專利名稱：一種太陽能聚集裝置和采用該裝置的建筑構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能應用技術(shù)領(lǐng)域，具體來說涉及太陽能聚集裝置。
背景技術(shù)：
太陽能作為一種潔凈、環(huán)保的能源，長期以來人們一直致力于對其的開發(fā)和利用。 特別是近年來，由于油價的不斷攀升和對環(huán)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(zhuǎn)化為熱能和電能，是太陽能利用中非常重要的技術(shù)。現(xiàn)有太陽能聚集技術(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)自身的重力和要承受風的影響
而增加結(jié)構(gòu)的質(zhì)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(tǒng)，同時這些收集系統(tǒng)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(tǒng)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(yè)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(fā)明提供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 鏡和吸收裝置。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(nèi)并且具 有長焦線，吸收裝置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(diào)整而 將太陽光反射到所述長焦線，其中所述吸收裝置是光伏吸收裝置或者光伏/光熱復合吸收 裝置。 反射鏡可以采用輕體結(jié)構(gòu)。 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(jié)構(gòu)。 反射鏡可以采用前反射形式。反射鏡可采用具有高反射率的薄鋁板，也可采用在
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(yōu)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(jié)構(gòu)模塊化連接。 太陽能聚集裝置可以包括連接裝置，連接裝置連接至所述多個模塊中的吸收裝置。該太陽能聚集裝置可以模塊化拼裝后利用連接裝置連接各太陽能吸收裝置形成更大規(guī) 模的太陽能聚集裝置。 太陽能聚集裝置可以用作為建筑構(gòu)件，例如搭建建筑物的頂部或墻體使用，既節(jié)
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(fā)明的結(jié)構(gòu)和已有的太陽能聚集裝置相比較具有以下優(yōu)點 (1)本發(fā)明將太陽能聚光器安裝在封閉式框架內(nèi)，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(jié)構(gòu)，也大大降低跟蹤驅(qū) 動系統(tǒng)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(jié)構(gòu)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(fā)明采用模塊化拼裝組合結(jié)構(gòu)，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(guī)模推廣應用；(4)本發(fā)明還可作為搭建建筑 物的頂部或框架使用，既節(jié)約建筑成本，又有利于裝置的推廣使用。


下面將參照附圖對本發(fā)明的具體實施方案進行更詳細的說明，其中 圖1是本發(fā)明太陽能聚集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是反射鏡面拼裝形成長聚焦線結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖3是反射鏡面整體示意圖； 圖4是輕體結(jié)構(gòu)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(fā)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(jié)構(gòu)時不同太陽入射角度 下的狀態(tài)圖； 圖12表示了本實用新型另一太陽能聚集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
圖1是本發(fā)明太陽能聚集裝置的結(jié)構(gòu)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?？蚣苤饕芄饷?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(jié)構(gòu)。這樣，可以保證整個太陽能聚集裝置內(nèi) 部無風力擾動，并同時防水防塵，可方便自如地對受光面的玻璃板外面做周期性清潔。
封閉框架內(nèi)安裝有反射鏡。以框架單元121為例，其內(nèi)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(nèi)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(jié)構(gòu)， 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(shè)計為將入射光線匯聚到一條焦線上。 在進一步優(yōu)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(huán)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持90%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，達到增強反射或膜層 防護效果。 由于在封閉空間內(nèi)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(huán)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(nèi)，光線透過蓋板玻璃入射進來時 有10% 15%的損耗，但系統(tǒng)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(yōu)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(huán)境侵蝕或清潔維護所導致的外表面磨損，可以只 在內(nèi)表面涂鍍或覆蓋減反射增透光學膜。 太陽能聚集裝置還包括至少一條線形的吸收裝置，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(nèi)部反射鏡的焦線位置， 太陽光入射在反射鏡上，經(jīng)其反射聚焦在吸熱管處，從而加熱吸熱管內(nèi)部流動的導熱介質(zhì) 形成能量轉(zhuǎn)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(tǒng)連接管130相 連，裝置內(nèi)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(jù)每天不同時刻的太陽位置作相應調(diào)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(nèi)部對聚光器進行檢修，在框架(例如側(cè)面)設(shè)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(fā)明太陽能聚焦裝置采用的密 封框架結(jié)構(gòu)模塊化組合可以形成大面積使用；由于該框架結(jié)構(gòu)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?shù)取Ａ硗?，針對一般?陽能利用系統(tǒng)中通常設(shè)置轉(zhuǎn)換(如利用蒸氣發(fā)生器將導熱油熱量轉(zhuǎn)化為水蒸氣，利用逆變 器將太陽能電池得到的直流電轉(zhuǎn)化為交流電變壓使用及并網(wǎng))以及蓄能裝置(蓄熱裝置和 蓄電裝置)的特點，可以將該轉(zhuǎn)換裝置和/或蓄能裝置設(shè)置在本太陽能聚集裝置構(gòu)成的覆 蓋層下方，不但可以利用覆蓋層與建筑墻體等構(gòu)成的防水保溫及封閉保護功能，降低成本， 方便安裝，同時可以使太陽能轉(zhuǎn)換和/或儲存裝置所需的能量經(jīng)過較短的傳輸路徑即可得 到，減少管路及電線的損失，提高能源利用效率。 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(fā)明太陽能聚焦裝置的框架結(jié)構(gòu)底部連接點與支撐柱頂端
5和圍墻上沿相連接固定，從而形成一定面積的新建筑。頂部的密封結(jié)構(gòu)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(cè)傾斜角。由于本發(fā)明裝置采用的大面積組合式框架結(jié)構(gòu)和組合式 反射鏡結(jié)構(gòu)，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10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(tǒng)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(yōu)勢，更加適合工業(yè)化推廣。 圖2是反射鏡面拼裝形成長聚焦線結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(fā)明中反射鏡可采用輕體結(jié)構(gòu)，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(xiàn)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?？紤]到充分利用入射光利用效率和太陽高度 角之間的關(guān)系，太陽能聚集裝置可設(shè)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(qū)為例，該傾斜度可設(shè)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(fā)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(nèi)的反射鏡501跟蹤太陽位置變化，而繞焦線轉(zhuǎn)動，保證入射太陽光方向始終平行于鏡 面光學主軸面，使光線聚焦在吸熱管510處，實現(xiàn)吸收效率最佳。圖5-7分別示意了太陽光 入射角度IO。 、42.5°和75°的情形。 圖8是將本發(fā)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(jié)構(gòu)作為節(jié)能建筑物的墻體使用，減少建筑成 本，實現(xiàn)了節(jié)能目的。 圖9，圖IO和圖ll表示了反射鏡采用菲涅耳陣列形結(jié)構(gòu)時不同太陽入射角度下的 狀態(tài)圖。如圖所示，框架921中的反射鏡陣列由若干反射鏡條930-l，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(zhuǎn) 動。當太陽位置改變時，為保證入射太陽光經(jīng)反射后實現(xiàn)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(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)光線聚焦在吸熱管910處，實現(xiàn)吸收效率最 佳。 需要說明的是，本發(fā)明的聚集裝置也可以應用在光伏場合。換句話說，聚集裝置中 的吸熱管可以由其它的吸收裝置所代替。吸收裝置比如可以是光伏吸收裝置，也可以是光 伏/光熱復合吸收裝置，光伏吸收裝置將吸收的太陽光能轉(zhuǎn)換為電能，光伏/光熱復合吸 收裝置不但可以將吸收的太陽光轉(zhuǎn)換為電能，同時還可以將太陽光帶來的熱量加以吸收利 用，不但提高了太陽能綜合利用率，還可以控制太陽能電池的溫升，提高光伏轉(zhuǎn)換效率，延
6長電池使用壽命。 圖12表示了本實用新型另一太陽能聚集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖12的多數(shù)部件與
圖1相同，故此不復贅述。圖12不同之處主要在于吸熱管被光伏吸收裝置1210-1和1210-2
所替代。光伏吸收裝置1210-1和1210-2可以由聚光光伏電池組成線性排列而成。聚光光
伏電池組可以例如是硅電池、砷化鎵電池、CIS、 CIGS電池或其它種類電池。 需要特別說明的是，一般光伏電池受光面為平面，為了得到最好的接收效果，需要
將光伏吸收裝置或光伏/光熱復合吸收裝置的受光面安裝在聚光焦線位置并使其與反射
鏡的光學主軸面垂直，以保證來自反射鏡的光線被最有效轉(zhuǎn)化利用。因此，如果反射鏡為繞
焦線轉(zhuǎn)動的拋物槽式或拋物槽組合式，在跟蹤轉(zhuǎn)動過程中，在反射鏡繞焦線轉(zhuǎn)動的同時，受
光面也要轉(zhuǎn)動相同角度，使受光面與反射鏡光學主軸面保持垂直關(guān)系；如果反射鏡為菲涅
耳陣列，在跟蹤過程中，組成陣列的各反射鏡條繞各自轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，整個陣列的光學主軸面不
發(fā)生變化，所以跟蹤過程中吸收裝置受光面不必轉(zhuǎn)動即可保持與光學主軸面垂直。 光伏吸收裝置1210-1和1210-2將反射鏡1201-1等反射的光轉(zhuǎn)化為電能。所產(chǎn)
生的電能可以經(jīng)逆變器1250送往電網(wǎng)1260或者直接給用戶供電。 顯而易見，在不偏離本發(fā)明的真實精神和范圍的前提下，在此描述的本發(fā)明可以 有許多變化。因此，所有對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的改變，都應包括在本權(quán)利要求 書所涵蓋的范圍之內(nèi)。本發(fā)明所要求保護的范圍僅由所述的權(quán)利要求書進行限定。
權(quán)利要求
一種太陽能聚集裝置，其特征在于包括封閉式框架，反射鏡和吸收裝置，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(nèi)并且具有長焦線，吸收裝置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(diào)整而將太陽光反射到所述長焦線，其中所述吸收裝置是光伏吸收裝置或者光伏/光熱復合吸收裝置。
2. 根據(jù)權(quán)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(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)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(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(gòu)成所述長焦線。
12. 根據(jù)權(quán)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(tǒng)一封閉。
13. 根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(gòu) 架結(jié)構(gòu)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能聚集裝置，其特征在于包括設(shè)置在封閉式框架上的 檢修出入口。
16. 根據(jù)權(quán)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(nèi)表面 涂鍍或覆蓋減反射增透光學膜。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能聚集裝置，其特征在于跟蹤過程中，吸收裝置的受光 面保持與反射鏡的光學主軸面垂直。
18. 建筑構(gòu)件，包括根據(jù)權(quán)利要求l-17之一所述的太陽能聚集裝置。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的建筑構(gòu)件，其特征在于所述建筑構(gòu)件作為建筑物的頂部或 墻體。
20. 如權(quán)利要求18所述的建筑構(gòu)件，其特征在于還包括轉(zhuǎn)換裝置和/或蓄能裝置，用于 將吸收裝置產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換或儲存或使用或傳輸。
全文摘要
本發(fā)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(nèi)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(diào)整而將太陽光反射到所述長焦線。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點將太陽能聚光器安裝在封閉式框架內(nèi)，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(jié)構(gòu)也大大降低跟蹤驅(qū)動系統(tǒng)的功率及強度，對于提高跟蹤精度，降低成本大有幫助。本發(fā)明還可作為搭建建筑物的頂部或框架使用，既節(jié)約建筑成本，又有利于裝置的推廣使用。
文檔編號F24J2/10GK101782280SQ20091007722
公開日2010年7月21日 申請日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者劉陽 申請人:劉陽