[發明專利]一種基于電潤濕效應的液體太陽能追蹤聚光器

在審

• 申請號: 201410617346.6
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104331092A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 劉建勝;李魏;鄭錚;程江濤
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及太陽輻射聚集的應用領域，具體涉及一種基于電潤濕效應的能夠跟蹤太陽光的液體聚光器和聚光器陣列。?

背景技術

太陽能是地球上主要的可再生能源。雖然太陽輻射功率較高，但是其能流密度較低。為了提高太陽能的接收效率以及降低太陽能使用成本，高效率的太陽能聚光系統是不可或缺的環節。以太陽能電池板為例，當太陽垂直照射太陽能電池板的時候，光伏電池轉換率最高，而當太陽斜入射的時候，轉換效率開始降低。于是越來越多的人開始研究太陽能跟蹤裝置，根據太陽在空中運動的軌跡來調整太陽能電池板的位置，提高太陽能的收集效率。?

目前常見的跟蹤方式可以分為單軸跟蹤和雙軸跟蹤兩種，由于單軸跟蹤無法同時兼顧太陽方位角和高度角的變化，因此入射光線始終不能保持與主光軸平行。而雙軸跟蹤方式較之單軸系統，機械復雜程度和投資成本都有不少的提升。現在市面上絕大多數的追蹤裝置都采用電機驅動方式。電機不僅要驅動太陽能聚集器、電池板、還要驅動沉重的散熱裝置。由于負載重量大，整套裝置在追蹤過程中需要消耗大量的能量，而且由于機械結構復雜，制造和維護成本都較高。此外，在一些負重受限的場所，例如屋頂，笨重的機械追蹤裝置使得太陽能設備的安裝和應用受到了極大的約束。?

近年來，一些非機械式的太陽能聚集追蹤裝置得到了很多學者的關注。2005年，Pender(US?patent?No:6958868)提出了一種液晶棱鏡陣列結構的無電機太陽能聚集器。通過外加電場可以調節其反射率和控制反射光線的出射角度。2008年，Currie等人提出了一種在基底上覆蓋有機薄膜的平面波導結構的太陽能聚集器，可以提高輸出功率近十倍。然而有機涂層要求與基底之間有著較強的粘附力，這就給薄膜長期的使用和維護帶來困難。2012年，Baker等人提出一種平面微結構的太陽能聚光器。此系統通過電壓引起納米擴散及對折射率進行調制，從而實現無機械裝置的自動追蹤。初步實驗結果顯?示，在60Hz電壓調制下，折射率改變僅為0.033。因此實現這種方法的難點在于需要通過優化材料來增強折射率調制的效果。?

發明內容

本發明提出一種基于介電潤濕效應的液體透鏡太陽能追蹤聚光系統，所述系統通過外加電壓驅動裝置，不僅可以實現對太陽光的會聚，并且可以根據太陽入射角的變化，進行實時追蹤和優化聚焦效果。?

上述系統中，液體透鏡模塊采用封閉式結構，包括相互平行的高透過率的上密封板和下密封板，也稱為基板。其中下基板的上分別覆蓋有疏水層、高介電常數的絕緣層和電極層，如圖3所示。?

上述系統中，液體透鏡模塊中，兩基板之間填充兩種互不相融的液體，分別為導電液體和絕緣非極性液體。其中導電液體在疏水層表面形成液滴透鏡，剩余空間被絕緣非極性液體填充滿。?

上述系統中，兩種液體密度相同，但折射率不同，光線在兩種液體的交界曲面發生折射。?

上述系統中，沒有機械移動部件，聚光器和對應的太陽能接收裝置都固定安裝。?

上述系統中，通過施加電壓產生電潤濕效應，驅動液滴移動和變焦來實現對太陽能的追蹤和聚焦。?

上述系統中，通過在兩個電極層上施加不同電壓，可以實現液滴在兩個維度上的移動和變焦，從而實現對太陽能的雙軸跟蹤。?

上述系統中，與聚光器匹配的太陽能接收裝置可以是光伏電池、熱伏電池或其他太陽能接收轉換裝置。?

本發明的有益效果和創新之處在于：?

1.本發明所述的跟蹤裝置無需任何機械轉動裝置就能實現雙軸追蹤和?

聚焦，且具有系統結構簡單、重量輕、無磨損、無噪音、無機械振動、?

控制精度高等特點。此外，輕量化設計使本發明適合應用于屋頂等對負?

重有限制的場所。?

2.本發明所述器件的設計簡單、生產制備易實現、運行能耗低、維護成?

本小，有利于系統的實際應用和大規模集成。?

附圖說明

以下，結合附圖來詳細說明本發明的實施例，其中：?

圖1正入射時本發明液滴聚光器的截面圖?

圖2斜入射時本發明液滴聚光器的截面圖?

圖3本發明液滴聚光器疏水層、介質層、電極層示意圖?

圖4固定焦距液滴透鏡的焦平面散點圖?

圖5改變焦距后斜入射聚焦光斑散點圖?

具體實施方式