CN105358917A - 太阳能收集设备和设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能收集设备和设计方法。具体地，本发明提供一种太阳能收集设备，该设备结合一个或多个反射器以及用于接收入射太阳辐射、包括来自该一个或多个反射器的反射辐射的一个太阳能收集器，其中该一个或多个反射器和该收集器根据至少基于该设备的纬度的一个预先计算的偏斜长度和偏斜角度进行定向。本发明进一步提供一种设计太阳能收集设备的计算机实施的方法，该方法包括针对一个给定纬度和其他输入确定该一个或多个反射器与该收集器之间的最佳偏斜长度和偏斜角度。

Description

太阳能收集设备和设计方法
发明领域
本发明涉及一种太阳能收集设备和设计方法。本发明进一步提供一种设计太阳能收集设备的计算机实施的方法。
发明背景
太阳能收集器已经作为可再生能量源使用了许多年，该可再生能量源使用太阳辐射(另外已知为日射)来加热在一个表面上经过或穿过一个导管的流体，或者将太阳日射提供给收集热以用于实用目的的其他装置。这些收集器典型地被直接支撑在屋顶上并且通过它们的安装件而成角度，或者包括框架以便在一个水平表面上使这些收集器适当地成角度。本领域的一个挑战是实现太阳辐射到热能的高效转换以及将流体的温度增加到一定程度，这确保针对各种能量消耗过程改善流体的实用性。
太阳热收集系统典型地在冬季、深秋和早春，即当用户通常寻求消耗更多热或需要大部分热用于加热系统时表现较差。现有的太阳热收集系统的性能在较冷月份更加常见的云层存在时进一步降低。在夏季，当由于在商用应用中到周围环境的热损失降低和/或在家庭应用中热使用减少而对热的需求降低时，太阳热收集器表现最有效，从而与需求相比收集过量的热能。
典型地，在固定的太阳热收集器中存在夏季供热容量过量，而在较冷月份热生产的不足的问题。在以用于在寒冷月份收集热的特定设置来部署足够的收集器的情况下，必须在较暖月份中排放过量的热。
固定太阳热收集器在较冷月份中的性能也降级，因为热输出处于较低温度下，这样使得该输出并未处于足以满足消耗需求的温度下。
另外，许多设备是凭经验定位的，即，尽管诸如一年中的时间的因素，还是具有相同收集器位置和取向。此类设备总体上被引导朝向高峰夏季时期的入射太阳辐射。因此，此类设备不是设计来贯穿全年补偿太阳的日变化和太阳方位角的变化，也就是说除非贯穿全年它们被物理地重新取向。此外，申请人已知的大多数现有设备仅使用收集器面板的上表面来收集或利用太阳辐射。因此，这些现有设备在利用入射日射方面并不特别有效，这导致了上述问题，尤其是在太阳在地平线上最低的较冷月份中。
解决以上问题的尝试迄今为止大体上还未成功。例如，与交替加热方法相比，安装更多的太阳能收集器用于在冬季增加热水生产需要更高的资本成本，并且代表了商业上不可行的解决方案。一个附加的问题是与在夏季收集的过量热的热排放相关联的困难和花费。
也已经尝试了安装移动的收集器或聚集器以便改善冬季性能，并且允许通过夏季热收集的“解调谐”实现夏季加热性能的任何必要降低。然而，这极大地增加了这些系统的复杂性和花费，并且降低了它们的商业价值，同样导致这成为非商业性解决方案。
在加拿大北部的至少一个位置已发展了能够存储热多达5年的一种热储存器的安装，以便允许夏季时收集和冬季时利用源自太阳热的热量。这个解决方案需要“整个乡村”的发展，因为较小尺寸的地面热储存器是不可行的。这个解决方案作为改装安装大体上不可行，因为在大的中央热储存器与其他建筑物中的能量的消耗装置之间需要大量的管道。
也已经存在结合相对于收集器定位的反射器面板的设备的发展，以便不仅从直接太阳辐射而且从经由反射器面板的反射辐射将太阳能提供到收集器。然而，申请人已知的这种类型的设备仍然采用适于在一年中的一个特定时间改善效率的一种经验设计，也就是说，它们不包括明确地相对于彼此定向以便确保针对一个给定纬度的贯穿全年的最佳性能的收集器和反射器。因此，采用反射性面板，同时在一年中的一个特定时间的一天中的特定时间成功地提高效率的已知设备在一年中的其他时间仍然存在与非反射器收集器相关联的相同性能问题。
除了与现有太阳能收集设备的操作相关联的问题外，申请人也已经认识到解决与此类设备的设计相关联的问题的需要。当前不存在申请人已知的这种方法：该方法提供设计一种太阳能收集设备并且具体地该设备的一个收集器和一个或多个反射器的取向用于至少基于纬度在一年中所选择的一个时间内(或全年)具有最佳性能的一种手段。的确，存在可能影响此类设备的设计的一些其他因素。例如，典型地遇到了各种各样的现有屋顶线和取向。另外，在不同纬度处的建筑物可能需要系统的不同取向以便实现最佳性能。在一些安装中，冬季热收集是最重要的，而夏季热收集必须减少以避免过量的能量累积。在其他安装中，期望在年周期内的最大能量收集量，而在另一个情景中，期望最大夏季收益。在其他情况下，收集空间可能受到限制并且期望每平方米的最大能量收集量。
本发明的目的是提供一种太阳能收集设备和一种缓解以上问题或至少向公众提供有用的替代方案的设计方法。
发明概述
根据一个方面，本发明提供一种用于增加入射在太阳能收集器上的太阳辐射量的太阳能收集设备，所述设备的特征在于处于邻近该收集器且与该收集器相距一段距离的位置中并且与该收集器成除直角外的一个或多个角度的一个或多个反射表面，这些反射表面各自具有一个反射性表面面积，其中该一个或多个反射器具有为至少25％的整体表面面积与收集器表面面积比，并且其中该一个或多个反射表面相对于该收集器的位置、位移和一个或多个角度是这样的以使得针对年周期的大多数日子里的大部分日照时数内实现入射在该收集器上的太阳能量的增加。
在一个实施例中，该一个或多个反射表面基本上不能移动并且是平面表面。
在一个实施例中，至少该太阳能收集器的一个平面与该一个或多个反射器中的每一个的一个平面之间相距的位移或它们之间形成的角度是预先确定的，以便实现高达入射在该收集器上的太阳能量的最大理论增加的一个特定增加。
在一个实施例中，确定该太阳能收集器的一个平面与该一个或多个反射器中的每一个的一个平面之间相距的位移或它们之间形成的角度是基于一个给定纬度。
在一个实施例中，所述给定纬度是在赤道北维60度与南维60度之间。
在一个实施例中，确定该太阳能收集器的一个平面与该一个或多个反射器中的每一个的一个平面之间相距的位移或它们之间形成的角度是基于该太阳能收集器与一个参考平面相距的一个给定角度。
在一个实施例中，确定该太阳能收集器的一个平面与该一个或多个反射器中的每一个的一个平面之间相距的位移或它们之间形成的角度是基于该收集器的一个给定取向和尺寸。
在一个实施例中，确定该太阳能收集器的一个平面与该一个或多个反射器中的每一个的一个平面之间相距的位移或它们之间形成的角度是基于该一个或多个反射器中的每一个的一个给定尺寸或与该太阳能收集器相距的位移。
在一个实施例中，确定该太阳能收集器的一个平面与该一个或多个反射器中的每一个的一个平面之间相距的位移或它们之间形成的角度是基于该设备中使用的一个或多个反射表面的一个给定数量。
在一个实施例中，该太阳能收集器具有一个纵向方向并且被定位在沿着所述纵向方向具有一个最大可用长度的一个安装表面上，其中预先确定该反射表面数量是基于该安装表面的该最大可用长度。
在另一个方面中，本发明提供一种配置太阳能收集设备的方法，该方法的特征在于以下步骤：在邻近一个太阳能收集器且与该太阳能收集器相距一段距离的一个位置处提供一个或多个反射表面；将该一个或多个反射表面和该收集器的大小确定成使得该一个或多个反射表面的整体反射表面面积与该收集器表面面积之间的比为至少25％；并且将该一个或多个反射表面定向使得每个反射表面被定向成与该收集器成除直角外的一个或多个角度，其中选择该一个或多个反射表面的所述位置、位移以及一个或多个角度以便引起在年周期的大多数日子里大部分日照时数内入射在该收集器上的太阳能的量的增加。
在又一个方面中，本发明提供一种设计太阳能收集设备的方法，所述方法包括：接收关于一个太阳能收集器的纬度、安装角度、取向和尺寸的数据；接收关于邻近该收集器且与该收集器相距一段距离的一个或多个反射表面中的每一个的尺寸或位移的数据；基于所接收数据，确定至少该太阳能收集器的一个平面与该一个或多个反射器中的每一个的一个平面之间相距的位移或它们之间形成的角度，以便相较于单独入射在该收集器上的太阳能的量实现高达入射在该收集器上的太阳能的量的最大理论增加的一个特定增加。
在另一个方面中，本发明提供一种确定入射在一个太阳能收集器上的太阳辐射的量的方法，该收集器接收来自太阳的直接太阳辐射和来自邻近该收集器且与该收集器相距一段距离的一个或多个反射表面的间接辐射，该方法包括：接收关于一个太阳能收集器的特性的数据，包括它的纬度、安装角度、取向和尺寸；接收关于邻近该收集器且与该收集器相距一段距离的一个或多个反射表面的特性的数据，包括该一个或多个反射表面中的每一个的尺寸或位移；并且基于该所接收的数据确定入射在该收集器上的太阳能的量。
在一个实施例中，该方法进一步包括：接收关于该收集器或该一个或多个反射表面的特性的后续数据，其中所述后续数据可以包括替代数据；并且基于所接收数据和该后续数据确定入射在该收集器上的太阳能的量。
在一个实施例中，该方法进一步包括在一个用户界面上显示入射在该收集器上的太阳能的量或从其导出的一个性能量度。
在一个实施例中，该方法进一步包括接收关于与该收集器的一个安装表面相关联的物理约束的数据。
在一个实施例中，所述物理约束包括所述安装表面的尺寸、取向或角度。
在一个实施例中，所述物理约束进一步包括引起所述一个或多个反射表面处于阴影中的相邻结构。
根据一个方面，本发明提供一种确定入射在一个收集器上的太阳辐射的量的方法，该方法的特征在于以下的步骤，包括：确定在一个给定纬度处、在全年中的白天的一个给定时刻或时期太阳在天空中的位置；确定被定位的一个或多个反射表面的用于在所述时刻或所述时期中将太阳辐射反射到该收集器的一个表面的一个面积，假设这些反射表面都未处于阴影中；确定该一个或多个反射表面的处于阴影中并且因此不能够在所述时刻或所述时期中将太阳辐射反射到该收集器的一个表面的一个面积；确定该收集器的接收来自太阳的直接太阳辐射的一个面积；并且通过将被定位用于将太阳辐射反射到该收集器表面的该一个或多个反射表面的该面积与该收集器的接收直接太阳辐射的该面积相加并且减去该一个或多个反射表面的处于阴影中的该面积，确定入射在该收集器上的太阳辐射的量。
应注意，以上提到的任一方面可以包括以上提到的任何其他方面的任何特征，并且适当时可以包括以下描述的任何实施例的任何特征。
附图简要说明
本发明的优选特征、实施例和变化可从以下详细说明中了解到，该详细说明为本领域技术人员提供了足够信息来执行本发明。该详细说明不得被认为以任何方式限制了以上发明概述的范围。
该详细说明将参考以下多个附图。
图1是根据一个实施例的一种太阳能收集设备的示意性侧视图，该设备包括一个收集器和一个单个反射器，其中限定了一个收集器角度、一个反射器长度和角度以及一个偏斜长度和偏斜角度。
图2是根据一个实施例的显示针对定位在34°S处的一个单反射器设备的落在一个收集器上的总每日夏季日射量对反射器角度的图表。
图3是根据一个实施例显示针对定位在34°S处的一个单反射器设备的落在一个收集器上的总每日冬季日射量对反射器角度的图表。
图4是根据一个实施例的针对定位在34°S的一个单反射器设备的日射量对偏斜长度的图表。
图5是针对定位在34°S处的一个单反射器设备相较于一个未增强的(典型的)系统在(整个)仲夏的日射量对一天时间的图表。
图6是针对定位在34°S处的一个单反射器设备相较于一个未增强系统(典型的)在(整个)仲冬的日射量对一天时间的图表。
图7是根据一个实施例的一种太阳能收集设备的示意性侧视图，该设备包括一个收集器和两个反射器，其中限定一个收集器角度、一个第一反射器长度和角度、一个第二反射器长度和角度、以及一个偏斜长度和偏斜角度。
图8是根据一个实施例的一种太阳能收集设备的透视图，该设备包括一个收集器和两个反射器。
图9是根据一个替代实施例的一种太阳能收集设备的透视图，该设备的包括一个收集器和两个反射器。
图10是根据一个实施例的一种太阳能收集设备的侧面示意图，其中该设备朝向北并且包括一个收集器和两个反射器，其中入射日射的角度是在冬至时或附近。
图11是图10的设备的侧面示意图，其中入射日射的角度是在春秋分时或附近。
图12是图10的设备的侧面示意图，其中入射日射的角度是在夏至时或附近。
图13是针对定位在34°S处的一个双反射器设备相较于一个未增强系统(典型的)在(整个)仲夏的日射量对一天时间的图表。
图14是针对定位在34°S处的一个双反射器设备相较于一个未增强系统(典型的)在(整个)仲冬的日射量对一天时间的图表。
图15是针对定位在34°S处的一个双反射器设备的每个反射器的夏季总每日日射量对反射器角度的三维图表。
图16是针对在34°S处的一个双反射器设备的每个反射器的冬季总每日日射量对反射器角度的三维图表。
图17是一种太阳能收集设备的示意性侧视图，该设备包括一个收集器和三个反射器，其中限定一个收集器角度、一个第一反射器长度和角度、一个第二反射器长度和角度、一个第三反射器长度和角度、以及一个偏斜长度和偏斜角度。
图18是根据一个实施例的一种太阳能收集设备的透视图，该设备包括一个收集器和三个反射器。
图19是根据一个替代实施例的一种太阳能收集设备的侧视图，该设备包括一个收集器和三个反射器。
图20是针对定位在34°S处的一个三反射器设备相较于一个未增强系统(典型的)在(整个)仲夏)的日射量对一天时间的图表。
图21是针对定位在34°S处的一个双反射器设备相较于一个未增强系统(典型的)在(整个)仲冬的日射量对一天时间的图表。
图22是针对定位在34°S处的一个三反射器设备的第二反射器和第三反射器的夏季总每日日射量对反射器角度的三维图表。
图23是针对定位在34°S处的一个三反射器设备的第二反射器和第三反射器的冬季总每日日射量对反射器角度的三维图表。
图24是定位在维度35°处的三反射器设备和四反射器设备的日射量对月份的图表。
图25是根据一个实施例的一种太阳能收集设备的透视图，该设备包括一个收集器、三个反射器和附加的侧反射器。
图26a是根据一个实施例的一种太阳能收集设备的透视图，该设备包括相邻于四个反射性表面布置的多个基本上水平的收集器。
图26b是根据一个实施例的一种太阳能收集设备的透视图，该设备包括相邻于四个反射性表面布置的多个直立的收集器。
图27是根据一个实施例的一种太阳能收集设备的透视图，该设备包括两个收集器和与每个收集器相关联的三个反射器，其中该设备被配置用于整合到一个倾斜表面中。
图28是根据一个实施例的一种太阳能收集设备的透视图，该设备包括一个收集器和三个反射器，其中该设备由一个玻璃屋顶封闭。
图29是根据一个实施例的一种太阳能收集设备的透视图，该设备包括两个收集器和与每个收集器相关联的三个反射器，其中该设备被配置用于沿着一个垂直表面使用。
发明详述
本发明的以下详细描述参考了附图。在任何可能的情况下，贯穿附图和以下说明将使用相同的参考数字来指代相同和相似的零件。出于清楚或说明的目的，附图中示出的某些零件的尺寸可能已被修改和/或夸大。
首先应理解的是，在此引用“反射器”、“反射性表面”、“反射表面”、“反射性面”、“反射性部分”或“反射性面板”是指代作为旨在用于反射辐射的表面、面板等的相同或相似特征。同样地，引用“收集器”或“收集器面板”是指作为用于收集太阳辐射的收集表面、一个或多个管、装置、一个或多个面板等的相同或相似特征。在此引用“平面的”旨在用于描述不集中太阳辐射的表面特性。在此引用“未增强的”旨在用于描述不具有相关联的反射性表面的一种太阳热收集器。在此引用“距离”或“位移”是指一个点或对象与另一个点或对象之间距离的相同或类似的一个量度。
根据一个方面，本发明涉及一种太阳能收集设备10，该设备增加入射在一个太阳能收集器12上的太阳辐射的量。设备10的特征可以在于：该收集器包括用于收集入射太阳辐射的第一侧14和第二侧16，以及一个或多个反射表面18被定位成邻近收集器12且与该收集器相距一段距离并且与该收集器成除直角外的一个或多个角度，这些反射表面各自具有一个反射性表面面积。设备10的特征可以进一步在于该一个或多个反射表面具有为至少25％的组合反射性表面面积与收集器面积比。设备10的特征可以进一步在于该一个或多个反射表面相对于该收集器的位置、位移以及一个或多个角度是这样的以使得针对年周期的大多数日子里的大部分日照时数内实现入射在收集器12上的太阳能的量的增加。
根据另一个方面，本发明涉及一种制造、配置或装配太阳能收集设备的方法，该方法包括：在邻近一个太阳能收集器且与该太阳能收集器相距一段距离的一个位置处提供一个或多个反射表面；将该一个或多个反射表面和该收集器的大小确定成使得该一个或多个反射表面的整体反射表面面积与该收集器表面面积之间的比为至少25％；该一个或多个反射表面定向成使得每个反射表面被定向成与该收集器成除直角外的一个或多个角度，其中选择该一个或多个反射表面的位置、距离以及一个或多个角度以便引起太阳能的量的增加。
在另一个方面中，本发明涉及一种基于所接收的数据或输入数据确定入射在收集器12上的太阳能的量的方法。这种方法在改变一个已安装的设备10的构型或设计将要安装在一个特定位置处的一个设备10时可为有用的。该方法的特征可以在于以下步骤：接收关于该太阳能收集器的已知特性的数据，包括该太阳能收集器的纬度、角度、取向和尺寸；接收关于邻近该收集器并且与该收集器相距一段距离的一个或多个反射性表面的已知特性的数据，包括该一个或多个反射表面中的每一个的尺寸或该一个或多个反射表面中的每一个从该收集器的位移；并且基于所接收的数据确定入射在该收集器上的太阳能的量。在一个实施例中，接收可以包括代替原始输入数据的数据的后续输入数据，并且可以基于该原始数据和/或后续数据重新计算入射在该收集器上的太阳能的量的确定。因此，本领域技术人员将认识到，在设备10的设计或重新设计过程中可以采取迭代方法。
可以形成输入数据的一部分的其他特性包括但不限于：相对于赤道的取向(例如，东西或南北朝向)、所建议安装表面的弯曲度、可用空间(长度和宽度)、面板反射率、太阳强度、绝对收集器尺寸以及其他收集器技术规格。
另一个特性可以是一个物理约束，诸如在一天的某些时间由该收集器和/或相邻结构引起的该一个或多个反射性表面上的阴影。根据再另一个方面，本发明提供一种确定入射在收集器上的太阳辐射的量的方法，该方法的步骤包括：确定在一个给定纬度处、在全年中的白天的一个给定时刻或时期太阳在天空中的位置；确定被定位用于在所述时刻或所述时期中将太阳辐射反射到该收集器的一个表面的一个或多个反射表面的一个面积，假设这些反射表面都未处于阴影中；确定该一个或多个反射表面的处于阴影中并且因此不能够在所述时刻或所述时期中将太阳辐射反射到该收集器的一个表面的一个面积；确定该收集器的接收来自太阳的直接太阳辐射的一个面积；通过将被定位用于将太阳辐射反射到该收集器表面的该一个或多个反射表面的该面积与该收集器的接收直接太阳辐射的该面积相加并且减去该一个或多个反射表面的处于阴影中的该面积，确定入射在该收集器上的太阳辐射的量。
可以输入作为执行该方法的结果输出的关于期望性能的数据，而不是期望的入射在该收集器上的太阳辐射的量或其他相关联的性能量度，以便确定该收集器和/或一个或多个反射性表面的最佳特性。在一个方面中，本发明涉及一种设计太阳能收集设备的方法，该方法包括：接收关于一个太阳能收集器的纬度、安装角度、取向和尺寸的数据；接收关于邻近该收集器且与该收集器相距一段距离的一个或多个反射表面中的每一个的尺寸或位移的数据；并且基于所接收数据，确定至少该太阳能收集器的一个平面与该一个或多个反射器中的每一个的一个平面之间相距的位移或它们之间形成的角度，以便相较于单独入射在该收集器上的太阳能的量实现高达入射在该收集器上的太阳能的量的最大理论增加的一个特定增加。本发明并不旨在限制于确定该太阳能收集器的一个平面与该一个或多个反射器中的每一个的一个平面之间相距的位移或在它们之前形成的角度的任何一种方式，但是以下参考单反射器设备、双反射器设备和三反射器设备来提供一个详细实例。
在此呈现的附图和表格中，用符号指代该收集器或该一个或多个反射表面或反射性表面中的每一个的特性。例如，一个太阳能收集器12可以定位在一个纬度l处并且被定向成一个收集器角度该一个或多个反射性表面18的一个第一反射性表面20可以包括沿着它的一个后边缘22离赤道最远的一个参考点。收集器12也可以包括沿着它的后边缘24离赤道最远的一个参考点，并且第一反射性表面20可以与收集器12间隔一个偏斜长度σ，该偏斜长度由这些对应参考点之间的距离限定。一个偏斜角度ω可以由该收集器参考点相对于(例如，延伸通过该反射器参考点的)一个参考轴线26限定。第一反射性表面20和太阳能收集器12可以根据一个偏斜距离σ和偏斜角度ω进行定向以便在一个给定纬度l处确保全年的最佳性能或一年中部分时间的最佳性能。
在一个实施例中，第一反射性表面20包括一个预先计算的反射器长度RL并且根据一个反射器角度θ进行定向。该反射器角度θ可以由第一反射性表面20相对于与该第一反射性表面相关联的一个参考轴线28的角度限定，该参考轴线在所示出的实施例中为延伸通过与边缘22相对的一个边缘29的一个水平轴线。
一个或多个反射性表面18可以包括一个第二反射器30，一个第三反射器32，以及多达n个反射器，其中每个附加的反射器可以包括一个反射器长度RL2、RL3…RLn和由每个反射性表面30、32…n相对于一个参考轴线34、36…n的角度限定的一个反射器角度θ2、θ3…θn，该参考轴线在所示出的实施例中为延伸通过每个表面的离该第一反射器的边缘22最远的边缘的一个水平轴线34、36…n。包括偏斜长度和RL、RL2、RL3…RLn的这些长度可以根据反射器长度来表示或表示为反射器长度的比。虽然这些反射器在一些图中被示出为邻接的，但是不存在他们各自结合的特殊要求，并且实际上可优选将它们分开以便有助于雨水流走，如例如图26中所示。
向读者展示：根据图1的一个实施例包括一个单个反射器20的一个设备10，其具有图2-6中示出的相应图表；根据图7的一个实施例包括两个反射器20和30的一个设备10，其具有图8-12中的示例安装的透视图和图13-图16中的相应图表；以及根据一个实施例包括三个反射器20、30和32的一个设备10，其具有图18-19中的示例安装的透视图和图20-24中的相应图表。图25-29示出了根据本发明的其他实施例的各种示例安装。在每个实施例中，该一个或多个反射器被布置成使得在无需移动反射器位置的情况下、在太阳活动周期过程中增加落在该收集器上的日射。该一个或多个反射器的不同零件可以在一天中的不同时间和年周期中的不同时间过程中产生对该收集器的该第一表面和/或第二表面的辐射。
在包括多于一个反射器的设备中，反射辐射的路径在每天或每年太阳周期的不同时间可以是直接从一个第一反射性面到该收集器的第一侧和/或第二侧，从一个第一反射性面到一个第二反射性面并且然后到该收集器的第一侧和/或第二侧，同时从两个或更多个反射性面到该收集器的第一侧和/或第二侧，或从一个并且然后从另一个到该收集器的第一侧和/或第二侧。在辐射时期中，可在不移动这些反射器的位置的情况下实现这种反射模式。然而，读者应理解的是，在一些实现方式中，该设备的多个零件可以包括能够机械化的一个或多个可移动零件。例如，这些反射性部分可以是可相对于彼此移动的，并且在一些实现方式中可以机械化以改变它们的相对角度θ、θ1、θ2等等。
通过观察图8-12、图18-19以及图24-28中所示的实例将变得明显的是，设备10可以被配置成安装在一个表面37上方，该表面可以是一个住宅房屋或建筑物的屋顶或其他表面。该一个或多个收集器12和/或该一个或多个反射器18还可以或作为替代方案安装在一个框架38上。反射器18可以是刚性的以便将收集器12支撑在其上，如通过图8中的实例所示。收集器12的表面14可以被配置用于暴露在直接日射下，如由多个图中的箭头40所指示。该收集器的表面16可以被配置用于在任何一个时间都暴露在从该反射器的一个或多个反射性面18反射的日射下，如由多个图中的箭头42所指示。
在图8的实施例中，反射器18包括一个第一反射性面20和一个第二反射性面30。日周期和年周期过程中的入射日射中的至少一些在辐射目标12的表面16之前从第二反射性面30反射到第一反射性面20上。第一反射性面20和第二反射性面30可以是基本上平面的以确保光不会集中在收集器12的表面16的一个点上。本发明的申请人已确定，将例如利用抛物面反射器发生的聚焦用在太阳电池板和太阳热装置上是不合期望的。然而，读者应理解这些面可以是略微弯曲的。
如图8中进一步示出，收集器12可以呈一个适当的太阳热装置的形式，诸如呈多种不同构型的现成可获得的那些。一种已知的太阳热收集器包括多个纵向透明玻璃管44，该多个纵向透明玻璃管各自包括一端终止于歧管46内的一个热管(未示出)，该歧管容纳待加热的流体。这些加热管可以含有水或其他液体，诸如丙二醇。来自这些加热管的热端的热被转移到该歧管内的流体，该流体然后可以经由管道50存储在热水箱48中，诸如图8中所示。该热水可以被利用或者可以被转移到另一个位点以用于发电。应理解的是，本发明并不旨在限于任何一种类型的太阳热收集器。例如，也可以有效地使用流体直接穿过这些管的太阳热收集器。作为替代方案，收集器12可以包括以背靠背构型定位的两个单面光伏打模块(未示出)。上部光伏打模块可以被配置成主要暴露在入射日射下并且下部光伏打模块可以被配置成用于接收来自反射性部分18的反射日射42。作为替代方案，可以使用一个双面光伏打模块。
图10至图12示出针对包括朝北定向且位于南半球的两个反射器的一个设备，在年周期中的三个不同时间日射的相对角度。
图10示出当太阳最接近北地平线时，在冬至时间附近的入射日射40的一般角度。在一年的这个时间，太阳的光线以一个较低角度到达。然后，入射日射40在辐射目标12的表面16之前离开第二反射性面30反射到第一反射性面20上。这种反射的日射42随后在冬至附近对该收集器的表面16进行加热，从而改善了设备10的效率。
反射器18可以是具有相对平滑的上表面的平面金属片材，这样使得它们提供一个总体上抛光的成品，但这不是必需的。如图11中所示，在一年中春秋分附近的时间，当太阳在天空中较高时，入射日射40中的一些可以仅离开一个反射性面(也就是说，至少第二反射性面32)反射到收集器12的表面16上。此外，在第一反射性表面20在该收集器上方延伸，并且因此如图所示改变偏斜长度和偏斜角度的情况下，入射日射40中的一些可以从第一反射性表面20的一个上部分反射回到该收集器的表面14上。
如图12中所示，在夏至时间过程中或附近，当太阳在其顶点处时，太阳总体上定位在收集器12上方并且反射器30总体上被遮蔽，如虚线52所指示。
如读者现在将理解的，收集器12的表面14可以被安排从而使得它主要暴露在入射日射40下。然而，如图11中所示，例如，表面14还可以由在收集器12的顶边缘24上方延伸的反射器20的反射日射42辐射。表面16主要由来自反射器30的反射日射42辐射。
收集器12的表面14和16暴露在该入射日射下提高了效率，因为设备10可以利用可用的太阳辐射。本领域技术人员还将理解，使用单个反射器设备10同样会出现效率提高，例如根据图1中所示的设备，条件是至少基于该纬度l预先计算至少反射器20与收集器12之间的偏斜长度和偏斜角度以确保最佳性能。
随着被导向到收集器12上的日射的量的增加，在每个收集器的管44内达到的温度同样增加。这可以改善该设备的效率，同时意味着可以减少收集器12的设备占地面积或大小。
如前面所讨论的，根据一个实施例的一种太阳能收集设备10还可以包括第三或第四或更多个反射性面18。有利地可以添加一个第三或第四反射性面，其具有到达该收集器的表面的类似辐射模式，在整个周期中从一个到另一个并且由此到该收集器，同时地从两个、三个或更多个反射器反射到该收集器，或连续地首先从一个并且然后从另一个到该收集器。一般来说，确保任何一个位点处的最佳性能所必需的收集器12和反射器18的数量可以基于除了仅基于纬度l的确定之外的因素来确定，例如，在该位点处的纵向方向上和/或横向方向上可用的最大空间。反射器的数量，它们的长度以及它们的角度可以基于该可用空间的尺寸和纬度l预先计算。然而，对于任何一个位点，纬度l本身可以提供足够的信息以便导出一个“有用的”输出。具体地说，该纬度提供那个纬度处的太阳日射的两个角度(冬至角度和夏至角度)。基于这两个角度，可以确定该收集器角度、偏斜长度和偏斜长度，以及一个或多个反射器18的长度和角度。
该一个或多个反射器的有效面积能够针对任何指定的纬度限定，其方式使得一个反射表面的一部分的取向，其准许在一天或一年中的一个时间到该收集器的一个表面的一个直接反射路径，也可以产生在一天或一年中的另一个时间用于使日射经由一个第二反射性表面到达该收集器的该表面的一个间接反射路径。对于这些反射性表面的特定位置，该表面的一部分在一天或一年中的一个时间将日射反射到该收集器的一个表面，而该反射表面的另一部分在一天或一年中的另一个时间将日射反射到该收集器的该表面。以此方式，该收集器的该表面通过一个或多于一个路径被连续地暴露在反射日射下，当太阳在每天的行程过程中在天空中移动时，效果等同于移动该收集器和/或反射表面以维持该收集器上的日射强度，但是不需要移动这些反射表面或该收集器。该设备在无需移动零件的情况下有效地跟踪太阳。
先前描述了这些反射性表面的平面性质。这确保在该系统中当垂直于来自设备10的任何部分的反射辐射测量时的来自该系统的这些平面反射性面的反射的强度不超过垂直于该直接日射测量的主要入射辐射的强度。因此，对于在该收集器的零件中的“热点”的发展不存在可能性，因为该入射太阳辐射并不集中以便在任何点处产生比该入射辐射的强度更大的强度。在存在用于使入射辐射到达该收集器的多于一个路径的情况下，到该收集器的一些点的日射的总强度增加。最终结果是，在不集中到具有增加热能的一个局部区域的情况下，将到达该收集器的辐射量增加高达三倍。因为不存在由这些反射表面实现的聚焦，所以可以安排这些面以便在不移动的情况下在该太阳周期的不同时间将日射反射到该收集器的该表面。
发明者已经认识到，与现有设备相比，备10可以在早春时的效率可以高达六倍。在早春时在34°S处执行的一个测试中的一个未增强系统与本发明的设备10之间的一个比较测试中，已发现由该收集器收集的总能量从6MJ/天增加到48MJ/天。
同样已发现该一个或多个反射器的使用导致在一天中比现有系统更早达到较高温度并且每天维持比现有系统的那些更长的持续时间。这在每天针对每个目标产生更多的能量，因此改善了该设备的实用性。
测试已经显示该三个收集器系统提供在夏季月份显著的有价值的改善。因为系统采用更多数量的反射器，该系统的总性能倾向于增加，然而，预期的是，添加更多/更少反射器的附加复杂性可能胜过这些益处。图24比较在纬度35°处的三个反射器设备或四个反射器设备的性能并且显示一个第四反射器可以在春季和秋季提供约10％的性能改善。
测试还显示从一个反射器移动到两个反射器比从两个反射器移动到三个反射器存在更大收益。可以看出从三个反射器移动到一个特定的四个反射器设计具有相同的收益，具体地针对纬度(34°S)优化。
在转向与通过图1、图7和图17中的实例示出的单反射器设备、双反射器设备和三反射器设备中的每一个相关联的各种图表前，向读者展示示出设备10的另外的实施例的图25-28。这些实施例中的一些示出已经被设计用于考虑增加准确性和/或实用性的其他因素的收集器/反射器配置。此类因素可以包括但不限于：相对于赤道的取向(例如，东西或南北朝向)、所提议的安装表面的弯曲度、可用空间(长度和宽度)、面板反射率、太阳强度、绝对收集器尺寸以及其他收集器技术规格。
例如，图25中示出的在南半球朝向北的单收集器设备、三反射器设备10包括一个第四面52和一个第五面54。第四面52和第五面54可以被定位到该第一面、第二面和第三面的一侧以便在太阳接近水平线时反射日射。以此方式，进一步反射的日射42可以在黎明56后和/或在黄昏58前不久被导向表面16。当然，现有表面20、30和32可以简单地制造以便具有一个增加的横向尺寸，而不是具有单独的面。已经显示，具有三倍于该收集器的宽度的反射器宽度是实际最大值，同时宽度的任何进一步增加对于所需的额外材料和空间提供最小的回报。例如，当该设备被定位在一个总体上东西取向中时，该第四面和第五面还可以贯穿全年补偿太阳方位角的变化。
第四面52和第五面54可以将该日射直接反射到收集器12的表面16上，如图25中所示，或该日射可以在辐射收集器12的表面16之前反射到这些其他反射性表面20、30和32中的一个上。
图26的设备10示出被定位在具有长度RL至RL4和角度θ至θ4的一组扩展的四个反射性面上方的一排或一系列收集器12。在此实施例中明显的是，根据该面的所需尺寸，与一个单个面板相反，一个反射性面可以由许多面板组成。
设备10可以被制造成适合屋顶坡度的范围并被配置成适应朝向北、冬、西或南或它们之间的方位的屋顶表面。以此方式，该设备的安装者可以选择最适合该环境的配置。尽管示出了许多实例，该设备被定位在南半球并且因此这些反射器朝向北，但该设备可以在北半球的类似纬度处同样良好工作，其中这些反射器朝向南。
本发明的设备10还可以形成结构(诸如房屋和建筑物)的整体部分。图27示出根据一个实施例的一个设备10，其中设备10被整合到该建筑物结构(屋顶)中并且包括两个收集器12(其可以由一个框架或未示出的类似支撑部件抬高)和定位在这些收集器下方的一个反射器18，该反射器包括用于每个收集器的三个反射性面20、30和32。反射器18被配置成整合到该结构的倾斜屋顶中。根据该屋顶的大小，设备10可以包括少于或多于两个所示的收集器。反射器18不但可以改装到一个现有倾斜屋顶，而且它还可以整合到新建的屋顶结构中。
图28示出容纳在一个半透明屋顶结构60内部的一个设备10。将理解的是，保护或增加/增强朝向该一个或多个收集器12和/或该一个或多个反射器18的日射的任何设备(诸如图27中的玻璃屋顶的使用)被认为在本发明的范围内。因此，在一个新建筑物安装中，整个设备10可以被封闭在对于入射太阳辐射半透明的一个屋顶结构中并且允许将该设备安装在相反气候位置中，包括暴露于疾风条件、冰雹或雪的区域，其中该设备可能由于不利的环境条件而遭到损坏。在不考虑美观的情况下，这种结构还可以用于隐藏设备10。
图29演示一个实施例，其中具有三个反射性面的一个类似配置的设备10被安装到一个结构的一个垂直面，从而展示出本发明并不旨在限于水平屋顶顶部或倾斜屋顶顶部，而且在具有充分日射的区域中的垂直壁以及类似物。
将理解的是本发明可以在除了在此描述的那些之外的应用中具有实用性。另一个应用可以涉及安装到卡车或其他移动车辆的设备10，所述车辆可以将该设备运输到一个指定定位以便收集太阳能并且因此充当例如一个便携式热水供应装置。
如所讨论的，本发明的另一个方面是设计一种太阳能收集设备10并允许由用户由于将影响该最终设计和总性能的各种因素而做出迭代变化的方法。关于该收集器和反射性面中的每一个的大小和取向描述的各种确定可以基于执行本发明的方法的计算机处理器已经访问的已知数据。此类数据可以基于对不同纬度处的不同配置的先前测试，并且可以随着收集到更多的测试数据而更新。在这些确定步骤中使用和参考的数据可以以下数据，该数据根据纬度确保最佳性能以最大化例如，冬季热收集量、全年能量收集量以及夏季能量收集量中的任何一个。
一种计算机处理器可以用来根据众所周知的公式、针对该特定纬度且针对一天中的一个特定时间和一年中的特定时间计算太阳在水平线上方的位置以及因此太阳日射的角度，或者作为替代方案此类数据可以从已公开的表格中导出并存储在该计算机处理器的一个存储器中。该处理器还可以包括一个键盘和用户界面或显示器或使得用户能够输入位置和其他数据的其他装置，该其他数据需要来以使得该处理器能够输出一个推荐设计和/或指定设计的性能量度。
该有效反射器区域的图形表示可以用来使所做出改变的效果可视化。这可以例如辅助识别以下区域或部件：这些区域或部件的大小可以增加或减少以便通过该系统的一个或多个视图的显示装置最佳地利用具有图示的反射性贡献的可用空间。
图2-6中示出的针对一个单反射器设备的图表、图13-16中示出的针对一个双反射器设备的图表以及图20-23中示出的针对一个三反射器设备的图表探索了在固定为说明性值的其他值经常是最佳值时性能随着一个或多个参数的改变如何改变。在体现本发明的方法中描述的是，计算机处理器可以访问这种数据以便做出各种确定。可以借助于另外的图表或从这些图表中导出的等式来选择这些最佳值。确定待使用的所有最佳值明显是一个迭代过程。除非另行说明，否则所讨论的设备和图表针对总年度日射量是最佳的。
图4示出反射器偏斜长度σ对于定位在34°S处的其他参数最佳的一个设备的影响。当该偏斜长度约等于该收集器长度时，实现最佳性能。
图2示出针对定位在34°S处的一个系统落在一个收集器上的总每日夏季日射量对反射器角度。日射量示为针对一个未增强收集器的年均日射量的百分比。示出三条曲线以便另外展示不同偏斜角度ω的影响。该反射器长度被设定成足够大以便没有影响。显著地，这些曲线具有两个峰值，最高的左手峰值是针对将在正午时分反射高悬在天空中的太阳的一个反射器，而右手侧峰值是针对太阳在天空较低处时的早晨和晚上进行操作的一个反射器并且被视为更加有效。类似地，图3示出总每日冬季日射量。冬季改善被视为远少于针对夏季的改善。这是可以预料的，因为在测试中使用的产生这些结果的设备被设计用于最大的年度性能并且因此在存在更多日照时有利于夏季性能。
从在上文描述的这些图表中使用的测试数据，可以导出例如用于最大年度收益的最佳参数的等式。下文的表1概括了针对纬度l为34°S的此类等式。
表1
用于定位在34°S处的一个单反射器系统的最佳年度性能的设计参数等式的实例
图5和图6的图表展示出根据表1针对纬度34°S处全年性能进行优化的一个单反射器系统的性能。在每一系列的图表中，在针对纬度设定的收集器角度下，将一个系统的性能与面朝北的一个未增强系统的性能进行比较。这些图表显示：日射量对仲夏的一天时间以及日射量对仲冬的一天时间。可以看出超过一个未增强系统的约60％的性能改善。
图15和图16分别示出针对在34°S处的一个系统在夏季和冬季的总每日日射量对两个反射器角度。可以在这些图表中示出的一个最佳角度的基础上做出反射器角度的确定，并且可以根据一年中期望优化的时间来选择一个特定图表或来自该图表的数据。
下文的表2概括了用于定位在纬度l处的一个双反射器设备的示例等式。
表2
用于定位在纬度l处的一个双反射器系统的最佳年度性能的示例设计参数等式
图13和图14的图表展示根据表2针对在纬度34°S处的全年性能进行优化的一个反射器设备的性能。在每个图表中，在针对纬度设定的收集器角度下，将一个系统的性能与面朝北的一个未增强系统的性能进行比较。这些图表显示：日射量对仲夏的一天时间；日射量对仲冬的一天时间；以及贯穿全年的每日总日射量。该双收集器设备的性能接近于一个未增强系统的两倍。
图22和图23分别示出针对在34°S处的一个系统在夏季和冬季的总每日日射量对反射器2角度和反射器3角度。可以在这些图表中示出的最佳角度的基础上做出反射器角度的确定，并且可以根据一年中期望优化的时间来选择一个特定图表或来自该图表的数据。对于这些图表，所有其他参数已经针对全年性能优化。
可以导出用于最大年度收益的最佳参数的等式，并且下文的表3概括了此类等式的实例。
表3
用于定位在纬度l处的一个三反射器系统的最佳年度性能的示例设计参数等式
图20和图21展示(根据表3)针对全年性能进行优化的设备的性能。由于该收集器将遮蔽这些反射器，该系统的性能已经被标出上午十点左右和下午三点左右的峰。
先前描述已经集中于针对总的全年性能进行优化的系统。此类系统偏向于夏季性能，因为存在更多可用于提升的夏季日射量。然而，可能期望在冬季最大化性能提升，例如当出于加热目的可能需要额外的热水时。通过类似的考虑和计算，可以确定针对冬季性能优化的部件长度和角度，但是为了简洁的目的不在此详细描述。简单地说，已经示出相较于年度优化系统，该冬季性能在冬季的正午增加了大概50％，但是以夏季性能降低为代价。日射量在一年中也更加一致，然而，在中纬度处一年的总日射量减少了约9％。
通过在一年过程中改变分量值，即在夏季过程中使用年度优化值并且在冬季过程中使用冬季优化值(夏季优化值和年度优化值非常类似，因为当存在最自然的日射过程时针对夏季的优化产生最大的总改善)，来增加一个系统的总年日射是可能的。改变这些值中的一些可以导致性能的有用增加。从实际的角度来看，这些角度是最容易改变的并且可以总是将RL1和RL3长度设定为夏季和冬季需求的最大值。
本领域技术人员将认识到的是，为了改变第一反射器20的角度θ，该角度可以作为该第一反射器将放置在其上的倾斜屋顶或类似物的结果产生，必须重新限定该收集器位置，因为改变的θ将改变该收集器相对于第二反射器30和第三反射器32的位置。
因此，可以在本发明的确定步骤中使用的诸如以上呈现的那些的等式等式实际上可以作为迭代涉及过程的一部分随着用户输入不同的值而改变。
读者现在将理解本发明的益处，本发明提供一种极大地增加了入射在太阳能收集器上的日射量的太阳能收集设备。这些反射器的安排在不需要移动零件的情况下有效地跟踪跨过天空的太阳。
可以很好地对本发明作出另外的优点和改进而不背离其范围。虽然已示出并描述了本发明被认为是最实际和优选的实施例，但是应该认识到在本发明的范围和精神内可以从中作出偏离，其不限于在此所披露的细节，但是要根据权利要求书的全部范围，以便包括任何和所有等价设备和装置。贯穿本说明书对现有技术的任何讨论决不应该被认为承认这种现有技术是广泛已知的或形成本领域中公共常识的一部分。
在本说明书及权利要求书(如果有)中，词语“包括”及其派生词“包括有”和“包括了”包含所述这些整体中的每一个但不排除包含一个或多个另外的整体。

Claims (19)

1.一种增加入射在太阳能收集器上的太阳辐射的量的太阳能收集设备，所述设备的特征为：
一个或多个反射表面，该一个或多个反射表面处于邻近该收集器且与该收集器相距一段距离的一个位置中，并且与该收集器成除直角外的一个或多个角度，这些反射表面各自具有一个反射性表面面积；
其中该一个或多个反射器具有为至少25％的一个整体表面面积与收集器表面面积比；并且
其中该一个或多个反射表面相对于该收集器的位置、位移以及一个或多个角度是这样以使得在年周期的大多数日子里的大部分日照时数内实现入射在该收集器上的太阳能的量的增加。
2.根据权利要求1所述的太阳能收集设备，其中该一个或多个反射表面是基本上不能移动的并且是平面表面。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的太阳能收集设备，其中至少该太阳能收集器的一个平面与该一个或多个反射器中的每一个的一个平面之间相距的位移或它们之间形成的角度是预先确定的，以便实现高达入射在该收集器上的太阳能的量的最大理论增加的一个特定增加。
4.根据权利要求3所述的太阳能收集设备，其中确定该太阳能收集器的一个平面与该一个或多个反射器中的每一个的一个平面之间相距的位移或它们之间形成的角度是基于一个给定纬度。
5.根据权利要求4所述的太阳能收集设备，其中所述给定纬度是在赤道北纬60度与南纬60度之间。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的太阳能收集设备，其中确定该太阳能收集器的一个平面与该一个或多个反射器中的每一个的一个平面之间相距的位移或它们之间形成的角度是基于该太阳能收集器与一个参考平面相距的一个给定角度。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的太阳能收集设备，其中确定该太阳能收集器的一个平面与该一个或多个反射器中的每一个的一个平面之间相距的位移或它们之间形成的角度是基于该收集器的一个给定取向和尺寸。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的太阳能收集设备，其中确定该太阳能收集器的一个平面与该一个或多个反射器中的每一个的一个平面之间相距的位移或它们之间形成的角度是基于该一个或多个反射器中的每一个的一个给定尺寸或与该太阳能收集器相距的位移。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的太阳能收集设备，其中确定该太阳能收集器的一个平面与该一个或多个反射器中的每一个的一个平面之间相距的位移或它们之间形成的角度是基于该设备中所使用的一个或多个反射表面的一个给定数量。
10.根据权利要求9所述的太阳能收集设备，其中该太阳能收集器具有一个纵向方向并且被定位在沿着所述纵向方向具有一个最大可用长度的一个安装表面上，其中预先确定该反射表面数量是基于该安装表面的该最大可用长度。
11.一种配置太阳能收集设备的方法，该方法的特征为以下步骤：
在邻近一个太阳能收集器且与该太阳能收集器相距一段距离的一个位置处提供一个或多个反射表面；
将该一个或多个反射表面和该收集器的大小确定成使得该一个或多个反射表面的整体反射性表面面积与该收集器表面面积之间的比为至少25％；并且
将该一个或多个反射表面定向成使得每个反射表面被定向成与该收集器成除直角外的一个或多个角度；
其中选择该一个或多个反射表面的所述位置、所述位移以及所述一个或多个角度，以便在该年周期的大多数日子里的大部分日照时数内引起入射在该收集器上的太阳能的量的增加。
12.一种设计太阳能收集设备的方法，所述方法包括：
接收关于一个太阳能收集器的纬度、安装角度、取向和尺寸的数据；
接收关于邻近该收集器且与该收集器相距一段距离的一个或多个反射表面中的每一个的尺寸或位移的数据；
基于所接收数据，确定至少该太阳能收集器的一个平面与该一个或多个反射器中的每一个的一个平面之间相距的位移或它们之间形成的角度，以便相较于单独入射在该收集器上的太阳能的量实现高达入射在该收集器上的太阳能的量的最大理论增加的一个特定增加。
13.一种确定入射在太阳能收集器上的太阳辐射的量的方法，该收集器接收来自太阳的直接太阳辐射和来自邻近该收集器且与该收集器相距一段距离的一个或多个反射表面的间接辐射，该方法包括：
接收关于一个太阳能收集器的特性的数据，包括它的纬度、安装角度、取向和尺寸；
接收关于邻近该收集器且与该收集器相距一段距离的一个或多个反射表面的特性的数据，包括该一个或多个反射表面中的每一个的尺寸或位移；
基于所接收数据确定入射在该收集器上的太阳能的量。
14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：
接收关于该收集器或该一个或多个反射表面的特性的后续数据，其中所述后续数据可以包括替代数据；并且
基于所接收数据和该后续数据确定入射在该收集器上的太阳能的量。
15.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，进一步包括：
在一个用户界面上显示入射在该收集器上的太阳能的量或从其导出的一个性能量度。
16.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，进一步包括：
接收关于与该收集器的一个安装表面相关联的物理约束的数据。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述物理约束包括所述安装表面的尺寸、取向或角度。
18.根据权利要求15或权利要求16所述的方法，其中所述物理约束进一步包括引起所述一个或多个反射表面处于阴影中的相邻结构。
19.一种确定入射在收集器上的太阳辐射的量的方法，该方法的特征为以下步骤，包括：
确定在一个给定纬度处、在全年中的白天的一个给定时刻或时期太阳在天空中的位置；
确定被定位用于在所述时刻或所述时期中将太阳辐射反射到该收集器的一个表面的一个或多个反射表面的一个面积，假设这些反射表面都未处于阴影中；
确定该一个或多个反射表面的处于阴影中并且因此不能够在所述时刻或所述时期中将太阳辐射反射到该收集器的一个表面的一个面积；
确定该收集器的接收来自太阳的直接太阳辐射的一个面积；
通过将被定位用于将太阳辐射反射到该收集器表面的该一个或多个反射表面的该面积与该收集器的接收直接太阳辐射的该面积相加并且
减去该一个或多个反射表面的处于阴影中的该面积，确定入射在该收集器上的太阳辐射的量。
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