CN101470258A

CN101470258A - 太阳能万向高效采集器

Info

Publication number: CN101470258A
Application number: CNA2007103060127A
Authority: CN
Inventors: 钟显亮; 李茂丰; 钟音; 钟升; 杨国丽
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2009-07-01

Abstract

适用于任何静态和复杂动态环境的太阳能万向高效采集器。它根据光学原理，由高折光率、高透光率和高抗紫外线的高分子材料制成；由两部分组成，上部为薄壳半球体，下部为倒圆锥台体的光导块。无论太阳的高度角和方位角如何变化，无论采用阳光的运动体(火车、汽车、人造卫星等)如何转动，它都有1/2半球面至整个半球面的面积能在整个白天100％采集阳光。其下面的太阳电池板上的阳光强度变化极小，可有效保证太阳电池的使用安全。它还可耦合光缆，将光输送到任何需要阳光供热和照明等的地方。它用途广泛、结构简单、功能可靠、一次性投资少，也不需使用和维修费用。

Description

太阳能万向高效采集器

本发明为静态和复杂动态(移动、转动和震动)环境中普遍适用的、可高效采集阳光的光学器件，属于太阳能应用技术。

太阳光(能)的特点是密度低；太阳高度角和方位角有季节变化和日变化，即年、日有纬度变化和经度变化，因而太阳光照射到地球上的物体时，总有所谓的“余弦效应”，太阳光在物体表面的强度变化在0-1-0之间，呈余弦曲线，它的平均强度很小。为克服太阳能密度低、变化大的缺点，传统方法有平板集热器和聚光集热器。聚光类太阳能发电有塔式、槽式和碟式。为克服太阳光源不稳定，传统方法有跟踪装置。近年有聚光和跟踪功能兼备的几种装置。我国陈应天、***等人发明的“八面体反光镜组成的聚光光伏发电***”，它可以使实际输出功率增加四倍，使光伏成本下降，克服了余弦效应，发电总量可增加20％，成本降低51％。该装置技术与经济效果明显，但装置复杂，投资大，且对震动和方向多变快变的环境不适用。浙江中大集团近年从国外引进“太阳光导入器”——向日葵(Himawari)，它由GPS定位和阳光自动跟踪，凸镜组聚焦等***组成，它有“八面体反光镜组成的聚光光伏发电***”相似的多种优点，也有相同的缺点。上述两种国内外的聚光和跟踪综合装置代表了目前的发展趋势，也反映了太阳能利用中的实际困难。本人发明的“太阳能立面高效采集与全方位传输技术”即产品“光导块”以简单的方法解决了阳光采集与传输问题，为在一般动态条件下太阳能高效率采集提供了较为简便有效的方法。但这种方法也有缺点，在太阳高度较大季节(如春、夏、秋季)，它采集的光阳能不是整天的全部的，也不是连续的(采集率有变化，用不连续)，这会影响热的全部利用，也影响太阳能电池实际光电转换效率和安全。光导块的这缺点使它应用于火车、汽车和自行车等所处环境的移动、转动又有震动时，更显得局限性很大。在这些交通工具中，只能使用混合动力，且光电只能作为辅助动力；它节能，但不能完全不用一次性能源。

本发明太阳能万向高效采集器，在光导块原理的基础上，加以改进，从而克服了光导块的所有缺点，使它完全适用于静态和复杂动态环境，为火车、汽车和自行车高效应用太阳能提供了基础性构件，也为宇宙中高效采集阳光发电提供了技术原理——太阳电池不必用定向跟踪装置。

本发明是这样实施的：以高折射率、高透光率和高抗紫外线的高分子材料PMMA为基本材料，制成一个薄壳的半球体。这半薄壳的厚度，主要决定于它的直径大小和安装环境(由于强度、刚度的需要，直径大厚度亦加大)在薄壳内侧涂以加有少许GeO₂添加剂的PMMA薄层，这薄层比纯PMMA有较低的折光率。有了这较低折射率的薄层，进入PMMA的阳光，就会在其内部形成全反射，几乎无损耗地传输。在中空半球体的下面是呈倒圆锥台的光导块，此倒圆锥台的外缘与半球体的外缘完全吻合。倒圆锥台外侧面涂有有少许GeO₂添加剂的PMMA薄层，它使倒圆锥台有聚光能力，聚集的光线向下传播和输出。这中空半球体和倒圆锥台的粘合体，就是太阳能万向高效采集器。它输出的阳光，可直接用于阳光的热利用；可与别的光导块或光缆耦合将阳光输送到远处，供作任何方式的利用；但主要是在倒圆锥台底面上耦合太阳电池板，以倒圆锥台底面输出的阳光发电。

太阳能万向高效采集器是全对称的，它无论怎么移动、转动和震动，都以同样的球面面积迎接阳光，都是从最小的半球的表面积的1/2到最大为全部面积迎纳阳光，具体面积因阳光高度而在这两面积范围内变化。这种变化是连续的，且这有变化的阳光强度在经半球传输和经过倒圆锥台后变得均匀，不会对太阳电池板产生不良影响。

倒圆锥台底面与太阳电池板之间留有空隙，它们之间的环形连接有缺口，以便空气泵向空隙送风并流出空隙。这通风是为了降温(太阳电池板当环境温度升高时，发电效率明显降低)。空气泵吸入的空气是经空气过滤器过滤的(但空气泵和过滤器都没有画出)。倒圆锥台上平面与半球体的空腔之间，也有小孔连通，空腔也有由空气泵供给的干净空气的流通，也是为了降温。

附图中，阳光在万向高效采集器中的传播路径为：在半球体表面的任意点的法线周围有个“光圆锥体”接受角，它是PMMA的最大入射角的两倍。在阳光入射角在此范围时，全部阳光100％地进入薄壳半球体，并在半球体向下面的倒圆锥体传播，或者先经相反方向，然后也向下面倒圆锥体传播。这不同方向传播的光线，最经在倒圆锥体集中、聚合，以固定的方向射向太阳电池板。

说明书附图中，1为PMMA的薄层半球体，2为半球体内侧的掺有少量GeO₂的PMMA涂层，3为PMMA制成的倒圆锥台(剖面)，4为倒圆锥台外侧四周的含少量GeO₂的涂层。

Claims

1、太阳能万向高效采集器的特征在于：

a、以PMMA为主要材料，以加有少量GeO₂的PMMA为涂层，制成不同部位具有高折射率和高反射率的薄壳半球体和倒圆锥台，它们构成太阳能万向高效采集器；

b、其任意点法线有40°采光角，在40°的光圆锥角内的光线能100％地进入半球体薄壳内；

c、进入半球体薄壳内的阳光能在薄壳内全反射传输，进入倒圆锥台；

d、倒圆锥台有聚光能力，经聚合的阳光由倒圆台底面输出；

e、倒圆锥底面之下可根据采光目的的作不同的处置。

2、根据权利要求1所述特征，在薄壳半球体内侧涂有降低了折光率的涂层。

3、根据权利要求1所述特征，在倒圆锥台的侧面涂有降低了折光率的涂层。

4、根据权利要求1所述特征，在倒圆锥台的底面输出的阳光可直接作热源利用。

5、根据权利要求1所述特征，在倒圆锥台的底面输出的阳光可由光导块或光缆传输向需光的场合。

6、根据权利要求1所述特征，在倒圆锥台的底面输出的阳光可与太阳能电池耦合。

7、根据权利要求1所述特征，在倒圆锥台的底面输出的阳光与太阳能电池之间留有空隙和周边小孔。

8、根据权利要求1所述特征，由经过滤器的净空气，由空气泵为高效采集器的空腔和空隙通风降温。

9、根据权利要求1所述特征，用于静态和复杂动态的环境的阳光采集和利用。

10、根据权利要求1所述特征，用于火车、汽车、自行车和屋顶以及太空的采光发电。