專利名稱：一種免動(dòng)跟蹤太陽能聚能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種免動(dòng)跟蹤太陽能聚能器，它是一種太陽能轉(zhuǎn)換裝置，可用于各種工業(yè)及民用太陽能采集裝置中，如太陽能熱水以及太陽能發(fā)電設(shè)備中。
太陽能的普及利用是當(dāng)今社會(huì)所急需解決的一個(gè)重要課題之一。太陽能是一種干凈、無污染和對(duì)環(huán)境幾乎無影響的一種很好的一次能源，而有較和大面積普及利用太陽能對(duì)我們生存的環(huán)境和資源保護(hù)都是很有效的。但是，在太陽能利用中，最難解決的有下面兩個(gè)問題。問題之一是太陽光的能流密度(在單位時(shí)間里通過單位面積的太陽光所帶能量)不高，一般只有每平方米1千瓦左右。在直接利用換能器吸收時(shí)，為得到較大的輸出功率，就必須使用大面積的換能元件。如果是使用如水等吸熱介質(zhì)換能，由于換能元件表面本身與外界也在進(jìn)行熱交換(對(duì)流和幅射)，產(chǎn)生較多的熱量損失，因此換能效率不高，而且得到的是較低品位的熱能。如果使用如太陽能電池直接把光能轉(zhuǎn)換成電能，則為得到大的輸出功率，需要大面積的太陽能電池，因此單位電能輸出的成本較高。問題之二是太陽在天空中的位置是隨一天中時(shí)刻不同而變化的。為提高太陽光的能流密度，可以使用各種匯集裝置(如反射鏡等)把太陽光集中，提高能流密度。但由于太陽在天空中位置的變化，必須使用一套跟蹤裝置使匯集裝置的輸出始終保持在換能器表面。使用跟蹤裝置使得太陽能換能裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，而且使用中的維護(hù)等也使裝置運(yùn)行成本增加。
本實(shí)用新型的目的是發(fā)明一種免動(dòng)跟蹤太陽能聚能器，它無運(yùn)動(dòng)部件，可實(shí)現(xiàn)自位免動(dòng)跟蹤，當(dāng)太陽位置在一定范圍內(nèi)時(shí)，聚焦反射的太陽能光線都能保持在換能器件表面上。
本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)如附


圖1所示，它有支架1、反射鏡2、換能器件3，反射鏡為圓柱面的一部分，其圓心角接近180°，支架1支持反射鏡2使其軸線為南北方向并使軸線與水平面的夾角等于使用地緯度值，其特征在于換能器件3的受光表面也為圓柱形，其圓柱直徑為反射鏡2圓柱直徑的三分之一到六分之一，換能器件3的安裝軸線與反射鏡的軸線平行并在反射鏡圓弧中點(diǎn)所在半徑上，在該半徑上換能器件3的下外沿距反射鏡圓弧中點(diǎn)的距離約為二分之一反射鏡圓弧半徑。
附
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2為本實(shí)用新型垂直剖面圖。圖中R為反射鏡圓弧半徑，r為換能器件3的半徑，H為換能器件3剖面圓心到反射鏡圓弧圓心的距離。
附圖3為太陽光入射角度與反光鏡指向間角度不大時(shí)的光線反射示意圖。
附圖為太陽光入射角度與反光鏡指向間角度較大時(shí)的光線反射示意圖。
本實(shí)用新型的原理如下圓弧反射鏡2有對(duì)于不同入射角度的光線聚焦到二分之一圓弧半徑的圓弧面上的特性。本實(shí)用新型所采用的換能器件3為圓柱形。換能器件3的下外沿距反射鏡圓弧中點(diǎn)的距離約為二分之一反射鏡圓弧半徑。它正好處在與圓弧反射鏡2的焦面圓弧相切的位置。當(dāng)入射陽光相對(duì)于反射鏡2方向的角度不大時(shí)，其反射后陽光聚焦位置的焦位置的焦面圓弧和換能器件3對(duì)應(yīng)圓弧差不大，換能器件3不要求聚焦的質(zhì)量，因此有一些散交是允許的，而且也是必須的。這時(shí)，散焦后的陽光還是基本全照射在換能器件3表面，如附圖3所示。當(dāng)陽光入射角大于一定角度(如附圖4所示)時(shí)，只有換能器件3右側(cè)的反射鏡2起作用，它的陽光反射后也還是投到換能器件3的表面。因此不管太陽在天空中的什么位置，照射到反射鏡2的陽光都被反射到換能器件3的表面，而換能器件3的表面積小于反射鏡2的表面積，因而提高了換能器件3表面的平均能流密度。
本實(shí)用新型采用圓弧反射鏡和圓柱形換能器件，把圓柱形換能器件安裝在與圓弧反射鏡圓弧焦面相切的位置，使太陽在天空中任意位置所投射的照到反射鏡的陽光光線被反射后基本都投射到換能器件的表面。由于換能器件的表面積小于反射射鏡2的表面積，因而提高了換能器件3表面的平均能流密度。這可以提高轉(zhuǎn)換效率，降低成本。由于反射的陽光投射到圓弧焦面處，無需轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡，是一種免動(dòng)自位跟蹤的裝置。它沒有運(yùn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無需維護(hù)。
本實(shí)用新型中的換能器件3可以是吸熱管，其中可以通有吸熱劑。吸熱劑可以是水，氨水，酒精等，也可以直接通有被加熱的化學(xué)物質(zhì)。換能器件3也可以是太陽能電池，把陽光直接變?yōu)殡娔?。還可以是復(fù)合換能器件，其外表面貼有太陽能電池，其內(nèi)通有吸熱劑，太陽能電池沒有轉(zhuǎn)換的太陽光所產(chǎn)生的熱能由吸熱劑吸收。
本實(shí)用新型中，換能器件3的半徑可以是反射鏡圓弧半徑的三分之一至六分之一，太大是一種浪費(fèi)。還降低了聚能效率，也不能太小，太小在太陽位置偏離反射鏡指向較多時(shí)，不能保證反射陽光還能絕大多數(shù)投射到換能器件3的表面，其最好值為四分之一。
權(quán)利要求1.一種免動(dòng)跟蹤太陽能聚能器，它有支架1、反射鏡2、換能器件3，反射鏡為圓柱面的一部分，其圓心角接近180°，支架1支持反射鏡2使其軸線為南北方向并使軸線與水平面的夾角等于使用地緯度值，其特征在于換能器件3的受光表面也為圓柱形，其圓柱直徑為反射鏡2圓柱直徑的三分之一到六分之一，換能器件3的安裝軸線與反射鏡的軸線平行并在反射鏡圓弧中點(diǎn)所在半徑上，在該半徑上換能器件3的下外沿距反射鏡圓弧中點(diǎn)的距離約為二分之一反射鏡圓弧半徑。
專利摘要一種免動(dòng)跟蹤太陽能聚能器，它有支架、反射鏡、換能器件、支架支持反射鏡使其軸線為南北方向并使軸線與水平面的夾角等于使用地緯度值，其特征在于換能器件的受光表面也為圓柱形，把其安裝在與圓弧反射鏡圓弧焦面相切的位置，使太陽在天空中任意位置所投射的照到反射鏡的陽光光線被反射后基本都投射到換能器件的表面。無需轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡，是一種免動(dòng)自位跟蹤的裝置。它沒有運(yùn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無需維護(hù)。
文檔編號(hào)F24J2/38GK2158996SQ9321958
公開日1994年3月16日 申請(qǐng)日期1993年7月24日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月24日
發(fā)明者石行 申請(qǐng)人:北京市西城區(qū)新開通用試驗(yàn)廠