CN117178475A - 太阳能利用装置及太阳能利用装置的组合结构 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能利用装置及其组合结构，该太阳能利用装置具有透光顶盖、反光槽以及光能利用装置。该透光顶盖具有向内凹陷设置的第一透光部和自第一透光部的凹陷处向上凸起设置的第二透光部，基于该结构，能够将被反射和折射到透光顶盖外侧的太阳光重新从其他区域折射至透光顶盖内侧，提高折射进入透光顶盖的光量。同时，该反光槽与透光顶盖内形成至少一个液体聚光腔，该液体聚光腔内填充有透明液体，该液体聚光腔能够将至少一部分自透明液体射向液体聚光腔内壁的太阳光形成全反射现象，能够使更多的太阳光向光能利用装置上汇聚，减少太阳光再从液体聚光腔以及透光顶盖折射出装置之外的情况，提高聚光效率。
Description
本申请涉及太阳能利用装置。
太阳能利用装置用于对太阳能的进行回收利用，例如通过光伏板来进行太阳能发电等。随着光伏板的成本的降低和效率的增加，太阳能利用装置得到越来越多的应用。但，目前的低倍聚光式太阳能装置对太阳能的聚光效率还可以进一步提升。
本申请主要提供一种新型的太阳能利用装置以及该太阳能利用装置的组合结构，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了一种太阳能利用装置，包括光能利用装置和液体聚光透镜，所述液体聚光透镜包括：
透光顶盖，所述透光顶盖具有向内凹陷设置的第一透光部和自所述第一透光部的凹陷处向上凸起设置的第二透光部；
以及反光槽，所述反光槽与透光顶盖围成腔体，所述腔体内形成至少一个液体聚光腔，所述液体聚光腔内填充有透明液体，所述反光槽面向所述透光顶盖的一面具有反光面，以反射太阳光；
所述光能利用装置具有能够接收并转换利用太阳光的光能利用部，所述光能利用装置设于所述液体聚光腔内、所述液体聚光腔外或组成所述液体聚光腔的腔壁，以接收并利用太阳光；
其中，所述透光顶盖采用能够使太阳光自外向内折射至所述液体聚光腔内的透光材料制成，所述液体聚光腔形成能够将至少一部分自所述透明液体射向所述液体聚光腔内壁的太阳光形成全反射现象的结构，以将所述太阳光向所述光能利用部上汇聚。
一种实施例中，所述第一透光部分布在所述第二透光部的两侧或环绕所述第二透光部设置。
一种实施例中，所述第一透光部具有倾斜设置的第一透光壁，所述第二透光部为上小下大的凸起结构。
一种实施例中，所述透光顶盖和反光槽整体围成一个封闭的所述液体聚光腔；其中，
所述光能利用装置设于所述反光槽的内壁或组成所述反光槽的一部分，所述光能利用部朝向所述透明液体和透光顶盖设置；
或，所述光能利用装置设于所述液体聚光腔内，所述光能利用部具有相背离设置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朝向所述透光顶盖设置，所述第二光能利用部朝向所述反光槽设置，所述第一光能利用部和第二光能利用部均浸于所述透明液体中。
一种实施例中，在所述的太阳能利用装置中，通过透光隔断壁和/或光能利用装置将所述腔体分隔成至少一个所述液体聚光腔和至少一个空腔体，用以向所述光能利用装置引导太阳光。
一种实施例中，所述液体聚光腔包括位于所述第二透光部处的中间液体聚光腔和位于所述中间液体聚光腔两侧的左液体聚光腔和右液体聚光腔，所述左液体聚光腔和右液体聚光腔均为至少一个；至少一个所述空腔体位于所述中间液体聚光腔的下方并位于所述左液体聚光腔和右液体聚光腔的中间；所述光能利用装置设于所述中间液体聚光腔底壁的外侧或组成所述中间液体聚光腔的底壁，所述光能利用部具有相背离设置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朝向所述中间液体聚光腔设置，所述第二光能利用部朝向所述空腔体设置。
一种实施例中，所述左液体聚光腔和右液体聚光腔相对中间液体聚光腔对称设置。
一种实施例中，所述空腔体位于所述第二透光部的下方，所述光能利用装置设于所述空腔体的下方。
一种实施例中，所述液体聚光腔为两个以上，其中，部分或全部所述液体聚光腔之间相互密封隔开，相互密封隔开的所述液体聚光腔中分别填充相同或不同的透明液体。
一种实施例中，所述透光顶盖和反光槽环绕所述第二透光部的竖直中线呈桶状结构分布。
一种实施例中，所述透光顶盖和反光槽为回转体结构，所述回转体结构的旋转中线与所述第二透光部的竖直中线重合。
一种实施例中，在所述透光顶盖和反光槽的竖直截面中，所述透光顶盖大致呈W形，其中，所述W形的中间凸起区域为第二透光部，所述第二透光部的两侧区域为第一透光部。
一种实施例中，在所述透光顶盖和反光槽的竖直截面中，所述反光槽大致呈W形，所述反光槽中间凸起部分与所述透光顶盖中间凸起部分对应设置。
一种实施例中，所述透光顶盖、反光槽和液体聚光腔均为沿水平方向延伸的条状结构。
一种实施例中，在垂直于所述透光顶盖和反光槽延伸方向的竖直截面中，所述透光顶盖大致呈W形，其中，所述W形的中间凸起区域为第二透光部，所述第二透光部的两侧区域为第一透光部。
一种实施例中，在垂直于所述透光顶盖和反光槽延伸方向的竖直截面中，所述反光槽大致呈W形，所述反光槽中间凸起部分与所述透光顶盖中间凸起部分对应设置。
一种实施例中，在垂直于所述透光顶盖和反光槽延伸方向的竖直截面中，所述透光顶盖、反光槽以及液体聚光腔呈相对所述第二透光部的竖直中线对称的结构。
一种实施例中，所述透光顶盖和反光槽形成一个双轴对称结构。
基于上述目的，本申请一种实施例中提供了一种太阳能利用装置的组合结构，包括存放容器和至少两个如上述任一项所述的太阳能利用装置，所述太阳能利用装置平放在所述存放容器内，所述存放容器内设有工质，所述工质与所述太阳能利用装置接触，用以对所述太阳能利用装置进行降温和回收利用所述太阳能利用装置散发的热量。
依据上述实施例的太阳能利用装置，其具有透光顶盖、反光槽以及光能利用装置。聚光时，部分太阳光可能被透光顶盖反射掉，同时透光顶盖内侧的太阳光也可能再从透光顶盖折射到外部，因此，该透光顶盖具有向内凹陷设置的第一透光部和自第一透光部的凹陷处向外凸起设置的第二透光部，基于该结构，能够将被反射和折射到透光顶盖外侧的太阳光重新从其他位置折射至透光顶盖内侧，提高折射进入透光顶盖的光量。同时，该反光槽与透光顶盖内形成至少一个液体聚光腔，该液体聚光腔内填充有透明液体，该液体聚光腔能够将至少一部分自透明液体射向液体聚光腔内壁的太阳光形成全反射现象，能够使更多的太阳光向光能利用装置上汇聚，减少太阳光再从液体聚光腔以及透光顶盖折射出装置之外的情况，提高聚光效率。
图1为本申请第一种实施例中太阳能利用装置的竖直截面示意图。
图2为本申请第二种实施例中太阳能利用装置的竖直横截面示意图。
图3为本申请第三种实施例中太阳能利用装置在垂直于透光顶盖和反光槽延伸方向的竖直截面示意图。
图4为本申请第四种实施例中太阳能利用装置的透光顶盖和反光槽分拆示意图；
图5为本申请第五种实施例中太阳能利用装置的竖直横截面示意图。
图6为本申请一种实施例中太阳能利用装置的组合结构的竖直截面示意图。
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、热能或其他形式的能量，以供人们使用。
请参考图1-5，该太阳能利用装置包括光能利用装置100和液体聚光透镜200。该液体聚光透镜200包括透光顶盖210和反光槽220。该光能利用装置100具有能够接收并转换利用太阳光的光能利用部。该反光槽220与透光顶盖210围成腔体，该腔体可以为密封腔体，也可为非密封腔体。腔体内形成至少一个液体聚光腔，液体聚光腔内填充有透明液体230。
一种实施例中，该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。该光能利用部可为单面光能利用部，也可以为双面光能利用部，例如该光能利用部包括相背离设置的第一光能利用部和第二光能利用部。
该透光顶盖210采用能够使太阳光自外向内折射至液体聚光腔内的透光材料制成，使得外界的太阳光能够透过该透光顶盖210，进入到装置内部。其中，为了更多的聚光，避免过多太阳光被透光顶盖210反射掉，同时也避免过多太阳光经反光槽220反射后又从透光顶盖210折射到外界，该透光顶盖210采用具有向内凹陷设置的第一透光部211和自第一透光部211的凹陷处向外凸起设置的第二透光部212。必要时，该透光顶盖210也可包括其他结构，并不限于只由第一透光部211和第二透光部212组成。该第一透光部211可以采用倒圆锥形（见图1和2所示）、V形（见图3所示）、倒四棱锥形（见图4所示）、U形、柱形或者其他凹陷形状。该第二透光部212凸起设置，该凸起的第二透光部212与凹陷的第一透光部211之间形成空间，部分被第一透光部211和第二透光部212反射的太阳光以及在反光槽220的反射下又从透光顶盖210折射到外部的太阳光，能够重新从第一透光部211和第二透光部212表面折射至装置内，从而提高透光顶盖210上的进光量，使因反射或折射而无法进入装置的太阳光减少。
同时，为了更好的利用这些进入到装置内的太阳光，该光能利用装置100设于液体聚光腔内、液体聚光腔外或组成液体聚光腔的腔壁，以接收并利用太阳光。反光槽220面向透光顶盖210的一面具有反光面，以反射太阳光。该反光面可将太阳光反射至光能利用装置100、液体聚光腔或者后续所描述的空腔体等对象中，最终增加太阳光向光能利用装置100的汇聚。反光槽220的设计能够将以不同入射角度射入的太阳光通过反射的方式向光能利用装置100的汇聚，提高聚光效率。
其中，液体聚光腔形成能够将至少一部分自透明液体230射向液体聚光腔内壁的太阳光形成全反射（或称为全内反射）现象的结构，以将太阳光向光能利用部上汇聚。即，太阳光能够从透光顶盖210折射至透明液体230中，并在透明液体230中传播时，部分太阳光不会从液体聚光腔的腔壁（可能是透光顶盖210，也可能是其他结构）折射出去，而是在全反射作用下，继续在液体聚光腔内传播，并最终汇集到光能利用部上。本领域技术人员可根据需要实现的聚光效果来灵活设置全反射现象，例如通过设计透光顶盖210、反光槽220、液体聚光腔的腔壁各自的倾斜角度以及相互之间的角度，选择不同折射率的透明液体230、液体聚光腔的腔壁等方式来实现该全反射现象。
本实施例通过透光顶盖210和反光槽220的设计，增大了对太阳光的聚集，同时利用透明液体230作为光传播介质，利用透明液体230与其他介质的折射率的差异，以形成全反射现象，使更多的太阳光向光能利用装置100的光能利用部上汇聚，提高聚光效率。本实施例所示透光顶盖210的设计与全反射现象能够有机结合，尤其是液体聚光腔中某些太阳光因角度问题无法形成全反射现象，最终从透光顶盖210射出，此时，该透光顶盖210的第二透光部212能够将某一部分射出的太阳光再次聚集回液体聚光腔内，极大地提高了对太阳光的利用率。
一种实施例中，该第二透光部212的顶端低于第一透光部211的顶端，从而避免第二透光部212阻挡某些角度的太阳光照射到第一透光部211上。
一种实施例中，该透明液体230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230（如水和甘油的混合物）。此外，该透明液体230还可以直接或间接与光能利用部形成热传递结构，进而对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，为了扩大聚光面积，一种实施例中，该第一透光部211分布在第二透光部212的两侧或环绕第二透光部212设置。该实施例中，第一透光部211的不同侧面都可与对应的第二透光部212形成反射和折射作用，吸收更多的太阳光。当然，某些其他实施例中，该第一透光部211也可只分布在第二透光部212的一侧。
一种实施例中，第一透光部211具有倾斜设置的第一透光壁，第二透光部212为上小下大的凸起结构。如图1-5所示，该倾斜设置的第一透光壁的外端较其内端更远离第二透光部212，这样可在透光顶盖210上形成外大内小的开口形状，使更多太阳光能够照射到第一透光部211和第二透光部212上。
进一步地，一些实施例中，该反光槽220与透光顶盖210内形成至少一个液体聚光腔，包括该反光槽220与透光顶盖210可能整体围成一个封闭的液体聚光腔，也包括通过透光隔断壁240和/或光能利用装置100将腔体分隔成至少一个液体聚光腔（装有透明液体230的部分）和至少一个空腔体250，该透光隔断壁240和光能利用装置100也可用其他结构代替。该液体聚光腔和空腔体250均用以向光能利用装置100引导太阳光。其中，该反光槽220与透光顶盖210在围成腔体时，既包括仅借助该两个部件拼接而形成想要的腔体结构，也包括借助其他结构与该两个部件一起围合形成想要的腔体结构。
对于液体聚光装置来说，有很多因素需要考虑，例如，折射率（决定全反射角和反射浪费）、凝固点、成本等等。当液体聚光腔为两个以上时，其中，部分或全部液体聚光腔之间相互密封隔开，相互密封隔开的液体聚光腔中能够分别填充相同或不同的透明液体230。该设计就能根据需求（例如性价比的高低），自主选择不同液体聚光腔内的透明液体230种类。
当液体聚光腔为两个以上时，部分或全部液体聚光腔可以对称或非对称的结构设置，这可根据要实现的聚光效果而灵活选择。
某些实施例选择了用液体聚光腔和空腔体250组合的方式来聚集太阳光，其好处在于，首先，水有吸光特性，用空腔体250来代替部分液体聚光腔，可以减少光在水中的行程，进而减少光的损失；其次，空腔体250内的空气与水有不同的折射率，利用该折射率的不同，可在反光槽220和透光顶盖210的内部设计更多折射位置，将太阳光朝有利的方向引导，从而达到更好的聚光性能。该空腔体250内可充入气体，也可抽成真空状态。该空腔体250可密封，也可与外界环境相通。
为了便于清洁，本实施例的顶部还可设置透明防尘罩。
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，本实施例公开了一种太阳能利用装置，其包括光能利用装置100和液体聚光透镜200。该液体聚光透镜200包括透光顶盖210和反光槽220，该透光顶盖210和反光槽220为封闭结构，围成一个封闭的腔体，该腔体即作为一个整体的液体聚光腔，该液体聚光腔内填充满透明液体230。该光能利用装置100设于反光槽220的内壁或组成反光槽220的一部分，光能利用部（如第一光能利用部110）朝向透明液体230和透光顶盖210设置，从而经反光槽220反射和穿过透明液体230的太阳光能够作用到光能利用装置100上。
进一步地，在该实施例中，该液体聚光透镜200的透光顶盖210和反光槽220环绕第二透光部212的竖直中线呈桶状结构分布。该桶状结构为以第二透光部212的竖直中线C为轴线、上下封闭或半封闭、且外形近似于桶状的结构，该桶状结构的顶壁、侧壁和底壁可根据需要而变形成需要的形状，如采用图1所示的透光顶盖210（顶壁）和反光槽220（侧壁）的形状。该桶状结构包括以第二透光部212的竖直中线C为旋转中线（即其轴线）的回转体结构（如图1所示）以及近似于该回转体结构的变形结构。
其中，本实施例以及其他实施例中所说的竖直和水平方向，均是以图示摆放方向为基础。因太阳能利用装置实际应用时可能会根据地形、经纬度的不同而调整方向，因此该图示摆放方向可能与太阳能利用装置实际应用时的摆放位置有所不同。
请参考图1，以液体聚光透镜200为回转体结构为例，在任意一个透光顶盖210和反光槽220的竖直截面（即通过过第二透光部212的竖直中线C的竖直平面剖切后的截面）中，透光顶盖210大致呈W形，其中，W形的中间凸起区域为第二透光部212，第二透光部212的两侧区域为第一透光部211。图1中未直接示出该回转体结构的立体图，将图示竖直截面以第二透光部212的竖直中线C为中心，沿椭圆形虚线E旋转一圈，即可得到该回转体结构。其中，竖直截面的旋转路径应该为以第二透光部212的竖直中线C为中心的圆形，因透视关系，此处将其绘制为椭圆形。该W形的透光顶盖210经过旋转后，最终形成一个呈圆锥形凸起的第二透光部212和一个呈倒圆台形的第一透光部211，该第二透光部212设于第一透光部211的中部。当然，在透光顶盖210和反光槽220的竖直截面中，透光顶盖210也并不限于W形，还可以为其他形状，如“凹”字形、“山”字形、波浪形等。在该竖直截面中，该透光顶盖210可由四个折面组成，在其他实施例中，该透光顶盖210也可由更多折面，或者若干曲面或菲涅尔透镜齿面构成。
进一步地，请参考图1，在该实施例中，该光能利用装置100设于反光槽220的底部，该反光槽220可形成但不限于U形、V形或者类似的形状，以便更好的引导太阳光向光能利用装置100汇聚。
某些实施例中，在透光顶盖210和反光槽220的竖直截面中，反光槽220也大致呈W形，反光槽220中间凸起部分与透光顶盖210中间凸起部分对应设置。
图1显示了一种入射光L经透光顶盖210的第一透光部211折射、反光槽220反射后，再从透光顶盖210的第一透光部211折射到外界，然后再被透光顶盖210的第二透光部212折射至液体聚光腔内，并形成全反射，最终汇聚到光能利用装置100的光能利用部的过程。该实施例充分利用透光顶盖210中透明液体230的全反射功能，来实现聚光功能。同时，透明液体230还可以用来对光能利用装置100进行冷却或吸热，提高光能利用装置100的光能利用率。也就是说，透光顶盖210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230的光。
实施例二：
请参考图2，本实施例公开了一种太阳能利用装置，其包括光能利用装置100和液体聚光透镜200。该液体聚光透镜200包括透光顶盖210和反光槽220，该透光顶盖210和反光槽220为封闭结构，围成一个封闭的腔体，该腔体即作为一个整体的液体聚光腔，该液体聚光腔内填充满透明液体230。该光能利用装置100设于液体聚光腔内，光能利用部具有相背离设置的第一光能利用部110和第二光能利用部120。第一光能利用部110朝向透光顶盖210设置，第二光能利用部120朝向反光槽220的底部设置，第一光能利用部110和第二光能利用部120均浸于透明液体230中，从而经反光槽220反射和穿过透明液体230的太阳光能够作用到相背离的第一光能利用部110和第二光能利用部120上。
其中，在另一种实施例中，该光能利用装置100置于透光顶盖210和反光槽220围成的腔体中，其也可以与第二透光部212密封配合，从而将该腔体分隔成两个或者更多的液体聚光腔，例如在图2中，第一光能利用部110所面对的液体聚光腔与第二光能利用部120所面对的液体聚光腔为两个密封隔开的密封腔，在该两个腔体中可以分别填充相同或不同的透明液体230。
与实施例一类似，本实施例中，透光顶盖210和反光槽220也环绕第二透光部212的竖直中线C呈桶状结构。该桶状结构为以第二透光部212的竖直中线C为轴线、上下封闭或半封闭、且外形近似于桶状的结构，该桶状结构的顶壁、侧壁和底壁可根据需要而变形成其他形状，如采用图2所示的透光顶盖210（顶壁）和反光槽220（侧壁和底壁）的形状。该桶状结构包括以第二透光部212的竖直中线C为旋转中线（即其轴线）的回转体结构（如图1所示）以及近似于该回转体结构的变形结构。
具体地，请参考图2，以液体聚光透镜200为回转体结构为例，在任意一个透光顶盖210和反光槽220的竖直截面（即通过过第二透光部212的竖直中线C的竖直平面剖切后的截面）中，透光顶盖210大致呈W形，其中，W形的中间凸起区域为第二透光部212，第二透光部212的两侧区域为第一透光部211。图2中未直接示出该回转体结构的立体图，将图示竖直截面以第二透光部212的竖直中线C为中心，沿椭圆形虚线E旋转一圈，即可得到该回转体结构。其中，竖直截面的旋转路径应该为以第二透光部212的竖直中线C为中心的圆形，因透视关系，此处将其绘制为椭圆形。该W形的透光顶盖210经过旋转后，最终形成一个呈圆锥形凸起的第二透光部212和一个呈倒圆台形的第一透光部211，该第二透光部212设于第一透光部211的中部。当然，在透光顶盖210和反光槽220的竖直截面中，透光顶盖210也并不限于W形，还可以为其他形状，如“凹”字形、“山”字形、波浪形等。在该竖直截面中，该透光顶盖210可由六个折面组成，在其他实施例中，该透光顶盖210也可由更多或更少的折面，或者若干曲面或菲涅尔透镜齿面构成。
进一步地，请参考图2，在透光顶盖210和反光槽220的竖直截面中，反光槽220也大致呈W形，反光槽220中间凸起部分与透光顶盖210中间凸起部分对应设置。某些实施例中，该光能利用装置100也可设于反光槽220的底部。该反光槽220也可形成但不限于U形、V形或者类似的形状，以便更好的引导太阳光向光能利用装置100汇聚。
图2显示了某个角度的入射光L经透光顶盖210的折射、反光槽220反射、再经液体聚光透镜200全反射、然后再被反光槽220反射到双面光能利用装置100的第二光能利用部120的过程。
实施例三：
请参考图3，本实施例公开了一种太阳能利用装置，其包括光能利用装置100和液体聚光透镜200。该液体聚光透镜200包括透光顶盖210和反光槽220，该透光顶盖210和反光槽220为封闭结构，围成一个封闭的腔体。
该液体聚光透镜200为条状结构，图3示出了在垂直于透光顶盖210和反光槽220延伸方向的竖直截面，即以图3所示竖直截面向垂直于纸面的方向延伸，即可得到该液体聚光透镜200的立体结构。其中，该液体聚光透镜200中，通过透光隔断壁240和/或光能利用装置100将腔体分隔成至少一个液体聚光腔（装有透明液体230的部分）和至少一个空腔体250，该液体聚光腔内填充满透明液体230。其中，该结构也可应用于实施例一和实施例二中。该液体聚光腔和空腔体250用以向光能利用装置100引导太阳光。
具体来说，图3所示的实施例中，通过两个透光隔断壁240和光能利用装置100将腔体分隔成了三个液体聚光腔和一个空腔体250。该液体聚光腔包括位于第二透光部212处的中间液体聚光腔和位于中间液体聚光腔两侧的左液体聚光腔和右液体聚光腔。空腔体250位于中间液体聚光腔的下方并位于左液体聚光腔和右液体聚光腔的中间。光能利用装置100设于中间液体聚光腔底壁的外侧或组成中间液体聚光腔的底壁，光能利用部具有相背离设置的第一光能利用部110和第二光能利用部120，第一光能利用部110朝向中间液体聚光腔设置，第二光能利用部120朝向空腔体250设置。图3中中间液体聚光腔、左液体聚光腔、右液体聚光腔和空腔体250均为一个，在其他实施例中，可根据全反射效果以及聚光要求将这些腔设置为一个以上。
该液体聚光透镜200可以为条状对称结构，也可以为条状非对称结构。在垂直于透光顶盖210和反光槽220延伸方向的竖直截面上，该透光顶盖210、反光槽220、光能利用装置100、液体聚光腔和空腔体250可以设置对称或非对称结构。
请参考图3，以对称结构为例，在垂直于透光顶盖210和反光槽220延伸方向的竖直截面上，该左液体聚光腔和右液体聚光腔相对中间液体聚光腔对称设置，中间液体聚光腔本身也成对称结构，对称轴为中间液体聚光腔的竖直中线C。该对称结构能够更好的将太阳光向中间的光能利用装置100上聚集。
在该实施例中，可通过透光隔断壁240在液体聚光透镜200的腔体内设置更多的折射结构，更好地对液体聚光透镜200腔体内的太阳光进行控制和引导，进而使其向我们期望的方向传递，最终提高光能利用装置100上的光量。而空腔体250除了帮助在液体聚光透镜200内形成更多的折射结构外，还可减少光在水中的行程，进而减少光的损失。同时，该实施例中，光能利用装置100的第二光能利用部120不再浸泡在透明液体230之中，不仅提高了产品的安全性，而且因为没有透明液体230的影响，光能利用装置100与液体聚光透镜200在装配制造时也更加简单和方便。
在其它的实施例里，透光隔断壁也可以用来将透明液体230分隔在与图3所示区域不同的区域里。这样做，同样可以使得光能利用装置100不再浸泡在透明液体230之中。在液体聚光腔为两个以上时，部分或全部液体聚光腔之间相互密封隔开，相互密封隔开的液体聚光腔中分别填充相同或不同的透明液体230。
实施例四：
请参考图4，本实施例公开了一种太阳能利用装置，其包括光能利用装置100和液体聚光透镜200。该液体聚光透镜200包括透光顶盖210和反光槽220。
请参考图4，图中示出了透光顶盖210和反光槽220的拆分状态示意图。该透光顶盖210和反光槽220组合之后可形成封闭结构，围成一个封闭（也可为半封闭）的腔体，该腔体作为一个整体的液体聚光腔，或者，该腔体也可如实施例三所示，被分隔成多个液体聚光腔和空腔体。该光能利用装置100设置于透光顶盖210的下方，并浸泡在透明液体230中。该光能利用装置100具有第一光能利用部110和第二光能利用部120，第一光能利用部110朝向透光顶盖210设置，第二光能利用部120朝向反光槽220设置。反光槽220通常不透明，为了显示其底部的立体结构，图4中反光槽220画成了透明状。
本实施例的液体聚光透镜200为双轴对称结构，即，其存在两个对称轴（如图4中的Z1和Z2)，沿过这两个轴的任一个竖直切开，都得到对称的竖直截面，该两个不同的竖直截面可相同或不同。
请参考图4，该实施例中透光顶盖210的第一透光部211大致呈倒置的四棱锥台形状，而第二透光部212为四棱锥形状，该第二透光部212设于第一透光部211的凹陷处。该反光槽220也可设置具有倒置的四棱锥台形状的侧槽壁和大致呈四棱锥形状的底槽壁。在透光顶盖210和反光槽220组合装配后，沿Z1和Z2轴竖直切开所得到竖直截面，与图2所示竖直截面大致相同，图2可作为参考。当然，在符合双轴对称结构的条件下，该透光顶盖210和反光槽220也可设置为图4以外的其他形状。
进一步地，请继续参考图4，该实施例中，通过透光隔断壁（也可用光能利用装置100代替）将第一透光部211的底壁封闭，从而围成一个封闭四棱锥结构，形成一个独立的液体聚光腔。该四棱锥结构的液体聚光腔中透明液体230与其它的透明液体230被隔开。这有两个好处，首先，光能利用装置100的第一光能利用部110贴附透光隔断壁，可以不浸泡在透明液体230中，便于加工和装配。其次，四棱锥结构中的透明液体230可以采用不同的透明液体，提高了透明液体230可选择性。
进一步地，请参考图4，一种实施例中，透光顶盖210的至少一侧还设有挂耳260（可选择透明材料或非透明材料），用以安装太阳能利用装置，例如通过挂耳260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。
实施例五：
请参考图5，本实施例公开了一种太阳能利用装置，其包括光能利用装置100和液体聚光透镜200。该液体聚光透镜200包括透光顶盖210和反光槽220。该透光顶盖210和反光槽220为封闭结构，围成一个封闭的腔体。光能利用装置100设于反光槽220的内壁或组成反光槽220的一部分，光能利用部（如第一光能利用部110）朝向透明液体230和透光顶盖210设置。
请参考图5，类似于实施例三，本实施例中通过透光隔断壁240在透光顶盖210和反光槽220的腔体内形成至少一个液体聚光腔和至少一个空腔体250，用以向光能利用装置100引导太阳光。
其中，在图5所示实施例中，该液体聚光腔为一个，空腔体250位于该液体聚光腔的中部，该液体聚光腔和空腔体250进行配合，可在液体聚光透镜200的腔体内各处形成全反射现象，从而引导更多太阳光向光能利用装置100聚集。
某些实施例中，该空腔体250的腔壁（如顶壁）也可与第二透光部212形成封闭的液体聚光腔，以填充与其他部分不同种类的透明液体230。
本实施例中，该液体聚光透镜200既可能为与实施例一和二类似的桶状结构，也可能为与实施例三类似的条状结构。当该液体聚光透镜200为桶状结构时，该图5中所示图形为透光顶盖210和反光槽220的竖直截面。当该液体聚光透镜200为条状结构时，该图5中所示图形为垂直于透光顶盖210和反光槽220延伸方向的竖直截面。
其中，该图5的竖直截面中，该空腔体250为一个倒三角形的透明空心囊。透明空心囊中可以设置气体，也可以是真空。该透明空心囊可以为密封腔体，也可以与外界连通。该倒三角形的空腔体250的两侧侧壁与反光槽220的对应部分形成配对，从而实现全反射效果。该两侧侧壁可选择平面、曲面或者折面等形状。而该空腔体250的竖直截面除了图5所示形状，也可采用其他形状，如倒置的梯台形、倒锥形、倒锥台形等形状。
在图5所示竖直截面中，该空腔体250位于第二透光部212的正下方，光能利用装置100设于空腔体250的正下方。
图5显示了入射光L经液体聚光透镜200折射、反光槽220反射、再经空腔体250的腔壁全反射的过程。采用本实施例所示空腔体250可以改善光线进入到光能利用装置100的入射角，同时加大聚光比。
实施例六：
请参考图6，本实施例还公开了一种太阳能利用装置，以展示一种对上述各实施例所示太阳能利用装置的应用。
该组合结构包括存放容器500和至少两个如上述任一实施例所示的太阳能利用装置。该太阳能利用装置平放在存放容器500内，存放容器500内设有工质700，工质700与太阳能利用装置接触，用以对太阳能利用装置进行降温和回收利用。
请参考图6，以三个太阳能利用装置为例，这些太阳能利用装置呈并排设置的阵列式结构。本实施例中，多个透光顶盖210连接在一起，可以一次加工成型。同样地，多个反光槽220也连接在一起，也可以一次加工成型。
为了保护太阳能利用装置，起到防尘、防水、防污染的目的，一种实施例中，还包括防尘罩600，该防尘罩600罩设在存放容器500上，将太阳能利用装置罩住。
一种实施例中，该三个太阳能利用装置共用一个存放容器500和防尘罩600。
一种实施例中，存放容器500与三个透光顶盖210构成一个封闭容器，透明液体230设置其中。在这种实施方式里，反光槽220浸泡在封闭容器里。
在其他的实施例里，存放容器500可与反光槽220构成一个封闭容器，其中可设置进行热利用的工质700。在这种情况下，工质700可以与透明液体230不同。
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 (19)
- 一种太阳能利用装置,其特征在于，包括光能利用装置和液体聚光透镜，所述液体聚光透镜包括：透光顶盖，所述透光顶盖具有向内凹陷设置的第一透光部和自所述第一透光部的凹陷处向上凸起设置的第二透光部；以及反光槽，所述反光槽与透光顶盖围成腔体，所述腔体内形成至少一个液体聚光腔，所述液体聚光腔内填充有透明液体，所述反光槽面向所述透光顶盖的一面具有反光面，以反射太阳光；所述光能利用装置具有能够接收并转换利用太阳光的光能利用部，所述光能利用装置设于所述液体聚光腔内、所述液体聚光腔外或组成所述液体聚光腔的腔壁，以接收并利用太阳光；其中，所述透光顶盖采用能够使太阳光自外向内折射至所述液体聚光腔内的透光材料制成，所述液体聚光腔形成能够将至少一部分自所述透明液体射向所述液体聚光腔内壁的太阳光形成全反射现象的结构，以将所述太阳光向所述光能利用部上汇聚。
- 如权利要求1所述的太阳能利用装置，其特征在于，所述第一透光部分布在所述第二透光部的两侧或环绕所述第二透光部设置。
- 如权利要求1或2所述的太阳能利用装置，其特征在于，所述第一透光部具有倾斜设置的第一透光壁，所述第二透光部为上小下大的凸起结构。
- 如权利要求1-3任一项所述的太阳能利用装置，其特征在于，所述透光顶盖和反光槽整体围成一个封闭的所述液体聚光腔；其中，所述光能利用装置设于所述反光槽的内壁或组成所述反光槽的一部分，所述光能利用部朝向所述透明液体和透光顶盖设置；或，所述光能利用装置设于所述液体聚光腔内，所述光能利用部具有相背离设置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朝向所述透光顶盖设置，所述第二光能利用部朝向所述反光槽设置，所述第一光能利用部和第二光能利用部均浸于所述透明液体中。
- 如权利要求1-3任一项所述的太阳能利用装置，其特征在于，在所述的太阳能利用装置中，通过透光隔断壁和/或光能利用装置将所述腔体分隔成至少一个所述液体聚光腔和至少一个空腔体，用以向所述光能利用装置引导太阳光。
- 如权利要求5所述的太阳能利用装置，其特征在于，所述液体聚光腔包括位于所述第二透光部处的中间液体聚光腔和位于所述中间液体聚光腔两侧的左液体聚光腔和右液体聚光腔，所述左液体聚光腔和右液体聚光腔均为至少一个；至少一个所述空腔体位于所述中间液体聚光腔的下方并位于所述左液体聚光腔和右液体聚光腔的中间；所述光能利用装置设于所述中间液体聚光腔底壁的外侧或组成所述中间液体聚光腔的底壁，所述光能利用部具有相背离设置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朝向所述中间液体聚光腔设置，所述第二光能利用部朝向所述空腔体设置。
- 如权利要求6所述的太阳能利用装置，其特征在于，所述左液体聚光腔和右液体聚光腔相对中间液体聚光腔对称设置。
- 如权利要求5所述的太阳能利用装置，其特征在于，所述空腔体位于所述第二透光部的下方，所述光能利用装置设于所述空腔体的下方。
- 如权利要求5-8任一项所述的太阳能利用装置，其特征在于，所述液体聚光腔为两个以上，其中，部分或全部所述液体聚光腔之间相互密封隔开，相互密封隔开的所述液体聚光腔中分别填充相同或不同的透明液体。
- 如权利要求1-9任一项所述的太阳能利用装置，其特征在于，所述透光顶盖和反光槽环绕所述第二透光部的竖直中线呈桶状结构分布。
- 如权利要求10所述的太阳能利用装置，其特征在于，所述透光顶盖和反光槽为回转体结构，所述回转体结构的旋转中线与所述第二透光部的竖直中线重合。
- 如权利要求10或11所述的太阳能利用装置，其特征在于，在所述透光顶盖和反光槽的竖直截面中，所述透光顶盖大致呈W形，其中，所述W形的中间凸起区域为第二透光部，所述第二透光部的两侧区域为第一透光部。
- 如权利要求12所述的太阳能利用装置，其特征在于，在所述透光顶盖和反光槽的竖直截面中，所述反光槽大致呈W形，所述反光槽中间凸起部分与所述透光顶盖中间凸起部分对应设置。
- 如权利要求1-9任一项所述的太阳能利用装置，其特征在于，所述透光顶盖、反光槽和液体聚光腔均为沿水平方向延伸的条状结构。
- 如权利要求14所述的太阳能利用装置，其特征在于，在垂直于所述透光顶盖和反光槽延伸方向的竖直截面中，所述透光顶盖大致呈W形，其中，所述W形的中间凸起区域为第二透光部，所述第二透光部的两侧区域为第一透光部。
- 如权利要求15所述的太阳能利用装置，其特征在于，在垂直于所述透光顶盖和反光槽延伸方向的竖直截面中，所述反光槽大致呈W形，所述反光槽中间凸起部分与所述透光顶盖中间凸起部分对应设置。
- 如权利要求14-16任一项所述的太阳能利用装置，其特征在于，在垂直于所述透光顶盖和反光槽延伸方向的竖直截面中，所述透光顶盖、反光槽以及液体聚光腔呈相对所述第二透光部的竖直中线对称的结构。
- 如权利要求1-9任一项所述的太阳能利用装置，其特征在于，所述透光顶盖和反光槽形成一个双轴对称结构。
- 一种太阳能利用装置的组合结构，其特征在于，包括存放容器和至少两个如权利要求1-18任一项所述的太阳能利用装置，所述太阳能利用装置平放在所述存放容器内，所述存放容器内设有工质，所述工质与所述太阳能利用装置接触，用以对所述太阳能利用装置进行降温和回收利用所述太阳能利用装置散发的热量。
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