CN108931063A - 太阳能利用装置、太阳能发电或热利用系统以及构筑物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能利用技术领域，具体涉及一种太阳能利用装置及利用该装置的太阳能发电或热利用系统以及构筑物。所述太阳能利用装置包括线性接收器和反射聚光玻璃体；反射聚光玻璃体的上表面为光滑平面，下表面包括至少两排平行布置的条状凸起结构，每排条状凸起结构的长度方向与线性接收器的中心线平行，条状凸起结构外表面的部分或全部涂覆反射膜以形成反射面，由反射聚光玻璃体上表面射入的太阳光经每排条状凸起结构的反射面反射汇聚至一条焦线上；线性接收器位于反射聚光玻璃体反射汇聚光线的焦线位置。本发明具有结构简单可靠，成本低廉，占用空间小，还可充当构筑物或建筑物的建筑材料等，清洗维护便捷，省时省力。

Description

太阳能利用装置、太阳能发电或热利用系统以及构筑物

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术领域，尤其涉及一种太阳能利用装置及利用该装置的太阳能发电及热利用系统，以及利用该装置的构筑物。

背景技术

太阳能属于清洁的可再生能源,近些年在发电及热利用领域得到了快速发展，其中，聚光太阳能属于太阳能发电或热利用技术中的一种，其利用采集装置汇聚太阳光到接收装置上，接收装置收集太阳光进行光伏或光热利用，也可以利用该部分热能进一步的进行热电转换或热利用。

近年来，由于土地资源的日趋紧张，越来越多的太阳能利用装置应用到水面上或已有建筑结构中，如以浮板的形式设置在闲置的水面上，或设置在建筑物的房顶、墙面上等，此方式可大大节省用地成本，进一步利于太阳能产业的快速发展。

但是，聚光太阳能系统通常需要设置反射镜及接收器，该部分结构相对较为复杂，安装成本较高，对支撑结构的强度要求较高，且安装后占用的空间较大，同时，反射镜为多块分体结构清理维护费时费力。因此，提供一种更加简单紧凑、适用于应用到水面上或已有建筑结构中太阳能利用装置是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能利用装置及利用该装置的太阳能发电及热利用系统，该系统可作为构筑物的建筑材料使用，具有产品结构简单、成本低、占用空间小、施工方便、后期维护维修方便等优势。

根据本发明的实施例，提供了一种太阳能利用装置，包括线性接收器和反射聚光玻璃体；所述反射聚光玻璃体的上表面为光滑平面，下表面设有至少两排平行布置且朝向向下的条状凸起结构，每排所述条状凸起结构的长度方向与所述线性接收器的中心线平行，所述条状凸起结构外表面的部分或全部涂覆反射膜以形成反射面，由所述反射聚光玻璃体上表面射入的太阳光经每排所述条状凸起结构的反射面反射汇聚至一条焦线上；所述线性接收器位于反射聚光玻璃体反射汇聚光线的焦线位置。

优选地，所述太阳能利用装置还包括板状基体，所述板状基体与反射聚光玻璃体连接，所述板状基体位于反射聚光玻璃体下方。

优选地，所述板状基体为结构材料、保温材料或浮体材料。

优选地，所述条状凸起结构中凸起的截面形状为尖角、圆弧或者一条直线和一条圆弧拼接成的曲线。

优选地，所述太阳能利用装置还包括驱动结构，所述驱动结构包括第一驱动结构和/或第二驱动结构；所述第一驱动结构与所述线性接收器连接，第一驱动结构驱动所述线性接收器沿所述反射聚光玻璃体反射汇聚光线的焦线运动轨迹运动，使得所述太阳能利用装置时刻精准跟踪太阳光的高度角；所述第二驱动结构驱动所述反射聚光玻璃体与所述线性接收器同时旋转，以跟踪太阳光方位角，使反射聚光玻璃体始终将反射光线汇聚到线性接收器。

作为其中一种优选实施方案所述线性接收器通过一转动副与一固定杆转动连接，所述驱动结构包括驱动电机、与驱动电机输出轴固定连接的丝杠，所述丝杠的另一端与所述固定杆固定连接；在接收到驱动信号后，驱动电机驱动丝杠并带动固定杆沿与所述反射聚光玻璃体反射汇聚光线的焦线的移动轨迹移动，接收器在固定杆的带动下始终位于所述焦线的附近。

作为另一种优选实施方案，所述驱动结构包括驱动电机、弧形轨道和设置于所述轨道上的滑动构件，所述弧形轨道的活动轨迹与所述太阳光位置发生变化时所述汇聚焦线的移动轨迹相同；所述滑动构件与所述驱动电机的输出端连接；所述接收器固定在所述滑动构件上；所述驱动电机根据接收的驱动信号驱动所述滑动组件带动所述接收器沿所述反射聚光玻璃体反射汇聚光线的焦线的移动轨迹移动。

进一步地，所述线性接收器位于所述反射聚光玻璃体的其中一个边缘的上方，所述反射聚光玻璃体的边缘与所述线性接收器长度方向轴线平行。

优选地，所述线性接收器包括第一线性接收器和第二线性接收器，所述第一线性接收器和所述第二线性接收器分别设置在所述反射聚光玻璃体的两个边缘的上方，所述反射聚光玻璃体的两个边缘与所述线性接收器长度方向轴线平行。。

作为另一种优选实施方案，每排所述条状凸起结构均包括第一反射面和/或第二反射面；所述第一反射面间隔布置，所述第二反射面间隔布置；所述第一反射面将入射太阳光反射至第一线性接收器上，所述第二反射面将入射太阳光反射至第二线性接收器上。进一步优选地，在所述板状基体和所述反射聚光玻璃体之间还设有防护层。

进一步优选地，所述线性接收器为条状聚光光伏接收器、管状光热接收器或光伏光热一体化接收器。

根据本发明的另一方面，还提供了一种太阳能发电或热利用系统，包括若干组合排列的上述的太阳能利用装置。

优选地，若干所述太阳能利用装置布置在水面上，且在太阳位置发生变化时，构成所述太阳能发电或热利用系统的若干所述太阳能利用装置对太阳光进行整体追踪。

根据本发明的再一方面，还提供了一种构筑物，其屋顶和/或墙壁外表面覆盖上述的太阳能利用装置。

由以上技术方案可知，本发明提供的一种太阳能利用装置及利用该装置的太阳能发电及热利用系统，该系统可以作为构筑物的建筑材料使用。太阳光由反射聚光玻璃体的光滑平面射入到其底部条状凸起结构的反射膜上，太阳光被反射射出光滑平面，最终反射到线性接收器上，实现太阳光能量的采集。板状基体和反射聚光玻璃体的复合结构可充当基础结构，即当板状基体的材料为浮体材料时，板状基体和反射聚光玻璃体的复合结构可用作水面上的浮板结构；当板状基体的材料为保温材料和/或防水材料时，板状基体和反射聚光玻璃体的复合结构可用于屋顶或墙面的墙体结构。

该太阳能利用装置及利用该装置的太阳能发电及热利用系统，具有结构简单可靠，成本低廉，占用空间小，且可充当构筑物、建筑材料等，降低建设成本的特点，其表面采用玻璃板的形式，方便清洗维护操作，维护更加省时省力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据一优选实施例示出的太阳能利用装置的结构示意图；

图2示出了反射聚光玻璃体底部朝上时，截面形状为尖角的凸起结构的结构示意图；

图3示出了凸起结构对太阳光进行汇聚的光线图；

图4为太阳能利用装置整体旋转跟踪太阳光方位角的状态变化图；

图5为采用一种优选驱动结构的太阳能利用装置的结构示意图；

图6为采用另一种优选驱动结构的太阳能利用装置的结构示意图；

图7为线性接收器的其中一种布置方式图；

图8为线性接收器的另一种布置方式图。

图中：

1、线性接收器；2、反射聚光玻璃体；3、板状基体；4、条状凸起结构；5、转动副；6、固定杆；41、驱动电机；42、丝杠；51、驱动电机；52、弧形轨道；53、滑动构件；10、第一线性接收器；11、第二线性接收器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为根据一优选实施例示出的太阳能利用装置的结构示意图。如图1所示，太阳能利用装置包括由上而下依次设置的线性接收器1、反射聚光玻璃体2。

所述反射聚光玻璃体2的上表面为光滑平面，下表面设有至少两排平行布置且朝向向下的条状凸起结构。每排所述条状凸起结构4的长度方向与线性接收器1的中心线平行，所述条状凸起结构4外表面的部分或全部涂覆反射膜以形成反射面，由所述反射聚光玻璃体2上表面射入的太阳光经每排所述条状凸起结构的反射面汇聚至一条焦线上；所述线性接收器1位于反射聚光玻璃体2反射汇聚光线的焦线位置。

该太阳能利用装置，通过反射聚光玻璃体2将太阳光反射到线性接收器1上。具体地，反射聚光玻璃体2呈板状，太阳光需先射入所述反射聚光玻璃体2，经条状凸起结构4形成的反射面反射，再经反射聚光玻璃体2射出，然后汇聚成一条光带，即反射汇聚光线的焦线。为保证由反射聚光玻璃体2射出的光线能够汇聚至线性接收器1上，由反射聚光玻璃体2射出的入射角小于反射聚光玻璃体2出射光线发生全反射的临界角。

太阳能利用装置还包括板状基体3，如图1所示，板状基体3与反射聚光玻璃体2连接，板状基体3位于反射聚光玻璃体2下方，二者形成紧密配合结构。

优选地，板状基体3由结构材料、保温材料或浮体材料中的一种材料制作而成。其中所述结构材料可以为屋顶、墙体等建筑支撑面。

本申请实施例中的条状凸起结构4，其截面形状可为尖角，也可为圆弧，或者亦可为一条直线和一条圆弧拼接成的曲线。为使反射聚光玻璃体2每条条状凸起结构4反射的光线能够汇聚成一条光带，每排条状凸起结构4上的倾斜反射面的倾斜角度各不相同，图2示出了反射聚光玻璃体截面形状为尖角的条状凸起结构4的结构示意图。图3示出了条状凸起结构4对太阳光进行汇聚的光线图。

在反射聚光玻璃体2的底部包括多排条状凸起结构4，通过调整条状凸起结构4反射面的反射角度，可将反射聚光玻璃体2接收面积范围内的全部太阳光线汇聚到一定宽度的光带范围内，当线性接收器1为真空集热管时，该光带范围不大于线性接收器1的直径，以保证将全部太阳光线汇聚到线性接收器1上，实现太阳光热能采集。

本实施例中太阳能利用装置中的反射聚光玻璃体2和板状基体3复合呈板体结构，反射聚光玻璃体2中的条状凸起结构4中突出的部分可插入到板状基体3上，使两者固定连接，还可采用粘接等方式固定连接。该产品的本发明具有结构简单可靠，成本低廉，占用空间小，且可充当构筑物、建筑材料等，降低建设成本的特点，其表面采用玻璃板的形式，方便清洗维护操作，维护更加省时省力。

本发明的发明人发现，在太阳位置发生变化时，反射聚光玻璃体2反射汇聚光线的焦线会沿着一固定的弧线轨迹运动，如图5中的虚线。故在上述技术方案的基础上，进行技术方案的进一步优选，即在上述结构的太阳能利用装置基础上，再增加一驱动结构,以提高太阳光的采集效率。

本实施例中优选的驱动结构包括第一驱动结构和/或第二驱动结构；第一驱动结构与所述线性接收器1连接，如图5所示，第一驱动结构驱动所述线性接收器1沿所述反射聚光玻璃体2反射汇聚光线的焦线运动轨迹运动，使得太阳能利用装置时刻精准跟踪太阳光的高度角。

第二驱动结构驱动所述反射聚光玻璃体与所述线性接收器同时旋转，以跟踪太阳光方位角，使反射聚光玻璃体始终将反射光线汇聚到线性接收器。如图4所示，第二驱动结构运行过程中，太阳光在地面上的投影与线性接收器的长度方向轴线始终保持平行。图中所示为太阳能利用装置整体旋转跟踪太阳光方位角的3种状态变化。以北半球冬季早、中、晚为例，太阳早上从东南方向升起，太阳能利用装置的线性接收器与入射太阳光地面投影平行，实现太阳光方位角的跟踪；随着时间的推移，太阳逐渐升高并向西运动，太阳能利用装置整体顺时针方向旋转，完成对太阳光方位角的跟踪；下午，太阳逐渐下降并继续向西运动，太阳能利用装置继续整体顺时针方向旋转以精确跟踪太阳光方位角。

图5为采用一种优选驱动结构的太阳能利用装置的结构示意图，如图5所示，线性接收器1通过一个转动副5与一固定杆6转动连接，驱动结构包括驱动电机41、与驱动电机输出轴固定连接的丝杠42，所述丝杠的另一端与所述固定杆6固定连接。在接收到驱动信号后，驱动电机驱动丝杠并带动固定杆沿与所述反射聚光玻璃体2反射汇聚光线的焦线的移动轨迹移动，接收器在固定杆的带动下始终位于所述焦线的附近。

图6为采用另一种优选驱动结构的太阳能利用装置的结构示意图，如图6所示，所述驱动结构包括驱动电机51、弧形轨道52和设置于所述轨道上的滑动构件53，所述弧形轨道的活动轨迹与所述太阳光位置高度角变化时所述汇聚焦线的移动轨迹相同。所述滑动构件与所述驱动电机的输出端连接；所述接收器固定在所述滑动构件上；所述驱动电机根据接收的驱动信号驱动所述滑动组件带动所述接收器沿所述反射聚光玻璃体2反射汇聚光线的焦线的移动轨迹移动，线性接收器1则始终位于反射聚光玻璃体2反射汇聚光线的焦线附近。

需要说明的是，上述驱动结构只是示例性的，本发明对于驱动结构的具体结构不做限定，凡是能够保证线性接收器1始终位于反射聚光玻璃体2反射汇聚光线的焦线附近的驱动结构均落入本发明的保护范围。

在太阳能利用装置中，所述线性接收器1位于所述反射聚光玻璃体2的其中一个边缘的上方，所述反射聚光玻璃体2的边缘与所述线性接收器1的长度方向轴线平行。

根据线性接收器1的位置不同，反射聚光玻璃体2中倾斜反射面的朝向不同，如图1所示，所述线性接收器1位于所述反射聚光玻璃体2的其中一个边缘的上方，所述反射聚光玻璃体2的边缘与所述线性接收器1的长度方向轴线平行。所述反射聚光玻璃体2可由至少一个反射聚光玻璃体单元组成，优选地，反射聚光玻璃体2由两个反射聚光玻璃体单元组成，两个反射聚光玻璃体单元分设于所述线性接收器1的两侧，每个反射聚光玻璃体单元下表面各条状凸起结构上的反射面的布置角度各不相同。

优选地，线性接收器1在反射聚光玻璃体2之上，两者间存在一定距离，受大风等环境影响，可能造成线性接收器1晃动，使太阳能利用装置不稳定。因此，利用驱动结构，可将线性接收器1移动至反射聚光玻璃体2的表面处，使两者贴合，降低外界环形的影响，进一步提高安全性。

上述方式中，在反射聚光玻璃体2众多的情况下，相邻的两组反射聚光玻璃体2可共用一个线性接收器1，进一步地优化产品结构，减少线性接收器1的使用数量，降低成本，同时，可确保采集效率更加稳定高效。

如图1所示，该结构中，至少一个反射聚光玻璃体单元和板状基体其上方对应一个线性接收器，此为一独立结构，应用时，根据实际安装面积选择线性接收器的安装使用数量即可。

优选地，所述线性接收器包括第一线性接收器10和第二线性接收器11，如图7所示，所述第一线性接收器10和所述第二线性接收器11分别设置在所述反射聚光玻璃体2的两个边缘的上方，所述反射聚光玻璃体2的两个边缘与所述线性接收器1长度方向轴线平行。

如图8所示的一种优选的条状凸起4结构示意图，在反射聚光玻璃体2下表面的每排所述条状凸起结构4均包括第一反射面和/或第二反射面；所述第一反射面间隔布置，所述第二反射面间隔布置；所述第一反射面将入射太阳光反射至第一线性接收10器上，所述第二反射面将入射太阳光反射至第二线性接收器11上。上述布置方式可大大提升反射聚光玻璃体2的反射聚光面积，有效提高该太阳能利用装置的采光效率，能够产出更多的电能和/或热能。

需要说明的是，上述线性接收器的布置位置只是示例性的，在实际生产过程中，线性接收器的安装位置还可根据实际生产要求进行适应性改变，只要保证线性接收器始终位于反射聚光玻璃体反射汇聚光线的焦线位置即可。

进一步优选地，在板状基体3和反射聚光玻璃体2之间还设有防护层。防护层可有效的保护反射聚光玻璃体2的反射膜，避免反射膜破损，延长其使用寿命。

优选地，所述线性接收器1为条状聚光光伏接收器、管状光热接收器或光伏光热一体化接收器中的任一种，线性接收器1的类型可以根据用户的需要进行选择，最终输出电能或热能或者二者的混合能。

根据本发明的另一方面，还提供了一种太阳能发电或热利用系统，包括若干组合排列的上述太阳能利用装置。

优选地，太阳能发电或热利用系统中的若干太阳能利用装置布置在水面上，且在太阳位置发生变化时，构成所述太阳能发电或热利用系统的若干所述太阳能利用装置进行整体追踪。太阳能利用装置作为太阳光能量的采集、接收系统应用到太阳能热/发电系统中。以浮体太阳能发电系统为例，太阳能利用装置中板状基体3由浮体材料制成，可直接将板状基体3放置在水面上，在水面形成漂浮。正常运行时，在驱动结构的作用下，太阳能利用装置整体旋转以跟踪太阳光方位角，同时，线性接收器按照一定轨迹运行以跟踪太阳光高度角，最终将入射太阳光精确反射到线性接收器1上，实现太阳光能量的收集。

所述线性接收器1收集到的热能可直接用于热电转换，或者对热能进行存储，待需要时进行取热，再进行热电转换；或者对热能进行热利用，如进行热交换提高水温用于生活用水、供暖等。

上述太阳能发电或热利用系统布置在水面上，可以减少水面蒸发，抑制藻类繁殖，保护水资源。当板状基体为保温材料时，冬季寒冷条件下，太阳能发电或热利用系统可以充当水体的保温结构，能够起到一定的防冻作用。

本发明所述的太阳能利用装置遇到台风等恶劣环境时，可利用驱动结构带动线性接收器1贴合在反射聚光玻璃体之上，防止线性接收器晃动带动反射聚光玻璃体及板状基体侧翻，更加的安全可靠。

根据本发明的再一方面，还提供了一种构筑物，其屋顶和/或墙壁外表面覆盖上述太阳能利用装置。太阳能利用装置中板状基体由耐火保温材料制成，在屋顶和/或墙壁成型时，可使用板状基体和反射聚光玻璃体的复合结构作为外层结构，最后设置线性接收器即可。

太阳能利用装置中的板状基体，即为建筑物中的一部分，可为屋顶或建筑墙体，也是太阳能利用装置的一部分，两者公用该部分结构，可节省建筑成本，优化建筑构的结构。

集热时，太阳光照射到建筑物的屋顶或墙壁上，即照射到反射聚光玻璃体2，倾斜反射面将接收面积范围内的太阳光汇聚反射到线性接收器1上，线性接收器1中设置传热介质，传热介质升温吸收热量，对热能进一步利用。

当太阳能利用装置需要清洗时，集中大面积清洗反射聚光玻璃体的表面即可，由于反射聚光玻璃体的表面为光滑平面结构，清洗操作简单快捷。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (12)

1.一种太阳能利用装置，其特征在于，包括线性接收器和反射聚光玻璃体；

所述反射聚光玻璃体的上表面为光滑平面，下表面设有至少两排平行布置且朝向向下的条状凸起结构，每排所述条状凸起结构的长度方向与所述线性接收器的中心线平行，所述条状凸起结构外表面的部分或全部涂覆反射膜以形成反射面，由所述反射聚光玻璃体上表面射入的太阳光经每排所述条状凸起结构的反射面反射汇聚至一条焦线上；

所述线性接收器位于反射聚光玻璃体反射汇聚光线的焦线位置。

2.根据权利要求1所述的太阳能利用装置，其特征在于，还包括板状基体，所述板状基体与反射聚光玻璃体连接，所述板状基体位于反射聚光玻璃体下方。

3.根据权利要求2所述的太阳能利用装置，其特征在于，所述板状基体为结构材料、保温材料或浮体材料。

4.根据权利要求1所述的太阳能利用装置，其特征在于，所述条状凸起结构中凸起的截面形状为尖角、圆弧或者一条直线和一条圆弧拼接成的曲线。

5.根据权利要求1至4中任一所述的太阳能利用装置，其特征在于，还包括驱动结构，所述驱动结构包括第一驱动结构和/或第二驱动结构；

所述第一驱动结构与所述线性接收器连接，第一驱动结构驱动所述线性接收器沿所述反射聚光玻璃体反射汇聚光线的焦线运动轨迹运动，使得所述太阳能利用装置时刻精准跟踪太阳光的高度角；

所述第二驱动结构驱动所述反射聚光玻璃体与所述线性接收器同时旋转，以跟踪太阳光方位角，使反射聚光玻璃体始终将反射光线汇聚到线性接收器。

6.根据权利要求5所述的太阳能利用装置，其特征在于，所述线性接收器位于所述反射聚光玻璃体的其中一个边缘的上方，所述反射聚光玻璃体的边缘与所述线性接收器长度方向轴线平行。

7.根据权利要求5所述的太阳能利用装置，其特征在于，所述线性接收器包括第一线性接收器和第二线性接收器，所述第一线性接收器和所述第二线性接收器分别设置在所述反射聚光玻璃体的两个边缘的上方，所述反射聚光玻璃体的两个边缘与所述线性接收器长度方向轴线平行；

每排所述条状凸起结构均包括第一反射面和/或第二反射面；所述第一反射面间隔布置，所述第二反射面间隔布置；

所述第一反射面将入射太阳光反射至第一线性接收器上，所述第二反射面将入射太阳光反射至第二线性接收器上。

8.根据权利要求5所述的太阳能利用装置，其特征在于，在所述板状基体和所述反射聚光玻璃体之间还设有防护层。

9.根据权利要求1所述的太阳能利用装置，其特征在于，所述线性接收器为条状聚光光伏接收器、管状光热接收器或光伏光热一体化接收器。

10.一种太阳能发电或热利用系统，其特征在于，包括若干组合排列的如权利要求1至9中任一所述的太阳能利用装置。

11.根据权利要求10所述的太阳能发电或热利用系统，其特征在于，若干所述太阳能利用装置布置在水面上，且在太阳位置发生变化时，构成所述太阳能发电或热利用系统的若干所述太阳能利用装置对太阳光进行整体追踪。

12.一种构筑物，其特征在于，其屋顶和/或墙壁外表面覆盖如权利要求1至10中任一所述的太阳能利用装置。