CN101701752B - 静止式跟踪太阳光线的太阳能聚光板 - Google Patents

静止式跟踪太阳光线的太阳能聚光板 Download PDF

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Abstract

一种静止式跟踪太阳光线的太阳能聚光板，它包括至少一根集热管，其沿东西向设置，且长度可无限延长，在每个集热管外部设有两个向相反方向扩张的反射面，每个反射面由一段渐开面和一段与所述渐开面相连的抛物面形成，渐开面的基圆柱与所述集热管同心，且基圆柱直径小于集热管的直径，抛物面的焦线位于集热管内，两段抛物面的轴平面之间形成有夹角，且其两轴平面之间的交线位于集热管面向太阳一侧的两轴平面焦线之外，集热管及反射面设置在板状体上。本发明无须通过运动跟踪太阳光线而实现太阳光及漫射光聚集，光热转换效率高，易于安装使用，且安装场地条件限制少，制作及运行维护成本低，用途广泛。

Description

静止式跟踪太阳光线的太阳能聚光板
【技术领域】
本发明涉及太阳能装置，特别是涉及一种不用转动即可跟踪不同照射角度太阳光线，并实现太阳光聚集的静止式跟踪太阳光线的太阳能聚光板。
【背景技术】
众所周知，太阳能是取之不尽，用之不竭，但人们尚未能大规模利用的重要能源。随着煤、石油、天然气等化石能源的减少及价格的不断上涨，人类直接从太阳能中获取能量已变得越来越重要。目前已有各种各样的太阳能利用设备被使用，如光电转换及光热转换设备等。较大型的太阳能聚光设备包括槽式系统和塔式系统。不管是槽式系统还是塔式系统，其均需通过转动来跟踪太阳光线，使得其造价高昂，安装及维护不便，且运行费用高，不适合安装在建筑物屋屋面及外墙面上。
【发明内容】
本发明旨在解决上述问题，而提供一种无须通过运动跟踪太阳光线而实现太阳光聚集，光热转换效率高，易于安装使用，且不受安装条件的限制，制作成本低，用途广泛的静止式跟踪太阳光线的太阳能聚光板。
为实现上述目的，本发明提供一种静止式跟踪太阳光线的太阳能聚光板，该太阳能聚光板包括至少一根集热管，其沿东西向设置，且长度可无限延长，在每个集热管外部设有两个向相反方向扩张的反射面，每个反射面由一段渐开面和一段与所述渐开面相连的抛物面形成，其中，所述渐开面的基圆柱与所述集热管同心，且基圆柱直径小于集热管的直径，所述抛物面的焦线位于集热管内，两段抛物面的轴平面之间形成有夹角，且其两轴平面之间的交线位于集热管面向太阳一侧的两抛物面的焦线之外，集热管及反射面设置在板状体上。
板状体为内部中空的条形板状体，板状体由顶板、底板、侧板及端板构成，其中，顶板由透光材料制成，端板的内表面为反光面，板状体的长度可无限延长。
抛物面的轴平面之间的角平分面与一平面相垂直，所述平面与水平面的夹角等于或接近太阳能聚光板安装所在地的纬度。
板状体的顶板与抛物面的轴平面之间的角平分面的夹角α3＝90°-α1+α2，其中，α1为太阳能聚光板安装所在地的纬度值，α2为太阳能聚光板安装面与水平面之间的夹角，该夹角在北半球以向南倾斜为正，在南半球以向北倾斜为正。
反射面由硬泡沫塑料整体模压成型，并贴反射膜或涂、镀有或反光材料而形成。
多根集热管装在所述板状体内，每根集热管的两端固定在板状体的两端板上，多根集热管由多个连接管相串接，其位于太阳能聚光板内一侧的集热管的自由端设有介质输入口，其位于太阳能聚光板内另一侧的集热管的自由端设有介质输出口。
本发明还提供了该太阳能聚光板的用途，该静止式跟踪太阳光线的太阳能聚光板用作建筑物屋顶或墙面的保温隔热及装饰层。
本发明的贡献在于，它有效解决了太阳能聚集设备的造价过高及维护运行费用高及对安装场地有限制等问题。由于本发明的装置本身可跟踪太阳光线，而无须通过运动跟踪太阳光线而实现太阳光聚集，同时，本发明的特殊的反射面不仅可直接聚集太阳光，同时还可聚集大部分漫射太阳光，使其可在阴雨天有效工作，因而光热转换效率高，易于安装使用，且安装场地限制条件少，并大大降低了制作成本低。本发明本身可用作建筑材料，如建筑物屋顶或墙面的保温隔热及装饰材料。
【附图说明】
图1是本发明的整体结构立体示意图。
图2是本发明的剖面示意图。
图3是本发明的另一剖面示意图。
图4是本发明的光路原理图。
【具体实施方式】
参阅图1～图3，本发明的静止式跟踪太阳光线的太阳能聚光板100包括集热管10、反射面21、22及板状体30。所述集热管10为光能转化为热能的部件，其最好为真空集热管。在本发明的优选实施例中，该集热管10包括多根间隔平行排列且相互串接的集热管，其沿东西向设置，且长度可根据设计需要确定，通常为2～5米。如图4所示，在每个集热管外部设有两个向相反方向扩张的反射面21、22，每个反射面由一段渐开面211、221和一段抛物面212、222形成，本发明的优选实施例中，所述渐开面211、221与抛物面212、222在切点E相切连接。所述渐开面是以其与所述集热管同心的虚拟圆柱G为基圆柱，并以线H为起点线而形成，该线H是位于所述抛物面212、222的轴平面A、B之间的角平分面C与集热管10的外表面的背离太阳光线一侧的交线，两段渐开面211、221由同一起点H向相反方向渐开，所述基圆柱G的直径约为集热管直径的0.8～0.95倍，本实施例中为0.9倍。所述抛物面的焦线须落于集热管内，本实施例中，两段抛物面的焦线I、J位于朝太阳一侧的虚拟基圆柱G与角平分面C的交线附近。两段抛物面的轴平面A、B之间的夹角应为2.5～3.5倍地轴倾角，本实施例中，该夹角为30度。
如图2所示，集热管10及反射面21、22设置在板状体30上，该板状体30为内部中空的条形板状体，板状体30由顶板31、底板32、侧板33及端板34构成，其中，顶板31由高透光玻璃制成，底板32、侧板33及端板34由塑料制成，端板34的内表面涂有反光材料，形成反光面，板状体30的长度可无限延长。本发明的优选实施例中，反射面21、22与底板32、侧板33及端板34由硬质泡沫塑料一次模压成型，在反射面21、22上镀有高反光材料，例如镀镍或银。
该太阳能聚光板100的抛物面212、222的轴平面A、B之间的角平分面C与平面D相垂直，所述平面D与水平面F的夹角等于或接近太阳能聚光板安装所在地的纬度。板状体的顶板31与抛物面的轴平面A、B之间的角平分面C的夹角α3＝90°-α1+α2，其中，α1为太阳能聚光板安装所在地的纬度值，α2为太阳能聚光板安装面与水平面之间的夹角，该夹角在北半球以向南倾斜为正，在南半球以向北倾斜为正。本实施例中，如太阳能聚光板安装所在地的纬度为北纬45度，屋面坡度为向南倾斜19度，则所述夹角α3应为64度。
参见图1～图3，多根集热管10由多个连接管13相串接而相互连通，其内装有水等介质。位于太阳能聚光板内靠侧板33一侧的集热管10的自由端设有介质输入口11，冷的介质，如冷水由此输入口进入。位于太阳能聚光板内33另一侧的集热管的自由端设有介质输出口12，热水由此输出口输出。
本实施例中，所述的静止式跟踪太阳光线的太阳能聚光板用作建筑物屋顶的保温隔热层。
本发明的工作原理如图4所示，由于本发明的集热管沿东西向设置，且抛物面的轴平面A、B之间的角平分面C与平面D相垂直，平面D与水平面F的夹角等于或接近太阳能聚光板安装所在地的纬度，在此条件下，太阳光在一年内在南北方向的照射角度必然以角平分面C为中心面南北偏移，南北偏移的最大偏移角α5为地轴倾角的二倍。若抛物面的轴平面A、B之间的夹角α4大于或等于地轴倾角的四倍，则照射到反射面21、22的光线经一次或多次反射必然落到集热管10上。又因该太阳能聚光板沿东西方向设置，因此太阳光线以任何角度照射到太阳能聚光板100上，都能够聚集到集热管10上。因而实现了在静止状态下的全方位太阳光线的自动跟踪和聚集。同理，亦能实现大部分漫射光的聚集。

Claims (7)

1.一种静止式跟踪太阳光线的太阳能聚光板，其特征在于，它包括至少一根集热管(10)，其沿东西向设置，且长度可无限延长，在每根集热管外部设有两个向相反方向扩张的反射面(21、22)，每个反射面由一段渐开面(211、221)和一段与所述渐开面相连的抛物面(212、222)形成，其中，所述渐开面的基圆柱与所述集热管同心，且基圆柱直径小于集热管的直径，所述抛物面的焦线位于集热管内，同一根集热管外部的两段抛物面的轴平面(A、B)之间形成有夹角，且其两轴平面之间的交线位于集热管面向太阳一侧的两抛物面的焦线之外，集热管(10)及反射面(21、22)设置在板状体(30)上。
2.如权利要求1所述的静止式跟踪太阳光线的太阳能聚光板，其特征在于，所述板状体(30)为内部中空的条形板状体，板状体(30)由顶板(31)、底板(32)、侧板(33)及端板(34)构成，其中，顶板(31)由透光材料制成，端板(34)的内表面为反光面，板状体(30)的长度可无限延长。
3.如权利要求1所述的静止式跟踪太阳光线的太阳能聚光板，其特征在于，同一根集热管外部的两段抛物面(212、222)的轴平面(A、B)之间的角平分面(C)与一平面(D)相垂直，所述与角平分面(C)垂直的平面(D)与水平面(F)的夹角等于或接近太阳能聚光板安装所在地的纬度。
4.如权利要求3所述的静止式跟踪太阳光线的太阳能聚光板，其特征在于，所述板状体的顶板(31)与所述的角平分面(C)的夹角α3＝90°-α1+α2，其中，α1为太阳能聚光板安装所在地的纬度值，α2为太阳能聚光板安装面与水平面之间的夹角，α2在北半球以向南倾斜为正，在南半球以向北倾斜为正。
5.如权利要求2所述的静止式跟踪太阳光线的太阳能聚光板，其特征在于，所述反射面(21、22)由硬泡沫塑料整体模压成型，并贴反射膜或涂或镀有反光材料而形成。
6.如权利要求2所述的静止式跟踪太阳光线的太阳能聚光板，其特征在于，多根集热管(10)装在所述板状体(30)内，每根集热管的两端固定在板状体的两端板(34)上，多根集热管(10)由多个连接管(13)相串接，位于太阳能聚光板内一侧的集热管(10)的自由端设有介质输入口(11)，位于太阳能聚光板内另一侧的集热管的自由端设有介质输出口(12)。
7.如权利要求1所述的静止式跟踪太阳光线的太阳能聚光板用作建筑物屋顶或墙面的保温隔热及装饰层。
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