CN101432579A - 辐射聚集器件 - Google Patents
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Abstract
一种辐射聚集器件,包括:基本成抛物形的镜(11),用于反射到达其的能量辐射或电磁辐射(12),以便朝着在前面设置的接收元件(14)的有源区(13)会聚,所述有源区介于镜(11)的焦点和镜(11)本身之间,镜(11)和接收元件(14)通过耦合装置固定到相同基座(15)。有源区(13)的横向尺度(A)比在前面设置的镜(11)的横向尺度(B)小。基座(115)被预设成支持多个抛物形的镜(111)以及通过导体(116)相互连接的对应接收元件(114)。
Description
技术领域
本发明涉及一种辐射聚集器件。
背景技术
目前已经知道辐射聚集器件,其具体地在太阳能或光生伏打板的提供中使用。
在第一种类型的这些聚集器件中,聚集元件的功能通过菲涅尔(Fresnel)透镜或其改型来实现。
菲涅尔透镜设置在太阳光源和光生伏打电池的焦点之间。
由于透射率受到限制,第一种类型的菲涅尔透镜聚集器件通常带有在10%和20%之间的严重的能量损失。
此外,菲涅尔透镜所产生的焦距的精度受限于几个光谱线,并且受到实际色差的影响,这减小了聚集器件的效率。为了避免这一问题,通常增加与透镜相关的接收器(传感器或换能器)的尺度,结果造成了器件制造成本的全面增加。
第二种类型的聚集器件具有拥有纵向焦距的成抛物形的镜,即沿着基本笔直的线或带分布的焦距,且因此要求沿着焦距的准线被装配成相互邻近的行的太阳能电池。结果出现了对由电池和其上安装电池的支撑部积聚的热量进行散热的相关问题。
此外,对这两种已知类型的聚集器件而言,聚集元件、镜或菲涅尔透镜以及接收元件被分别安装在分离的支撑部上,然后必须费力地并利用适当技巧将它们相关地定位,以便允许辐射朝着接收元件的有源区被正确地重新导向。
发明内容
本发明的目标在于提供一种辐射聚集器件,其能够克服所示出的已知类型的聚集器件的缺点。
在此目标之内,本发明的一个目的在于提供一种聚集器件,其具有比已知器件更高的效率。
本发明的另一目的在于提供一种聚集器件,其中能够比已知类型的器件更有效地的对热量积聚进行散热。
本发明的另一目的在于提供一种聚集器件,其可以被更快速地且至少和已知类型的聚集器件一样准确地被装配。
本发明的再一目的在于提供一种聚集器件,其具体地但并非限制性地用于提供太阳能或光生伏打板。
本发明的又一目的在于提供一种辐射聚集器件,其能够利用已知的系统和技术来制造。
通过以下的辐射聚集器件实现的这一目标和这些及其它的目的在下文中将变得更加明显。该辐射聚集器件特征在于包括:基本成抛物形的镜,用于反射到达其的能量辐射或电磁辐射,以便朝着在前面设置的接收元件的有源区会聚,所述有源区介于所述镜的焦点和所述镜本身之间,所述镜和所述接收元件通过耦合装置固定到相同基座。
附图说明
通过以下三个优选的但并非限制性的实施例的详细描述,本发明进一步的特征和优点将变得更加明显,这些实施例以不受限制的例子的方式图示于附图中,其中:
图1是根据本发明第一实施例的器件的截面图;
图2是根据本发明第二实施例的器件的顶视图;
图3是根据本发明第二实施例的器件的侧视图,其中沿着具有各个接收元件的线提供了多个镜;
图4是根据本发明第二实施例的器件的另一顶视图,其包括按行和列分类的多个镜;
图5是根据本发明第三实施例的器件的截面图;
图6是图5的器件的前视图。
具体实施方式
参考附图,在第一实施例中,根据本发明的辐射聚集器件通常由附图标记10来表示。
在聚集器件10的最小配置中,聚集器件10包括:基本成抛物形的镜11,其被设计成通过示意性示出的线12反射到达其的能量辐射或电磁辐射,以便朝着在前面设置的接收元件14的有源区13会聚。
有源区13介于镜11的焦点和镜11本身之间。
基本成抛物形的镜11形状类似于通过绕着抛物线自身的对称轴来旋转抛物线而形成的抛物面的一部分。
镜11和接收元件14通过耦合装置而固定到相同基座15,这在下文中将进行更详细地描述。
接收元件14的有源区13具有比在前面设置的镜11的横向尺度B小的横向尺度A。
在此处通过非限制性的例子描述的本发明的示例实施例中,有源区13基本为四边形且具有比镜11的对应横向尺度B更小的横向尺度A,镜11在平面示图中也具有成矩形的轮廓。
因此,使得有源接收区13可以收集通过镜11反射的辐射,通过镜11使该辐射总是朝着包括在镜11的中心轴附近的区域会聚。
在器件的第二实施例中,如图2、3和4中的附图标记110所示,基座115被设计成支持多个抛物形的镜111以及通过导体116相互连接的对应接收元件114。
抛物形的镜111和各接收元件114并肩设置,以便形成平行且邻近的行117以及侧向邻近的线118。
除了设置在基座115的外周上的接收元件以外,其它每个接收元件114被设置成接近位于其之上的下一相邻的镜111的背部120b。
在图2中,朝着接收元件114反射的辐射通过附图标记12a标出。
如所述,镜111被有利地设置成行117和线118,以便关于垂直于基座115布置的方向、连续地影响其上安装镜111的基座115所覆盖的面积。以这种方式,镜111俘获了与基座115成直角到达基座的所有辐射,且用于收集辐射12的表面被最大化。
出于便利的目的,沿着平行于辐射12方向的方向切割镜11和111的上端缘25和125以及下端缘26和126。
接收元件14和114可以是传感器、换能器或光生伏打电池且一般是对电磁辐射敏感的常规传感器。
具体而言,接收元件14和114可以是用于检测模拟或数字信号的传感器。
必须沿着对应的镜111的纵向中心轴119来定位接收元件14和114。
每个镜11和111由抛物形的主体20和120构成,它们的凹面20a和120a涂覆有光学级的反射材料。
抛物形的主体20和120由金属材料、塑料材料、陶瓷材料或复合材料制成。依赖于需要通过器件10和110俘获的电磁频带,镜被提供并涂覆了最适合获得最佳反射率的材料。
具体而言,利用等式y=Ax2+Bx+C来计算限定抛物面的抛物线的曲率,其中镜11和111是该抛物面的一部分,其中参数A处于0和10之间,参数B处于0和10之间,且参数处于-100和+100之间。
通过镜的主体20和120的下部件21和121提供了用于将镜11和111耦合到基座15和115的装置,该装置的轮廓被设计成可以插入到在基座15和115上提供的相配形状的座22和122中。
类似地,通过用于所述接收元件的支撑部23和123构成了用于将接收元件14和114耦合到基座15和115的装置。在支撑部23和123以下是部件23a和123a,部件23a和123a的轮廓被设计成可以插入到在基座15和115上提供的相配形状的座24和124中。
支撑部23和123由能够对来自所支撑的接收元件14和114的多余热量进行散热的材料制成。
镜的主体20和120以及支撑部23和123的各个下部件21、23a、121和123a基本上成T形,且适于插入到相应的座22、24、122和124中,通过可以从基座15和115的一侧进入的相配形状的槽形成了座22、24、122和124。
以这种方式,根据本发明的器件110的装配非常简单、快速和准确。其上形成了用于下部件21、23a、121和123a的基座115实际上是整体提供的,且在其上安装镜和接收元件只需要将所述下部件插入到相应的槽中,不需要其它任何的长时间且仔细的操纵来寻找镜和对应的接收元件的最优相互布置。
如果根据本发明的器件10和110用于例如提供太阳能板,用于接收元件14和114的支撑部23和123具有通孔27和127,以便在其中流过冷却剂液体来进行热量的能量回收(energy recovery)。
如果器件10和110用于提供太阳能或光生伏打板,由于辐射12必须以恒定角度到达镜,器件10和110包括用于自动跟随辐射12源的装置以便改变所述器件的纵倾度(trim),为了简化的目的此处没有示出。
根据本发明的器件10和110可以以模块化的方式容易地与其它相同的器件装配在一起,以便根据需要提供任意大小的面板。
一种已知类型的跟随装置例如可以是定日镜。
在本发明的第三实施例中,如图5和6所示,以及通过附图标记210在图中所示出的,基本成抛物形的镜211包括多个并肩设置的反射元件,附图以举例的形式通过附图标记231、232、233和234示出这些反射元件中的一些。
尽管没有提供精确地成抛物形的镜211,但反射元件231、232、233和234轮廓近似且执行相同的功能,即将辐射朝着接收元件214的相同有源接收区213反射。
尽管没有朝着相同焦点反射,但各个反射元件231、232、233和234总是将反射的辐射朝着相同区域213导向。
等效地且作为可替选方案,可以利用加工、微加工和表面处理来提供镜211,以便不再具有单个连续的反射表面而是具有形成不连续的反射表面的多个反射元件。
实际上,可以发现所描述的本发明解决了所提到的在已知类型的辐射聚集器件中存在的问题。
具体而言,本发明提供了一种聚集器件,其具有比已知器件更高的效率:没有透镜且具体地没有菲涅尔透镜实际上提高了透射率并消除了典型的透镜的色差问题。
而且,本发明提供了一种聚集器件,其中借助于在用于接收元件的支撑部上的通孔,可以比已知类型的器件更为有效地对热积聚进行散热,在通孔中可以流通转移液体以便对所积聚的热量进行散热。
此外,本发明提供了一种聚集器件,其可以更为快速地且至少和已知类型的聚集器件一样准确地安装。
而且,本发明提供了一种辐射聚集器件,其具体地但并非限制性地适用于提供太阳能或光生伏打板。
而且,本发明提供了一种辐射聚集器件,其可以利用已知的系统和技术来制造。
由此所构思的本发明易于进行一些改型和变化,但所有的改型和变化都在所附权利要求的范围内,所有的细节可以进一步地被其它技术上等效的元件替换。
实际上,所采用的材料以及所采用的尺度,只要它们适用于具体的用途,都可以根据需要和技术状态为任意的。
本申请要求意大利专利申请No.PD2006A000153的优先权,其公开内容通过引用合并与此。
Claims (23)
1.一种辐射聚集器件,其特征在于,包括:
基本成抛物形的镜(11),用于反射到达其的能量辐射或电磁辐射(12),以便朝着在前面设置的接收元件(14)的有源区(13)会聚,所述有源区介于所述镜(11)的焦点和所述镜(11)本身之间,所述镜(11)和所述接收元件(14)通过耦合装置固定到相同基座(15)。
2.根据权利要求1所述的器件,其特征在于,所述有源区(13)具有比在前面设置的镜(11)的横向尺度(B)小的横向尺度(A)。
3.根据前述权利要求所述的器件,其特征在于,所述基本成抛物形的镜(11)形状类似于通过绕着经过抛物线焦点的轴旋转抛物线而限定的抛物面的一部分。
4.根据权利要求1所述的器件,其特征在于,所述基座(115)被设计成支持多个抛物形的镜(111)以及通过导体(116)相互连接的对应接收元件(114)。
5.根据前述权利要求所述的器件,其特征在于,所述抛物形的镜(111)和各接收元件(114)并肩设置,以便形成平行且邻近的行(117)和平行且邻近的线(118)。
6.根据前述权利要求中一个或多个所述的器件,其特征在于,除了设置在基座(115)的外周上的接收元件以外,其它每个接收元件(114)被设置成接近位于其之上的下一相邻的镜(111)的背部(120b)。
7.根据前述权利要求中一个或多个所述的器件,其特征在于,所述镜(111)被设置成行(117)和线(118),使得关于垂直于基座(115)布置的方向、连续地影响其上安装镜(111)的基座(115)所覆盖的面积,以便收集以直角到达基座(115)的所有辐射,并最大化用于收集辐射(12)的表面。
8.根据前述权利要求中一个或多个所述的器件,其特征在于,所述接收元件(14,114)选择性地为传感器、换能器或光生伏打电池。
9.根据权利要求8所述的器件,其特征在于,所述接收元件(14,114)是用于检测模拟或数字信号的传感器。
10.根据权利要求7所述的器件,其特征在于,所述接收元件(14,114)是对电磁辐射敏感的传感器。
11.根据前述权利要求中一个或多个所述的器件,其特征在于,沿着对应的镜(11,111)的纵向中心轴(19,119)来设置所述接收元件(14,114)。
12.根据前述权利要求中一个或多个所述的器件,其特征在于,镜(11,111)由主体(20,120)构成,所述主体(20,120)的凹面(20a,120a)设置有光学级的反射材料。
13.根据权利要求12所述的器件,其特征在于,所述主体(20,120)由金属材料、塑料材料、陶瓷材料或复合材料制成。
14.根据前述权利要求中一个或多个所述的器件,其特征在于,利用等式y=Ax2+Bx+C来计算形成抛物面的抛物线的曲率,其中所述镜(11,111)是所述抛物面的一部分,其中参数A处于0和10之间,参数B处于0和10之间,且参数处于-100和+100之间。
15.根据前述权利要求中一个或多个所述的器件,其特征在于,所述用于将镜(11,111)耦合到基座(15,115)的装置由镜的主体(20,120)的下部件(21,121)构成,所述下部件(21,121)的轮廓被设置成可以插入到在所述基座(15,115)上提供的相配形状的座(22,122)中。
16.根据前述权利要求中一个或多个所述的器件,其特征在于,所述用于将接收元件(14,114)耦合到基座(15,115)的装置由用于接收元件(14,114)的支撑部(23,123)构成,在所述支撑部(23,123)以下具有其轮廓被设置成可以插入到在所述基座(15,115)上提供的相配形状的座(24,124)中的部件(23a,123a)。
17.根据权利要求16所述的器件,其特征在于,所述支撑部(23,123)由能够对来自所支撑的接收元件(14,114)的多余热量进行散热的材料制成。
18.根据前述权利要求中一个或多个所述的器件,其特征在于,镜的主体(20,120)和用于接收元件(14,114)的支撑部(23,123)的所述下部件(21,121,23a,123a)基本上成T形,且适于插入到相应的座(22,24,122,124)中,所述座(22,24,122,124)由可以从基座(15,115)的一侧进入的相配形状的槽形成。
19.根据前述权利要求中一个或多个所述的器件,其特征在于,沿着平行于辐射(12)方向的方向修剪镜(11,111)的上端缘(25,125)和下端缘(26,126)。
20.根据前述权利要求中一个或多个所述的器件,其特征在于,用于接收元件(14,114)的所述支撑部(23,123)具有通孔(27,127),以便流过用于热量的能量回收的冷却剂液体。
21.根据前述权利要求中一个或多个所述的器件,其特征在于,包括用于自动跟随辐射(12)源以改变所述器件(10,110)纵倾度的装置。
22.根据前述权利要求中一个或多个所述的器件,其特征在于,所述基本成抛物形的镜(211)包括多个并肩设置的反射元件(231,232,233,234),所述反射元件(231,232,233,234)的轮廓被设置成近似于抛物面一部分的形状且用于执行将辐射朝着在前面设置的接收元件(214)的相同有源接收区(213)反射的相同功能。
23.根据前述权利要求中一个或多个所述的器件,其特征在于,可以利用加工、微加工和表面处理来提供所述基本成抛物形的镜(211),以便具有不再是单个且连续的反射表面而是具有形成不连续的反射表面的多个反射元件。
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