CN201488306U - 太阳能转换器 - Google Patents

Abstract

一种太阳能转换器用以将一太阳光转换为热能并输出至一待加热物质，其包括一腔体其中具有一空间；一聚焦元件是固定于该腔体，该聚焦元件具有一焦点，该太阳光透过该聚焦元件而入射至该空间中并聚焦于该焦点；以及至少一钨丝是固定于该腔体中并被定位于该焦点。本实用新型的太阳能转换器可极有效地提升太阳能利用效率，提高能量的转换效率。

Description

太阳能转换器

【技术领域】

本实用新型是关于一种太阳能装置，特别是关于一种太阳能转换装置。

【背景技术】

再生能源的利用为近年来世界各国所重视的问题，尤其在石油能源即将短缺，能源物料不断攀升的今天，再生能源为能源来源的极重要的一个考量，其中太阳能为取之不尽用之不竭的能量来源，亦为再生能源的最主要部分，因此太阳能为目前能源开发的一个很重要领域，已成熟的太阳能转换系统主要包括了太阳能电池与太阳能加热系统两大类。

请参阅图1A，为太阳光全频谱所对应的穿透率示意图。通常太阳光在穿过大气层的过程中，会被大气分子如O₃、H₂O或CO₂所吸收，因此某些频段的太阳光其穿透率极低，如图1A所示，波长低于0.1um的太阳光其穿透率极小，几乎完全被大气所吸收，而落在1～1000um频段的红外光其低穿透率大致也是偏低。

请继续参阅图1B，为短波长太阳光频谱所对应的穿透率示意图，其是针对图1A再进一步说明，不同物质所主要吸收的波长状态。从图1B可以看出大气中的水分子(H₂O)对短波长太阳光(波长＜＝15um)的吸收状态，其中0.8um～2um、3.3um、6.2um与11.8um等波长的太阳光可被水分子大量吸收。

请继续参阅图2，为各温度的黑体辐射频谱图。太阳表面温度约为6000K，其辐射频谱分布如图2所揭示，从其中可看出，前述可被水分子大量吸收的波长频段，如0.8um～2um的频段，已经是6000K辐射频谱的末端，占有辐射能量的极小部分，据此可知事实上水分子所能吸收的太阳能所占比例明显偏低，也就是，前述的太阳能加热系统，特别是太阳能加热水的系统上，太阳能的利用效率事实上是非常低的。而从黑体辐射辐射频谱图可看出，当黑体的温度为400K以上时，其辐射能量的波长频段则涵盖了可被水分子大量吸收的频段。

【实用新型内容】

鉴于现有技术中太阳能利用效率低落所产生的种种缺失，本实用新型提供一种「太阳能转换器」，能够克服上述缺点，以下为本实用新型之简要说明。

由于0.8um～2um、3.3um、6.2um与11.8um等波长的太阳光可被水分子大量吸收，再配合图2可得知，从温度400K至1500K的范围，都是提供水分子可吸收波长的极佳操作温度，因此如果先使某种材料吸收太阳光，再将其温度提升至400K至1500K的范围之间，则该材料所辐射出能量，将可有效率地被水所吸收，如此即可提高能量的转换效率。

由于钨丝可大量吸收入射表面的电磁波，因此钨丝将非常适合作为将太阳光的温度提升到400K以上的媒介，故本实用新型提出一种太阳能转换器，其主要是透过钨丝将入射太阳光的温度转换到400K以上，而使得所有的入射太阳光均可转换为波长可被水分子吸收的能量，如此可极有效地提升太阳能利用效率，特别是太阳能加热水系统的太阳能利用效率。

因此根据本实用新型的第一构想，提出一种太阳能转换器用以将一太阳光转换为热能并输出至一待加热物质，其包括一腔体其中具有一空间；一聚焦元件是固定于该腔体，该聚焦元件具有一焦点，该太阳光透过该聚焦元件而入射至该空间中并聚焦于该焦点；以及至少一钨丝是固定于该腔体中并被定位于该焦点。

较佳地，本实用新型所提供的太阳能转换器，其中该钨丝直接地或间接地与该待加热物质接触。

较佳地，本实用新型所提供的太阳能转换器，其中该腔体的内表面上具有一反射膜，该反射膜的一反射焦点与该焦点重合。

较佳地，本实用新型所提供的太阳能转换器，其中该腔体为圆筒状、矩形或方形。

较佳地，本实用新型所提供的太阳能转换器，其中该腔体的材质为强化玻璃或压克力。

较佳地，本实用新型所提供的太阳能转换器，其中该聚焦元件为一聚焦透镜。

较佳地，本实用新型所提供的太阳能转换器，其中该空间为一真空。

较佳地，本实用新型所提供的太阳能转换器，其中该空间中填充有一惰性气体。

较佳地，本实用新型所提供的太阳能转换器，其中该惰性气体为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气或氡气。

较佳地，本实用新型所提供的太阳能转换器，其中该待加热物质为一液体、一气体、一油或一水。

因此根据本实用新型的第二构想，提出一种太阳能转换器用以将一太阳光转换为热能，其包括一支架；一聚焦元件是固定于该支架，该聚焦元件具有一焦点，该太阳光透过该聚焦元件而聚焦于位于该焦点；以及一钨丝是固定于该支架，该钨丝被定位于该焦点。

较佳地，本实用新型所提供的太阳能转换器，其中还包含一槽体设置于该钨丝下方，用以容置一待加热物。

较佳地，本实用新型所提供的太阳能转换器，其中该支架是固定于该槽体上。

本实用新型的太阳能转换器可极有效地提升太阳能利用效率，提高能量的转换效率。

【附图说明】

图1A为太阳光全频谱所对应的穿透率示意图；

图1B为短波长太阳光频谱所对应的穿透率示意图；

图2为各温度的黑体辐射频谱图；

图3为本实用新型的太阳能转换器的第一实施例侧视图；

图4为本实用新型的太阳能转换器的第二实施例侧视图；以及

图5为本实用新型的太阳能转换器的第三实施例示意图。

30：太阳能转换器    31：腔体

32：聚焦透镜        33：钨丝

34：反射膜          35：透光区

36：待加热物质      SL：太阳光

V：真空

40：太阳能转换器

50：太阳能转换器    51：槽体

52：支架

【具体实施方式】

本实用新型将可由以下的实施例说明而得到充分了解，使得熟习本技艺的人士可以据以完成之，然而本实用新型的实施并非可由下列实施例而被限制其实施型态。

请参阅图3，为本实用新型的太阳能转换器的第一实施例侧视图。图3中的太阳能转换器30主要是由腔体31、聚焦透镜32以及钨丝33等所构成。腔体31的外观较佳是圆筒状、矩形或方形，但腔体31并非因此而被限制其实施型态，其轴向的方向是垂直于图3的纸面，腔体31中的气体可被抽出而在腔体31中形成真空V，或者在腔体31中预充入惰性气体，如：氦气、氖气、氩气、氪气、氙气或氡气，腔体31较佳是由透明玻璃或压克力所制成的或由其他可承受真空V所形成的负压力的材料所制成。

而腔体31的侧壁上涂布有反射膜34，反射膜34仅涂布至腔体31下方为止，而在腔体31的底部处留下部分区域不涂布反射膜34，以形成至少一个透光区35，使得光线仍可经由透光区35自由进出腔体31，其中，反射膜34可涂布于腔体的内部或外部。由于腔体31的外形为圆筒状，因此反射膜34具有反射焦点，聚焦透镜32设置在腔体31上方，聚焦透镜32较佳为凸透镜并具有聚焦点。

腔体31中还设有钨丝33，钨丝33是透过设置在腔体31两端的支架(未示于图中)而固定在腔体31当中，钨丝33所设置的位置应落在聚焦透镜32的聚焦点以及反射膜34的反射焦点上，且较佳的状况是聚焦透镜32的聚焦点与反射膜34的反射焦点重合。

当太阳能转换器30工作时，首先太阳光SL透过聚焦透镜32而入射至腔体31中并聚焦在钨丝33上，但聚焦在钨丝33上的太阳光SL随即会随机地散射至反射膜34上，但立刻又会被反射膜34反射而聚焦至反射焦点上，由于聚焦点、反射焦点与钨丝33都是在同一位置，所述散射后的太阳光SL最后仍将被重新再聚焦至钨丝33。

因此无论所入射的太阳光SL在腔体31中是如何的被散射或反射，大部分的太阳光SL最后都还是会被多重聚焦至钨丝33，而被钨丝33所吸收，如此可非常有效率地将太阳光SL集中在焦点上而提高钨丝33的温度，由于钨丝33可以非常有效率吸收落在红外光频段的太阳光能量，因此钨丝33的温度将迅速上升至超过400K。由于腔体31中具有真空V，可以有效防止钨丝33的氧化。为了进一步提升太阳能转换器30的效能，可以采用多条钨丝33。

钨丝33所吸收的热能最后会经由透光区35而辐射至待加热物质36，最后被待加热物质36所吸收，待加热物质36较佳可为液体、气体、水、油、高比热物质或其他可吸热的物质，由于钨丝33的温度已经升高至超过400K，因此待加热物质36可以极有效率地吸收由钨丝33所辐射出来的热能而被加热。将图3中所揭示的太阳能转换器30放置在太阳光可照射到的场地，即可有效地将入射的太阳光SL转换为热能，并由待加热物质36所吸收。

请参阅图4，为本实用新型的太阳能转换器的第二实施例侧视图。图4中的太阳能转换器40主要是对第一实施例中所揭露的架构进行变化，太阳能转换器40的腔体31，在除了设有聚焦透镜32的位置以外，其侧壁上均涂满了反射膜34而不留下任何的透光区，而且太阳能转换器40的腔体31中并不预制作为真空，而是将大气保留在腔体31中，此时腔体31中并可同时填入惰性气体，再者待加热物质36是直接填充在腔体31的部分空间中。

当太阳能转换器40工作时，大部份的太阳光SL最后仍是聚焦在钨丝33上，但由于太阳能转换器40不具有第一实施例的透光区35，因此钨丝33将吸收到更多落在红外光频段的太阳光能量，因此钨丝33的温度可以更迅速的上升，直至超过400K，此时钨丝33所吸收的热能，就可以辐射至待加热物质36，而被待加热物质36所吸收，但值得注意的是，填充在腔体31中的待加热物质36，并非仅限于不直接与钨丝接触，亦可使钨丝33浸没在待加热物质36，则钨丝33所吸收的热能，就可以以辐射以及传导的方式传至待加热物质36，而被待加热物质36所吸收。为了进一步提升太阳能转换器40的效能，可以采用多条钨丝33。

请参阅图5，为本实用新型的太阳能转换器的第三实施例示意图。图5中的太阳能转换器50主要是由聚焦透镜32、钨丝33以及支架52所构成，聚焦透镜32以及钨丝33是经由支架52而固定在槽体(或腔体)51上，亦即，支架52是可与槽体51透过任何机械方式彼此固定连结(但不以此为限)，槽体51中填充有待加热物质36，钨丝33所设置的位置应落在聚焦透镜32的焦点上。

当太阳能转换器50工作时，太阳光SL透过聚焦透镜32并聚焦在钨丝33上，由于钨丝33可以非常有效率吸收落在红外光频段的太阳光能量，因此钨丝33的温度将迅速上升至超过400K，由于钨丝33直接与待加热物质36接触，因此钨丝33所吸收的热能，可以良好的辐射以及传导至待加热物质36，而被待加热物质36所吸收，待加热物质36可以极有效率地被加热。为了进一步提升太阳能转换器50的效能，可以采用多条钨丝33，但值得注意的是，填充在腔体31中的待加热物质36，并非仅限于直接与钨丝接触，亦可使使钨丝33不浸没在待加热物质36之中，而使得钨丝33所吸收的热能辐射至待加热物质36。

小结而言，图3、4中所揭示的太阳能转换器30与40在使用时，钨丝33是设置在腔体31中而未与直接与大气或外部环境接触，但图5中的太阳能转换器50在使用时，钨丝33是完全自由地曝露在大气中，而经由图3、4、5的揭示，也显示了本实用新型的太阳能转换器其结构虽然简单，却具有可以极有效率地将太阳光转换为热能的特殊优点。

本实用新型实为一难得一见，值得珍惜的难得创作，而以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型所实施的范围。即大凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属于本实用新型专利涵盖的范围内。

Claims (14)

1.一种太阳能转换器，用以将一太阳光转换为热能并输出至一待加热物质，其特征在于：包括：

一腔体，其中具有一空间；

一聚焦元件，设置于该腔体上，该聚焦元件具有一焦点，该太阳光透过该聚焦元件而入射至该空间中并聚焦于该焦点；以及

至少一钨丝，固定于该腔体中并被定位于该焦点。

2.如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于：该钨丝直接地或间接地与该待加热物质接触。

3.如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于：该腔体的内表面上具有一反射膜，该反射膜的一反射焦点与该焦点重合。

4.如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于：该腔体为圆筒状、矩形或方形。

5.如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于：该腔体的材质为强化玻璃或压克力。

6.如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于：该聚焦元件为一聚焦透镜。

7.如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于：该空间为一真空。

8.如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于：该空间中填充有一惰性气体。

9.如权利要求8所述的太阳能转换器，其特征在于：该惰性气体为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气或氡气。

10.如权利要求1所述的太阳能转换器，其特征在于：该待加热物质为液体或气体。

11.如权利要求10所述的太阳能转换器，其特征在于：所述液体为油或水。

12.一种太阳能转换器，用以将一太阳光转换为热能，其特征在于：包括：

一支架；

一聚焦元件，固定于该支架，该聚焦元件具有一焦点，该太阳光透过该聚焦元件而聚焦于位于该焦点；以及

一钨丝，固定于该支架，该钨丝被定位于该焦点。

13.如权利要求12所述的太阳能转换器，其特征在于：还包含一槽体设置于该钨丝下方，用以容置一待加热物。

14.如权利要求13所述的太阳能转换器，其特征在于：该支架是固定于该槽体上。

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