述接收器的横向长度与横向虚拟线半径有效共线并是横向虚拟线半径的一半，所述至少一个次级反射器包括对称的一对并排的半圆形凹面反射器，所述对称的一对并排的半圆形凹面反射器包括次级中心线边缘，所述次级中心线边缘包括横向次级边缘点，所述横向次级边缘点与所述接收器的横向长度中心连续，其中所述至少一个反射器之一和相对的一对纵向弯线之一纵向相邻。

14.  根据权利要求12所述的辐射能阱，其中，在横截面中，透明的流体内部折射器部分嵌套次级复合折射器，所述次级复合折射器包括固体的外部折射器部分和次级流体内部折射器部分，其中，所述次级复合折射器中的每一个部分在横截面中包括菱形，其中，每一个菱形包括正交的一对次级对角线，次级正交的对角线相应地共线，所述接收器横向长度与来自每个正交对的一个共线的对角线组共线，所述接收器横向长度有效地与次级复合折射器固体外部折射器部分的两个正交对角线中的第一个共同延伸，所述接收器有效地平行于整个半圆形的凹面反射器的横向虚拟线直径，并且其中，
所述次级反射器包括对称的一对并排的、圆形的、均有两个弯曲的凹面反射器，所述对称的一对并排的、圆形的、均有两个弯曲的凹面反射器包括次级纵向中心线边缘，所述次级纵向中心线边缘包括横向次级边缘点，其中，次级复合折射器固体外部折射器部分的第二对角线包括第一和第二端点，第一端点与所述横向次级边缘点连续，第二端点与至少一个凹面次级反射器的虚拟线直径重合，并且其中，
所述接收器的横向长度小于次级反射器的虚拟线直径的一半长度，次级复合折射器固体外部折射器横向菱形ISBA包括不大于SBA的次级，其中，至少一个反射器之一的一个有效直的纵向边缘与相对的一对纵向弯线之一相邻。

15.  根据权利要求14所述的辐射能阱，其中，次级反射器包括纵向分隔物，所述分隔物包括横向的多对相对的“倒V形”反射器部分，在次级反射器隔间之间间隔布置分隔物，所述次级反射器分隔物和所述隔间按顺序地连续，“倒V形”反射器的闭合端是横向线段，所述横向线段与次级反射器的虚拟线直径重合，“倒V形”的开放端包括纵向线段，“倒V形”的纵向线段与次级反射器虚拟底端线共线，在横向截面中，所述次级反射器虚拟底端线包括至并排的圆形凹面的成对的次级反射器部分两者的虚拟切线，所述次级反射器虚拟底端线包括隔间底端纵向线长度，次级复合折射器和共同延伸的接收器包括折射器-接收器纵向部分，所述折射器-接收器纵向部分被嵌套在各自的次级反射器隔间内。

16.  根据权利要求15所述的辐射能阱，其中，所述折射器-接收器部分的每一个包括纵向长度，所述次级反射器隔间底端纵向线长度和折射器-接收器纵向长度共同延伸，所述次级反射器隔间底端纵向线长度和所述“倒V形”的纵向线段包括比例关系。

17.  根据权利要求16所述的辐射能阱，其中，所述折射器的透明的固体外部部分包括SBA＝45°、ISBA＝62.9°、次级SBA＝24°及次级ISBA＝62.5°，固体反射器部分的标称折射率n＝1.5，流体反射器部分n＝1.33，ISBA的内部侧边线性地延伸到所述次级反射器，折射器的横截面包括大约40％的固体面积，次级反射器隔间底端纵向线长度和“倒V形”纵向线段长度包括2比1的比率，所述折射器包括与反射器不连续的一对相邻的纵向弯线，在横截面中与反射器不连续的所述一对相邻弯线包括一对相邻的弯点，所述一对相邻的弯点包括虚拟切线，相邻的弯点虚拟切线与弯曲改变点交叉，并且其中，
所述折射器包括两个连续的横向弯曲部分，所述两个连续的横向弯曲部分在弯曲改变点切线交叉点处连续，与折射器相邻的弯曲部分包括圆形弯曲，所述圆形弯曲与抛物线形的弯曲部分连续。

18.  根据权利要求17所述的辐射能阱，其中，所述折射器的相对的横向端包括相应的端盖，其中，每一个端盖包括用于透明的侧面横向端的透明部分和作为“倒V形”次级反射器的一半的反射部分，所述反射器包括相对的反射端盖。

19.  根据权利要求18所述的辐射能阱，其中，所述折射器的透明的固体部分包括例如玻璃或丙烯酸树脂的透明材料，所述折射器的流体部分包括例如水或防冷冻透明流体的透明介质。

20.  根据权利要求19所述的辐射能阱，其中，所述反射器表面包括例如用于保护的前面镀银或镀铝的不透明片，或背面镀银或镀铝的丙烯酸树脂或适应阳光的透明的塑料片的材料。

21.  根据权利要求20所述的辐射能阱，包括下面的任意项作为组合：a)包围所述折射器的透明外部表面和/或用于非透明表面的热绝缘的透明管或弧形管部分，b)阵列的配置，c)透明的盖板和/或框，d)传热流体传送结构，e)传热流体泵，f)传热流体存储罐，g)热交换器，h)加热泵，i)DC到AC变换器，j)热到电转换器。

22.  根据权利要求22所述的辐射能阱，其中，所述接收器包括至少一个双面PV电池，其中，所述端盖具有能密封的孔，该孔的大小可用于至少一个双面PV电池的电气连接线。

23.  根据权利要求22所述的辐射能阱，其中，所述反射器和折射器的透明的侧面有效地包括用于被捕获的辐射能的孔径装置，相邻的弯点的虚拟切线有效地包括所述孔径的虚拟侧面，其中，所述孔径的至少一个虚拟侧面包括虚拟地平线，实际上沿太阳的平面的方向，虚拟地平线与地球表面上的地平线平行。

非成像散射光聚集器
技术领域
本发明是辐射能阱。其涉及太阳能领域，更具体地，涉及被组合的电和热转换及散射光聚集太阳能收集器。
背景技术
例如全球变暖、环境恶化、增加能源成本、石油危机及全球冲突等与使用化石燃料相关的问题已经产生了对于基于经济的太阳能的需要。在能够达到该目标之前可能需要在成本上有竞争力的太阳能产品。平板太阳能电子(光伏电池(PV cell))收集器相对昂贵。有效利用太阳能的尝试包括仅在直接的阳光中工作的聚集抛物反射器。甚至，薄雾或烟雾减少了所收集的直接的阳光。为了减少阳光照射区域，关键的反射器形状、支撑结构、阳光追踪性能及传输损耗导致了极大的成本。平板光伏电池收集器易于构造，能够固定并且半球地收集周围的辐射能量，然而，由于散射仅有的光，它们较低效率地工作。
将平板的最佳方面和抛物聚集器进行结合的尝试包括复合抛物聚集器(CPC)。CPC使用反射器来经过有限制的接受角(AOA)根据理想的2-D关系聚集(CR)并收集周围的光，CR＝1/sin(一半AOA)。CPC反射器在高度上通常被截短，具有减少的CR并收集AOA之外的某些光。CPC变型体有时使用透明的折射器。这些类型的收集器被更普遍地称为辐射能阱。设计方案包括由Eshelman、Knowles、Winston、Gill、Vasylyev、Isofoton S.A.及Sci Tech U.S.A.进行的这些设计方案以及欧洲专利EP0070747和DE3233081。在由来自theUniversity of New South Wales的Kapany、Johnson、Winston、Lee、Cherney、Fereidooni、Chen进行的设计方案及Bowden的设计方案中使用折射器。现有技术的主要问题是它们遭受着相对小的AOA，或特别低的散射光CR-AOA组合。关于作为反射器曲面的长度(RL)或高度(H)描述的折射器尺寸或反射器区域的孔径(A)的相对尺寸，如分别是RL/A和H/A的比率，材料和制造成本通常太高。与本发明相比，例如在Steigerwald的专利#DE10059555 A1、Puall的专利申请#20050081909、Lichy的专利申请#20060072222、Bowden的论文、Murtha的专利#6021007和#6619282中的3-D聚光器也遭受了AOA的小的CR或过度高的光学成本。
太阳能的其它问题也需要被解决。所安装的系统投资回收期太长而不能被普遍接受。在季节性气候中，对大部分建筑物提供热和电需要将要求过度大的无遮蔽的太阳能收集器区域。在热的阳光下PV电池效率降低。甚至，冷却的电池消耗大约80％的到达这些电池上的辐射能。混合收集器结合了电和热功能。如在Mlausky和Winston的专利#4045246、Damsker的专利#4395582、Goldman的专利#4427838、Australian National University的“CHAPS”项目、由瑞典的Uppsala University的Brogren进行的CPC设计方案、Puall的专利申请#20050081909、Johnson的专利#6080927或Nicoletti的专利#7173179中，已经尝试了许多混合系统。这些设计方案相对于本发明具有用于CR的小的AOA、差的能量利用、需要阳光追踪，或设计方案成本过高。
发明内容
本发明是辐射能阱。其包括被设置以通过从至少一个反射器反射出的辐射能来入射的。定形并设置折射器以将辐射能引导到接收器。折射器实质上具有棱柱形。接收器通过界面与折射器连接。本发明是散射及直接辐射能聚集器，其可以具有相当于平板收集器中的、周围辐射能的固体的接收角(AOA)。在保持散射光的相对高的聚光率(CR)的同时取得AOA，极大地减小了接收器的大小。折射器可以使用不同折射率的材料(I-of-R)并利用全内反射(TIR)。折射器可以是固体的或复合的嵌套层。折射层可以增加聚光率并减少热损耗。内部流体折射层可以是通过本发明流动的传热流体。折射器可以是对称的或非对称的，具有透明的或某些反射表面。接收器可以具有例如热接收器、检测器或换能器等的功能。接收器可以具有平的相对表面以支持双面光电(PV)电池的使用。反射器可以是简单的或对称或非对称的不同曲率的合成物。简单的收集器几何结构允许高的光和热效率。本发明可以具有相对的小的轮廓、小的RL/A并且是更高的CR 3-D聚集器，不减少AOA或收集器阵列组装密度。所安装的系统的投资回收期被减少到最小。不同的实施例允许成本效果的最佳化。本发明可以代替固定的平板太阳能聚集器、某些抛物线聚集器，或者本发明可以是增加了基本CR或简化了追踪需求的次级聚集器。
附图说明
图1是本发明的实施例的截面图。
图2a到d是折射器的对称实施例的截面图。
图3是本发明的实施例的截面图。
图4是图3的透视图。
图5是本发明的实施例的截面图。
图6是使用图2d中的折射器的本发明的实施例的截面图。
图7a、b和c是折射器的非对称实施例的截面图。
图8是本发明的实施例的截面图。
图9是图8的透视图。
图10是本发明的实施例的截面图。
图11是本发明的实施例的透视图。
图12是图8中的截面图的两个视图。
具体实施方式
本发明是辐射能阱。其包括被定位以通过在至少一个反射器上反射出的辐射能来进行入射的折射器。该折射器被定形和定位以将辐射能指引到接收器。折射器实质上包括棱柱形。接收器与折射器连接接口。反射器可以由某些材料构成，这些材料例如是由适合的方法形成的前面镀银的或铝化的金属片，或背面镀银的或铝化丙烯酸树脂或适应阳光的透明塑料。折射器可以具有单一的折射率(I-of-R)或者是例如玻璃、丙烯酸树脂、或内部流体介质等I-of-R介质的合成物。在附图中使用两个标称I-of-R值，n()＝。附图包括对称和不对称的实施例，通过对本领域技术人员已知的反射器的修整，这些实施例维持相空间(phase space)和TIR。在附图中，接收器有两面并且接收器作为整个或以多个部分处于折射器内。接收器例如是选择性地涂敷的板、检测器、换能器或双面PV电池。附图中示出双面接收器。PV电池可以与通过收集器抽出的换热流体进行热接触，以形成混合太阳能收集器。折射流体部分例如是水、盐水、防冻液。折射器层可以增强热隔离、改变吸收/反射特性并增强光捕获和聚集。可以通过传统的手段来形成并获得反射器和透明的折射器部件，并且反射器和透明的折射器部件可以互相支持或使用比例恰当的支持构件。收集器部件可以包括透明的盖板、盖、框架、管路(plumbing)、电气线路、适合的热隔离及辅助元件。
图1是本发明的实施例的横截面图。在边缘上看到接收器1，接收器1作为固体的、透明的、“钻石”形并导向的对称的侧的折射器2内的对角线。折射器2被设置在对称的相邻反射器3的弯曲部分内。反射器3的每个对称的一半由包括内部的较小半径部分3a和外部的较大半径部分3b的两个邻接的圆弧部分3a和3b组成。反射器在产生整体上半圆曲线的相应的点4上具有末端。在图1中，较小的半径圆形弯曲、反射器部分3a开始于折射器2的底端中心6上的中心线边缘点5。折射器的底端中心6具有相应的最近侧拐角7，每一个拐角7是每一个较小的圆形弯曲反射器部分3a的相应半径的中心。较小的圆形弯曲反射器部分3a终止于弯曲点3ab的改变位置，该位置与折射器2的相应上部侧8成一直线。折射器2的顶点9是开始于弯曲改变点3ab的相应的较大半径圆形弯曲反射器部分3b的中心。较大半径反射器部分3b的相应末端4与折射器的顶点9成一直线。固体折射器2可以被看作具有接收器1作为底部并且两个相应的侧面8作为折射器2的三角形半部分的一对邻接的相对的三角棱柱。底部和每一个侧面形成侧面到底部的角33(SBA)。
图2a到d是折射器的多个对称实施例的横截面图。图1中的折射器实施例位于图2a中。在图2a中，关键的侧面到底部的角(SBA)33允许TIR，如由边缘光线43表示所指示的，示出边缘光线43进入折射器2并走向(striking)接收器1。图2b是复合折射器，具有透明的外部的固体折射器部分2a和内部的、透明的对称钻石形的、较低的I-of-R的折射器部分2b。内部的折射器部分2b具有内部的侧面到底部的角63(ISBA)。对于给定的I-of-R，TIR需要一对角，一个角不大于SBA，一个角不小于SBA。比关键的最小角大更大的ISBA不会使得折射器的外部的固体折射器区域2a最小化。在图2b中，对于给定的ISBA 63的最小值，SBA 53对向(subtend)用于TIR的关键最大值。在图2b中，每一个折射器部分2a和2b具有相同的截面面积。示出边缘光线73a的表示进入折射器部分2a，被折射并最终走向接收器1。第二线73b示出至接收器1的另一折射路径。
在图2c中，对称折射器的SBA 83被减小到大约43°，相应的关键的ISBA93约为50°，这成比例地导致用于维持TIR的大约20％的外部的固体材料2aa(例如玻璃或丙烯酸树脂)以及80％的内部折射介质2b(例如水)，以及将如由边缘线103所表示的所选择的SBA 83使用的玻璃或丙烯酸树脂消耗最小化。
在图2d中，外部的折射器2ab包围内部流体折射器部分2b。所有SBA 113和ISBA 123对向相同大小的角，大约41.4°。这是如由边缘线133所表示的、用于维持TIR的、围绕标称n＝1.33的流体(例如水)的标称n＝1.5的材料(例如玻璃格或丙烯酸树脂片等)的平行表面的最大角。具有玻璃的合理厚度的外部折射器2ab的“玻璃块”具有与图2c中的类似的20％到80％的截面比例，并且大概比玻璃楔费用更少。
图3是具有“正方形”定向的、使用图2b中的折射器的本发明的实施例的横截面图。在边缘上看到接收器1，接收器1作为透明的、正方形周界的折射器2的对角线。折射器2被对称地嵌在整体上半圆对称的相邻的反射器3内。反射器3的每一个对称的半个部分由较小3a和较大3b半径的两个邻接的圆弧部分组成。在弯曲点3ab改变的位置上发生半径改变。在图3中，相邻折射器3的相应的较小半径圆形弯曲部分3a开始于折射器2的底端中心61上的中心线边缘5。折射器2的相应的底端拐角71是较小半径的圆形弯曲部分3a的中心。在弯曲点3ab中改变处，反射器的弯曲从较小半径改变到较大半径，弯曲点3ab与折射器2的相应侧面81成一直线。相应的较大半径的圆形弯曲反射器部分3b的中心是折射器2的相应的顶部拐角10。较大半径的圆形弯曲反射器3b的相应的末端4与折射器2的顶部拐角10形成为虚线的直径11。
图4是图3的纵向的槽形收集器的透视图，具有在与反射器3相邻的透明的复合折射器2a和b内对角定位的接收器1。横向平面的反射器端盖41终止反射器3和折射器2。反射器直径11相应于反射器端盖41的顶部边缘。盖折射器流体端口62通过反射器端盖41退出。来自由双面PV电池构成的接收器的电气配线72可以通过平面的反射器端盖41中的孔在希望的位置上露出。从反射器3的顶部末端4上延伸的点线82表示图3的横截面的平面。分别作为相邻的反射器3和反射器端盖41的周界的顶部边缘线4和11描绘出本实施例的孔径。
本实施例具有横向180度、纵向180度的AOA，具有大约3的CR。高度H、孔径A的比率H/A大约为0.38，反射器弯曲长度RL与A的比率RL/A大约是1.5。光效率能够最高达到大约0.95。具有50％的被截短了的反射器、具有大约为2.7的CR的类似于Winston的专利#4002499和Gill的专利#4561424的传统的CPC具有仅仅大约38°的AOA。它们具有比图3中的两倍还大的大约0.88的H/A比率，大约2.5的RL/A比率(更多的反射器)，并且它们需要关键的反射器调准。更直接的H/A、RL/A对比来自Winston的专利专利#5971551和#6244264，其仅具有55°的AOA和1.45的CR，比图3中的一般还少。基于孔径大小，Lee的专利#5699201、Cherney的专利#6700054及Fereidooni的专利#66700054是具有相对小的AOA-CR组合的相对厚重、单一、球形或平的表面、被截短的V槽形折射器。在Fereidooni的专利#6700054中光穿越多个反射边界，降低了光效率。
图5是具有在反射器中嵌入的图2c中的折射器的本发明的实施例的截面图。相邻反射器3的每一个对称的半个部分具有三个邻接的部分，三个邻接的部分由最内部的较小半径的圆形弯曲部分3a、第二较大半径的圆形弯曲部分3b和第三抛物线弯曲部分3c构成。较小半径的圆形弯曲反射器部分3a开始于折射器2的底端6上的中心线5。由外部折射区域2aa和内部折射区域2b构成的折射器2的相应侧拐角7是较小半径的圆形弯曲反射器部分3a的中心。较小半径的圆形弯曲反射器部分3a终止于弯曲点3ab的改变位置，该位置与折射器2的相应上部侧8成一直线。折射器顶点9是相应的较大半径的圆形弯曲反射器部分3b的中心。相应的较大半径的圆形弯曲反射器部分终止于弯曲点3bc的第二改变位置，该位置与横向AOA 13的虚线侧12成一直线。虚线侧12在折射器顶部9处交叉，顶部9是相应的抛物线弯曲反射器部分3c的中心。虚线侧12延伸以与各个抛物线弯曲反射器部分3c的相应末端4相交。较小的130°的AOA 13造成更高的CR。
图6是本发明的实施例的截面图。反射器3具有横向83°的AOA 13。折射器2来自图2d并且折射器2被嵌入在对称的反射器3内。接收器1垂直，并且与反射器中心线边缘5成一直线，反射器中心线边缘5与折射器底端6连接。透明的折射器2由外部固体部分2ab和大约是折射器2截面的80％的内部流体部分2b构成。横向AOA 13对向由接收器1一分为二的折射器2的相邻侧的角。相邻反射器3由以相应的折射器侧拐角7作为中心的对称的一对内部圆形弯曲部分3a和以折射器顶部9作为中心的外部相应的邻接的一对对称抛物线弯曲部分3c构成。横向AOA 13的各个虚线或侧12与弯曲点3ac的相应的改变位置相交。对称的抛物线弯曲反射器部分3c不是完整的抛物线，而是被截短的抛物线。对称的反射器末端4勾划出截面孔径A。CR是大约3.75。通过横向“视角”大约为140°的反射器截断收集另外的散射光。
图7a、b和c是折射器的非对称实施例的横向视图。图7a和b是图2d中的折射器的非对称实施例。在图7a和7b中，在固体折射器的相应末端44上，，固体透明的“玻璃格”折射器部分2ab与各个次级的、大体上半圆形的凹的镜面反射器34或341有效地连续。外部固体透明折射器部分2ab和次级的反射器部分34或341包围内部透明的流体折射器部分2b.
在图7a中，有效连续的次级反射器34由具有中心线边缘点34ab的对称的一对半圆形反射器部分34ab和34b构成。接收器1处于沿着折射器末端44的线的中部。接收器1的相应的接收器末端1a和1b是每一个半圆形弯曲反射器部分34a和b的各自的中心。示出进入折射器27并终止于接收器1的边缘线54。
图7b与图7a类似，但是具有透明的、对称的、钻石形次级复合折射器部分2c和2d。主要的流体折射器部分2b围绕次级固体折射器部分2c，次级固体折射器部分2c反过来包围着次级流体折射器部分2d。次级固体折射器部分2c包围着接收器1。次级折射器顶部尖端15与次级反射器末端44成一直线。对称的次级反射器341的每一半具有内部较小的圆形弯曲部分341a和连续的外部较大的圆形弯曲部分341b。与图1中相同的构造该圆形弯曲，具有圆形弯曲之间的弯曲点94上的对应改变，弯曲点94与相应次级复合折射器上部侧面16成一直线，并且具有开始于次级折射器底端84的中心线341aa。示出进入折射器28并走向接收器1的边缘线85。对称的次级折射器的SAB 64对向大约为24°并且ISBA 74大约为62.5°。如果例如水的流体折射器部分2b和2d具有I-of-R n＝1.33，例如玻璃的固体折射器部分2ab和2c具有I-of-R n＝1.5，则满足TIR的条件。次级流体折射器部分2d大约是次级复合折射器2c和2d的横截面积的25％。
图7c是图2b中的折射器的非对称版本。图7c具有与图7b相同的次级复合折射器部分2c和2d。有效连续的次级反射器部分342具有与图7b相同的形状。主要折射器的透明的外部固体部分2ac延伸到次级反射器342的相应的次级反射器部分342b。次级反射器342具有与主要流体折射器部分2b连续的相应的部分342a。示出进入折射器29并走向接收器1的边缘光线96。与具有大约20％的固体折射器区域的图7b相比，图7c具有大约40％的固体折射器区域。对于给定集的I-of-R，可以使用图7c中的折射器实施例以达到比图7b更高的CR。
图8是本发明的非对称实施例的横截面图。折射器28来自图7b，折射器28具有来自图6的反射器中的一个相邻的对称的半个反射器38。横向AOA 13被非对称定位。与图6中相同地定位AOA的第一侧12a。AOA的第二侧12b是孔径A的线，其终止于反射器边缘4。本实施例利用折射器的有效平坦的透明侧以通过大约180°的截面角来接收光。横向AOA 13与图5中的相同，大约130°，但是在图8中，CR更高。图8的CR大约与图6中的相同，大约3.75，但是在图8中，AOA更大。
图9是在第三维度上纵向延伸的图8的透视图。显示为部分槽状收集器，具有图7b的非对称折射器实施例28及其次级复合折射器2c和2d。折射器28与非对称反射器38相邻。通过具有自由边缘18的平面反射器端盖42，反射器38和折射器28终止。折射器流体端口62通过端盖42退出。在图9中，平面反射器盖42在与图8的横截面平行的横截面中。
图10是具有非对称反射器39的本发明的实施例的横截面图。图10使用是来自图7c的折射器版本的折射器实施例30。孔径A与接收器的比例是大约为4的CR。横向AOA 13大约为130°。为了提高热效率，透明的、薄壁的、半圆形管31围绕着折射器的透明的外部部分2ae。圆弧部分31和透明的固体外部折射器部分2ae之间的缺口32可以被填满低传导性气体或被实质上抽空。绝缘材料35可以包围次级反射器342。折射器30是成比例地大约为40％的固体折射器面积2ae和2c。固体折射器2ae的内部顶部2e被弯曲以更好地支持实质上抽空的缺口32。
图11是作为更高CR的3-D散射光聚集器的本发明的实施例。图11是被简化了的图10的透视图，不具有圆弧管部分、热绝缘或固体折射器内部表面弯曲部分。通过纵向周期性的、横向导向的倒V形反射器310来分隔次级反射器。在次级反射器342之间间隔放置分隔物310，二者均为次级反射器342的连续部分。倒V形反射器310面向折射器29。将作为相等长度组合2cd和1的次级复合折射器和接收器被纵向分离成部分210。每一个倒V形反射器部分310的开放底端的纵向长度76大约是次级反射器部分342的底端长度78的一半。次级反射器底端长度78大约与次级折射器-接收器纵向部分210的长度80相同，次级折射器-接收器纵向部分210与相应的次级反射器底端长度78平行，并位于相应的次级反射器底端长度的中部。折射器具有末端盖，该末端盖包括相对的透明次级折射器横向末端311并且向内面向半个相应的倒V形反射器310a和310b。示出具有流体端口62的反射器39的平面反射端盖42及其相应的自由边缘18。图11具有大约为6的CR、横向130°的AOA及纵向180°的AOA。
图12是从水平面12a以大约45°的角15向上倾斜的、被排列以形成具有相应的相邻反射器38和折射器-接收器28的阵列的两个图8中的横截面图。这允许横向AOA 13的第一侧12a的水平调准。假设很少的光在水平面下面，当被倾斜以面向太阳的平面时，该AOA模拟平板收集器。阵列可以具有其它配置和倾斜角。
图11中的收集器具有大约130°乘180°的AOA及大约为6的CR。Steigerwald的德国专利DE10059455A1中的3-D聚集器通过复杂的光学系统主张80°乘180°的AOA，以及仅仅3.6的CR。Rosenberg的专利#7164839具有45°乘160°的AOA，不具有固定的CR，估计CR大约为3。Paull的专利申请#20050081909为3-D聚集器，并主张用于双弯曲CPC的为3的CR及仅为70.5°的组合AOA。Lichy的专利申请#20060072222是3-D CPC，其具有可能的折射器CPC次级及70°乘106°的AOA，不具有固定的CR，估计CR大约为2.5。Chen的专利6653551和6717045使用具有CPC的Fresnel透镜，Nicoletti的专利7173179描述了具有填满流体的、排列了PV的容器的抛物盘。这些CR-AOA组合全部低于本发明中的CR-AOA组合。专利#6021007和#6619282中的Murtha提出的导光具有相对高的几何CR及合理的AOA，但是相当低的光和热效率，及复杂、昂贵的光学系统。更新的版本需要大量的水平布置的水，造成极大的余弦损失。对于平板等效的AOA PV收集器，即使更高的CR光学花费相应增加，逐渐缩小的返回量导致安装的收集器系统光损耗。除了用于说明目的描述的实施例，在不脱离本发明的范围的情况下，还存在其它本发明的可能的实施例，包括另外的元件和辅助部件。