[發(fā)明專利]太陽(yáng)能萬(wàn)向高效采集器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710306012.7
• 申請(qǐng)日: 2007-12-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101470258A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘顯亮;李茂豐;鐘音;鐘升;楊國(guó)麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鐘顯亮
• 主分類號(hào): G02B19/00
• 分類號(hào): G02B19/00;H02N6/00;F24J2/00;F24J2/48
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明為靜態(tài)和復(fù)雜動(dòng)態(tài)(移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和震動(dòng))環(huán)境中普遍適用的、可 高效采集陽(yáng)光的光學(xué)器件，屬于太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)。

太陽(yáng)光(能)的特點(diǎn)是密度低；太陽(yáng)高度角和方位角有季節(jié)變化和日變 化，即年、日有緯度變化和經(jīng)度變化，因而太陽(yáng)光照射到地球上的物體時(shí)， 總有所謂的“余弦效應(yīng)”，太陽(yáng)光在物體表面的強(qiáng)度變化在0-1-0之間，呈余 弦曲線，它的平均強(qiáng)度很小。為克服太陽(yáng)能密度低、變化大的缺點(diǎn)，傳統(tǒng)方 法有平板集熱器和聚光集熱器。聚光類太陽(yáng)能發(fā)電有塔式、槽式和碟式。為 克服太陽(yáng)光源不穩(wěn)定，傳統(tǒng)方法有跟蹤裝置。近年有聚光和跟蹤功能兼?zhèn)涞? 幾種裝置。我國(guó)陳應(yīng)天、何祚庥等人發(fā)明的“八面體反光鏡組成的聚光光伏 發(fā)電系統(tǒng)”，它可以使實(shí)際輸出功率增加四倍，使光伏成本下降，克服了余弦 效應(yīng)，發(fā)電總量可增加20％，成本降低51％。該裝置技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效果明顯， 但裝置復(fù)雜，投資大，且對(duì)震動(dòng)和方向多變快變的環(huán)境不適用。浙江中大集 團(tuán)近年從國(guó)外引進(jìn)“太陽(yáng)光導(dǎo)入器”——向日葵(Himawari)，它由GPS定位 和陽(yáng)光自動(dòng)跟蹤，凸鏡組聚焦等系統(tǒng)組成，它有“八面體反光鏡組成的聚光 光伏發(fā)電系統(tǒng)”相似的多種優(yōu)點(diǎn)，也有相同的缺點(diǎn)。上述兩種國(guó)內(nèi)外的聚光 和跟蹤綜合裝置代表了目前的發(fā)展趨勢(shì)，也反映了太陽(yáng)能利用中的實(shí)際困難。 本人發(fā)明的“太陽(yáng)能立面高效采集與全方位傳輸技術(shù)”即產(chǎn)品“光導(dǎo)塊”以 簡(jiǎn)單的方法解決了陽(yáng)光采集與傳輸問(wèn)題，為在一般動(dòng)態(tài)條件下太陽(yáng)能高效率 采集提供了較為簡(jiǎn)便有效的方法。但這種方法也有缺點(diǎn)，在太陽(yáng)高度較大季 節(jié)(如春、夏、秋季)，它采集的光陽(yáng)能不是整天的全部的，也不是連續(xù)的(采 集率有變化，用不連續(xù))，這會(huì)影響熱的全部利用，也影響太陽(yáng)能電池實(shí)際光 電轉(zhuǎn)換效率和安全。光導(dǎo)塊的這缺點(diǎn)使它應(yīng)用于火車、汽車和自行車等所處 環(huán)境的移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)又有震動(dòng)時(shí)，更顯得局限性很大。在這些交通工具中，只 能使用混合動(dòng)力，且光電只能作為輔助動(dòng)力；它節(jié)能，但不能完全不用一次 性能源。

本發(fā)明太陽(yáng)能萬(wàn)向高效采集器，在光導(dǎo)塊原理的基礎(chǔ)上，加以改進(jìn)，從 而克服了光導(dǎo)塊的所有缺點(diǎn)，使它完全適用于靜態(tài)和復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境，為火車、 汽車和自行車高效應(yīng)用太陽(yáng)能提供了基礎(chǔ)性構(gòu)件，也為宇宙中高效采集陽(yáng)光 發(fā)電提供了技術(shù)原理——太陽(yáng)電池不必用定向跟蹤裝置。

本發(fā)明是這樣實(shí)施的：以高折射率、高透光率和高抗紫外線的高分子材 料PMMA為基本材料，制成一個(gè)薄殼的半球體。這半薄殼的厚度，主要決定 于它的直徑大小和安裝環(huán)境(由于強(qiáng)度、剛度的需要，直徑大厚度亦加大) 在薄殼內(nèi)側(cè)涂以加有少許GeO₂添加劑的PMMA薄層，這薄層比純PMMA有 較低的折光率。有了這較低折射率的薄層，進(jìn)入PMMA的陽(yáng)光，就會(huì)在其內(nèi) 部形成全反射，幾乎無(wú)損耗地傳輸。在中空半球體的下面是呈倒圓錐臺(tái)的光 導(dǎo)塊，此倒圓錐臺(tái)的外緣與半球體的外緣完全吻合。倒圓錐臺(tái)外側(cè)面涂有有 少許GeO₂添加劑的PMMA薄層，它使倒圓錐臺(tái)有聚光能力，聚集的光線向 下傳播和輸出。這中空半球體和倒圓錐臺(tái)的粘合體，就是太陽(yáng)能萬(wàn)向高效采 集器。它輸出的陽(yáng)光，可直接用于陽(yáng)光的熱利用；可與別的光導(dǎo)塊或光纜耦 合將陽(yáng)光輸送到遠(yuǎn)處，供作任何方式的利用；但主要是在倒圓錐臺(tái)底面上耦 合太陽(yáng)電池板，以倒圓錐臺(tái)底面輸出的陽(yáng)光發(fā)電。

太陽(yáng)能萬(wàn)向高效采集器是全對(duì)稱的，它無(wú)論怎么移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和震動(dòng)，都 以同樣的球面面積迎接陽(yáng)光，都是從最小的半球的表面積的1/2到最大為全部 面積迎納陽(yáng)光，具體面積因陽(yáng)光高度而在這兩面積范圍內(nèi)變化。這種變化是 連續(xù)的，且這有變化的陽(yáng)光強(qiáng)度在經(jīng)半球傳輸和經(jīng)過(guò)倒圓錐臺(tái)后變得均勻， 不會(huì)對(duì)太陽(yáng)電池板產(chǎn)生不良影響。

倒圓錐臺(tái)底面與太陽(yáng)電池板之間留有空隙，它們之間的環(huán)形連接有缺口， 以便空氣泵向空隙送風(fēng)并流出空隙。這通風(fēng)是為了降溫(太陽(yáng)電池板當(dāng)環(huán)境 溫度升高時(shí)，發(fā)電效率明顯降低)。空氣泵吸入的空氣是經(jīng)空氣過(guò)濾器過(guò)濾的 (但空氣泵和過(guò)濾器都沒(méi)有畫(huà)出)。倒圓錐臺(tái)上平面與半球體的空腔之間，也 有小孔連通，空腔也有由空氣泵供給的干凈空氣的流通，也是為了降溫。