用于转换光能的具有混合架构的光学机械系统及对应的方法与流程

1.本发明涉及光学系统技术领域，更具体地涉及光学机械系统(optomechanical system)技术领域。特别地，本发明涉及一种用于将光能转换为另一种类型的能量的光学机械系统和对应的方法。更准确地，本发明涉及一种具有混合架构的光学机械系统，该光学机械系统包括至少两种不同类型的光能转换元件，特别是两种不同类型的光伏电池(photovoltaic cell)。特别地，这样的光学机械系统可以以有利的方式用在太阳能电池板的构造中，以用于使太阳能电力的产生最大化。


背景技术：

2.光伏电池(pv电池)是一种将可见光转换为直流电(dc)的专业半导体二极管。一些pv电池还可以将红外(ir)或紫外(uv)辐射转换为dc电力。光伏电池是诸如太阳能电池板的太阳能——电能系统的组成部分，太阳能——电能系统作为公用电源的替代源正变得越来越重要。
3.期望提高从太阳能到电力的转换效率，以降低太阳能电力的成本并且使它可与诸如燃料的其他能源竞争。然而，标准硅pv电池的效率被限制在大约20％至25％。基于多结pv电池的替代高效率光伏技术更加高效——它们实现了大于40％的效率，但是它们太昂贵而无法用在大面积太阳能电池板中并且因此无法充当标准pv电池的直接替代物。
4.提出的用于利用可负担得起的高效率pv电池的一种解决方案是所谓的集中光伏(或cpv)方法。cpv系统利用入射太阳光在较小表面面积的高效率pv电池上的集中(concentration，聚集)，从而降低总材料成本。由于此技术，可以使用最好的现有pv电池技术。太阳光的集中使得减小由pv电池覆盖的总表面面积成为可能，而不减少生成的电功率的量。太阳能集中器(concentrator，聚集器)利用如下光学装置(optical arrangement)，该光学装置包括光学部件，诸如透镜或反射镜，以用于将入射太阳光集中在光伏电池上。因此，与用由硅制成的常规pv电池相比，cpv系统使得可以以较小的生产成本生成电力。
5.使用光学装置将光集中在非常高效率pv电池上的主要缺点是光学扩展量(
é
tendue)的物理限制：集中系数(concentration factor)越高，光学装置的角接受度(angular acceptance)越低。由于需要显著的集中系数——通常为几百倍——来减小高效率pv电池的尺寸并且使它们在经济上可行，在大多数情况下，角接受度通常被限制在几度或甚至小于一度。由于此原因，仅当入射光正交(或垂直)于太阳能电池板、准确地正交于光学装置时，已知的cpv系统才能够将太阳光高效地集中在高效率pv电池上。
6.由于此原因，cpv系统通常安装在所谓的太阳能追踪器上。后者是用来将pv板、反射器、透镜或其他光学设备朝向太阳定向的设备。由于太阳在天空中的位置随季节和一天中的时间改变，因此使用追踪器来将收集系统对准以使能量产生最大化。存在许多类型的太阳能追踪器，它们具有不同的成本、复杂性和性能。追踪器的两个基本类别是单轴线和双轴线。单轴线太阳能追踪器可以具有水平轴线或竖直轴线。双轴线太阳追踪器既具有水平轴线又具有竖直轴线，并且因此它们几乎可以追踪太阳在天空中任何地方的表观运动。然
而，这样的追踪器大、重并且结构非常复杂。它们需要频繁维护，并且具有与风荷载或湿度相关的可靠性问题。此外，由于它们的尺寸、重量和形状因素，这些追踪器不能够安装在屋顶上，并且因此无法解决住宅市场对太阳能电池板的需要，在住宅市场中，由于可用面积有限，因此高效率是关键。
7.即使当与追踪器结合时，cpv系统仅能够高效地集中准直(方向性)光，诸如直接来自太阳的光。在同一时间来自天空的所有点的漫射太阳光以及被环境反射的光不能够由光学装置高效地集中，并且因此将不被透射到高效率pv电池并且由高效率pv电池收集。尽管在晴天时漫射辐照度通常仅是总辐照度的一小部分，但是每年的漫射辐照度的总量可以是非常显著的，这取决于地理位置和当地气候。
8.为了克服或减少以上缺点，已经开发了包括次级型(secondary type)太阳能电池的混合架构cpv系统。次级电池(secondary cell)通常是具有比初级电池(primary cell)更大的表面面积的硅太阳能电池，并且被安排在初级电池周围或在它们下方，使得次级电池可以收集一些未由初级电池收集并且原本将丢失的光。由于此架构，更多的光可以被收集并且被转化成电力。太阳能集中模块的标称输出功率和总能量产量可以被显著提高。
9.由于所有以上原因，需要一种具有混合架构的光学机械系统，该光学机械系统提供用于转换大部分直接集中的光能的初级高效率元件和用于转换未由初级元件转换的附加的光的次级元件，并且还包括仅在有限体积内移动的移位机构(shifting mechanism)，以追踪太阳的表观移动，同时仍然确保与诸如屋顶的固定倾斜装置(installation)的兼容性。
10.此外，仍然需要一种可靠并且在延长的使用寿命内需要最少维护的系统。例如，预期一种具有至少20年使用寿命的系统。


技术实现要素：

11.因此，本发明的目的是提出一种新的用于转换光能的光学机械系统和对应的方法，其中完全克服了或至少大大减少了已知的系统和方法的上述缺点。
12.本发明的目的特别是提出一种用于转换光能的光学机械系统和对应的方法，由于该系统和方法，可以转化从高方向性源(例如太阳)发出的光能，而且可以转化来自漫射源(例如天空)的光能，并且因此可以使该系统的能量输出最大化。
13.根据本发明，这些目的特别地通过两个独立权利要求的要素来实现。另一些有利的实施方案从从属权利要求和说明书得出。本领域技术人员还可以容易地组合本文在不同实施方案中公开的特征。
14.特别地，在第一方面，本发明的目的通过一种用于转换光能的光学机械系统来实现，所述光学机械系统包括：
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光学装置，其包括一个或多个光学层，其中所述光学层中的至少一个包括多个初级光学元件以将入射光集中成透射光，其中所述初级光学元件被布置成二维矩形或六边形阵列；
16.■
支撑层；
17.■
移位机构，用于使所述光学装置的所述光学层中的至少一个相对于所述支撑层移动，或反之亦然；以及
18.■
框架元件，所述光学装置或所述支撑层被附接到所述框架元件，
19.其中所述支撑层包括多个初级光能转换元件和多个次级光能转换元件，所述多个初级光能转换元件被布置成与所述初级光学元件的布置对应的二维阵列，
20.其中所述初级光能转换元件和所述次级光能转换元件能够将透射光的能量转换为输出能量，并且其中所述初级光能转换元件和所述次级光能转换元件的类型、和/或表面面积、和/或光转换效率、和/或光转换光谱不同，并且
21.其中所述移位机构被布置成通过一个或多个平移元件使所述光学装置的所述层中的至少一个或所述支撑层相对于所述框架元件平移移动，使得所述初级光能转换元件的总输出功率和所述次级光能转换元件的总输出功率是可调整的。
22.由于本发明，可以同时高效地转化从高方向性光源和从漫射光源发出的光能。使用此光学机械系统，可以转化更多的光能，并且该光学机械系统的标称输出功率和总能量产量可以被显著提高。
23.该光学机械系统的移位机构可以被用来在两种或更多种类型的光吸收元件之间分布光。在一些情况下，当入射光可以被显著集中时(例如，当入射光主要是直射的或准直的时)，将大部分透射光聚焦到高效率初级光能转换元件可以是有利的。当入射光更漫射的并且不能够被集中在小面积上时，将透射光主要分布在次级光能转换元件上可以是有利的，所述次级光能转换元件通常在将光转换为其他形式的能量方面不太高效，但是具有比初级吸收元件大得多表面面积。
24.当本发明的光学机械系统与太阳光以及高效率和传统pv电池的组合一起使用时，本发明允许成本显著降低，因为高效率pv电池的总表面面积可以相对于不包括本发明的所描述的光学机械系统的系统显著减小。因此，该系统的效率被大大提高，而不导致令人望而却步的成本。该光学机械系统确保大部分直射太阳光被透射到高效率pv电池，并且未由高效率pv电池捕获的光(即漫射光或具有大入射角的直射光)被透射到更大面积的传统pv电池。由于后者主要收集漫射太阳光或具有低集中系数的光，因此次级光能转换元件的设计可以被优化以在低至中等辐照度水平(例如，通常为每平方米100至500瓦特)下使效率最大化。
25.支撑层有利地包括一个或多个透明电介质基板，初级光转换元件被安装在所述一个或多个透明电介质基板之上。这是有利的，因为未由初级光能转换元件捕获和转化的光可以被透射通过透明电介质以由定位在所述一个或多个透明电介质基板下方的次级光能转换元件捕获和转化。所述透明电介质基板有利地由在可以由次级光转换元件转换的波长范围内具有非常高的光学透射的材料制成，所述次级光转换元件是诸如低铁浮法玻璃，有利地具有防反射涂层或图案结构(patterning)。
26.此外，重要的是要注意，次级光转换元件也可以有利地布置成二维阵列，例如，与由初级光转换元件形成的阵列互补的阵列。然而，还可以提供未布置成二维阵列的次级光能转换元件。在此情况下，次级光学元件例如可以采用细长条的形式。
27.在本发明的一个优选实施方案中，所述移位机构被布置成使所述光学装置的所述层中的至少一个或所述支撑层移动，使得所述初级光能转换元件的总输出能量功率和所述次级光能转换元件的总输出能量功率被最大化。
28.在再一实施方案中，所述初级光学元件是反射型的，诸如反射镜；或是折射型的，
诸如透镜，包括平凸、平凹、双凸、双凹、凹凸型和具有多项式(polynomial)的形状的非球面曲率。光学元件诸如具有非球面曲率——有利地具有由3阶或更高阶多项式描述的非球面曲率、并且特别地具有包括一个或多个拐点的非球面曲率——的透镜允许较高的设计自由度以增加角接受度并且减少光学像差。这允许高效地将从高方向性光源(诸如太阳)发出的光集中到高效率光能转换元件上。由于集中，昂贵的光能转换元件的面积可以被减少，因此降低成本。此外，集中通常增加光能转换元件的效率。
29.在另一优选实施方案中，所述光学机械系统被配置为使得直射太阳光由所述初级光学元件引导到所述初级光能转换元件，并且使得漫射太阳光由所述次级光能转换元件捕获。
30.在另一优选实施方案中，所述初级光能转换元件和/或所述次级光能转换元件是光伏电池。利用这，电力可以由所述光学机械系统高效地并且直接地产生。
31.在又另一优选实施方案中，所述初级光能转换元件和所述次级光能转换元件二者是不同类型的单结光伏电池。
32.在又另一优选实施方案中，所述初级光能转换元件和次级光能转换元件是相同类型的光伏电池，并且其中所述初级光能转换元件和次级光能转换元件的表面面积和/或形状不同。在此实施方案中，所述初级光能转换元件和次级光能转换元件优选地由同一源晶片制成，所述源晶片然后由沟槽(trench)或狭槽(slot)分隔以限定初级光能转换元件和次级光能转换元件的轮廓。分隔过程有利地为主要被设计为转换高度局部化的集中光的初级光能转换元件限定较小的面积，并且为主要被设计为转换漫射光并且因此非局部化光的次级光能转换元件限定较大的面积。此实施方案有利于由同一源材料制造两种类型的电池，同时仍然受益于由光集中在初级光能转换元件上所提供的效率增加。
33.在又另一优选实施方案中，所述初级光能转换元件是多结光伏电池，并且所述次级光能转换元件是另一种类型的光伏电池。多结光伏电池是非常高效但昂贵的，而单结pv电池不太高效但便宜得多。初级光能转换元件可以有利地是基于iii
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v族半导体——诸如gainp/gainas/ge或ingap/gaas/gainasb——的三结电池，所述三结电池在集中下可以达到大于40％的效率。替代地，初级光能转换元件可以是双结电池或串叠型(tandem)电池，诸如钙钛矿硅串叠型电池，其具有提供更好的性能成本比的潜力。应注意的是，多结电池的结可以通过外延工艺生长或可以机械地堆叠。次级光能转换元件可以有利地是单晶硅电池、多晶硅电池或薄膜太阳能电池，诸如铜铟镓硒(cigs)、碲化镉(cdte)或非晶硅，它们都是以非常低的成本大量生产的。尽管如此，它们也可以由其他技术/材料——诸如异质结硅电池或钙钛矿——制成。通过初级光能转换元件和次级光能转换元件之间的例如表面面积和成本方面的权利平衡，该系统的产量可以被最大化。
34.在另一实施方案中，所述初级光能转换元件是光伏电池并且所述次级光能转换元件是热太阳能收集器。这有利于提供一种生成两种类型的能量输出(电力和热量)的光学机械系统，这在诸如住宅太阳能装置(installation)的应用中可以是有益的。
35.在再一优选实施方案中，所述次级光能转换元件设置有孔，所述初级光能转换元件被放置到所述孔内，并且其中所述次级光能转换元件覆盖在所述初级光能转换元件之间的所述支撑层的表面。由于此架构，所述初级光能转换元件和所述次级光能转换元件可以被布置在同一平面中。通过所述次级光能转换元件覆盖在所述初级光能转换元件之间的所
述支撑层的表面，未由后者捕获的光由次级元件捕获。
36.在本发明的另一优选实施方案中，所述支撑层包括在所述光学装置的方向上一个安装在另一个之上的初级支撑层和次级支撑层，其中所述初级支撑层承载所述初级光能转换元件，并且所述次级支撑层承载所述次级光能转换元件。通过此结构，所述初级光能转换元件和所述次级光能转换元件位于两个不同的平面中。此布置对于易组装性是有利的，因为所述初级支撑层可以被直接安装在次级支撑层之上，而不对次级支撑层的结构进行重大改变。此外，通过此布置，所述次级支撑层不因机械加工(例如孔)而退化，并且次级光能转换元件可用的表面被最大化。此外，未由初级能量转换元件或次级能量转换元件转换的光能所生成的热量被扩散在两个不同的平面上，这允许支撑层中的更好的温度分布。例如，当初级光能转换元件是多结光伏电池并且次级光能转换元件是单结光伏电池时，后者因为其温度系数更大因此其效率受温度升高的负面影响更大。通过使用前面提到的架构，由集中的直射光生成的热量被局部化在初级光能转换元件上，并且对次级光能转换元件的影响被最小化。次级支撑层包括多个次级光能转换元件，所述多个次级光能转换元件覆盖所述光学机械系统的面积的大部分、优选地至少70％。此外，次级光能转换元件有利地具有比初级光能转换元件显著更大的面积，优选地至少大十倍的面积。最后，所述初级支撑层优选地比所述次级支撑层薄。
37.在本发明的又另一优选实施方案中，所述初级支撑层被层压在所述次级支撑层之上。层压有利于确保初级支撑层和次级支撑层之间的非常良好的光导性和热导性。此外，它是光伏行业的标准、鲁棒并且有成本效益的工艺。有利地，层压是借助于充当中间层的封装物(encapsulant)来执行的。
38.在本发明的再一优选实施方案中，所述初级支撑层由透明电介质制成。在此布置中，未由初级光能转换元件捕获和转化的光被透射通过所述透明电介质以由次级光能转换元件捕获和转化，所述次级光能转换元件有利地被放置在透明电介质下方。所述透明电介质有利地由在可以由次级光转换元件转换的波长范围内具有非常高的光学透射的材料制成，所述次级光转换元件是诸如低铁浮法玻璃，有利地具有防反射涂层或图案结构。所述透明电介质可以使用诸如乙烯
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醋酸乙烯酯(eva)的透明封装物层压在次级支撑层之上。所述透明电介质也可以是直接生长在次级光能转换元件之上的薄层，诸如生长在pv电池之上的氧化硅。
39.在再一优选实施方案中，所述初级支撑层由多个透明电介质拼贴块(tile，拼贴片)组成，所述拼贴块首先被装配(populate，加装)有初级光能转换元件，之后被并排层压在由透明电介质制成的较大的次级支撑层上以形成完整的初级支撑层。较小的拼贴块优选地由薄的(通常小于1mm厚的)化学硬化玻璃制成，而较大的基板优选地由具有3mm的典型厚度的回火玻璃制成。当初级光能转换元件通过拾取和放置(pick
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and
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place)被组装并且光学机械系统太大而无法通过常规的拾取和放置装备处理时，此拼接方法是有利的。为了确保拼贴块的准确相对定位，有利地使用夹具来在层压过程期间将拼贴块保持就位。此夹具优选地是金属片，所述金属片例如由钢制成、具有被设计为约束拼贴块的位置的特征。
40.在又另一优选实施方案中，所述初级支撑层由玻璃制成，优选地由化学硬化低铁玻璃制成。
41.在再一优选实施方案中，所述次级支撑层由回火玻璃、聚合物或碳纤维制成。
42.在本发明的再一优选实施方案中，所述初级支撑层设置有被设计为转换特定范围的波长的透射光的初级光能转换元件，所述波长有利地是从uv到可见光的短波长，而其余的透射光——有利地是从uv到可见光的短波长(具有更长的波长，诸如红外光)——被进一步透射通过所述初级支撑层，以由次级光能转换元件转换。此实施方案有利于通过使用较便宜的能够仅转换透射光光谱的一部分的光能转换元件来降低初级支撑层的成本，而次级支撑层转换其余的。有利地，初级支撑层可以由漫射材料制成或设置有反射元件，所述反射元件被设计为扩散透射光并且增加次级光能转换元件上的照明均匀性，从而避免热点并且因此增加光能转换效率。
43.在本发明的再一优选实施方案中，所述初级支撑层设置有孔，所述孔被布置成使得所述透射光的至少一部分到达所述次级光能转换元件。以该方式，未由初级光能转换元件捕获和转化的光可以由次级光能转换元件捕获和转化。
44.在本发明的另一优选实施方案中，所述初级光能转换元件通过初级电连接线互连。所述初级电连接线提供了将初级光能转换元件的输出组合成单个功率输出的手段。
45.在本发明的另一优选实施方案中，所述初级连接线被设置在所述支撑层上。通过这，未由初级光能转换元件捕获的光可以到达次级光能转换元件。
46.在本发明的又另一优选实施方案中，所述初级连接线由透明导电材料——诸如透明导电氧化物——制成。此实施方案有利于将初级光能转换元件的输出组合成单个功率输出，同时保证由这些连接线吸收的光最少。这确保了最大限度的未由初级光能转换元件捕获的光被透射到次级光能转换元件并由次级光能转换元件捕获。
47.在本发明的另一优选实施方案中，所述次级光转换元件通过次级连接线互连，所述次级连接线具有被设计为使由于遮光和/或散射导致的能量损失最小化的几何形状。
48.在一个优选实施方案中，所述初级光能转换元件中的每个的输出端子通过具有串联连接和并联连接的组合的导电线互连，以提供初级两端子输出，和/或所述次级光能转换元件中的每个的输出端子通过具有串联连接和并联连接的组合的导电线互连，以提供次级两端子输出。通过这，所述光学机械系统可以设置有四端子输出。此实施方案有利于为最大功率点优化提供高灵活性，因为初级输出和次级输出的功率点可以被独立调整。
49.在另一优选实施方案中，初级功率输出的端子中的一个和次级功率输出的端子中的一个被连接，使得所述光学机械系统设置有三端子输出。
50.在再一优选实施方案中，初级功率输出和次级功率输出使用功率电子器件而被组合，使得所述光学机械系统设置有两端子功率输出。这有利于使外部互连的数目最小化，所述外部互连例如在其中多个光学机械系统被组合的设备/装置上。
51.在本发明的再一优选实施方案中，所述次级光能转换元件是双面的。这准许捕获和转化入射到系统的背面的光能。
52.在本发明的再一优选实施方案中，所述次级光能转换元件被选择用于转换太阳光谱的一特定部分——有利地蓝色光谱——的能量。由于来自天空穹顶的漫射光的光谱通常向蓝色移位，因此次级光能转换元件可以有利地被优化为在转换光谱的蓝色部分中的光方面更高效。
53.应注意，其上安装初级光能转换元件和次级光能转换元件的基板，即初级支撑层和次级支撑层，可以由多种材料制成，所述材料诸如但不限于：铝、钢、不锈钢、玻璃、abs、
(丙烯酸)pmma或碳纤维。取决于架构/实施方案，这些材料中的一些可以比其他材料更有利。例如，对于双面光能转换元件，选择用于基板的材料将有利地是高透明类型，诸如玻璃或透明聚合物。为了维持初级光学元件和对应的初级光能转换元件之间的最佳对准，光学层和支撑层的材料有利地具有类似的或相容的热膨胀系数。
54.在本发明的另一优选实施方案中，折射型和/或反射型的次级光学元件被直接设置到所述初级光能转换元件上。直接安装在所述初级光能转换元件上的次级光学元件具有两个主要优点。首先，它们确保由初级光能转换元件对透射光的更好收集，因为次级光学元件允许光的原本将错过初级光能转换元件并且被丢失或透射到次级光能转换元件的一部分进行收集，所述次级光能转换元件在将光能转换为电功率方面不太高效。其次，次级光学元件允许增加对准公差。假使几个初级光能转换元件被安装在同一基板上，由光学装置的每个初级光学元件集中和透射的光可能略微未对准。次级光学元件使与此未对准相关的损失最小化。
55.在再一优选实施方案中，第三级光学元件(tertiary optical element)在所述光学装置的方向上设置在所述支撑层之上，其中第三级光学元件被配置为使得照射在所述支撑层的光转换区域上的光的量被最大化。所述第三级光学元件允许例如修改原本将照射在初级光能转换元件的连接线上并且因此将被丢失的光的路径。由于所述第三级光学元件，此光被重新引导到例如次级光能转换元件。
56.在本发明的另一优选实施方案中，所述光学机械系统还包括：一个或多个滑块，被布置在所述支撑层和所述光学装置之间；以及一个或多个预约束元件。所述一个或多个滑块可以被固定在它的任一端上并且在另一端上滑动，或它可以被布置成在两端上滑动。例如，所述滑块可以在一端上固定到光学装置并且在另一端上在支撑层上滑动，或反之亦然。预约束元件，诸如弹簧，可以被布置在与所述滑块相同的轴线上，以确保所述滑块始终与它们在其上滑动的表面接触。通过适当数目的滑块，可以在所述光学机械系统的整个表面上准确地并且可靠地保持光学装置和支撑层之间的距离。此外，所述光学机械系统在垂直于所述光学装置表面的轴线上的刚度被大大增加，从而降低了对移位机构的其他导引元件的刚度要求。
57.在再一优选实施方案中，一些滑动垫可以被布置在所述滑块与它们在其上滑动的表面之间，以减少摩擦和/或局部地改变在其上发生滑动的表面的斜率。更具体地，所述滑动垫可以具有任何期望的曲率，例如球体的一部分，使得当所述滑块在所述滑动垫上横向移动时，所述光学装置和所述支撑层之间的距离根据期望的曲率改变。否则说，横向位移引起受控的竖向位移。此配置有利于提高所述光学机械系统的效率和/或角接受度。
58.在另一优选实施方案中，所述移位机构还包括一个或多个导引元件，例如一个或多个柔性导引元件，诸如弹簧或板弹簧(leaf spring)，使得所述一个或多个导引元件能够限制所述光学装置和/或所述支撑层的自由度。有利地，能够限制所述一个或多个平移元件的自由度的所述一个或多个导引元件，有利地是柔性导引元件被布置成使得所述光学装置和所述支撑层的相对位置可以通过所述移位机构而被精确地调整，并且具体地，避免相对旋转或使相对旋转最小化。以此方式，所述移位机构确保所述光学装置和所述支撑层的相对移动仅在平移中发生，而没有旋转。基于机械变形的柔性导引元件对于需要高可靠性和长使用寿命的机械系统——诸如本发明的光学机械系统——是有利的，因为它们不涉及摩
擦并且不遭受磨损。此外，它们在垂直于移动的方向上的刚度和它们在执行小位移时的精度使它们特别适合此类型的系统。
59.在再一实施方案中，所述一个或多个导引元件能够抑制所述光学装置和所述支撑层之间的旋转移动。这是特别重要的，因为所述光学装置和所述支撑层之间的任何虚假旋转移动导致所述系统的输出功率的降低。
60.在本发明的另一优选实施方案中，所述支撑层借助于诸如双万向接头——特别是双万向节接头或双球接头——的导引元件和/或借助于诸如弹簧或板弹簧或柔性杆的柔性导引元件直接附接到所述光学装置。由这些导引元件提供的直接机械链接确保了所述光学装置和所述支撑层相对于彼此的更准确定位。
61.在本发明的再一优选实施方案中，所述导引元件被布置成导引所述光学装置或所述支撑层在抛物面上或在球面轨迹上的移动。通过这，初级光能转换元件可以与入射光的入射角无关地定位在初级光学元件的焦点处。此外，弯曲的位移轨迹可以有利于提高所述光学机械系统的效率和/或角接受度。
62.在本发明的另一优选实施方案中，所述光学装置包括直接或借助于粘合层相互结合(bond)的至少两个光学层。
63.在本发明的又另一优选实施方案中，所述光学层中的一个由诸如玻璃或丙烯酸(pmma)的刚性材料制成，并且所述光学层中的一个由诸如硅橡胶的柔性材料制成。在此实施方案中，前光学层——距所述支撑层最远的光学层——由诸如玻璃或丙烯酸(pmma)的相对刚性材料制成，以增加所述光学装置的刚度并且保护随后的光学层免受机械冲击或环境污染(诸如灰尘或湿度)。前光学层通常是平坦的，即不具有光学元件，但是它也可以被图案化以更改透射光的路径或分布。此外，前光学层可以被涂覆有单面或双面抗反射涂层，以改善光学透射。
64.在本发明的再一优选实施方案中，所述光学层通过模制形成，特别是通过注射或压缩模制形成。模制是一种特别简单且便宜的用于生产光学层同时允许高光学精度的方法。
65.在本发明的再一优选实施方案中，所述初级光学元件具有六边形或矩形拼接轮廓。这准许用初级光学元件完全覆盖所述光学装置的表面，而在这些元件之间不具有任何间隙。
66.在一个优选实施方案中，所述光学装置被附接到所述框架元件的前侧，从而一起形成完全包围所述支撑层和所述移位机构的封闭盒。通过这，来自环境因素——诸如机械冲击、风荷载或湿度——的影响被最小化。
67.在再一实施方案中，所述光学装置包括通风系统，以防止当外部条件改变、例如温度改变时在由所述框架元件和所述光学装置限定的封闭空间内积累过度压力和/或发生水凝结。因此可以增加所述系统的使用寿命和可靠性。
68.在再一优选实施方案中，所述移位机构的所述平移元件包括至少一个致动器和一控制系统，使得所述光学装置的至少一个光学层或所述支撑层在平移移动中以一个或多个自由度可移动。平移运动可以相应地配置为一个、两个或三个自由度。平移中的较高的自由度可以提高所述系统的准确度和灵敏度，使得所述系统的产量可以被最大化。
69.在本发明的另一优选实施方案中，所述移位机构包括被安排成平行于同一平移轴
线但位于所述平移元件的相对端处的两个或更多个致动器和在垂直于前两个致动器的方向上安排的一个或多个致动器。此配置允许取消所述平移元件围绕正交于所述光学装置的轴线的任何寄生旋转，以确保不存在所述支撑层和所述光学装置之间的相对旋转。
70.根据一个实施方案，所述致动器是机电致动器、静电致动器、压电致动器、粘滑致动器或气动致动器。
71.根据再一实施方案，本发明的光学机械系统还包括反馈控制回路，以监控所述平移元件的位置和/或所述系统的输出功率，其中所述反馈控制回路是例如光学传感器、磁传感器或光伏传感器、功率计或这些传感器中的几个的组合。所述一个或多个传感器可以报告关于所述平移元件、所述光学装置或所述支撑层或其组合的相对位置或绝对位置的信息，或关于所述系统的输出功率的信息，使得光能转换产量可以被优化。
72.在本发明的另一优选实施方案中，所述框架在底部至少部分地敞开，并且柔性膜密封所述平移元件和所述框架之间的间隙，同时允许所述平移元件横向和竖向移动。在此配置中，所述平移元件和与其一起的支撑层直接暴露于环境温度，这允许热量通过对流消散。
73.在本发明的又另一实施方案中，单个初级光能转换元件的面积显著小于单个初级光学元件的面积，优选地小至少二十倍。
74.在第二方面，本发明涉及一种用于使用前面提到的光学机械系统转换光能的方法，所述方法包括以下步骤：
75.■
将入射光集中成透射光；
76.■
借助于所述初级光能转换元件和所述次级光能转换元件将所述透射光的能量转换为输出能量；以及
77.■
使所述光学装置的所述光学层中的至少一个相对于所述支撑层移动，或反之亦然，
78.其中所述移位机构通过一个或多个平移元件使所述光学装置的所述光学层中的至少一个或所述支撑层平移移动，使得所述初级光能转换元件的总输出能量功率和所述次级光能转换元件的总输出能量功率被最大化。
79.应注意，术语“集中”不意味着入射光被完全集中。如上文所提到的，大部分直射入射太阳光被透射到一个层中的高效率pv电池。然而，未由高效率pv电池捕获的光(即漫射光或具有大入射角的直射光)被透射到另一个层中的更大面积的传统pv电池。
附图说明
80.根据以下结合附图进行的详细描述，本发明的前述和其他目的、特征和优点是明显的，在附图中：
81.图1a是根据本发明的第一实施方案的光学装置和支撑层的示意性横剖视图，其中高方向性光正交地照射到光学装置上；
82.图1b是根据本发明的第一实施方案的光学装置和支撑层的示意性横剖视图，其中高方向性光以小入射角照射到光学装置上；
83.图1c是根据本发明的第一实施方案的光学装置和支撑层的示意性横剖视图，其中高方向性光以大入射角照射到光学装置上；
84.图1d是根据本发明的第一实施方案的光学装置和支撑层的示意性横剖视图，其中仅存在漫射光；
85.图2a呈现了根据本发明的第二实施方案的初级光能转换元件和次级光能转换元件的布置的示意性侧视图；
86.图2b呈现了根据本发明的第二实施方案的初级光能转换元件和次级光能转换元件的布置的示意性俯视图；
87.图2c呈现了根据本发明的第三实施方案的初级光能转换元件和次级光能转换元件的布置的示意性侧视图；
88.图2d呈现了根据本发明的第三实施方案的初级光能转换元件和次级光能转换元件的布置的示意性俯视图；
89.图2e呈现了根据本发明的第四实施方案的初级光能转换元件和次级光能转换元件的布置的示意性侧视图；
90.图2f呈现了根据本发明的第四实施方案的初级光能转换元件和次级光能转换元件的布置的示意性俯视图；
91.图2g呈现了根据本发明的第五实施方案的初级光能转换元件和次级光能转换元件的布置的示意性侧视图；
92.图2h呈现了根据本发明的第五实施方案的初级光能转换元件和次级光能转换元件的布置的示意性俯视图；
93.图2i呈现了根据本发明的第六实施方案的初级光能转换元件和次级光能转换元件的布置的示意性侧视图；
94.图2j呈现了根据本发明的第七实施方案的初级光能转换元件和次级光能转换元件的布置的示意性侧视图；
95.图3示出了根据本发明的第七实施方案的具有六边形初级光学元件的光学装置的拼接；
96.图4a和图4b示出了根据本发明的第八实施方案的直接安装在初级光能转换元件上的次级光学元件；
97.图5示出了根据本发明的第九实施方案的直接安装在初级光能转换元件之上的第三级光学元件；
98.图6示出了根据本发明的第十实施方案的安装在初级光能转换元件的连接线之上的第三级光学元件；
99.图7呈现了根据本发明的第十一实施方案的初级光能转换元件的连接线和次级光能转换元件的连接线的架构；
100.图8是根据本发明的第十二实施方案的光学装置和支撑层的示意性横剖视图，其中次级光能转换元件是双面的；
101.图9是根据本发明的第十三实施方案的光学机械系统的示意性俯视图；
102.图10是根据本发明的第十四实施方案的光学机械系统的示意性横剖视图，其中光学装置包括一个可移动光学层和一个静止光学层；
103.图11a是根据本发明的第十五实施方案的光学机械系统的示意性横剖视图，其中光学装置包括仅一个静止光学层并且支撑层是可移动的；
104.图11b和图11c是根据本发明的第十五实施方案(对应于图11a)的光学机械系统的移位机构的示意性横剖视图；
105.图12a是根据本发明的第十六实施方案的光学机械系统的示意性横剖视图，其中支撑层是可移动的，并且光学装置包括两个静止光学层；
106.图12b是根据本发明的第十七实施方案的光学装置的详细示意性横剖视图，其中光学装置由直接结合在一起的两个光学层组成；
107.图12c是根据本发明的第十八实施方案的光学装置的详细示意性横剖视图，其中光学装置由借助于粘合层结合在一起的两个光学层组成；
108.图12d是根据本发明的第十九实施方案的光学机械系统的示意性横剖视图，该光学机械系统具有可移动的支撑层并且具有滑块和预约束元件以在支撑层和光学装置之间维持恒定距离；
109.图12e是根据与图12d相同的实施方案的光学机械系统的示意性横剖视图，但是其中第一光学层由几个块组成以能够增加滑块的数目。
110.图12f是根据第二十实施方案的光学机械系统的详细示意性横剖视图，其中滑动垫被布置在滑块和光学装置之间；
111.图12g是根据本发明的第二十一实施方案的光学机械系统的示意性横剖视图，该光学机械系统具有借助于导引元件直接附接到光学装置的可移动的支撑层；
112.图12h表示与图12g相同的实施方案，但是其中借助于导引元件直接附接到光学装置的可移动的支撑层已经由移位机构移位；
113.图12i表示与图12g相同的实施方案，但是具有多个导引元件和由几个块组成的光学层；
114.图12j是根据本发明的第二十二实施方案的光学机械系统的示意性横剖视图，该光学机械系统具有在底部部分地敞开的框架；
115.图13a是根据本发明的第二十三实施方案的光学机械系统的光学装置和支撑层的示意性横剖视图，其中导引元件与光学装置模制在一起；
116.图13b是根据与图13a相同的实施方案的光学机械系统的光学装置和支撑层的示意性横剖视图，但是其中光学装置已经被移位；以及
117.图14是根据本发明的第二十三实施方案的光学机械系统的示意性俯视图。
具体实施方式
118.图1a至图1d是根据本发明的第一实施方案的具有混合架构的光伏光学机械系统1的示意性横剖详细视图。具有混合架构的光伏光学机械系统1包括支撑层50和光学装置40，该支撑层50具有初级光能转换元件51——在此有利地是高效率pv电池——和次级光能转换元件52——在此有利地是例如基于硅技术的常规pv电池。光学装置40包括一个初级光学层41和一个次级光学层42。在此实施方案中，光学层42采用盖的形式，在不脱离本发明的框架的情况下也可以省略该盖。在光学层42被省略的情况下，光学层41自身充当盖。如图1a中所例示的，当入射光80包括正交于光学层41和支撑层50照射的高方向性光分量81时，光学机械系统1被配置为使得高方向性光分量入射光81借助于该光学装置的初级光学元件47被集中到聚焦在高效率太阳能电池51上的透射光91中。漫射入射光分量82仅由初级光学元件
47重新引导并且主要照射在传统pv电池52上。如从此图可以容易地理解的，本发明准许有效地捕获和转换从高方向性光源(例如太阳)发出的光能，而且准许捕获和转换从漫射光源(例如天空)发出的光能。
119.如图1b中所示出的，具有不同于零的入射角的高方向性入射光81仍然由光学层集中。由于移位机构能够使支撑层50在方向x、y和z上移动(关于移位机构的可能实施方案的更多细节请参见下文)，初级光能转换元件51被定位在光学装置40的初级光学元件47的焦点处并且仍然可以收集大部分高方向性光81。漫射光82与图1a中一样，主要由传统pv电池52收集。
120.如在图1c中可以看到的，在较大的入射角下，该光学装置的初级光学元件47不能够将高方向性入射光81仅聚焦在高效率pv电池51上，而是高方向性入射光81的能量的一小部分由次级光能转换元件52捕获并且转化。因此，用pv电池52，即使在非常大的入射角下也可以转换高方向性光81的光能。
121.当入射光80是高度漫射的——即入射光80的高方向性分量81小时，例如在阴天时，光学装置40不能够高效地集中入射光80，并且焦斑远大于初级光能转换元件51。在此情况下，移位机构可以将支撑层50定位成使得大部分入射光80透射到次级光能转换元件52并且可以由次级光能转换元件52收集，如图1d中所例示的。
122.重要的是要注意支撑层50的位置可以在一天期间和/或根据光照条件改变。为了找到层50的最好位置，预见用于监控初级光转换元件51和次级光转换元件52的功率输出的一个或多个反馈传感器是有利的。因此，层50的位置可以借助于移位机构进行修改，以使功率输出最大化。
123.如上文所提到的，支撑层50包括初级光能转换元件51和次级光能转换元件52。如图2a
‑
图2f中所示出的，这些元件可以以不同方式定位在层50中。在图2a和图2b的实施方案中，初级光能转换元件51和次级光能转换元件52被安装在同一基板上并且因此在同一平面中。开口或腔被机械加工到次级光能转换元件52内以用于接收初级光能转换元件51而不遮蔽它们。在图2c和图2d的实施方案中，支撑层50被细分为承载初级光能转换元件51的初级支撑层50a和承载次级光能转换元件52的次级支撑层50b。在此实施方案中，初级支撑层50a采用网格状基板的形式，该网格状基板被安装在次级支撑层50b之上并且因此在次级光能转换元件52以及它们的封装物56的之上。初级支撑层50a中的开口或狭槽允许透射光91、92到达次级光能转换元件52。在图2e和图2f的实施方案中，初级光能转换元件51和它们的连接线53被安装在初级支撑层50a上，该初级支撑层50a在此采用透明基板的形式，然后初级支撑层50a被组装在次级支撑层50b之上并且因此在次级光能转换元件52以及它们的封装物之上。有利地，初级光能转换元件51的连接线53由透明导电材料——例如导电氧化物——制成。这准许使由于连接线53吸收光能引起的能量损失最小化。有利地，在所有这些实施方案中，初级支撑层50a被层压在次级支撑层50b之上。
124.图2g和图2h例示了根据本发明的光学机械系统的再一实施方案。在此，初级光能转换元件51和次级光能转换元件52是相同类型的光伏电池，其中初级光能转换元件51和次级光能转换元件52的表面面积和/或形状不同。在此实施方案中，初级光能转换元件51和次级光能转换元件52优选地由同一源晶片制成，该源晶片然后由沟槽或狭槽分隔以限定初级光能转换元件和次级光能转换元件的轮廓。分隔过程有利地为主要被设计为转换高度局部
化的集中光的初级光能转换元件51限定较小的面积，并且为主要被设计为转换漫射光并且因此非局部化光的次级光能转换元件52限定较大的面积。此实施方案有利于由同一源材料制造两种类型的电池，同时仍然受益于由光集中在初级光能转换元件51)上所提供的效率增加。如在这些图中可以看到的，初级光能转换元件51借助于连接线53电互连。类似地，次级光能转换元件52借助于连接线54电互连。为了避免连接线53和54之间的短路，在它们之间布置电介质或绝缘体57。此外，封装物56可以被预见，以将光转换元件51，52和连接线与周围环境隔离。
125.图2i和图2j例示了根据本发明的光学机械系统1的再一实施方案，其中初级光能转换元件51和次级光能转换元件52是两种不同类型的光伏电池。初级光能转换元件51被选择为仅转换由光学层40透射的直射光91、91’和91”的一部分，而其余的透射光被进一步透射到次级光能转换元件52。在此实施方案中，连接线53被设计为对于未由初级光能转换元件51转换的光是高透明的。此外，初级支撑层50a由漫射材料制成，如图2i中所示出的，或设置有反射元件58，如图2j中所示出的，该反射元件58被设计为扩散透射光并且增加次级光能转换元件52上的照明均匀性，以增加光能转换效率。
126.如图3中所例示的，光学机械系统1的光学装置40包括多个初级光学元件47，所述多个初级光学元件47可以被预见位于第一光学层41和/或第二光学层42中。初级光学元件可以例如是有利地具有六边形或矩形拼接轮廓的透镜或反射镜。由此，初级光学元件47可以并排布置并且无任何间隙地覆盖光学装置40的整个表面。
127.在图4a和图4b中示出了本发明的再一优选实施方案，其中次级光学元件48被直接安装在初级光能转换元件51上。在图4a中，次级光学元件48确保通过初级元件51对透射光91的更好收集。如图4a中所例示的，光学元件48允许对光91的原本将错过初级光能转换元件51并且被丢失或透射到次级光能转换元件52的一部分进行收集，所述次级光能转换元件52在将光能转换为另一种能量类型方面不太高效。
128.如图4b中所示出的，次级光学元件48还增加了光学装置40和支撑层之间的对准公差。在几个初级光能转换元件51被安装在同一基板上的情况下，由光学装置40的每个初级光学元件47集中和透射的光91可以略微未对准。次级光学元件48允许使与未对准相关的损失最小化。
129.如图5和图6中所示出的，第三级光学元件49可以被布置在支撑层50之上，更准确地在层50的不透明并且因此不转换结构上，以修改透射光90的路径并且确保到次级光能转换元件52的最佳透射。不透明结构的示例包括被设置为将呈pv电池的形式的初级光能转换元件51电互连的一些连接线53，或在其上组装初级光能转换元件51或其他电气部件的垫。反射型或折射型的第三级光学元件49可以被用来“掩蔽”这些不透明结构并且改善透射光90到次级光能转换元件52的透射。
130.图7显示了本发明的再一实施方案，其中初级光能转换元件51的互连线53、次级光能转换元件52的互连线54的几何形状被优化，以使遮光最小化并且因此使紧邻初级光能转换元件51的电流收集最大化。互连线53可以被设计为在靠近初级元件51的区域中较窄。此外，次级元件52的连接线54——例如金属化网格——可以具有围绕初级元件51的正方形或圆形形状，以使从照明区域到这些金属化线的路径长度最小化。这在由透射光91形成的焦斑大于初级元件51并且透射光91的至少一部分被聚焦在初级元件51周围时是特别有利的。
131.在图8中所例示的本发明的实施方案中，次级光能转换元件52被设计为从光学机械系统1的两个面(顶部和底部)收集光。次级光能转换元件52在该实施方案中是双面的并且被安装在透明基板55上，该透明基板55允许入射在光学机械系统1的背面上的漫射或反射光82由次级元件52收集。
132.在所有以上实施方案中，初级光学元件47、次级光学元件47和第三级光学元件49可以由玻璃、(丙烯酸)pmma、pc、硅树脂或任何其他透明或半透明材料制成。这些光学元件也可以是具有诸如金属化的反射涂层的棱镜。反射涂层可以例如通过化学过程涂覆。反射涂层也可以由结合或胶合到光学元件的材料片制成。替代地，光学元件47、48、49可以被涂覆有抗反射涂层以改善光学透射。
133.此外，在本发明的所有实施方案中，初级连接线有利地通过以下方法之一沉积在透明电介质基板上：高导电性浆料——优选地具有高银含量(通常大于80％)的银环氧树脂浆料——的丝网印刷，该浆料然后在高温下被固化或烧结，一层cu被胶合到电介质上并且然后被蚀刻以形成所需的互连图案或通过电镀生长导电层(通常由铜制成)。
134.如上文所提到的，光学装置40或支撑层50有利地被安装在移位机构上，以根据入射光80的角度朝向初级光能转换元件51调整初级光学元件47的相对位置。下文呈现了移位机构的不同实施方案的细节。重要的是要注意，所有呈现的移位机构的实施方案都可以用上文呈现的光学装置40或支撑层50的不同实施方案来实施。
135.图9例示了根据本发明的另一实施方案的光学机械系统1的示意性俯视图。此光学机械系统1包括光学装置40、支撑层50和移位机构60。
136.如在图9中可以看到的，在此实施方案中，移位机构60包括平移元件65、一个致动器25和两个导引元件26。光学装置40——在此实施方案中，其仅包括第一光学层41——被安装在平移元件65上，而支撑层50被固定到框架10。由于导引元件26，平移元件65可以使光学装置40仅沿方向w平移移动。换句话说，平移机构60被布置成使平移元件65以一个自由度平移移动。
137.框架元件10是光学机械系统1的外框架。在一些实施方案中，优选的是，框架元件10完全包围光学装置40、支撑层50和移位机构60。框架元件10可以由诸如铝、钢、不锈钢的金属材料或诸如abs的聚合物制成。该外框架可以例如被安装在诸如商业或住宅屋顶太阳能机架安装的区域上，或附接在单轴线或双轴线追踪器结构上(例如在公用规模发电站(utility
‑
scale power plant)上)。
138.图10示出了根据本发明的再一实施方案的光学机械系统1。在此实施方案中，部件50和60被封装在由框架元件10和光学装置40形成的盒内。在此实施方案中，光学机械系统1包括具有两个光学层41和42的光学装置40。第二光学层42和支撑层50在此附接到框架元件10并且不是可移动的。第二光学层42到框架元件10的附接可以通过一个或多个接头12来实现。光学装置40的第一光学层41被安装在平移元件65上。由于平移元件65，通过致动器25的致动可以使第一光学层41在方向w上平移移动。导引元件26限制平移元件65的自由度，使得它仅可以在方向w上平移移动。
139.图11a至图11c例示了根据本发明的又另一实施方案的光学机械系统1。在此实施方案中，光学装置40仅包括第一光学层41，该第一光学层41由于其通过一个或多个接头12附接到框架元件10而不是可移动的。支撑层50被安装在平移元件65上。移位机构60的平移
元件65由一个致动器25致动并且由导引元件26导引。图11b和图11c是来自图11a的示意性横剖视图的两个详细视图。如在这些详细视图中可以看到的，由于致动器25和导引元件26，使平移元件65在线性方向w上平移移动。
140.图12a例示了本发明的再一实施方案。此实施方案类似于图11a的实施方案，不同之处在于光学装置40由第一光学层41和第二光学层42组成。在此实施方案中，光学装置40的两个层通过一个或多个接头12附接到框架元件10，并且因此不是可移动的。支撑层50附接到平移元件65。由于致动器25和导引元件26，可以使安装在平移元件65上的支撑层50在方向w上平移移动，如图11c中所描绘的。
141.在所有上文呈现的实施方案中，光学装置40的第二光学层42有利地具有良好的光学属性——因此允许高光透射，并且具有良好的机械属性，以保护光学机械系统免受机械冲击或环境污染。例如，第二光学层42可以由玻璃、(丙烯酸)pmma或聚碳酸酯(pc)制成。当然，也可以使用其他合适的材料来制造此光学层。
142.柔性膨胀接头12可以被用来将光学装置40的第一光学层41和第二光学层42连接到框架元件10以适应光学层41、42和框架元件10之间的热膨胀系数不匹配。
143.本发明的上文呈现的实施方案的光学机械系统1可以包括通风系统(未示出在图中)，该通风系统由一个或多个压力均衡膜组成，并且被包含到框架元件10中。压力均衡膜可以由例如橡胶或材料制成。通风系统的优点是调节封闭在框架元件10内的空气的压力和湿度，以确保本发明的光学机械系统1能够以最高效的方式起作用。
144.图12b和图12c例示了本发明的再两个实施方案，其中光学装置40由附接在一起的第一光学层41和第二光学层42组成。在图12b中，两个光学层41、42直接结合在一起，例如通过注射成型，或使用等离子体活化工艺。两个光学层41、42也可以借助于中间粘合层45结合在一起，该中间粘合层例如硅有机树脂胶或uv固化丙烯酸胶，如图12c中所描绘的。
145.由于第一光学层41和第二光学层42的直接结合，根据本发明的又另一实施方案，可以实施多个滑块27，所述多个滑块27与一个或多个预约束元件28结合来确保支撑层50和光学装置40之间的距离在整个光学机械系统上是恒定的，如图12d中所示出的。预约束元件28可以例如是弹簧或板弹簧。滑块27的数目通常在致动器25的移动方向上是至少三个，并且随着板的尺寸/表面而增加。为了容纳多个滑块，光学装置40的第一光学层41可以由几个块制成，如图12e中所例示的。
146.滑块27可以直接在光学系统1的所述层中的一个的表面上滑动，如有必要的话，添加涂层以减少摩擦，或根据本发明的再一实施方案，它们可以在平坦的或弯曲的滑动垫29上滑动，如图12f中所示出的。当使平移元件65横向移动时，滑动垫29的曲率可以被用来改变支撑层50和光学装置40之间的距离。
147.根据本发明的另一实施方案，支撑层50借助于导引元件26直接附接到光学装置40，如图12g中所示出的。在此情况下，导引元件26可以是柔性导引元件，诸如板弹簧，或任何合适类型的柔性元件，诸如双球接头、双磁球接头或双万向接头(双万向节接头)。如图12h中所例示的，导引元件被设计成使得当线性致动器25在方向w上推动或拉动平移元件65时，安装在平移元件65上的支撑层50沿弯曲轨迹w’移动，例如抛物面或球面轨迹的一部分。换句话说，导引元件26将致动器25的线性移动转化为平移元件65的弯曲移动。
148.与具有滑块27的实施方案类似地，在本实施方案中可以实施多个柔性导引元件
26，如图12i中所例示的。为了容纳多个柔性导引元件，光学装置40的第一光学层41由几个块制成。
149.根据图12j中所例示的再一实施方案，框架10在底部至少部分地敞开并且由柔性膜15代替。在此实施方案中，平移元件65(和与其一起的支撑层50)直接暴露于环境温度，并且因此热量可以通过对流消散。柔性膜15密封平移元件65和框架10之间的间隙，同时允许平移元件65横向和竖向移动。
150.图13a和图13b示出了本发明的再一实施方案，其中柔性导引元件26可以被预见为光学装置40的组成部分。如图13b中所例示的，柔性导引元件26可以有利地被设计成使得当移位机构60被致动时，使光学装置40沿弯曲轨迹w’移动。柔性导引元件26可以通过各种方式附接到支撑层50，所述方式包括胶合、夹紧或直接模制到支撑层50上。
151.图14例示了根据本发明的再一实施方案，移位机构60包括三个致动器25，其中的两个被平行安排在同一轴线w上但位于平移元件65的相对端处，并且第三致动器在与前两个致动器正交的方向上。此配置准许控制和取消平移元件65围绕轴线z的任何y寄生旋转。
152.不言而喻，在本发明的所有实施方案中所示出的移位机构60能够使光学装置40的光学层41或42中的任一个光学层或支撑层50相对于框架元件10在一个、两个或三个自由度上平移移动，从而使得初级光能元件51和次级光能元件52能够最佳地收集透射光90。
153.本发明的不同配置允许光学机械系统1的平移元件65仅执行小行程，其范围从例如几微米到几厘米。这样的位移通常比光学机械系统1的外部尺寸小至少两个数量级。位移可以是例如与初级光学元件47的尺寸相同的数量级。位移限于沿一个、两个或三个轴线(具有一个、两个或三个自由度)的平移移动。借助于导引元件26的特定安排结合一个或多个致动器25的布置来阻止或取消旋转。
154.尽管已经参考特定的装置、材料和实施方案描述了本公开内容，但是本领域技术人员可以根据前面的描述容易地确定本公开内容的基本特性，同时可以做出各种改变和改型以适应如在随附权利要求中阐述的各种用途和特性。
155.本领域技术人员将理解，当提及初级光能转换元件和/或次级光能转换元件的类型时，可以指以下类型的光伏电池之一：非晶硅太阳能电池(a
‑
si)、生物混合太阳能电池、碲化镉太阳能电池(cdte)，铜铟镓硒化物太阳能电池(ci(g)s)、晶体硅太阳能电池(c
‑
si)、染色敏化太阳能电池(dssc)、砷化镓锗太阳能电池(gaas)、混合太阳能电池、单晶太阳能电池(单晶硅)、单结太阳能电池(sj)、多结太阳能电池(mj)、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池(opv)，钙钛矿太阳能电池、光电化学电池(pec)、等离子体太阳能电池、多晶太阳能电池(多晶硅)、量子点太阳能电池、固态太阳能电池、薄膜太阳能电池(tfsc)、单向太阳能电池、双面太阳能电池。
156.附图标记
157.1光学机械系统
158.10框架元件
159.12接头
160.15柔性膜
161.25致动器
162.26、26’导引元件
163.27滑块
164.28预约束元件
165.29滑动元件
166.30导引模块
167.40光学装置
168.41第一光学层
169.42第二光学层
170.45粘合层
171.47初级光学元件
172.48次级光学元件
173.49第三级光学元件
174.50支撑层
175.50a初级支撑层
176.50b次级支撑层
177.51初级光能转换元件
178.52次级光能转换元件
179.53初级连接线
180.54次级连接线
181.55透明基板
182.56封装物
183.57绝缘体
184.58反射元件
185.60移位机构
186.65平移元件
187.66中间平移元件
188.67移动附接点
189.70透明盖
190.80入射光
191.90透射光