一種基于雙穩態電潤濕技術的自追蹤太陽光反射聚光裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能系統的應用領域，具體涉及一種基于雙穩態電潤濕效應的能夠自動跟蹤太陽光的反射聚光裝置。
【背景技術】
[0002]隨著全球經濟的迅速發展和人口的不斷增加，以石油、天然氣和煤炭等為主的化石能源正被逐步消耗，能源危機成為世界各國共同而臨的課題。而太陽能資源是最豐富的可再生能源之一，它分布廣泛，可再生，不污染環境，是國際上公認的理想替代能源。但是太陽能的利用還遠遠不夠，究其原因，主要是太陽能利用率不高。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顯得尤為重要。
[0003]影響太陽能系統效率的因素很多。其中，太陽能電池板與入射光的角度是關鍵因素之一，由于太陽光斜入射太陽能電池板時的轉換效率低于太陽光垂直照射太陽能電池板的轉換效率，且隨著太陽光傾斜角度增大，轉換效率降低。因此，太陽能的跟蹤與非跟蹤，使得能量的接收率相差很大，精確的跟蹤裝置可提高太陽能利用率，拓寬其利用領域。
[0004]現階段國內外使用的跟蹤方式可分為單軸跟蹤和雙軸跟蹤兩種。單軸系統由于自身結構的限制，瑋度低于30°的地區才適合使用單軸跟蹤系統；而雙軸跟蹤系統具有兩個獨立的動力執行體，相比較單軸復雜的控制系統，機械復雜程度和投資成本都高出不少。目前的跟蹤方式主要采用的方式有以下幾種:程序控制式跟蹤；時鐘式跟蹤；視日軌跡跟蹤；光電式跟蹤。程序控制式跟蹤存在累計誤差，并且自身不能消除。時鐘式跟蹤屬于被動式跟蹤，需要定期校正。視日軌跡跟蹤存在許多局限性，主要是在開始運行前需要精確定位，出現誤差后不能自動調整等。光電式跟蹤則不同，其使用光敏感初始定位，在運行當中，以程序控制為主，角度傳感器瞬時測量作為反饋，對程序進行誤差修正，比較可靠且可以最大限度利用太陽能。
[0005]太陽能跟蹤技術也可分為主動跟蹤系統和被動跟蹤系統兩種。目前世界上通用的太陽能主動跟蹤控制系統都需要根據安放點的經瑋度等信息計算一年中的每一天的不同的時刻太陽所在的角度，并將其存儲到PLC、單片機或電腦軟件中，也就是靠計算太陽位置以實現跟蹤。主動跟蹤采用的控制方法也稱為時空控制法。基于PC機的太陽位置式跟蹤方法，其成本也相對比較昂貴，但由于PC機具有強大的數據存儲及計算能力，可用來完成精確的太陽光追蹤。太陽能被動跟蹤系統主要采用光強控制法，利用光敏元件和傳感器進行信號跟蹤調節，被動地跟隨太陽轉動。Lynch等設計了一種被動式雙軸跟蹤器，該跟蹤器應用了 2個光電傳感器。一個傳感器安裝在跟蹤面上；另一個傳感器固定在朝南的方向。跟蹤控制的精度為0.1°。
【發明內容】
[0006]本發明提供了一種微流控光學技術，使得太陽能光伏發電系統更具經濟競爭力和環境可持續發展力。基于一種創新的微流控光學設計方式的太陽能聚光器是由雙穩態介質電潤濕(EWOD)控制，并且無需機械運動部件。這種高性能的自適應微流控光學太陽能跟蹤系統集成了具有高效率的CPV光伏電池和新型液體棱鏡跟蹤系統，可以得到較寬的跟蹤范圍進而產生最大的能量。
[0007]本發明提供了具有由電介質材料制成的基板的液體棱鏡單元，由透明導電材料制成的電極將會被附著到或涂覆在四個基板的內部，基板之間含有兩種不相溶的介質，其中一種在另外一種介質之上，反射薄膜將介于兩種介質之間。
[0008]本發明提供了一種太陽能反射裝置，其包括液體棱鏡單元的陣列，一個目標物體(拋物面反射鏡)，一個電源和一個控制器。每一個反射裝置包含液體棱鏡陣列，每個液體棱鏡單元具有至少四個由電介質材料制成的基板，基板內部將由透明導電材料制成的電極覆蓋，其中有兩種不可溶的介質分為上下兩層，反射薄膜將介于兩種介質之間。太陽能接收裝置對準以接收來自反射鏡陣列反射的太陽光。控制器與電源以及反射裝置上各電極相連接。控制器通過控制應用在反射裝置電極上的電壓來單軸或雙軸地改變液體棱鏡上反射薄膜的傾斜角度。
[0009]本發明的有益效果和創新之處在于:
[0010]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對太陽光的單軸或雙軸追蹤和聚焦，系統消除了笨重的跟蹤硬件和無需機械的操作將使其可廣泛應用到住宅區以用來太陽能發電。
[0011 ] 2.與傳統的基于硅結構的太陽能光伏電池相比，實現自追蹤的電潤濕技術將多產生70%的綠色能源且降低50%的成本(?$1/瓦)，該計劃的成功具有巨大的市場沖擊力，將使得聚光光伏電池完成在全球能源市場的角色轉變。
【附圖說明】
[0012]以下，結合附圖來詳細說明本發明的實施例，其中:
[0013]圖1反射鏡單元的橫截面圖
[0014]圖2反射鏡單元側壁電極的示意圖
[0015]圖3組裝液體棱鏡單元(模塊)的示意圖
[0016]圖4太陽能反射鏡系統的示意圖
【具體實施方式】
[0017]以下將對本發明的制造和使用進行詳細介紹。本發明提供了一種可以在很多特定背景下借鑒的發明思路。本文僅僅對本發明的具體制作以及特定使用加以說明，但并不限定本發明的使用范圍。
[0018]本發明提供了一種微流控光學技術，使得太陽能光伏發電系統更具經濟競爭力和環境可持續發展力。基于一種創新的微流控光學方法的太陽能聚光器是由雙穩態介質電潤濕(EWOD)控制，并且無需機械運動部件。這種高性能的自適應微流控光學太陽能跟蹤系統集成了具有高效率的CPV光伏電池和新型液體棱鏡跟蹤系統，可以得到較寬的跟蹤范圍進而產生最大的能量。電潤濕反射裝置也可以用于太陽能集熱系統，而且其可以被耦合到光纖中用于建筑內部的自然采光或促進生物燃料的光合作用。
[0019]液體棱鏡是將兩種互不相溶的液體介質置于透明容器中形成，沿著液-液-固體三結線形成的接觸角可以通過在容器側壁施加合適的電壓進行控制。高反射率薄膜將置于兩種液體介質之間。此種動態反射裝置可以應用于太陽能跟蹤以及太陽光轉向中。當太陽光入射到液體棱鏡的反射膜上時，將會被反射至拋物面反射鏡上，隨后再次反射至置于基底的聚光型光伏電池(CPV)上。基于其獨特的設計，電潤濕反射裝置使得設備能夠自適應地同時追蹤太陽光的日常以及季節性軌道變化(雙軸跟蹤)，而不再使用笨重、昂貴且低效率的機械運動部件。與傳統的基于硅結構的太陽能光伏電池相比，實現自追蹤的電潤濕技術將多產生70%的綠色能源且降低50%的成本(?$1/瓦)。
[0020]圖1給出了一個根據本
【發明內容】
所述的日光反射裝置100的橫截面實例示意圖。一個反射裝置單元100包括至少四個由介電材料(例如，玻璃，塑料，石英等)制成的基壁104的容積結構102 (例如，皿池等)。容積結構102的橫截面可以是方形(如圖3)或多邊形。容積結構102的四個基壁104上將涂覆著由透明導電材料(例如，銦錫氧化物(ITO)等)制成的電極106。容積結構102中有兩種互不相溶的介質(108及110)，其中介質110將置于介質108的上方。如圖所示，第一種介質108可以是水或其它極性介質，第二種介質110可以是油或其它非極性介質。反射體112，例如一個高反射率薄膜，安置于容積102之內，并介于第一種介質108和第二種介質110 (即液-液彎曲面)之間。透明側壁114由透明導電材料106