BR112019012881A2 - aparelho de concentração solar - Google Patents

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Abstract

a presente invenção refere-se a um aparelho de concentração solar, que compreende dois dispositivos de recebimento de luz (110, 120). o primeiro dispositivo de recebimento de luz (110) tem uma primeira superfície de recebimento de luz substancialmente horizontal (111). o segundo dispositivo de recebimento de luz (120) tem uma segunda superfície de recebimento de luz (121) que é substancialmente vertical com relação à primeira superfície de recebimento de luz (111). o primeiro dispositivo de recebimento de luz (110) é um dispositivo de utilização de energia luminosa, ou é uma combinação de um dispositivo de utilização de energia luminosa e um dispositivo de guia de luz. o segundo dispositivo de recebimento de luz (120) é uma lente de fresnel. em virtude da relação de posição relativa entre o segundo dispositivo de recebimento de luz (120) e o primeiro dispositivo de recebimento de luz (110), a luz do sol é irradiada para a primeira superfície de recebimento de luz (111) após passar através da segunda superfície de recebimento de luz (121). por proporcionar a lente de fresnel substancialmente vertical em um trajeto de luz em frente de um dispositivo de utilização de energia luminosa, o aparelho pode se adaptar para deflexão de um ângulo relativamente grande do sol sem ativamente rastrear o sol, e, portanto, tem um desempenho de custo extremamente alto.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para APARELHO DE CONCENTRAÇÃO SOLAR.
Campo Técnico [001] A presente descrição refere-se a energia limpa, e em particular a um aparelho de concentração solar.
Antecedentes da Invenção [002] Sistemas de energia solar têm sido mais extensamente usado com a crescente ênfase em proteção ambiental. Os sistemas de energia solar disponíveis podem ser classificados em dois grupos: de não concentração e de concentração.
[003] Um sistema de energia solar de não concentração emprega principalmente painéis fotovoltaicos para coletar a luz do sol diretamente. Entretanto, uma vez que requer painéis fotovoltaicos abundantes para coletar suficiente luz do sol, grandes áreas de terra são ocupadas, o que resulta em altos custos e baixa eficiência de uso da terra. [004] Um sistema de energia solar de concentração em geral focaliza a luz do sol em um dispositivo de utilização solar através de lentes óticas de modo que o dispositivo de utilização solar tendo uma área menor pode obter a luz do sol concentrada pelas lentes tendo uma área relativamente maior; como uma consequência, o sistema tem uma boa capacidade de coletar energia solar. Entretanto, os referidos efeitos em geral apenas funcionam quando o sistema de energia solar de concentração é usado em cooperação com um sistema de rastreio do sol que tipicamente tem uma estrutura complicada, o que leva a um aumento no custo do sistema como um todo.
[005] Portanto, é necessário estudar um sistema solar de concentração que pode não só aumentar a coleta de energia solar, mas também baixar os custos.
Sumário da Invenção [006] De acordo com a presente descrição, um aparelho de con
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2/16 centração solar é proporcionado que compreende dois dispositivos de recebimento de luz. O primeiro dispositivo de recebimento de luz tem uma primeira superfície de recebimento de luz que se encontra substancialmente plana. O segundo dispositivo de recebimento de luz tem uma segunda superfície de recebimento de luz que é substancialmente vertical com relação à primeira superfície de recebimento de luz. O primeiro dispositivo de recebimento de luz é um dispositivo de utilização solar ou uma combinação de um dispositivo de utilização solar e um dispositivo de guia de luz. O segundo dispositivo de recebimento de luz é selecionado a partir de um grupo que consiste em: uma lente de Fresnel de concentração do tipo de transmissão, uma lente de Fresnel de concentração do tipo de reflexão, uma lente de Fresnel astigmática do tipo de transmissão, e uma lente de Fresnel astigmática do tipo de reflexão. Uma relação de posição relativa entre o segundo dispositivo de recebimento de luz e o primeiro dispositivo de recebimento de luz é configurada de modo a fazer com que a luz do sol se irradie sobre a primeira superfície de recebimento de luz após passar através da segunda superfície de recebimento de luz.
[007] De acordo com o aparelho de concentração solar da presente descrição, por proporcionar uma lente de Fresnel substancialmente vertical em um trajeto de luz na frente do dispositivo de utilização solar, o aparelho pode se adaptar à deflexão de um ângulo relativamente grande do sol sem ativamente rastrear o sol, e, portanto, tem um desempenho a um custo extremamente alto. A lente de Fresnel vertical usada pode ser seja de concentração ou astigmática, seja do tipo de transmissão ou do tipo de reflexão, e pode ser selecionado de acordo com necessidades de configuração.
[008] O aparelho acima mencionado pode ser adicionalmente usado em combinação com outros dispositivos de concentração, tais como um dispositivo cônico de guia de luz disposto antes do dispositi
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3/16 vo de utilização solar, um painel de reflexão disposto em um ou mais lados da primeira superfície de recebimento de luz, etc., desse modo alcançando uma relação de maior concentração com um custo mais baixo.
[009] Exemplos específicos de acordo com a presente descrição serão descritos em detalhes abaixo com referência aos desenhos em anexo. Os números ou números de série usados aqui, tais como primeiro, segundo, etc., são meramente ilustrativos e não têm qualquer sentido de limitação.
Breve Descrição dos Desenhos [0010] A Figura 1 é uma vista esquemática de um aparelho de concentração solar de uma primeira modalidade;
[0011] a Figura 2 é uma vista esquemática de um aparelho de concentração solar de uma segunda modalidade;
[0012] a Figura 3 é uma vista esquemática de um aparelho de concentração solar de uma terceira modalidade;
[0013] a Figura 4 é uma vista esquemática de um aparelho de concentração solar de uma quarta modalidade.
Descrição Detalhada
Primeira Modalidade [0014] Com referência à Figura 1, um aparelho de concentração solar de acordo com uma modalidade da presente descrição pode incluir um primeiro elemento de recebimento de luz 110 e um segundo elemento de recebimento de luz 120.
[0015] O primeiro elemento de recebimento de luz 110 tem uma primeira superfície de recebimento de luz 111 que se encontra substancialmente plana.
[0016] O segundo elemento de recebimento de luz 120 tem uma segunda superfície de recebimento de luz 121 que é arranjada substancialmente vertical com relação à primeira superfície de recebimento
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4/16 de luz.
[0017] Os termos se encontra plana e vertical como usados aqui são definições relativas. Quando duas superfícies de recebimento de luz são arranjadas em um modo escalonado, e o ângulo entre os normais das duas superfícies é variado em 60 e 120 graus, uma superfície de recebimento de luz pode ser observada como se encontra substancialmente plana e a outra do par substancialmente vertical.
[0018] O primeiro elemento de recebimento de luz 110 pode ser ou um dispositivo de utilização solar ou uma combinação de um dispositivo de utilização solar com um dispositivo de guia de luz, tais como um dispositivo de utilização solar com um dispositivo de concentração de luz. O dispositivo de utilização solar em geral se refere a vários dispositivos que podem converter energia solar em outra energia, tais como um painel fotovoltaico, um dispositivo de conversão solar-térmico e semelhante. O painel fotovoltaico como mencionado aqui em geral se refere a todos os tipos de dispositivos de conversão fotoelétrica solar que podem diretamente converter energia solar em energia elétrica, tais como painéis fotovoltaicos com base em silício, semicondutor compósito (por exemplo, semicondutor de gálio arsenieto de gálio, seleneto de cobre, índio e gálio, telureto de cádmio, de cálcio-titânio) painéis fotovoltaicos, filmes delgados fotovoltaicos, painéis fotovoltaicos de ponto quântico e semelhante. O dispositivo de utilização solar pode ser usado isoladamente ou em cascata com outros dispositivos de utilização de energia, tais como painéis fotovoltaicos em cascata com dispositivos de utilização de energia térmica (por exemplo, aquecedores ou refrigeradores) para alcançar maior eficiência de utilização de energia solar.
[0019] Portanto, o primeiro elemento de recebimento de luz na presente descrição pode ser selecionado e configurado de acordo com as necessidades das aplicações práticas. Quando o primeiro elemento
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5/16 de recebimento de luz apenas inclui o dispositivo de utilização solar, a superfície do dispositivo de utilização solar é a primeira superfície de recebimento de luz, e quando um dispositivo de guia de luz é adicionalmente proporcionado no trajeto ótico em frente do dispositivo de utilização solar, a superfície de recebimento de luz do dispositivo de guia de luz é a primeira superfície de recebimento de luz. Apenas a primeira superfície de recebimento de luz do primeiro dispositivo de recebimento de luz é mostrada na Figura 1 por uma questão de simplicidade, e outros componentes e arranjos que podem existir são omitidos.
[0020] O segundo elemento de recebimento de luz 120 é uma lente de Fresnel selecionada a partir de um grupo que consiste em: uma lente de Fresnel de concentração do tipo de transmissão, uma lente de Fresnel de concentração do tipo de reflexão, uma lente de Fresnel astigmática do tipo de transmissão, e uma lente de Fresnel astigmática do tipo de reflexão.
[0021] A lente de Fresnel tem as vantagens de ser delgada e de fácil produção em lotes. Para uma introdução detalhada sobre a lente de Fresnel, vide referência ao pedido PCT No. WO/2016/082097 intitulado Fresnel Lens System, publicado em 2 de junho de 2016, que não é repetido aqui. Como usado aqui, uma lente de Fresnel de concentração (ou astigmática) se refere a uma lente de Fresnel tendo uma superfície dentada originada a partir de uma face de lente convexa (ou uma face de lente côncava); desse modo, a lente de Fresnel assim tem um efeito de convergência (ou divergência) na luz. A lente de Fresnel pode ser transmissiva ou reflexiva. A lente reflexiva é formada por proporcionar uma camada reflexiva ou um revestimento reflexivo em um lado (ou entre duas superfícies) de uma lente do tipo de transmissão. Todas as respectivas lentes de Fresnel referidas aqui podem ser ou uma lente de Fresnel de um único lado tendo uma suPetição 870190057326, de 21/06/2019, pág. 23/43
6/16 perfície lisa em um lado e uma superfície dentada no outro lado, ou uma lente de Fresnel de dois lados tendo uma superfície dentada em ambos os lados. Cada superfície dentada de cada lente de Fresnel pode ser ou uma face de lente simples contendo apenas uma unidade Fresnel ou uma face de lente compósita composta de uma pluralidade de unidades Fresnel.
[0022] Com referência à Figura 1, a luz do sol LL algumas vezes falha em alcançar a primeira superfície de recebimento de luz em virtude do ângulo de incidência, como indicado pela seta pontilhada na Figura 1. Adicionalmente, mesmo se a luz do sol diretamente alcança a primeira superfície de recebimento de luz, quando a primeira superfície de recebimento de luz é a superfície do dispositivo de utilização solar, a eficiência de utilização do dispositivo é relativamente baixa uma vez que o ângulo de incidência é relativamente grande. Por proporcionar uma lente de Fresnel vertical, é possível se iluminar a luz do sol sobre a primeira superfície de recebimento de luz via a segunda superfície de recebimento de luz por refração (ou refração e reflexão), que resulta em concentração da luz incidente e aprimoramento do ângulo de incidência.
[0023] Vale mencionar que não apenas a lente de Fresnel de concentração com frequência usada para concentração pode refratar a luz do sol para a primeira superfície de recebimento de luz, mas também a lente de Fresnel astigmática tendo um efeito divergente na luz pode também divergir a luz a partir da porção de topo da primeira superfície de recebimento de luz para a primeira superfície de recebimento de luz por astigmatismo. Ademais, a lente de Fresnel vertical pode capturar uma faixa maior da luz do sol em virtude de suas características de luz divergente.
[0024] Preferivelmente, a lente de Fresnel astigmática pode empregar uma lente de Fresnel astigmática linear. A assim chamada lente
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7/16 linear, que inclui uma lente astigmática linear e uma lente de concentração linear, em geral quer dizer que o centro do foco da lente é a linha. Um aspecto vantajoso de aplicar astigmatismo linear na presente descrição é que a luz é divergida apenas em uma direção. Por exemplo, a direção do astigmatismo linear do segundo dispositivo de recebimento de luz pode ser a mesma que a direção o plano normal da primeira superfície de recebimento de luz orientada em direção da primeira superfície de recebimento de luz. Em um exemplo, a lente astigmática linear pode funcionar como uma lente de Fresnel tendo uma superfície dentada originada a partir de uma superfície côncava cilíndrica, uma superfície cilíndrica elíptica côncava, ou uma superfície cilíndrica polinomial côncava.
[0025] Além da lente de tipo de transmissão mostrada na Figura 1, como outra modalidade preferida, o segundo dispositivo de recebimento de luz pode também empregar uma lente de Fresnel astigmática do tipo de reflexão de dois lados. A referida lente inclui duas faces de lente de Fresnel dispostas costas a costas, e uma superfície de reflexão de dois lados é arranjada entre as duas faces de lente de Fresnel de modo que a luz em ambos os lados da lente pode ser refletida e concentrada.
[0026] O segundo dispositivo de recebimento de luz pode ser erigido em qualquer posição na primeira superfície de recebimento de luz. Preferivelmente, o segundo dispositivo de recebimento de luz pode ser pelo menos parcialmente localizado em uma região central da primeira superfície de recebimento de luz, por exemplo em uma linha divisória simétrica da primeira superfície de recebimento de luz. Na referida modalidade, o segundo dispositivo de recebimento de luz 120 é suportado por um membro de suporte 1201 acima da primeira superfície de recebimento de luz ou um mecanismo de montagem do mesmo, e tem um espaço entre a extremidade inferior do segundo disposi
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8/16 tivo de recebimento de luz e a primeira superfície de recebimento de luz. O espaço pode reduzir o custo do material por um lado e a perda desnecessária de energia luminosa por outro lado. Por exemplo, a energia luminosa pode ser absorvida e refletida pela porção inferior do segundo dispositivo de recebimento de luz. Em outras modalidades, o segundo dispositivo de recebimento de luz pode também ser arranjado abaixo da primeira superfície de recebimento de luz de acordo com as necessidades da configuração do trajeto ótico. Em ainda outras modalidades, de modo a estabilizar a instalação do segundo dispositivo de recebimento de luz, o segundo dispositivo de recebimento de luz pode ser arranjado para ser cruzado sobre a primeira superfície de recebimento de luz de modo que a segunda superfície de recebimento de luz e a primeira superfície de recebimento de luz podem ser entrecruzadas.
[0027] Em outras modalidades, um terceiro dispositivo de recebimento de luz pode ser adicionalmente proporcionado tendo a terceira superfície de recebimento de luz que é substancialmente vertical com relação à primeira superfície de recebimento de luz. O terceiro dispositivo de recebimento de luz, que pode empregar várias das lentes de Fresnel descritas acima, pode ter características similares às do segundo dispositivo de recebimento de luz, e não serão descritas aqui de novo. A terceira superfície de recebimento de luz e a segunda superfície de recebimento de luz podem ser arranjadas no mesmo lado ou em lados diferentes da primeira superfície de recebimento de luz. A terceira superfície de recebimento de luz pode ser substancialmente perpendicular à segunda superfície de recebimento de luz, ou pode ser substancialmente paralela à segunda superfície de recebimento de luz. [0028] O dispositivo da presente modalidade pode ser adicionalmente usado em conjunto com outros dispositivos de concentração para formar um sistema solar de concentração maior ou mais comple
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9/16 xo de modo a alcançar uma relação de maior concentração.
Segunda modalidade [0029] Com referência à Figura 2, um aparelho de concentração solar de acordo com outra modalidade da presente descrição pode incluir um primeiro elemento de recebimento de luz 210, um segundo elemento de recebimento de luz 220, um terceiro elemento de recebimento de luz 230 e dois painéis de reflexão laterais 240, 240'.
[0030] O primeiro elemento de recebimento de luz 210 tendo uma primeira superfície de recebimento de luz na medida em que a sua superfície de trabalho é um painel fotovoltaico que se encontra substancialmente plano.
[0031] O segundo elemento de recebimento de luz 220 é uma lente de Fresnel astigmática linear do tipo de reflexão de dois lados que é arranjada substancialmente verticalmente no painel fotovoltaico.
[0032] Um terceiro elemento de recebimento de luz 230 é uma lente de Fresnel astigmática linear do tipo de transmissão arranjada no mesmo lado do painel fotovoltaico como o segundo elemento de recebimento de luz e também disposto substancialmente verticalmente no painel fotovoltaico. Um terceiro elemento de recebimento de luz é substancialmente perpendicular ao segundo dispositivo de recebimento de luz, desse modo os segundo e terceiro dispositivos de recebimento de luz são em um formato entrecruzado.
[0033] Os painéis de reflexão laterais 240, 240' são cada um dos quais arranjado em lados opostos da primeira superfície de recebimento de luz por respectivos eixos giratórios 241, 241', especificamente, pivotavelmente fixado a bordas opostas de um mecanismo de suporte 2101. Os painéis de reflexão laterais na presente descrição podem funcionar como uma variedade de dispositivos tendo capacidade de reflexão de luz, tais como um refletor de espelho ou uma lente reflexiva. Um painel de reflexão lateral pode ser formado a partir de um único
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10/16 dispositivo ou ser um painel híbrido formado por diferentes tipos de dispositivos. Preferivelmente, pelo menos uma porção da superfície do painel de reflexão lateral é formada por um ou mais dos a seguir: um refletor de espelho, e uma lente de Fresnel astigmática do tipo de reflexão.
[0034] Pela rotação do eixo giratório, os ângulos θ, 0' dos respectivos painéis de reflexão laterais com relação à primeira superfície de recebimento de luz podem ser ajustados de modo que a luz do sol que alcança o painel de reflexão é pelo menos parcialmente guiada para a região na qual a primeira superfície de recebimento de luz é localizada. O segundo dispositivo de recebimento de luz difunde a luz a partir dos painéis de reflexão laterais para baixo e reflete a mesma de modo a coletar a luz sobre a primeira superfície de recebimento de luz. O terceiro dispositivo de recebimento de luz serve para coletar a luz do sol que vem a partir de outra direção de modo que o aparelho pode se adaptar para a deflexão do sol em diferentes direções. Por exemplo, o segundo dispositivo de recebimento de luz 220 (e os painéis de reflexão 240, 240') podem ser adaptados para a mudança do ângulo do sol ao longo da direção a partir do leste para oeste durante a dia, e o terceiro dispositivo de recebimento de luz 230 pode ser usado para adaptar para a deflexão do ângulo de iluminação causado pela variação sazonal do sol.
[0035] Preferivelmente, os ângulos θ, 0' dos respectivos painéis de reflexão 240, 240' com relação à primeira superfície de recebimento de luz podem ser ajustados entre 45 e 75 graus para se obter uma melhor relação de concentração. O referido ângulo inclinado pode ser ajustado manualmente; entretanto, em outras modalidades, o mesmo pode ser automaticamente ajustado por um mecanismo de acionamento proporcionado.
[0036] Como uma modalidade preferida, na referida modalidade,
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11/16 os painéis de reflexão laterais 240, 240' são painéis híbridos, nos quais a parte superior é formada por lentes de Fresnel astigmáticas do tipo de reflexão 2401, 2401', e a parte inferior é formada por refletores de espelho 2402, 2402'. Por usar a lente de Fresnel astigmática do tipo de reflexão, a área dos painéis de reflexão laterais e os ângulos inclinados Θ, 0' podem ser efetivamente aumentados de modo que os painéis de reflexão laterais podem receber mais a luz do sol, desse modo aumentando a relação de concentração de todo o aparelho. Uma vez que o custo da lente reflexiva é mais alto do que aquele do espelho convencional, é possível se usar uma lente reflexiva apenas nas porções superiores dos painéis de reflexão laterais para obter um melhor desempenho de custo. Preferivelmente, há um espaço 242 entre a extremidade inferior do pelo menos um painel de reflexão lateral e o seu eixo de rotação para facilitar a limpeza poeira e detritos.
[0037] Uma vez que o espelho tem boa condutividade térmica, preferivelmente, os painéis de reflexão laterais podem também ser termicamente conectados ao painel fotovoltaico para ajudar na dissipação do calor. Mais preferivelmente, o pelo menos um painel de reflexão lateral tem uma camada de metal (a referida camada de metal pode ser o espelho em si ou uma camada adicional) que pode ser usada como uma superfície reflexiva do painel de reflexão lateral ou no lado de trás do painel de reflexão lateral. O painel fotovoltaico pode ser termicamente conectado aos painéis de reflexão laterais ou à camada de metal por um mecanismo de suporte produzido, por exemplo, de um material metálico.
Terceira Modalidade [0038] Com referência à Figura 3, um aparelho de concentração solar de acordo com ainda outra modalidade da presente descrição, pode incluir um primeiro elemento de recebimento de luz 310, um segundo elemento de recebimento de luz 320 e dois painéis de reflexão
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12/16 laterais 340, 340'.
[0039] O primeiro elemento de recebimento de luz 310 pode incluir um painel fotovoltaico 311 e seu dispositivo de guia de luz. O dispositivo de guia de luz pode especificamente incluir uma lente de Fresnel de concentração do tipo de transmissão 312 e um dispositivo de guia de luz cônico 313.
[0040] A lente de Fresnel 312 é formada como uma primeira superfície de recebimento de luz que é integrada com um mecanismo de suporte.
[0041] O dispositivo de guia de luz cônico 313 é arranjado entre a lente de Fresnel 312 e o painel fotovoltaico 311, em que a extremidade mais larga do dispositivo de guia de luz cônico está voltada para a direção da lente de Fresnel 312, e a extremidade menor em direção do painel fotovoltaico 311. Pelo menos parte da parede interna do dispositivo cônico é uma superfície reflexiva para adicionalmente condensar luz de modo a aumentar a relação de concentração. Na referida modalidade, a lente de Fresnel 312 e o dispositivo de guia de luz cônico 313 são formados como um cone oco quadrangular fechado, e o painel fotovoltaico 311 é arranjado no fundo do dispositivo de guia de luz cônico 313. Em outras modalidades, o formato de seção transversal do dispositivo de guia de luz cônico pode também ser hexagonal, circular ou elíptico. Em outras modalidades, o dispositivo de guia de luz cônico pode também ser omitido, e o dispositivo de utilização solar pode ser diretamente disposto sob a lente de Fresnel de concentração do tipo de transmissão. Em outras modalidades, uma lente de Fresnel de concentração do tipo de reflexão pode também ser empregada, e o dispositivo de utilização solar pode ser arranjado sobre a mesma.
[0042] A parede de suporte do dispositivo de guia de luz cônico pode ser compreendida de um ou mais dispositivos selecionados a partir de um grupo que consiste em: um refletor de espelho, uma lente
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13/16 de Fresnel astigmática do tipo de reflexão, uma parede transparente ou uma abertura côncava. Na referida modalidade, a parede de suporte do dispositivo de guia de luz cônico 313 é composta de um refletor de espelho e a parede transparente (ou a abertura côncava), em que a porção do mesmo, próxima da lente de Fresnel 312, é a parede transparente 3131, e a porção do mesmo, próxima do painel fotovoltaico, é um refletor de espelho 3132. Por uma questão de simplicidade, como mostrado na Figura 3, o referido arranjo híbrido é ilustrado apenas em uma parede lateral, com as paredes laterais restantes permanecendo como um todo integral. O refletor de espelho pode funcionar como um espelho tendo uma superfície reflexiva revestida com uma camada de proteção transparente (tal como vidro ou acrílico), ou o refletor de espelho é formado por laminação de um filme reflexivo diretamente sobre a superfície lisa. Em outras modalidades, as paredes de suporte do dispositivo de guia de luz cônico podem todas ser formadas por um refletor de espelho ou uma lente de Fresnel astigmática do tipo de reflexão (que inclui uma lente de Fresnel astigmática linear do tipo de reflexão).
[0043] O segundo dispositivo de recebimento de luz 320 é uma lente de Fresnel astigmática linear do tipo de transmissão que forma uma estrutura entrecruzada com a lente de Fresnel 312, de modo que uma porção do segundo dispositivo é arranjada acima da primeira superfície de recebimento de luz e a outra porção abaixo da primeira superfície de recebimento de luz.
[0044] Os painéis de reflexão laterais 340, 340' são respectivamente arranjados em lados opostos da lente de Fresnel 312 através dos respectivos eixos giratórios; e na referida modalidade um refletor de espelho age como cada painel de reflexão lateral.
[0045] Como uma modalidade preferida, um primeiro mecanismo de acionamento 350 é adicionalmente incluído na referida modalidade
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14/16 para acionar os painéis de reflexão laterais para girar de acordo com as necessidades de rastreamento do sol de modo a ajustar os ângulos dos painéis com relação à primeira superfície de recebimento de luz. O primeiro mecanismo de acionamento na referida modalidade pode especificamente incluir um motor 351, uma haste roscada 352 que se move telescopicamente sob o acionamento do motor, e uma haste de ligação 353. A extremidade livre da haste roscada é conectada ao painel de reflexão 340 para empurrar o mesmo para cima e para baixo, e a haste de ligação 353 pode acionar o painel de reflexão 340' para ser desviado de modo sincrônico.
[0046] Mais preferivelmente, um vibrador 360 é adicionalmente proporcionado na referida modalidade. O vibrador em geral inclui um elemento de vibração para vibração mecânica e um circuito de acionamento do mesmo. A conexão mecânica do elemento de vibração a pelo menos uma das superfícies de recebimento de luz do aparelho pode fazer com que o mesmo vibre, desse modo agitando a poeira ou matéria estranha na superfície de recebimento de luz. Como a modalidade preferida, o circuito de acionamento do vibrador inclui pelo menos um elemento de indutância e pelo menos um elemento de capacitância que são conectados em série, de modo que a frequência de ressonância do circuito ωο do circuito de acionamento pode ser ajustada para corresponder (incluindo ser a mesma que ou ser próximo de) a frequência de ressonância mecânica com do elemento de vibração. Quando a frequência de um sinal de acionamento (corrente alternada ou tensão) incluída no circuito de acionamento é ωο, o vibrador pode operar em um estado de dupla ressonância no qual a ressonância mecânica e ressonância elétrica podem ocorrer simultaneamente. No estado de dupla ressonância, o consumo de energia do circuito de acionamento pode ser significantemente reduzido. O vibrador pode ser um vibrador piezoelétrico, e o elemento de vibração pode empregar
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15/16 um elemento piezoelétrico (por exemplo, uma peça de vibração piezoelétrica) que é conectada em série no circuito de acionamento e simultaneamente funciona como o elemento de capacitância no circuito de acionamento; alternativamente, o vibrador pode ser um vibrador eletromagnético, e o elemento de vibração pode adotar um material magnetizado em forma de folha que não é parte do circuito de acionamento, e o circuito de acionamento excita o material magnetizado em forma de folha para gerar vibração através do elemento de indutância. [0047] O motor 351 do primeiro mecanismo de acionamento na referida modalidade pode empregar um motor ultrassônico, que pode ser observado como um vibrador piezoelétrico que opera em uma frequência ultrassônica, e o oscilador do motor ultrassônico pode funcionar como o elemento de vibração, desse modo realizar uma limpeza automática para o aparelho.
Quarta Modalidade [0048] Com referência à Figura 4, um aparelho de concentração solar de acordo com ainda outra modalidade adicional da presente descrição, pode incluir um primeiro elemento de recebimento de luz 410, um segundo elemento de recebimento de luz 420, um terceiro elemento de recebimento de luz 430, dois painéis de reflexão laterais 440, 440' e um vibrador 460.
[0049] O primeiro elemento de recebimento de luz 410 pode incluir um painel fotovoltaico 411 e o seu dispositivo de guia de luz. O dispositivo de guia de luz pode especificamente incluir uma lente de Fresnel de concentração do tipo de transmissão 412 e um dispositivo de guia de luz cônico 413. A lente de Fresnel 412 é formada como uma primeira superfície de recebimento de luz que é integrada com um mecanismo de suporte. A parede interna do dispositivo de guia de luz cônico 413 é um espelho reflexivo. A lente de Fresnel 412 e o dispositivo de guia de luz cônico 413 são formados como um cone oco quadrangular
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16/16 fechado, e o painel fotovoltaico 411 é arranjado no fundo do dispositivo de guia de luz cônico 413.
[0050] O segundo elemento de recebimento de luz 420 e o terceiro elemento de recebimento de luz 430 são ambos lentes de Fresnel astigmáticas lineares do tipo de transmissão que são perpendiculares entre si e arranjadas em cada um dos lados da lente de Fresnel 412 respectivamente, em que o terceiro elemento de recebimento de luz 430 é arranjado dentro do dispositivo de guia de luz cônico 413.
[0051] Os painéis de reflexão laterais 440, 440' são respectivamente fixados sobre duas bordas opostas da lente de Fresnel 412.
[0052] O elemento de vibração 461 do vibrador 460 é fixamente arranjado na parede de suporte do dispositivo de guia de luz cônico 413. O vibrador 460 pode ser um vibrador piezoelétrico com uma frequência ultrassônica como a sua frequência vibracional. O vibrador pode ser operado em um modo de dupla ressonância (no qual a frequência de ressonância mecânica é idêntica à frequência de ressonância do circuito) e trabalhou de forma cronometrada ou controlada para realizar a autolimpeza para o aparelho.
[0053] O princípio e as formas de implementação da presente descrição foram descritos acima com referência às modalidades específicas, que são meramente fornecidas com a finalidade de compreender a presente descrição e não pretendem limitar a presente descrição. Será possível para aqueles versados na técnica fazer variações baseadas no princípio da presente descrição.

Claims (16)

1. Aparelho de concentração solar, caracterizado pelo fato de que compreende:
um primeiro elemento de recebimento de luz tendo uma primeira superfície de recebimento de luz que se encontra substancialmente plana, e um segundo elemento de recebimento de luz tendo uma segunda superfície de recebimento de luz que é arranjada substancialmente vertical com relação à primeira superfície de recebimento de luz, em que o primeiro elemento de recebimento de luz é um dispositivo de utilização solar ou a combinação de um dispositivo de utilização solar e um dispositivo de guia de luz, e o segundo elemento de recebimento de luz é uma lente de Fresnel astigmática do tipo de transmissão ou uma lente de Fresnel astigmática do tipo de reflexão; e a relação de posição relativa entre o segundo elemento de recebimento de luz e o primeiro elemento de recebimento de luz é configurada de modo que a luz do sol irradia sobre a primeira superfície de recebimento de luz após passar através da segunda superfície de recebimento de luz.
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aparelho tem pelo menos uma das características a seguir:
o segundo elemento de recebimento de luz sendo pelo menos parcialmente arranjado em uma região central da primeira superfície de recebimento de luz;
o segundo elemento de recebimento de luz sendo arranjado acima ou abaixo da primeira superfície de recebimento de luz, e um espaço sendo proporcionado entre a extremidade inferior do segundo elemento de recebimento de luz e a primeira superfície de recebimento
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2/6 de luz; e a segunda superfície de recebimento de luz e a primeira superfície de recebimento de luz sendo arranjadas em um formato entrecruzado.
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro elemento de recebimento de luz compreende uma lente de Fresnel de concentração que forma a primeira superfície de recebimento de luz; e um dispositivo de utilização solar que é arranjado abaixo da lente de Fresnel de concentração onde o dispositivo de utilização solar é do tipo de transmissão, ou arranjado acima da lente de Fresnel de concentração onde o dispositivo de utilização solar é do tipo de reflexão.
4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o primeiro elemento de recebimento de luz ainda compreende um dispositivo de guia de luz cônico arranjado entre a lente de Fresnel de concentração e o dispositivo de utilização solar, em que a extremidade mais larga do dispositivo de guia de luz cônico está voltada na direção da lente de Fresnel, a extremidade menor do dispositivo de guia de luz cônico está voltada na direção do dispositivo de utilização solar, e pelo menos parte da parede interna do dispositivo de guia de luz cônico é uma superfície reflexiva.
5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a parede de suporte do dispositivo de guia de luz é compreendida de um ou mais dispositivos selecionados a partir de um grupo que consiste em: um refletor de espelho, uma lente de Fresnel astig
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3/6 mática do tipo de reflexão, uma parede transparente ou uma abertura côncava.
6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende:
um terceiro dispositivo de recebimento de luz tendo uma terceira superfície de recebimento de luz que é substancialmente vertical com relação à primeira superfície de recebimento de luz; o terceiro dispositivo de recebimento de luz sendo selecionado a partir de um grupo que consiste em: uma lente de Fresnel de concentração do tipo de transmissão, uma lente de Fresnel de concentração do tipo de reflexão, uma lente de Fresnel astigmática do tipo de transmissão, e uma lente de Fresnel astigmática do tipo de reflexão;
em que a terceira superfície de recebimento de luz e a segunda superfície de recebimento de luz são ambas arranjadas no mesmo lado da primeira superfície de recebimento de luz, e a terceira superfície de recebimento de luz é substancialmente perpendicular à segunda superfície de recebimento de luz; ou a terceira superfície de recebimento de luz e a segunda superfície de recebimento de luz são respectivamente arranjadas em lados diferentes da primeira superfície de recebimento de luz, e a terceira superfície de recebimento de luz é substancialmente perpendicular a ou substancialmente paralela à segunda superfície de recebimento de luz.
7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aparelho tem pelo menos uma das características a seguir:
a lente de Fresnel astigmática do tipo de reflexão sendo especificamente uma lente de Fresnel astigmática do tipo de reflexão de dois lados que inclui duas faces de lente de Fresnel arranjadas costas
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4/6 a costas e uma superfície de reflexão de dois lados arranjada entre as duas faces de lente de Fresnel; e a lente de Fresnel astigmática do tipo de transmissão ou do tipo de reflexão sendo especificamente uma lente de Fresnel astigmática linear do tipo de transmissão ou do tipo de reflexão.
8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende:
pelo menos um painel de reflexão lateral arranjado em um lado da primeira superfície de recebimento de luz de modo que a luz do sol que alcança o painel de reflexão lateral é pelo menos parcialmente guiada para uma região onde a primeira superfície de recebimento de luz ou a segunda superfície de recebimento de luz é localizada.
9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte da superfície do painel de reflexão lateral é formada por um ou mais dispositivos selecionados a partir de um grupo que consiste em: um refletor de espelho, e uma lente de Fresnel astigmática do tipo de reflexão.
10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que
Pelo menos uma parte da superfície do painel de reflexão lateral é formada por uma lente de Fresnel astigmática linear do tipo de reflexão; ou a porção superior do painel de reflexão lateral é formada por uma lente de Fresnel astigmática linear do tipo de reflexão, e a porção inferior do painel de reflexão lateral é formada por um refletor de espelho.
11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um painel de reflexão lateral é proporcionado
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5/6 com uma camada de metal que serve como uma superfície reflexiva ou disposto no lado de trás do painel de reflexão lateral; e o dispositivo de utilização solar é um painel fotovoltaico termicamente conectado com a camada de metal.
12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o aparelho tem pelo menos uma das características a seguir:
o ângulo do painel de reflexão lateral com relação à primeira superfície de recebimento de luz sendo pelo menos capaz de ser ajustados entre 45 e 75 graus; e a extremidade inferior do pelo menos um painel de reflexão lateral sendo separada a partir da primeira superfície de recebimento de luz por um espaço.
13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um primeiro mecanismo de acionamento configurado para acionar a superfície de reflexão lateral para girar de acordo com as necessidades de rastreamento do sol de modo a ajustar o ângulo do painel com relação à primeira superfície de recebimento de luz.
14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um vibrador tendo um elemento de vibração e um circuito de acionamento do mesmo, o elemento de vibração sendo mecanicamente conectado com pelo menos uma superfície de recebimento de luz do aparelho de modo a acionar o mesmo para vibrar, e o vibrador sendo selecionado a partir de um vibrador piezoelétrico e um vibrador eletromagnético.
15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o circuito de acionamento compreende pelo menos um ele
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6/6 mento de indutância e pelo menos um elemento de capacitância que são conectados em série, a frequência de ressonância do circuito do circuito de acionamento sendo correspondida com a frequência de ressonância mecânica do elemento de vibração;
o elemento de vibração é um elemento piezoelétrico que age como o elemento de capacitância do circuito de acionamento onde o vibrador é um piezoelétrico; e o elemento de vibração é produzido de um material magnetizado em forma de folha onde o vibrador é um eletromagnético, e o circuito de acionamento excita o elemento de vibração para gerar vibração através do elemento de indutância.
16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o vibrador é um motor ultrassônico, e o oscilador do motor ultrassônico funciona como o elemento de vibração, e o motor ultrassônico ainda serve como um motor do primeiro mecanismo de acionamento.
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