專利名稱：太陽能萬向高效采集器的制作方法
太陽能萬向高效采集器
本發明為靜態和復雜動態(移動、轉動和震動)環境中普遍適用的、可
高效采集陽光的光學器件，屬于太陽能應用技術。
太陽光(能)的特點是密度低；太陽高度角和方位角有季節變化和日變 化，即年、日有緯度變化和經度變化，因而太陽光照射到地球上的物體時， 總有所谞的"余弦效應"，太陽光在物體表面的強度變化在0-1-0之間，呈余 弦曲線，它的平均強度很小。為克服太陽能密度低、變化大的缺點，傳統方 法有平,熱器和聚光集熱器。聚光類太陽能發電有塔式、槽式和碟式。為 克服太陽光源不穩定，傳統方法有跟蹤裝置。近年有聚光和跟蹤功能兼備的 幾種裝置。我國陳應天、何柞庥等人發明的"八面體反光鏡組成的聚光光伏 發電系統"，它可以使實際輸出功率增加四倍，使光伏成本下降，克服了余弦 效應，發電總量可增加20%，成本降低51%。該裝置技術與經濟效果明顯， 但裝置復雜，投資大，且對震動和方向多變快變的環境不適用。浙江中大集 團近年從國外引進"太陽光導入器"——向日葵(Himawari)，它由GPS定位 和陽光自動跟蹤，凸鏡組聚焦等系統組成，它有"八面體反光鏡組成的聚光 光伏發電系統"相似的多種優點，也有相同的缺點。上述兩種國內外的聚光 和跟蹤綜合裝置代表了目前的發展趨勢，也反映了太陽能利用中的實際困難。 本人發明的"太陽能立面高效采集與全方位傳輸技術"即產品"光導塊"以 簡單的方法解決了陽光采集與傳輸問題，為在一般動態條件下太陽能高效率 采集提供了較為簡便有效的方法。但這種方法也有缺點，在太陽高度較大季節(如春、夏、秋季)，它采集的光陽能不是整天的全部的，也不是連續的(采 集率有變化，用不連續)，這會影響熱的全部利用，也影響太陽能電池實際光 電轉換效率和安全。光導塊的這缺點使它應用于火車、汽車和自行車等所處 環境的移動、轉動又有震動時，更顯得局限性很大。在這些交通工具中，只 能使用混合動力，且光電只能作為輔助動力；它節能，但不能完全不用一次 性能源。
本發明太陽能萬向高效采集器，在光導塊原理的基礎上，加以改進，從 而克服了光導塊的所有缺點，使它完全適用于靜態和復雜動態環境，為火車、 汽車和自行車高效應用太陽能提供了基礎性構件，也為宇宙中高效采集陽光 發電提供了技術原理——太陽電池不必用定向跟蹤裝置。
本發明是這樣實施的以高折射率、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境(由于強度、剛度的需要，直徑大厚度亦加大) 在薄殼內側涂以加有少許Ge02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，進入PMMA的陽光，就會在其內 部形成全反射，幾乎無損耗地傳輸。在中空半球體的下面是呈倒圓錐臺的光 導塊，此倒圓錐臺的外緣與半球體的外緣完全吻合。倒圓錐臺外側面涂有有 少許Ge02添加劑的PMMA薄層，它使倒圓錐臺有聚光能力，聚集的光線向 下傳播和輸出。這中空半球體和倒圓錐臺的粘合體，就是太陽能萬向高效采 集器。它輸出的陽光，可直接用于陽光的熱利用；可與別的光導塊或光纜耦 合將陽光輸送到遠處，供作任何方式的利用；但主要是在倒圓錐臺底面上耦 合太陽電池板，以倒圓錐臺底面輸出的陽光發電。太陽能萬向高效采集器是全對稱的，它無論怎么移動、轉動和震動，都 以同樣的球面面積迎接陽光，都是從最小的半球的表面積的1/2到最大為全部 面積迎納陽光，具體面積因陽光高度而在這兩面積范圍內變化。這種變化是 連續的，且這有變化的陽光強度在經半球傳輸和經過倒圓錐臺后變得均勻， 不會對太陽電池板產生不良影響。
倒圓錐臺底面與太陽電池板之間留有空隙，它們之間的環形連接有缺口， 以便空氣泵向空隙送風并流出空隙。這通風是為了降溫(太陽電池板當環境 溫度升高時，發電效率明顯降低)。空氣泵吸入的空氣是經空氣過濾器過濾的 (但空氣泵和過濾器都沒有畫出)。倒圓錐臺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。
附圖
中，陽光在萬向高效采集器中的傳播路徑為在半球體表面的任意
點的法線周圍有個"光圓錐體"接受角，它是PMMA的最大入射角的兩倍。 在陽光入射角在此范圍時，全部陽光100%地進入薄殼半球體，并在半球體向
下面的倒圓錐體傳播，或者先經相反方向，然后也向下面倒圓錐體傳播。這 不同方向傳播的光線，最經在倒圓錐體集中、聚合，以固定的方向射向太陽
電池板。
說明書附圖中，1為PMMA的薄層半球體，2為半球體內側的摻有少量 Ge02的PMMA涂層，3為PMMA制成的倒圓錐臺(剖面)，4為倒圓錐臺外
權利要求
1、太陽能萬向高效采集器的特征在于a、以PMMA為主要材料，以加有少量GeO2的PMMA為涂層，制成不同部位具有高折射率和高反射率的薄殼半球體和倒圓錐臺，它們構成太陽能萬向高效采集器；b、其任意點法線有40°采光角，在40°的光圓錐角內的光線能100％地進入半球體薄殼內；c、進入半球體薄殼內的陽光能在薄殼內全反射傳輸，進入倒圓錐臺；d、倒圓錐臺有聚光能力，經聚合的陽光由倒圓臺底面輸出；e、倒圓錐底面之下可根據采光目的的作不同的處置。
2、 根據權利要求l所述特征，在薄殼半球體內側涂有降低了折光率的涂層。
3、 根據權利要求l所述特征，在倒圓錐臺的側面涂有降低了折光率的涂層。
4、 根據權利要求l所述特征，在倒圓錐臺的底面輸出的陽光可直接作熱 源利用。
5、 根據權利要求l所述特征，在倒圓錐臺的底面輸出的陽光可由光導塊 或光纜傳輸向需光的場合。
6、 根據權利要求l所述特征，在倒圓錐臺的底面輸出的陽光可與太陽能 電池耦合。
7、 根據權利要求l所述特征，在倒圓錐臺的底面輸出的陽光與太陽能電 池之間留有空隙和周邊小孔。
8、 根據權利要求l所述特征，由經過濾器的凈空氣，由空氣泵為高效采 集器的空腔和空隙通風降溫。
9、 根據權利要求l所述特征，用于靜態和復雜動態的環境的陽光采集和 利用。
10、 根據權利要求1所述特征，用于火車、汽車、自行車和屋頂以及太 空的采光發電。
全文摘要
適用于任何靜態和復雜動態環境的太陽能萬向高效采集器。它根據光學原理，由高折光率、高透光率和高抗紫外線的高分子材料制成；由兩部分組成，上部為薄殼半球體，下部為倒圓錐臺體的光導塊。無論太陽的高度角和方位角如何變化，無論采用陽光的運動體(火車、汽車、人造衛星等)如何轉動，它都有1/2半球面至整個半球面的面積能在整個白天100％采集陽光。其下面的太陽電池板上的陽光強度變化極小，可有效保證太陽電池的使用安全。它還可耦合光纜，將光輸送到任何需要陽光供熱和照明等的地方。它用途廣泛、結構簡單、功能可靠、一次性投資少，也不需使用和維修費用。
文檔編號G02B19/00GK101470258SQ20071030601
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月28日 優先權日2007年12月28日
發明者李茂豐, 楊國麗, 升 鐘, 音 鐘, 鐘顯亮 申請人:鐘顯亮