CN117099218A - 太阳能利用装置 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能利用装置，包括液体聚光装置（100）、光能利用装置（200）和反射槽（300），光能利用装置（200）具有第一光能利用部（210）和第二光能利用部（220），液体聚光装置（100）的受光面大于第一光能利用部（210）和/或第二光能利用部（220）的宽度，能够接收更多的太阳光。液体聚光装置（100）内填充有透明液体（130），太阳光能够从液体聚光装置（100）的透光腔壁透射至透明液体（130）中，并形成全反射现象。反光槽（300）能够将透射出液体聚光装置（100）的太阳光反射回液体聚光装置（100）内或反射至光能利用装置（200）上。在全反射现象以及反射槽（300）的共同作用下，能够使更多的太阳光向光能利用装置（200）上汇聚，提高聚光效率。同时，液体聚光装置（100）为轴对称结构或回转结构，能够适应更大的太阳光的角度偏转或扩大受光面的面积，从而可用于提高聚光比或适应太阳光的东西方向的偏转。
Description
本申请涉及光能转换利用装置。
随着光伏板的成本的降低和效率的增加，太阳能系统得到越来越多的应用。但，目前的低倍聚光式太阳能装置通常不带液体冷却，因而其工作温度较高，带来效率的损失。另外一些虽然有采用液体冷却，但却没有利用到液体的光学功能。
本申请主要提供一种新型的太阳能利用装置，以展示一种新的太阳能利用结构。
基于上述目的，本申请一种实施例中提供一种太阳能利用装置，包括：
光能利用装置，所述光能利用装置具有能够接收并转换利用太阳光的第一光能利用部和第二光能利用部，所述第一光能利用部和第二光能利用部相背离设置；
液体聚光装置，所述液体聚光装置的为轴对称结构或回转结构，所述液体聚光装置具有容置腔，所述容置腔内填充有透明液体，所述容置腔的至少部分腔壁为透光腔壁，其中，至少一个所述透光腔壁为受光面，用以接收从外侧射入的太阳光，所述光能利用装置设于所述容置腔内、所述容置腔外或组成所述容置腔的腔壁，所述受光面的宽度大于所述第一光能利用部和/或第二光能利用部的宽度；
以及反射槽，所述反射槽的内壁具有反光面，所述液体聚光装置设于所述反射槽内，所述第二光能利用部朝向所述反光面设置，一部分太阳光能够从所述液体聚光装置透射至所述反光面上，并由所述所述反光面反射回所述液体聚光装置内或反射至所述光能利用装置上，所述容置腔中一部分自所述透明液体射向所述透光腔壁的太阳光形成全反射现象，将太阳光向所述光能利用装置上汇聚。
一种实施例中，所述光能利用装置设于所述容置腔内，所述第一光能利用部与所述腔壁之间以及所述第二光能利用部与所述腔壁之间均留有间隙，用于容置所述透明液体，所述透明液体将太阳光引导至所述第一光能利用部和所述第二光能利用部上。
一种实施例中，所述透光腔壁包括透光顶壁和透光底壁，所述光能利用装置设于所述容置腔内，且所述第一光能利用部设置在所述透光顶壁的内侧，以接收从所述透光顶壁射入的太阳光，所述第二光能利用部与所述透光底壁之间设有所述透明液体，所述透明液体将太阳光引导至所述第二光能利用部上。
一种实施例中，所述透光腔壁包括透光顶壁和透光底壁，所述第一光能利用部设于所述透光底壁的外侧，所述透明液体将太阳光引导至所述第一光能利用部，所述反光面能够将至少部分太阳光反射至所述第二光能利用部上。
一种实施例中，所述透光顶壁或所述透光底壁为平面、曲面、折面或菲涅透镜齿面。
一种实施例中，所述透光底壁具有V型结构或倒V型结构。
一种实施例中，所述反光面与所述透光底壁之间分离设置。
一种实施例中，所述透光底壁的一部分与所述反光面的一部分重合在一起。
一种实施例中，所述透光底壁具有V型结构或倒V型结构，所述反射槽的底部与所述V型结构或所述倒V型结构重合在一起。
一种实施例中，至少一部分所述反光面为反射式菲涅尔透镜。
一种实施例中，所述反射槽的底部具有向所述液体聚光装置凸起设置的反光结构。
一种实施例中，还包括封闭容器，所述光能利用装置和所述液体聚光装置设于所述封闭容器内，所述封闭容器具有透光面，以便太阳光能够从所述透光面射入所述液体聚光装置中，所述封闭容器内设有工质，所述工质与所述光能利用装置接触，所述封闭容器具有第一对外接口，用于所述工质进出所述封闭容器，以利用所述工质。
一种实施例中，还包括安装件，所述安装件与所述液体聚光装置和/或所述反射槽连接，所述安装件用于将所述太阳能利用装置与另一个相邻的太阳能利用装置连接。
依据上述实施例的太阳能利用装置，其包括光能利用装置、液体聚光装置以及反射槽。该液体聚光装置的受光面大于第一光能利用部和/或第二光能利用部的宽度，能够接收更多的太阳光。液体聚光装置内填充有透明液体，太阳光能够从液体聚光装置的透光腔壁透射至透明液体中，并形成全反射现象。该反光槽还能够将透射出液体聚光装置的太阳光反射回液体聚光装置内或反射至光能利用装置上。在全反射现象以及反射槽的共同作用下，能够使更多的太阳光向光能利用装置上汇聚，提高聚光效率。同时，该液体聚光装置为轴对称结构或回转结构，该结构能够适应更大的太阳光的角度偏转或扩大受光面的面积，从而可用于提高聚光比或适应太阳光的东西方向的偏转。
图1为本申请第一种实施例中太阳能利用装置的横截面示意图。
图2为本申请第二种实施例中太阳能利用装置的横截面示意图。
图3为本申请第三种实施例中太阳能利用装置的分拆结构示意图。
图4为本申请第四种实施例中太阳能利用装置的横截面示意图。
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。
本实施例提供了一种太阳能利用装置，其用于接收并利用太阳光进行能量转换，将太阳光转换成电能、热能以及其他形式的能量，以供人们使用。
该太阳能利用装置包括至少一个光能利用装置、至少一个液体聚光装置以及反射槽。该光能利用装置具有能够接收并转换利用太阳光的第一光能利用部和第二光能利用部，该第一光能利用部和第二光能利用部相背离设置。一种实施例中，该第一光能利用部及第二光能利用部可以为光伏板、光热利用装置、光电和热能综合利用装置、聚光式光能利用装置中的一个或多个。该光伏板泛指任何直接将光能转换为电能的器件，包括各种半导体光伏板、光伏薄膜、量子点光电转换器件等。在其他实施例中，该第一光能利用部和第二光能利用部还可以为其他形式的太阳光利用转换结构。
液体聚光装置具有若干个腔壁，这些腔壁围成容置腔，容置腔内填充有透明液体。光能利用装置设于容置腔内、容置腔外或组成容置腔的腔壁。这些腔壁中至少一部分为透光腔壁，例如可以全部为透光腔壁。该透光腔壁可以根据实际需求设计为容置腔的底壁、侧壁或顶壁。透光腔壁均以透光材料制成，太阳光能够从透光腔壁透射至透明液体。其中，至少一个透光腔壁为受光面，用以接收从外侧射入的太阳光。通常顶壁作为受光面，但是很显然，该受光面并不限于顶壁。
该液体聚光装置的结构设置为：部分自透明液体射向透光腔壁的太阳光形成全反射（或称为全内反射）现象，即被反射到透明液体中的太阳光在全反射作用下，继续在液体聚光装置内传播，并最终汇集到第一光能利用部和/或第二光能利用部上。根据第一光能利用部和/或第二光能利用部设置的位置不同，能够形成全反射现象的透光腔壁也不同。
该反射槽的内壁具有反光面，用于向第一光能利用部和/或第二光能利用部反射太阳光。该液体聚光装置设于反射槽内，一种实施例中，第二光能利用部朝向反光面设置。一部分太阳光能够从液体聚光装置透射至反光面上，并由反光面反射回液体聚光装置内或反射至第二光能利用部上。至少部分被反射回液体聚光装置的太阳光可在全反射现象下继续向第一光能利用部和/或第二光能利用部汇集。
在该实施例中，该液体聚光装置的受光面大于第一光能利用部和/或第二光能利用部的宽度，能够接收更多的太阳光。太阳光能够从液体聚光装置的透光腔壁透射至透明液体中，并形成全反射现象。该反光槽还能够将透射出液体聚光装置的太阳光反射回液体聚光装置内或反射至光能利用装置上。在全反射现象以及反射槽的共同作用下，能够汇聚更多的太阳光至光能利用装置上。为了更好的利用这些太阳光，本实施例采用了相对设置的两面受光结构（第一光能利用部和/或第二光能利用部），从而从两个相背离的方向（如朝向太阳和背离太阳两个方向）吸收这些太阳光，提高聚光效率。
同时，该液体聚光装置为轴对称结构（包括一个对称轴或两个对称轴）或回转结构。所谓轴对称，乃指，沿着与某条轴线垂直的平面切开的横截面，形状都类同，大小可以相同或不同。一种实施例中，该轴对称结构可以为具有一个对称轴的单轴对称结构。或者也可以为具有两个或以上对称轴的双轴对称结构，即该液体聚光装置可沿两个以上位于不同方向且相互不平行的平面剖切，且分别得到的横截面沿不同方向的对称轴形成轴对称结构，例如正方体结构可以从多个不同的方向进行剖切而得到不同横截面，但这些横截面本身均为轴对称结构。所谓回转结构是指以弧面、折面、弧面与折面的组合或其他形状的面来围绕某一个中心线设置的结构，其包括绕某一个旋转中心线旋转形成的回转体结构以及将回转体结构中的弧面用折面或折面与弧面的组合来替换而形成的近似于回转体结构的其他结构。在回转结构中，其外壁围绕中心设置。具体地，在回转体结构中，从任意过旋转中心线的平面切开都得到一个相同的横截面，该横截面以旋转中心线为对称轴。在某些近似于回转体结构的其他结构中，因为采用了折面替代回转体的弧面，因此可能无法保证从每个过其中心线的平面切开都得到一个相同且对称的横截面，但从某几个特定角度的且过其中心线的平面切开而得到的横截面也可能为相同且对称的形状。该轴对称结构或回转结构能够适应更大的太阳光的角度偏转或扩大受光面的面积，从而可用于提高聚光比或适应太阳光的东西方向的偏转。
一种实施例中，该透明液体可以是纯净水（水）、防冻液体(水和乙二醇的混合物）或其它的环保护透明液体（如水和甘油的混合物）。此外，该透明液体还可以直接或间接与第一光能利用部和/或第二光能利用部形成热传递结构，进而对第一光能利用部起到降温或吸热的作用，提高光能利用率。
进一步地，该光能利用装置可设于容置腔内、容置腔外或组成容置腔的腔壁。一种实施例中，光能利用装置设于容置腔内，第一光能利用部与腔壁之间以及第二光能利用部与腔壁之间均留有间隙，用于容置透明液体，透明液体将太阳光引导至第一光能利用部和第二光能利用部上。
一种实施例中，透光腔壁包括透光顶壁和透光底壁，光能利用装置设于容置腔壁上，且第一光能利用部贴附在透光顶壁的内侧或外侧，以接收透光顶壁射入的太阳光，第二光能利用部与透光底壁之间设有透明液体，透明液体将太阳光引导至第二光能利用部上。
一种实施例中，透光腔壁包括透光顶壁和透光底壁，第一光能利用部设于透光底壁的外侧或内侧，透明液体将太阳光引导至第一光能利用部，反光面能够将部分太阳光反射至第二光能利用部上。
基于上述发明构思，以下通过几种不同的实施例进一步说明，以更好的展示本申请创造。
实施例一：
请参考图1，本实施例公开的太阳能利用装置包括液体聚光装置100、光能利用装置200和反射槽300。该液体聚光装置100为封闭结构，围成一个封闭的容置腔，容置腔内填充满透明液体130。该容置腔具有透光顶壁110和透光底壁120。该光能利用装置200浸泡在透明液体中，并具有能够接收并转换利用太阳光的第一光能利用部210和第二光能利用部220，该第一光能利用部210朝上，第二光能利用部220朝下。第一光能利用部210与容置腔的腔壁之间以及第二光能利用部220与腔壁之间均留有间隙，用于容置透明液体130，透明液体130将太阳光引导至第一光能利用部210和第二光能利用部220上。该液体聚光装置100和光能利用装置200设置在反光槽300的槽体内，反光槽具有反光面。
当然，在其他实施例中，该光能利用装置200可是设置在液体聚光装置100的透光顶壁110或透光底壁120内表面或外表面上。
图1显示了一部分入射光L经液体聚光装置100折射、反射槽300反射、再经液体聚光装置100折射，然后全反射到光能利用装置200的过程。而另一部分未示出的太阳光也可能直接从液体聚光装置100透射和/或全反射至第一光能利用部210上，而不经反射槽300的反射。即充分利用液体聚光装置100中透明液体130的全反射现象以及反射槽300的反射作用，来实现更大角度的太阳光收集以及聚光功能。
一种实施例中，反射槽300的至少一部分反光面为反射式菲涅尔透镜或其他形式反射结构。
一种实施例中，该透明液体130还可以用来对光能利用装置200进行冷却或吸热，提高光能利用装置200的光能利用率。也就是说，某些透光侧壁（如透光顶壁110）同时具备两种功能：先通过一处表面透射来自外部的入射光，再通过其一处表面全反射来自透明液体130的光。在其它的实施例里，透光底壁120（的至少一部分）也同时具备透射和全反射的功能。
请参考图1，在本实施例中，液体聚光装置100为一回转结构， 具体来说是一个回转体结构，C为其旋转中心线，其中图1示出的是沿过该旋转中心线C的竖直平面剖切后，该液体聚光装置100的横截面，而液体聚光装置100在立体空间内的形状应该由该横截面沿图1中虚线所示方向绕旋转中心线C旋转而成，图1中考虑到透视关系，该虚线所示为椭圆形，实际上该横截面绕旋转中心线C旋转的轨迹应该为圆形。该图1所示的横截面为一个五边形的折面，其中透光底壁120为四个折面连接而成。在其它的实施例中，液体聚光装置100的腔壁也可以为曲面或菲涅尔透镜齿面。如透光顶壁110或透光底壁120可以为平面、曲面、折面或菲涅透镜齿面。液体聚光装置100的截面也可以是四面体、七面体等其它形状。
请继续参考图1，在本实施例中，该透光底壁120具有V型结构121（或倒V型结构），以增加该透光底壁120在竖直方向上的深度。该反射槽300的底部也可具有向液体聚光装置100凸起设置的反光结构310，如图1所示呈倒V型凸起的反光结构310，与透光底壁120的V型结构121相对，以便能够将更多的太阳光反射至第二光能利用部220上，提高第二光能利用部220对太阳光的利用率，进而提高光能利用装置的整体效率。
其中，一种实施例中，该反光面与透光底壁120之间分离设置，互不接触。或者，该透光底壁120的一部分也可与反光面接触或重合在一起，以实现更好的散热。该接触可以为点接触，也可以为线接触或面接触。该重合也可以使两者为一体化结构。例如，反射槽300的底部可与V型结构121或倒V型结构接触或重合在一起。
实施例二：
请参考图2，本实施例公开的太阳能利用装置包括液体聚光装置100、光能利用装置200和反射槽300。图2显示本实施例太阳能利用装置的横截面，其中，该液体聚光装置100和反射槽300均为单轴对称的条形结构，其横截面呈轴对称的结构。
该实施例所示太阳能利用装置与实施例一的区别为本实施例的透光底壁120由六个平面构成。该透光底壁120也具有V型结构121（或倒V型结构），以增加该透光底壁120在竖直方向上的深度。但不同的是，本实施例中，该反射槽300的中间部位为线型反射式菲涅尔透镜。反光槽300的反光面（如底部的线型反射式菲涅尔透镜320）与透光底壁120之间分离设置，使得太阳光有更多的反射路径。
实施例三：
请参考图3，本实施例公开的太阳能利用装置包括液体聚光装置100、光能利用装置200和反射槽300。本实施例的液体聚光装置100和反射槽300的均为具有两个对称轴的双轴对称结构， 该双轴对称结构沿两个不同方向剖切后，均可得到轴对称的横截面，图3显示的是其分拆的立体结构图，该液体聚光装置100具体可为一个倒置的四棱锥台形状。本实施例适合于与跟日系统一起使用。
本实施例与实施例一的主要不同之处在于，透光腔壁包括透光顶壁110和透光底壁120，第一光能利用部210设于透光底壁120的外侧。例如，液体聚光装置100的底面中间部分平坦，光能利用装置200设置在这个平坦部位之下。透明液体130将太阳光引导至所述第一光能利用部210，反光面能够将至少部分太阳光反射至第二光能利用部220上。
一种实施例中，该反射槽300上凸起的反光结构310可与透光底壁120点、线或面接触，以实现更好的散热。
进一步地，本实施例中，还包括安装件，该安装件与液体聚光装置100和/或反射槽300连接，安装件用于将太阳能利用装置与其他装置连接。请参考图3，一种更具体的实施例中，该安装件为透明挂耳111，用以安装太阳能利用装置，例如通过挂耳111将整个太阳能利用装置挂在其他物体或另一个太阳能利用装置上。
实施例四：
请参考图4，本实施例公开的太阳能利用装置包括液体聚光装置100、光能利用装置200、反射槽300。本实施例的液体聚光装置100和反射槽300的均为单轴对称的条形结构，其相对于对称轴的横截面呈轴对称的结构。
其中，该透光腔壁包括透光顶壁110和透光底壁120。光能利用装置设于容置腔内，且第一光能利用部210贴附在透光顶壁110的内侧，以接收从透光顶壁110射入的太阳光。第二光能利用部220与透光底壁120之间设有透明液体130，透明液体130将太阳光引导至第二光能利用部220上，例如通过全反射现象将尽量多的太阳光引导至第二光能利用部220上。
此外，该太阳能利用装置还包括封闭容器400，光能利用装置200和液体聚光装置100设于封闭容器400内，封闭容器400具有透光面，以便太阳光能够从透光面射入液体聚光装置100中。该透光面可以为封闭容器400的顶面或其他面。封闭容器400内设有工质420，工质420与光能利用装置200和/或反光槽300接触。封闭容器400具有第一对外接口410，用于工质进出封闭容器400，以利用工质。
具体地，请查看图5，一种更为具体的实施例中，该封闭容器400设置在反射槽300之下，并与液体聚光装置100和/或反光槽300有热接触。该封闭容器400的一部分表面如顶面，可以于液体聚光装置100或反射槽300的部分表面重合或共用，以便用于太阳光射入。该封闭容器400内设有工质420，和与外部热利用装置做热交换的第一对外接口410。
本实施例中，为了便于液体透明镜头的透明液体130与封闭容器400中的工质做热交换，透光底壁120的中间部分为倒V型，其与反射槽300上凸起的反光结构310重合，并且这一部分浸泡在封闭容器400的工质里。
以上应用了具体个例对本申请进行阐述，只是用于帮助理解本申请，并不用以限制本申请。对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，可以对上述具体实施方式进行变化。
Claims (13)
- 根据第一方面，一种实施例中提供一种太阳能利用装置,其特征在于，包括：光能利用装置，所述光能利用装置具有能够接收并转换利用太阳光的第一光能利用部和第二光能利用部，所述第一光能利用部和第二光能利用部相背离设置；液体聚光装置，所述液体聚光装置为轴对称结构或回转结构，所述液体聚光装置具有容置腔，所述容置腔内填充有透明液体，所述容置腔的至少部分腔壁为透光腔壁，其中，至少一个所述透光腔壁为受光面，用以接收从外侧射入的太阳光，所述光能利用装置设于所述容置腔内、所述容置腔外或组成所述容置腔的腔壁，所述受光面的宽度大于所述第一光能利用部和/或第二光能利用部的宽度；以及反射槽，所述反射槽的内壁具有反光面，所述液体聚光装置设于所述反射槽内，所述第二光能利用部朝向所述反光面设置，一部分太阳光能够从所述液体聚光装置透射至所述反光面上，并由所述所述反光面反射回所述液体聚光装置内或反射至所述光能利用装置上，所述容置腔中一部分自所述透明液体射向所述透光腔壁的太阳光形成全反射现象，将太阳光向所述光能利用装置上汇聚。
- 如权利要求1的太阳能利用装置，其特征在于，所述光能利用装置设于所述容置腔内，所述第一光能利用部与所述腔壁之间以及所述第二光能利用部与所述腔壁之间均留有间隙，用于容置所述透明液体，所述透明液体将太阳光引导至所述第一光能利用部和所述第二光能利用部上。
- 如权利要求1的太阳能利用装置，其特征在于，所述透光腔壁包括透光顶壁和透光底壁，所述光能利用装置设于所述容置腔内，且所述第一光能利用部贴附在所述透光顶壁的内侧，以接收从所述透光顶壁射入的太阳光，所述第二光能利用部与所述透光底壁之间设有所述透明液体，所述透明液体将太阳光引导至所述第二光能利用部上。
- 如权利要求1的太阳能利用装置，其特征在于，所述透光腔壁包括透光顶壁和透光底壁，所述第一光能利用部设于所述透光底壁的外侧，所述透明液体将太阳光引导至所述第一光能利用部，所述反光面能够将至少部分太阳光反射至所述第二光能利用部上。
- 如权利要求3或4的太阳能利用装置，其特征在于，所述透光顶壁或所述透光底壁为平面、曲面、折面或菲涅透镜齿面。
- 如权利要求3或4的太阳能利用装置，其特征在于，所述透光底壁具有V型结构或倒V型结构。
- 如权利要求3或4的太阳能利用装置，其特征在于，所述反光面与所述透光底壁之间分离设置。
- 如权利要求3或4的太阳能利用装置，其特征在于，所述透光底壁的一部分与所述反光面的一部分重合在一起。
- 如权利要求8的太阳能利用装置，其特征在于，所述透光底壁具有V型结构或倒V型结构，所述反射槽的底部与所述V型结构或所述倒V型结构重合在一起。
- 如权利要求1的太阳能利用装置，其特征在于，至少一部分所述反光面为反射式菲涅尔透镜。
- 如权利要求1的太阳能利用装置，其特征在于，所述反射槽的底部具有向所述液体聚光装置凸起设置的反光结构。
- 如权利要求1的太阳能利用装置，其特征在于，还包括封闭容器，所述光能利用装置和所述液体聚光装置设于所述封闭容器内，所述封闭容器具有透光面，以便太阳光能够从所述透光面射入所述液体聚光装置中，所述封闭容器内设有工质，所述工质与所述光能利用装置接触，所述封闭容器具有第一对外接口，用于所述工质进出所述封闭容器，以利用所述工质。
- 如权利要求1的太阳能利用装置，其特征在于，还包括安装件，所述安装件与所述液体聚光装置和/或所述反射槽连接，所述安装件用于将所述太阳能利用装置与另一个相邻的太阳能利用装置连接。
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