[發明專利]一種智能高效的太陽能熱水裝置

有效

• 申請號: 201310333032.9
• 申請日: 2013-07-27
• 公開（公告）號: CN103398476A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 沈玉琴
• 申請（專利權）人: 沈玉琴
• 主分類號: F24J2/10
• 分類號: F24J2/10;F24J2/52
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于太陽能利用技術領域，特別是涉及太陽能聚光技術。

背景技術

太陽能是人類可持續發展的綠色能源，但在一年之中，一天之內能夠利用的太陽能的強弱是不同的，為了最大限度利用太陽能，現有技術把集熱管做成可以旋轉的，跟蹤太陽光的，有的在跟蹤的基礎上再采用太陽能聚光技術，增加太陽能利用效率，發明專利200910185169.8(中國科技大學，太陽能均勻光疊加反射聚光鏡的設計方法)提出了圓形集熱管的太陽能均勻光疊加反射聚光鏡的設計方法，其特征是所述的反射聚光鏡及其圓形集熱管都固定在太陽跟蹤器的平面架上，所述的反光鏡呈長條矩形平面板狀的，這就是使造價繼續高昂，因為要選用太陽跟蹤器，因為反光鏡采用平面板狀，反光鏡需要數量多，使制造的費用不能降低下來。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術不足，提出一種智能高效、加工安裝容易、成本低廉、光熱利用系數高、不需要太陽跟蹤器、對太陽光能利用會按季節調節的智能太陽能熱水裝置，可以消除冬天熱水不熱、夏天熱水太熱的缺陷；可以克服熱水裝置一般都需要安裝在屋頂的欠缺，將安裝位置擴展到墻立面。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種智能高效的太陽能熱水裝置，主要包括平面架、集熱管和聚光鏡及其聚光鏡曲面的設計，其特征在于：所述的平面架內放置集熱管和聚光鏡，所述的集熱管在平面架內是橫放的，集熱管與集熱管之間留有間距，留有的間距用于放置聚光鏡，所述的聚光鏡與集熱管一樣長，聚光鏡與集熱管是平行放置的，聚光鏡呈特殊的曲面，這個曲面是朝著旁邊的集熱管的，聚光鏡與平面架成一定的斜角固定在平面架上，成為一個靜止聚光器，所述的靜止聚光器可以達到這樣的效果：在需要光熱利用系數高時，經過曲面的反射光可以全部反射到集熱管；在需要光熱利用系數低時，經過曲面的反射光全部反射不到集熱管。

所述的聚光鏡與集熱管一般是配對的，一臺太陽能熱水裝置的集熱管與聚光鏡可以是一對或N對；一臺太陽能熱水裝置也有少配聚光鏡一面或二面，來減少熱量的。

所述的聚光鏡是呈長條矩形曲面狀，制作方法可以用金屬薄板表面貼反射膜，或由不銹鋼或鋁合金薄板表面拋光并貼有硅保護膜。

所述的聚光鏡曲線面的設計首先是確定光線的接受角，設定所述的光線的接受角思路是：以太陽能熱水裝置安裝的位置在緯度38.5°為例，經測算：該位置在冬天時太陽光的高度角最差時間介于0～28°，一般冬天的太陽光的高度角介于0～45°左右；在夏天時太陽光的高度角一般介于0～75°，中午前后陽光最猛烈時太陽光的高度角一般大于45°，基于上述測算，所述的靜止聚光器，設計的聚光接受角就定在0～45°左右。

聚光的接受角也可以定在10°～45°左右，因為考慮到冬天太陽剛剛升起或快落山時陽光能量很弱，它一天收集的陽光能量與收集0～45°的全部陽光相差無幾。

所述的靜止聚光器在實際設計時，為了減輕大角度的接收角度設計難度，本發明采取盡量小的聚光接收角的思路設計，確定聚光的接受角在10°～45°。

所述的靜止聚光器為達到特定光線角度范圍的聚光效果，要制作一個特定的聚光鏡曲面，所述的聚光鏡曲面的設計在于：設計聚光鏡曲面的每個點的法線處在該點和集熱管中心的連線與聚光的接受角范圍的中間值((10°+45°)/2＝27.5°)的角平分線，同時，設定集熱管直徑對該點的張角大于或等于聚光的接受角度(45°-10°＝35°)，因此，當太陽光在冬天時的高度角處于設計的聚光接受角范圍的中間值((10°+45°)/2＝27.5°)時，正好被該聚光鏡曲面反射到集熱管中心；太陽光的高度角稍偏離設計的中間值時，反射光也稍偏離集熱管中心，由于集熱管直徑對該點的張角被設計成大于或等于設定光線接收角度，因此在預設的高度角范圍10°～45°內的陽光都被反射到集熱管上；當太陽光在夏天時的高度角處于設計的聚光接受角范圍的中間值之外時，聚光鏡曲面能夠把聚光反射到集熱管的直徑之外，也就是聚光完全不會反射到集熱管，實現聚光全部不利用的目的，聚光鏡曲面自動調節了光熱的利用系數，可以達到所述的靜止聚光器所需要的效果：在冬天有聚光效果，收集幾乎所有的陽光能量；在夏天幾乎沒有聚光效果，達到集熱管在一年之中比較均熱的效果。

所述的靜止聚光鏡的聚光和遮光效果很明顯，每根集熱管對陽光的集熱截面變化，小到小于集熱管的直徑，大到有多個集熱管直徑。