專利名稱：一種太陽能聚集裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及太陽能應用技術領域，具體來說涉及太陽能聚集裝置。
背景技術：
太陽能作為一種潔凈、環保的能源，長期以來人們一直致力于對其 的開發和利用。特別是近年來，由于油價的不斷攀升和對環境保護要求 的提高，以及大氣二氧化碳排放量的限制，各國更加努力地開展了太陽 能利用方面的研究。
由于太陽輻射的功率密度較低，為了充分地利用太陽能，跟蹤太陽 光的位置變化并將其光線聚集轉化為熱能和電能，是太陽能利用中非常 重要的技術。
現有太陽能聚集技術中，如美國專利US4296737, US4770162, US4148564和US5832362分別公開了具有拋物面反射鏡、費涅爾鏡、平 面條反射鏡等結構的太陽能聚集裝置，但這些太陽能聚集裝置中都存在 一個主要問題，即結構自身的重力和要承受風的影響而增加結構的質 量。 一般的風力將使反射鏡扭曲和變形，降低收集的效率。如果是大風 和強風將毀壞整個系統，同時這些收集系統不能防雨和防塵，且不方便 維修，使得成本和造價不斷地升高。
雖然有一些小型的太陽能利用系統采用了在吸收裝置表面覆蓋玻 璃板的方式，達到防塵或抗風效果，但使用面積較小，單片玻璃覆蓋在 裝置外殼上防止了灰塵污染，但導致了熱量吸收性能的降低，因此無法 形成工業化使用效果。另外，小型槽式線形聚焦裝置單條焦線長度較短， 單條吸收裝置也短，存在反射光線不能充分被吸收裝置獲得、邊界損失 較多、效率低的缺點。此外，材料利用率也低，制造成本高。
發明內容
本發明的目的在于提供克服以上問題的太陽能聚集裝置。
為此，本發明提供一種太陽能聚集裝置。該太陽能聚集裝置包括封
4閉式框架，反射鏡和吸收器。封閉式框架的透光面使用玻璃板覆蓋，反 射鏡安裝在封閉式框架內并且具有長焦線，吸收器安裝在反射鏡的長焦 線位置，反射鏡跟蹤太陽的位置變化進行調整而將太陽光反射到所述長 焦線。
反射鏡可以采用輕體結構。
反射鏡可以采用拋物槽或拋物槽組合或菲涅耳陣列形聚焦結構。
反射鏡可以釆用前反射形式。反射鏡可釆用具有高反射率的薄鋁 板，也可釆用在薄膜基材上鍍制純銀、純鋁或其它高反材料作為反射膜。 進一步優選的是，反射鏡的反射膜上覆蓋增強反射涂層,進一步提高反射 率并保護反射涂層。
可以在反射鏡后部安裝支撐架增強反射鏡強度保持形狀精度。多個 支撐架采用玻璃管骨架結構模塊化連接。
太陽能聚集裝置可以包括連接管，連接管連接至所述多個模塊中的 吸收器。該太陽能聚集裝置可以模塊化拼裝后利用連接管連接各太陽能 吸收器形成更大規模的太陽能聚集裝置。
太陽能聚集裝置可以用作為建筑構件，例如搭建建筑物的頂部或墻 體使用，既節約了建筑成本，同時不需增加額外的安裝空間為本裝置的 推廣提供幫助。
本發明的結構和已有的太陽能聚集裝置相比較具有以下優點 (1)本發明將太陽能聚光器安裝在封閉式框架內，使大面積的反 射鏡不必考慮抗風性及沙塵污染，大大減少材料使用，降低成本，無風 力影響，輕體結構，也大大降低跟蹤驅動系統的功率及強度，對于提高 跟蹤精度，降低成本大有幫助。(2)模塊化框架和模塊化反射鏡結構 可以得到長的焦線，在長焦線位置安置的長線形吸收裝置可避免短裝置 造成的邊界損失，提高吸收效率并降低成本；(3)本發明采用模塊化 拼裝組合結構，制造方法簡單，成本造價低廉，安裝和維修異常方便， 適合大規模推廣應用；(4)本發明還可作為搭建建筑物的頂部或框架 使用，既節約建筑成本，又有利于裝置的推廣使用。
圖1是本發明太陽能聚集裝置的結構示意圖； 圖2是反射鏡面拼裝形成長聚焦線結構的示意5圖3是反射鏡面整體示意圖； 圖4是輕體結構反射鏡面示意圖； 圖5是太陽高度角較低時的反射鏡位置示意圖； 圖6是太陽高度角較高時的反射鏡位置示意圖； 圖7是太陽高度角最高時的反射鏡位置示意圖； 圖8是將本發明的太陽能聚集裝置直立放置的示意圖； 圖9,圖IO和圖11分別表示了反射鏡采用菲涅耳陣列形結構時不 同太陽入射角度下的狀態圖。
具體實施例方式
圖1是本發明太陽能聚集裝置的結構示意圖。如圖所示，太陽能聚 集裝置包括一個封閉式框架。該框架可以包括多個框架單元，例如相鄰 的框架單元121、 122和123。多個框架單元可以通過卡接或者焊接固定 在一起。框架主要受光面(例如頂部)覆蓋透光玻璃板140,相鄰模塊 的玻璃板使用例如密封橡膠進行平面連接，框架整體的其余各外表面可 以用板材覆蓋，形成一個有透光面的封閉式框架結構。這樣，可以保證 整個太陽能聚集裝置內部無風力擾動，并同時防水防塵，人員可自如地 對受光面的玻璃板外面做周期性清潔。
封閉框架內安裝有反射鏡。以框架單元121為例，其內安裝有反射 鏡單元101- 1和101-2。反射鏡安裝在封閉框架的內部，從而不會受到 惡劣天氣的影響導致反射鏡損壞，同時太陽光也能透過頂部玻璃照射到 反射鏡上。在一個例子中，所述反射鏡采用輕體結構，比如采用薄板材 料(如有較好反射率的薄鋁板或鍍有高反射材料的PET,PC等塑料薄膜) 制作。反射鏡可以做成拋物槽型、拋物槽組合型或菲涅耳陣列型，其光 學設計為將入射光線匯聚到一條焦線上。
在進一步優化的例子中，反射鏡采用前反射式，可采用具有高反射 率的薄鋁板，也可采用在薄膜基材的光線射入面上鍍制純銀、.純鋁或其 它高反材料作為反射膜，并且為進一步提高反射率并減少惡劣環境對鍍 膜的損壞，可在所鍍高反射膜上覆蓋增強反射涂層并具備阻隔水汽和氧 氣侵入的能力，以提高反射率并防止反射面氧化造成反射率下降。該增 強反射及防護阻隔涂層由于不會受到嚴重風沙侵襲可以具有長期的增 反及防護能力，使反射鏡保持高反射效果。此種前反射方式可以長期保
6持卯％以上，甚至95%以上的高反射率。此外，也可以在所鍍高反射膜 上覆蓋增強反射涂層或者保護涂層。
由于在封閉空間內反射鏡得到很好的保護，反射鏡可以有長壽命周 期并且一直保持很高的反射率，與當前已知使用的后反射玻璃鏡及開放 環境中使用的鋁鏡相比，可提高10%~20%的反射效率。因此，雖然反 射鏡置于封閉空間內，光線透過蓋板玻璃入射進來時有10%~15%的損 耗，但系統的整體吸收效率并未有大的降低，長期運行過程中甚至有所 提高。
為增加反射鏡的強度，在反射鏡底部固定安裝支撐支架，支撐支架 在下文作詳細介紹。
考慮到陽光透過玻璃板的衰減對整個裝置吸收效率的影響，優選在 玻璃蓋板兩面涂鍍或覆蓋減反射增透光學膜。考慮到環境侵蝕或清潔維 護所導致的外表面磨損，以在內表面涂鍍或覆蓋減反射增透光學膜為 佳。
太陽能聚集裝置還包括至少一根吸熱管，例如貫穿框架單元 121-123的吸熱管110- 1和貫穿相鄰單元的吸熱管110-2。吸熱管固定 在框架內部反射鏡的焦線位置，太陽光入射在反射鏡上，經其反射聚焦 在吸熱管處，從而加熱吸熱管內部流動的導熱介質形成能量轉換。兩根 相鄰吸熱管末端可采用連接短管131連接，頂端與系統連接管130相連， 裝置內所有吸熱管熱量匯總后導出。
太陽能聚集裝置中的每個反射鏡可根據每天不同時刻的太陽位置 作相應調整，使入射太陽光始終沿鏡面主軸方向入射達到光學聚焦效 果，下文將對此描述。
另外，為方便工作人員進入框架內部對聚光器進行檢修，在框架(例 如側面)設置檢修出入口 。
太陽能聚集裝置可以作為搭建建筑物的頂部。本發明太陽能聚焦裝 置采用的密封框架結構模塊化組合可以形成大面積使用；由于該框架結 構具有良好的機械強度和密封以及一定的保溫效果，可以被當作很好的 建筑物覆蓋層使用，如屋頂等。
在一個例子中，可以在地面或建筑頂部在X, Y兩方向間隔一定距 離布置支撐柱，在最外邊緣以墻體為支撐，將本發明太陽能聚焦裝置的 框架結構底部連接點與支撐柱頂端和圍墻上沿相連接固定，從而形成一
7定面積的新建筑。頂部的密封結構使建筑物具有良好的防水保溫性能。 為保持良好的排水，特別是為了增加采光面積,減少入射光線衰減，頂部 最佳保持一定的向太陽側傾斜角。由于本發明裝置采用的大面積組合式 框架結構和組合式反射鏡結構，從而可以使入射光線能夠匯聚在一條很
長的焦線上，焦線長度例如可達io米以上甚至ioo米，焦線長度與反
射鏡寬度的比例如可超過IO倍甚至100倍。在此焦線位置固定安裝一
條很長的線性吸收裝置，并且當吸收裝置為線形吸熱管時采用兩端貫通 式吸熱管，可以減少反射鏡與吸收裝置之間的邊緣損失，大大提高反射 光的吸收效率，并且成本可明顯降低。各長焦線吸收裝置再通過系統連 接管組合連接，形成大面積應用，與一些小尺寸，短反射與吸收長度的 裝置相比，具有明顯的成本和效率優勢，更加適合工業化推廣。
圖2是反射鏡面拼裝形成長聚焦線結構的示意圖。圖中利用多個拋 物面型反射鏡201進行拼裝，使鏡面長度增長，形成長聚焦線結構，吸 熱管210位于焦線位置，從而使吸熱管能有效吸收太陽熱量。
圖3示意了反射鏡支架的立體視圖，圖4是其倒置后的立體視圖。 如前文所述，本發明中反射鏡可采用輕體結構，為增加反射鏡的強度， 在反射鏡底部固定安裝了由輕體材料如泡沫塑料等制成的支撐架304。 為進一步增加支撐架的強度，在支撐架的孔306處安裝玻璃管骨架406, 同時玻璃管骨架也實現了各反射鏡支架之間的連接。
圖5、圖6和圖7表示了不同太陽位置時，拋物線型反射鏡相應的 位置變化示意圖。在圖中，太陽能聚集裝置作為建筑頂部使用。考慮到 充分利用入射光利用效率和太陽高度角之間的關系，太陽能聚集裝置可 設有一定的傾斜度，同時為便于施工和維護，該傾斜角度不宜過大。以 北京地區為例，該傾斜度可設為例如5°-35°，其中5。較平緩，維護方 便，但有一定的光利用損失，35。有較好的太陽光利用率,但傾斜較大, 維護相對困難。由于太陽位置在一天的不同時刻，其位置發生變化，為 增加反射鏡對陽光的有效反射，需要框架單元520內的反射鏡501跟蹤 太陽位置變化，而繞焦線轉動，保證入射太陽光方向始終沿鏡面主軸方 向入射，使光線聚焦在吸熱管510處，實現吸收效率最佳。圖5-7分別 示意了太陽光入射角度10°、 42.5°和75。的情形。
圖8是將本發明的太陽能聚集裝置直立放置的示意圖。太陽能聚集 裝置中，透光玻璃板一面指向太陽方向，這樣就可以將此結構作為節能
8建筑物的墻體使用，減少建筑成本，實現了節能目的。
圖9,圖10和圖11表示了反射鏡采用菲涅耳陣列形結構時不同太 陽入射角度下的狀態圖。如圖所示，框架921中的反射鏡陣列由若干反 射鏡條930-1， 930-3， 930-5組合而成，各鏡條長度方向與陣列的光學 焦線平行，并且各鏡條可沿自身長度方向的軸線各自轉動。當太陽位置 改變時，為保證入射太陽光經反射后實現聚焦目的，組成反射鏡陣列的 各小反射鏡要隨太陽位置的變動而轉動，從而實現光線聚焦在吸熱管 910處，實現吸收效率最佳。
顯而易見，在不偏離本發明的真實精神和范圍的前提下，在此描述 的本發明可以有許多變化。因此，所有對于本領域技術人員來說顯而易 見的改變，都應包括在本權利要求書所涵蓋的范圍之內。本發明所要求 保護的范圍僅由所述的權利要求書進行限定。
權利要求
1、一種太陽能聚集裝置，其特征在于包括封閉式框架，反射鏡和吸收器，其中封閉式框架的透光面使用玻璃板覆蓋，反射鏡安裝在封閉式框架內并且具有長焦線，吸收器安裝在反射鏡的長焦線位置，反射鏡跟蹤太陽的位置變化進行調整而將太陽光反射到所述長焦線。
2、 根據權利要求1所述的太陽能聚集裝置，其特征在于反射鏡采用 輕體結構。
3、 根據權利要求1所述的太陽能聚集裝置，其特征在于，反射鏡采 用拋物槽或拋物槽組合或菲涅耳陣列形聚焦結構。
4、 根據權利要求1所述的太陽能聚集裝置，其特征在于反射鏡采用 高反射鋁板或鍍有純銀、純鋁或其它高反材料的薄膜材料。
5、 根據權利要求1所述的太陽能聚集裝置，其特征在于反射鏡采用 前反射形式。
6、 根據權利要求5所述的太陽能聚集裝置，其特征在于反射鏡的反 射膜上覆蓋有增強反射效果的光學涂層。
7、 根據權利要求5所述的太陽能聚集裝置，其特征在于反射鏡的反 射膜上覆蓋有保護涂層。
8、 根據權利要求5所述的太陽能聚集裝置，其特征在于反射鏡的反 射膜上覆蓋有增強反射效果及保護功能的涂層。
9、 根據權利要求1所述的太陽能聚集裝置，其特征在于反射鏡后部 安裝支撐架。
10、 根據權利要求9所述的太陽能聚集裝置，其特征在于包括玻璃管， 作為骨架將模塊化排列的多個所述支撐架連接在一起。
11、 根據權利要求1所述的太陽能聚集裝置，其特征在于反射鏡包括 多個反射鏡單元，所述多個反射鏡單元各自的焦線重合并且構成所述長焦線。
12、 根據權利要求1所述的太陽能聚集裝置，其特征在于包括所述封 閉式框架為多個框架模塊化組合，并且所述多個框架統一封閉。
13、 根據權利要求1所述的太陽能聚集裝置，其特征在于包括連接管， 連接管連接至所述多個封閉式框架之一中的吸收器。
14、 根據權利要求1所述的太陽能聚集裝置，其特征在于，封閉式框 架的骨架采用鋼構架結構。
15、 根據權利要求1所述的太陽能聚集裝置，其特征在于包括設置在 封閉式框架上的檢修出入口 。
16、 根據權利要求1所述的太陽能聚集裝置，其特征在于在玻璃板兩 面或至少內表面涂鍍或覆蓋減反射增透光學膜。
17、 建筑構件，包括根據權利要求l-16之一所述的太陽能聚集裝置。
18、 根據權利要求17所述的建筑構件，其特征在于所述建筑構件作 為建筑物的頂部或墻體。
全文摘要
本發明披露一種太陽能聚集裝置。該太陽能聚集裝置包括封閉式框架、反射鏡和吸收器。封閉式框架的透光面使用玻璃板覆蓋，反射鏡安裝在封閉式框架內并且具有長焦線，吸收器安裝在反射鏡的長焦線位置，反射鏡跟蹤太陽的位置變化進行調整而將太陽光反射到所述長焦線。本發明的結構具有以下優點將太陽能聚光器安裝在封閉式框架內，使大面積提高反射率，不必考慮抗風性及沙塵污染，大大減少材料使用，降低成本，無風力影響，輕體結構也大大降低跟蹤驅動系統的功率及強度，對于提高跟蹤精度，降低成本大有幫助。本發明還可作為搭建建筑物的頂部或框架使用，既節約建筑成本，又有利于裝置的推廣使用。
文檔編號F24J2/10GK101457989SQ20091007601
公開日2009年6月17日 申請日期2009年1月4日 優先權日2009年1月4日
發明者陽 劉 申請人:陽 劉