CN100541046C - 一种聚光及聚热的太阳能设备装置 - Google Patents
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Abstract
一种聚光及聚热的太阳能装置，属能源装置，是为了减少太阳能装置占地面积，提高太阳光能吸光、吸热效率而提出的装置，包括：一个托架结构，是中空体的构筑物；至少一个太阳能吸能装置，置于所述托架结构的中空体内，由上宽下窄的几何结构的器壁构成的中空体并至少置有一个杯形聚能区，器壁由外壁及内壁组成，外壁由吸光、吸热材料制成，内壁是采用由反光材料制成，内壁能使白上而下的太阳光在所述吸能装置内部产生向内、向下反射，使太阳能吸能装置内部产生聚光聚热效应，杯形聚能区底板为无光反射层的吸热、吸光材质制成。
Description
技术领域
本发明涉及一种能源装置，尤其是指一种能够聚光及聚热的太阳能装置。
背景技术
太阳能是取之不尽的可再生能源，因此在市场上已出现了利用太阳能作为能源的多种类型的装置，例太阳能发电装置、太阳能灶、太阳能集热设备等。目前市场上提供的太阳能装置中，其光能、热能收集方法是采用吸热的方法、吸光的方法；其光能、热能的收集设备(太阳能板)大多采用平面形式、管状形式、槽形或抛物面形式。这一类产品的太阳能板设备占地面积大，而对太阳能的光能、热能的聚热效应、聚光效应却一般。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种能够增加太阳光的采光面积，减少太阳能设备的占地面积，并能提高吸光、吸热效率的聚光及聚热的太阳能装置。
本发明的目的是这样实现的：
一种聚光及聚热的太阳能装置，其特征在于包括：
一个托架结构，是中空体的构筑物；
至少一个太阳能吸能装置，置于所述托架结构的中空体内，由上宽下窄的几何结构的器壁构成的中空体并至少置有一个杯形聚能区，所述器壁由外壁以及紧贴所述外壁的内壁组成，所述外壁由吸光、吸热材料制成，所述内壁是采用由反光材料制成的光反射层，所述内壁结构为弧形或板形，能使自上而下的太阳光在所述吸能装置内部产生向内、向下反射，使所述太阳能吸能装置内部杯形聚能区产生聚光、聚热效应，所述杯形聚能区的底板为无光反射层的吸光、吸热材质制成。
所述太阳能吸能装置的内壁上置有数个排列有序的吸能洞，由洞壁和吸能洞底板组成，所述吸能洞的洞壁采用由洞外壁以及紧贴所述洞外壁的洞内壁组成，所述洞外壁由吸光、吸热材料制成，所述洞内壁是采用由反光材料制成的光反射层，所述洞内壁结构为弧形或板形，能使自上而下的太阳光在所述吸能装置内部产生向内、向下反射，产生聚光、聚热效应，所述吸能洞底板为无光反射层的吸光、吸热材质制成。
所述太阳能吸能装置的杯形聚能区的底板的中央区域还设有吸能柱，吸能柱由无光反射层的吸热、吸光材料制成。
在所述太阳能吸能装置顶部置有由透明、透光的材料制成的保温封闭层，以增强热能的保温聚热效应。
所述太阳能吸能装置器壁的外壁采用的吸光、吸热材料是作为热能板使用的集热管板时，所述内壁采用吸热的光反射材料，所述杯形聚能区的底板采用如所述外壁一样的集热管板，并在所述外壁及所述杯形聚能区的底板的外侧设置一层保温材料层。
所述太阳能吸能装置器壁的外壁采用的吸光、吸热材料是作为光电能板的太阳能电池板时，所述内壁采用能穿透不可见光的光反射材料，所述杯形聚能区的底板采用如所述外壁一样的太阳能电池板，并在所述外壁及所述杯形聚能区的底板外侧置有电池板组件。
所述太阳能吸能装置器壁的外壁采用的吸光、吸热材料是作为光电能板的太阳能电池板时，所述内壁采用能穿透不可见光的光反射材料，所述杯形聚能区的底板采用作为热能板使用的集热管板。
所述太阳能吸能装置器壁的外壁采用的吸光、吸热材料是作为热能板使用的集热管板时，所述内壁采用吸热的光反射材料，所述杯形聚能区的底板采用作为光电能板的太阳能电池板。
所述太阳能吸能装置的下部置有固定于所述托架结构的太阳能使用装置，所述太阳能使用装置包括有太阳能灶、太阳能烘箱、太阳能壁炉。
所述托架结构具有金属结构、或框架结构、或砖混结构部件组成。
本发明的效果：
本发明的聚光及聚热的太阳能装置是一座构筑物的太阳能发电、供热的装置，托架结构具有金属结构、或框架结构、或砖混结构部件进行支撑保护。
本发明太阳能装置作为太阳能电能装置，通过光能转换成电能，与太阳能调控设备、太阳能电池、蓄电池、耗电设备或直接与供电系统相连接，组成太阳能发电蓄电装置。
本发明太阳能装置作为太阳能热能装置，通过太阳热能转换成物理热能(如热水、热油、热气等)，传输至储热设备、温控设备、热能使用设备(如暖气设备、太阳能空调设备、热水器设备等)，组成太阳能热能装置。
本发明太阳能装置的吸光、吸热区域在本太阳能装置的中下部区域，增加了太阳能电池板、热能板的光能、热能收集使用效率，增加了太阳光的采光接触面积，减少了太阳能设备的占地面积。
本太阳能装置可在城镇、农村、山区的用户和单位广泛使用，对节约能源、保护环境、减少树木砍伐具有重要的经济和社会效益。
在城镇地区，本装置可以为别墅、高级公寓进行配套商业化使用，具有较高的商业化推广前途。另外，本装置具有良好的实用性，农村地区或山区可以按照此方式进行简易的安装，如保温材质可以选用保温砖、保温土质、保温砂浆等，反光层可以选用价廉的反光材质，聚热材料可以选用价廉的管材。因此，本装置在农村地区可以降低成本，具有良好的推广前景。
本发明太阳能装置也可以作为太阳能发电厂、集中供热厂的发电、供热装置，具有巨大的经济和社会效益。
为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。
附图说明
图1是本发明的太阳能装置实施例的纵深方向的剖面结构示意图；
图2是太阳能吸能装置顶部不使用透明、透光的保温层的示意图；
图3是太阳能吸能装置为聚集热能装置时太阳能吸能装置器壁的结构图；
图4是太阳能吸能装置为聚集光能装置时太阳能吸能装置器壁的结构图；
图5是太阳能吸能装置为聚集热能装置时聚能区的底板的结构图；
图6是太阳能吸能装置为聚集光能装置时聚能区的底板的结构图；
图7所示的是太阳能吸能装置为正方形或长方形(或多边形)太阳能装置结构平面示意图。
图8所示的是太阳能吸能装置为圆形或椭圆形结构平面示意图。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明的聚光及聚热的太阳能装置的实施方式进行详细说明。
图1是本发明的太阳能装置实施例的纵深方向的剖面结构示意图。
如图所示，对本发明的聚光及聚热的太阳能装置的结构进行说明。
本发明包括一个托架结构300，是中空体的构筑物，所述托架结构300具有金属结构、或框架结构、或砖混结构部件组成，是支撑太阳能装置的托架。
本发明还包括至少一个太阳能吸能装置100，置于所述托架结构300的中空体内，由上宽下窄的几何结构的器壁11构成的中空体并至少置有一个杯形聚能区，所述器壁11由外壁111以及紧贴所述外壁111的内壁112组成，所述外壁111由吸光、吸热材料制成，所述内壁112是采用由反光材料制成的光反射层，所述内壁结构为弧形或板形，能使自上而下的太阳光在所述吸能装置内部产生向内、向下反射，使所述太阳能吸能装置内部杯形聚能区产生聚光聚热效应，所述杯形聚能区与所述太阳能吸能装置100的外壁111相同的材料制成，无光反射层。
为了使太阳能吸能装置100的储能效果更佳，在所述太阳能吸能装置100的顶部置有由透明、透光的材料制成的保温封闭层10，以增强热能的保温聚热效应。保温封闭层10可采用钢化玻璃，这样封闭结构的太阳能吸能装置100，增强了热能的保温聚热效应，以减少热能散发，也可以防止雨水的侵蚀，使太阳能装置在建筑上增强了美观的效果。
对于大型的发电厂、集中供热厂，太阳能吸能装置100顶部可以不采用封闭的方式，如图2所示，图2是太阳能吸能装置顶部不使用透明、透光的保温层的示意图。此时，为了提高太阳能吸能装置100的吸能效率，所述太阳能吸能装置100的内壁111上置有数个排列有序的吸能洞31，吸能洞31由洞壁和底板组成，所述吸能洞31的洞壁采用所述太阳能吸能装置100的器壁11相同的材料制成，有光反射层，所述吸能洞31的底板与所述太阳能吸能装置100的外壁112相同的材料制成，无光反射层。即，所述吸能洞31的洞壁采用由洞外壁以及紧贴所述洞外壁的洞内壁组成，所述洞外壁由吸光、吸热材料制成，所述洞内壁是采用由反光材料制成的光反射层，所述洞内壁结构为弧形或板形，能使自上而下的太阳光在所述吸能装置内部产生向内、向下反射，产生聚光、聚热效应，所述吸能洞底板为无光反射层的吸光、吸热材质制成。
参见图2，为了提高太阳能吸能装置100的吸能效率，所述太阳能吸能装置100的杯形聚能区的中央区域还设有吸能柱30，该吸能柱30是管形或杆形或板形。吸能柱30由无光反射层的吸热、吸光材料制成。
太阳能吸能装置100视不同用途，采用不同材料。
图3是太阳能吸能装置为聚集热能装置时太阳能吸能装置器壁的结构图。如图所示，当所述的太阳能吸能装置100作为聚集热能装置时，外壁11b采用能聚热的集热管板(采用市场定制的铜制集热管板或真空玻璃管，该集热管的形状可以是椭圆形、或正方形、或长方形等。此时，内壁11a采用吸热的光反射材料(如采用银镀层光反射材料)。底板12b采用如外壁11b一样的集热管板(没有光反射层)，如图5所示，图5是太阳能吸能装置为聚集热能装置时聚能区的底板的结构图。如图3、5所示，为了达到更好的保温效果，在用集热管板作为外壁11b及底板1b时，在外壁11b及底板12b的外侧设置一层保温材料层11c(如可采用聚氨酯保温层)。太阳能吸能装置100为聚集热能装置时，在太阳能吸能装置100的器壁11的外侧再覆盖一层保温材质(如保温砖砌体)。
图4是太阳能吸能装置为太阳能电能装置器壁的结构图。如图所示，当所述的太阳能板100作为太阳能电能装置为太阳能电池板时，外壁11e采用太阳能电池板(采用市场供应的红外线太阳能电池板)。此时，内壁11d可采用能穿透不可见光的光反射材料(可真空镀介子膜的蓝石英玻璃层)。底部12e采用如外壁11e一样的太阳能电池板(没有光反射层)，如图6所示，图6是太阳能吸能装置为聚集光能装置时聚能区的底板的结构图。如图4、6所示，太阳能电能装置为太阳能电池板时，在外壁11e及底板12e的外侧置有电池板组件11f。
根据不同的需要，太阳能吸能装置100还可以采用下述材料制成。
所述太阳能吸能装置器壁11的外壁111采用的吸光、吸热材料是作为光电能板的太阳能电池板时，所述内壁112采用能穿透不可见光的光反射材料，所述杯形聚能区底板12采用作为热能板使用的集热管板。
所述太阳能吸能装置器壁11的外壁111采用的吸光、吸热材料是作为热能板使用的集热管板时，所述内壁112采用吸热的光反射材料，所述杯形聚能区底板12采用作为光电能板的太阳能电池板。
本发明还可以在所述太阳能吸能装置100的下部置有固定于所述托架结构300的太阳能使用装置200(如图1所示)。
本发明的太阳能使用装置200可以如图1所示的包括太阳能灶18(在该太阳能灶18上设有太阳能灶台传热设备15)、太阳能烘烤箱16(该太阳能烘烤箱16内设转盘、以及调节集热管内的水温来降温或升温的温控设备)、太阳能壁炉17(设温控设备)以及未图示的中小型太阳能蓄电池、太阳能热水器以及为太阳能暖气设备、太阳能空调设备提供热能、电能配套的设备。
上述太阳能烘烤箱16能进行烘烤食品或进行烘烤加工物品。上述太阳能灶18通过传热设备对食品进行加工。本装置中在阳光少的日期，可以根据当地的实际情况，选择安装使用柴火灶台、天然气灶台或电加热灶台多种备用方式。上述太阳能壁炉17为加热、保温设备，能为室内提供暖气服务。
本太阳能装置可以作为太阳能电池发电或者热能装置供热使用功能，将电能或热能传输至蓄电池、用电设备或储热设备、温控设备、热能使用设备，以提供多种形式的电能服务、供暖服务、供热水服务。
本太阳能装置也可以是热能板、电能板的结合体，最大限度的利用太阳光的光能、热能这两种能源。本太阳能装置作为太阳能电池发电用途，吸能装置上下部电能板结构可以采用吸收可穿透性光能热能(即不可见光，如红外线等)的太阳能电池组件或吸收可见光的太阳能电池组件这两种形式的组合体，充分利用太阳光的各种形式的光能能源。
本发明的太阳能装置作为一个独立的产品可广泛用于工厂、居民住宅、太阳能发电厂、集中供热厂等各类需要电能、热能设施的场所。
下面对具有上述结构的聚光及聚热的太阳能装置的聚能过程进行说明。
本发明利用光学反射原理对太阳能进行吸光、吸热。
本发明的太阳能吸能装置100中，太阳光在太阳能吸能装置100内部通过太阳能吸能装置100的内壁112向内、向下的多次反射(如图1中虚线所示)，由于太阳能吸能装置底部区域无光反射层，使太阳光在太阳能吸能装置内进行充分的聚光聚热，如果太阳能吸能装置100高度设为h，则在太阳能吸能装置100的底板12起始，约1/2h的底部区域内是聚光、聚热效果最佳的区域(如图中的标号13的区域所示)，称为聚能区13，这样的聚能方式增加了光能、热能收集的使用效率，显然比平板式的太阳能板聚能的效率高，实际使用时增加了太阳光的采光接触面积，增强了太阳能光能、热能的聚光、聚热效应，节约了太阳能板的占地面积。
如果太阳能吸能装置100作为聚光装置，即光电能装置时，太阳光经反光材质或反光涂层的反射层11d时、太阳光红外线等各种形式不可见光能一部分可以穿透反射层11d，聚光于外壁11b上，另一部分又经过反射层11d的多次反射，提高了聚光效率。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。
例如：本太阳能装置中的太阳能吸能装置100的几何结构为狭长的上宽下窄，其剖面形式为狭长的梯形结构或狭长的上宽下窄的几何形结构，即为圆形、椭圆形的平面结构，正方形、长方形(或多边形)平面结构，或弧形与直线的组合体平面结构。图7所示的是太阳能吸能装置为正方形或长方形(或多边形)结构平面示意图。图8所示的是太阳能吸能装置为圆形或椭圆形结构平面示意图。
Claims (10)
1、一种聚光及聚热的太阳能装置，包括如下结构：
一个托架结构，是中空体的构筑物；
至少一个太阳能吸能装置，置于所述托架结构的中空体内，由上宽下窄的几何结构的器壁构成的中空体并至少置有一个杯形聚能区；
其特征在于，所述器壁由外壁以及紧贴所述外壁的内壁组成，所述外壁由吸光或吸热材料制成，所述内壁是采用由反光材料制成的光反射层，所述内壁结构为弧形或板形，能使自上而下的太阳光在所述吸能装置内部产生向内和向下反射，使所述太阳能吸能装置内部杯形聚能区产生聚光或聚热效应，所述杯形聚能区的底板为无光反射层的吸光或吸热材质制成。
2、如权利要求1所述的聚光及聚热的太阳能装置，其特征在于：
所述太阳能吸能装置的内壁上置有数个排列有序的吸能洞，由洞壁和吸能洞底板组成，所述吸能洞的洞壁采用由洞外壁以及紧贴所述洞外壁的洞内壁组成，所述洞外壁由吸光或吸热材料制成，所述洞内壁是采用由反光材料制成的光反射层，所述洞内壁结构为弧形或板形，能使自上而下的太阳光在所述吸能装置内部产生向内和向下反射，产生聚光或聚热效应，所述吸能洞底板为无光反射层的吸光或吸热材质制成。
3、如权利要求1所述的聚光及聚热的太阳能装置，其特征在于：
所述太阳能吸能装置的杯形聚能区的底板的中央区域还设有吸能柱，吸能柱由无光反射层的吸热或吸光材料制成。
4、如权利要求1所述的聚光及聚热的太阳能装置，其特征在于：
在所述太阳能吸能装置顶部置有由透明或透光的材料制成的保温封闭层，以增强热能的保温聚热效应。
5、如权利要求1所述的聚光及聚热的太阳能装置，其特征在于：
所述太阳能吸能装置器壁的外壁采用的吸光或吸热材料是作为热能板使用的集热管板，所述内壁采用吸热的光反射材料，所述杯形聚能区的底板采用如所述外壁一样的集热管板，并在所述外壁及所述杯形聚能区的底板的外侧设置一层保温材料层。
6、如权利要求1所述的聚光及聚热的太阳能装置，其特征在于：
所述太阳能吸能装置器壁的外壁采用的吸光或吸热材料是作为光电能板的太阳能电池板，所述内壁采用能穿透不可见光的光反射材料，所述杯形聚能区的底板采用如所述外壁一样的太阳能电池板，并在所述外壁及所述杯形聚能区的底板外侧置有电池板组件。
7、如权利要求1所述的聚光及聚热的太阳能装置，其特征在于：
所述太阳能吸能装置器壁的外壁采用的吸光或吸热材料是作为光电能板的太阳能电池板，所述内壁采用能穿透不可见光的光反射材料，所述杯形聚能区的底板采用作为热能板使用的集热管板。
8、如权利要求1所述的聚光及聚热的太阳能装置，其特征在于：
所述太阳能吸能装置器壁的外壁采用的吸光或吸热材料是作为热能板使用的集热管板，所述内壁采用吸热的光反射材料，所述杯形聚能区的底板采用作为光电能板的太阳能电池板。
9、如权利要求1所述的聚光及聚热的太阳能装置，其特征在于：
所述太阳能吸能装置的下部置有固定于所述托架结构的太阳能使用装置，所述太阳能使用装置包括有太阳能灶、太阳能烘箱或太阳能壁炉。
10、如权利要求1所述的聚光及聚热的太阳能装置，其特征在于：所述托架结构由具有金属结构、框架结构或砖混结构的部件组成。
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