CN203026539U - 太阳能收集器 - Google Patents

Abstract

一种太阳能收集器，包括将阳光聚焦的聚光器和光接收器，所述光接收器包括凹形的连接着反射面的光电池结构，凹形的光电池结构可以是凹形的光电池，或者是多个平面光电池形成的凹面形状，或者是光电池和它的镜像形成的虚拟的凹面形状，反射面的朝向是将光线反射到光电池上，每个反射面可以是镜子的反射面或者是反射棱镜的反射面，热管连接着光接收器，透明的容器将聚光器、光接收器装在里面，容器可以是密封的，抽真空或充有保温气体。

Description

太阳能收集器

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能装置，光线经聚光器照射到带有反射面的由一个或多个光电池形成的凹状接收表面，从而发电和产生热能。

背景技术

现有的光伏系统没有达到其太阳能电池所能达到的最高效率，因为太阳光聚光后光线不再是平行的而是有比较大的散射角，而现有高效的太阳能电池要求阳光大致地垂直并均匀地照射于其表面已达到其最高效率。先有实用新型专利申请(US2011/0226308，太阳能混合组件)提出了将太阳能电池贴于多边形热管来提高效率的解决方案。这对现有技术是有提高，但它未能解决当太阳能收集器相对于太阳朝向有偏差时，一部分聚焦的阳光会跑离太阳能电池，这个光线丢失的问题会使太阳能收集器的效率降低。

实用新型内容

本实用新型要解决的目的就是提供一种将太阳光经聚焦后发散出来后能比较均匀和垂直地照射于此凹型接收面，并让反射面能捕捉可能丢失的光线，这些可能丢失的光线经反射后又落在太阳能电池上，这个功能对于太阳能收集器未能准确的对准太阳朝向所造成的光线未能聚集在太阳能电池上的情况尤其有用。

本实用新型涉及到一种太阳能收集器，由下列部件组成：将阳光聚光的聚光器和光接收器；

所述的光接收器由凹形的光电池结构和与光电池结构相连的反射面组成，反射面将光线反射到光电池结构上。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述凹形的光电池结构是凹形的光电池。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述凹形的光电池结构由数个平面光电池组成一个凹面形状。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述凹形的光电池结构是由光电池和反射面的镜像组成。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述反射面是镜子的反射面或反射棱镜的反射面。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述的太阳能收集器还包含有与光电池连接的热管。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述的太阳能收集器还包括有容器，所述容器容纳聚光器和光接收器，所述容器允许光线进入并照射到聚光器上。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述的容器是真空密封的或是密封的并充有保温气体。

本实用新型揭示的另一种太阳能收集器，所述太阳能收集器包括有长边和宽边的线性聚光器，所述线性聚光器将阳光聚焦成一条线并聚焦到光电池上，其特征在于：还包括与光电池连接的镜面结构，此镜面结构对光电池产生镜像，由镜像和光电池一起形成一个凹形的光接收面，光电池和镜面结构共同组成光接收器。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述光电池有第一端和第二端，所述镜面结构包括第一镜子从沿着线性聚光器的长边从光电池的第一端向下延伸形成第一镜面，第二镜子从沿着线性聚光器的长边从光电池的第二端向下延伸形成第二镜面，所述第一镜面和第二镜面将光线反射到光电池上。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述镜面结构就是反射棱镜，反射棱镜将太阳能光线反射到光电池的表面。

本实用新型还揭示了另一种太阳能收集器，所述太阳能收集器由聚光器和光电池组成，聚光器将光线在光电池附近聚焦成一个点或点状的区域，其特征在于：还包括连接着光电池的镜面结构，所述镜面结构产生光电池的镜像，这些镜像与光电池一起形成一个凹面的光接收面，光电池和镜面结构共同组成光接收器。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述光电池包括多个边，镜面结构包括从每个边延伸下来的镜子，每个镜子将光线反射到光电池上。

在本实用新型的一个优选实施例中，镜面结构包括反射棱镜，反射棱镜包括多个面将光反射到光电池上。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述太阳能收集器包括一个容器，所述容器容纳多个光接收器和聚光器，所述容器允许光线进入，并照在聚光器上。

在本实用新型的一个优选实施例中，还包括连接到容器内的光电池的热管。

本实用新型的太阳能收集器能保证聚焦的太阳光均匀且垂直地照射在太阳能电池上以取得最高效率。

用反射面捕捉丢失的太阳光使其照射在太阳能电池上，这样可以允许一定的朝向与跟踪误差。

太阳能收集器也允许零件的生产误差，比如说聚光器，它可以允许其偏离理想的抛物面，这样生产工艺相对容易，生产成本大大降低。

附图说明

这些图片说明了本实用新型的实施例，图片中的数字在本文中是一致的。

图1是太阳能收集器的实施例截面图，包括聚光器和由凹型太阳能电池以及与之相连的反射面所构成的光线接收器；

图2是一个圆形的三维聚光器的实施例；

图3是一个方形的三维聚光器的实施例；

图4是一个六边形的三维聚光器的实施例；

图5是一个太阳能收集器的实施例的截面图，它包括聚光器，和由平面太阳能电池做成的另类凹型太阳能接收面以及与之相连的反射面所构成的光线接收器；

图6是一个底部为六边形的多面接受体的实施例；

图7是一个底部为方形的多面接受体的实施例；

图8是一个另类的底部为六边形多面接受体的实施例；

图9是一个另类的底部为方形的多面接受体以及一个菲涅尔透镜；

图10是一个太阳能收集器的实施例的截面图，它包括聚光器，和由平面太阳能电池组成的另类凹型太阳能接收面以及与之相连的反射面所构成的光线接收器；

图11是一个由太阳能收集器的实施例的截面图，由三个太阳能电池形成的凹型的结构以及与之相连的镜面；

图12是一个太阳能收集器的实施例的截面图，它由一个太阳能电池以及其镜面成像形成的虚拟的凹型的光线接受表面，此凹型结构与图11类似；

图13是一个太阳能收集器的实施例的截面图，它包括聚光器，光线接收器装在透明管子内并与热管相连；

图14是一个太阳能收集器实施例，也是装在透明管子内，有一个太阳能电池与之相连的反射棱镜并与热管相连；

图15是一个太阳能收集器的实施例的带有透明管的透视图；

图16是一个光线收集器的实施例的透视图，它由一个太阳能电池和两个有其边缘下垂的镜面，它用于长形的聚光器中，参见图15；

图17是光线接收器的实施例的透视图，它由一个太阳能电池和四个镜面组成，镜面从太阳能电池边缘伸展下垂，其应用于3D聚光器如图18；

图18是太阳能收集器的实施例的边视图，它由一组3D聚光器安装在隔热的容器中，容器有透明的上部和一个方的热管；

图19显示了一个线性菲涅尔透镜应用于2D聚光器的实施例。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，此处介绍的仅为本实用新型的具体实施方式，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

图1说明了太阳能收集器包括聚光器120和光线接收器130。在本图中，光线接收器130包括一个凹型的太阳能电池结构和与之相连的反射面111，凹型的太阳能电池结构可以是一个凹型的太阳能电池105，或者几个平面的太阳能电池505形成一个凹型的结构，平面的太阳能电池505可以是任何平面形状，比如说三角形，五边形或六边形。

反射面111是连在太阳能电池结构上且其朝向是将光线反射在太阳能电池结构上，太阳能电池结构和反射面111共同形成一个凹型的光线接受表面125，此表面是连续的。

聚光器120将光线聚焦到一个粗略的点或者线，这里所讲的聚光器是用来聚焦太阳光，聚光器可以是反射型的，比如说抛物面，也可以是直射型的，比如说透镜或者菲涅尔透镜如果聚光器120是反射型的，则其镜面图最佳形式是抛物线，由于有了镜面，聚光器的制造比较简单，因为它可能使聚光不再是一个点或一条线，这样聚光器就没有必要是理想的形状了。太阳能收集器也可以用一个容器，其上部是透明的，允许光线进入，到达聚光器上。

如果太阳能收集器将光线聚焦成一个点，那么习惯上称之为三维(3D)聚光器。3D聚光器例子在图2中显示。图2是一个圆形的3D聚光器210，图3是一个方形的3D聚光器，图4是六边形的3D聚光器410。聚光器120在每个图中都是反射型的，其形状是圆形的抛物面。3D聚光器也可以是直射型的，图9说明了一个3D直射型聚光器，那是一个圆形的菲涅尔透镜915，其刻槽的形状是圆形的。

如果聚光器将光线聚成一条线，习惯上称之为2维(2D)，它也在行业中称之为线性聚光器。线性聚光器包括抛物面槽，在图15种显示和线性菲涅尔透镜1910在图19中显示，其刻槽形式是直线组成。

凹型的光线接收面在图1中是曲线形的太阳能电池105，但是目前能得到的高效率的太阳能电池是平的而且是脆的，不能够弯成曲线形状，所以截面是多边形的并由两个或者多个平面太阳能电池造成的形状是接近连续曲线形状的最佳选择。

图5显示了一种的光接受面，它是由两个太阳能电池(应用于线性聚光器)或者更多的太阳能电池(应用于3D聚光器)组成。

由凹形的接受面并将其底部假想地封住就形成光接受体或者空间。对应线性的聚光器，此光接受体就像一个在图15中显示“多边形棍”1210。

图11显示了一个光线接受体有“六边形棍”形状，凹形的光线接收表面由三个太阳能电池组成。

图12是一个太阳能的接收器的截面图，它有一个太阳能电池以及与之相连的镜子，当镜子朝向合适并且光线入口合适，太阳能电池505和它的两个镜面成像1240形成一个虚拟凹形的接受表面，类似图11。

对应于3D的聚光器，一个由光线接收表面525底部假想地封起来就会形成一个多面体，图6到9显示了这些多面体太阳能电池的结构。图6显示了一个底部为六边形的多面接收体，图7显示了一个方形底部的多面接受体，图8显示了一个另类的六边形的多面接受体，图9显示了一个另类的方形的底部的多面接受体。

光线接收器包括一个太阳能电池结构和与之相连的反射面，这种连接可以是直接相连，或者间接的通过其它物体，比如说一个架子相连。

反射面111可以是一个镜子的反射面，或者如图10所示，它也可以是反射棱镜的外表面，反射方式可以是通过内部全反射，但也可以通过镀银形成的镜面。

由太阳能电池及与之相连的反射面形成了一个光线接收空间，此空间有一个开口或者在反射棱镜底部有一个透明的口，允许阳光进入。一个或者多个太阳能电池也可以放在光线接收器130的顶部来捕捉直射的阳光而非经过聚光镜反射的。

凹形的光线接受空间是用于接受从聚光器送来聚光光线。图5对此作了说明：2根代表光的有箭头的线经长形聚光器反射后进入接受器的底部。当聚集的光线进入“多边形棍”的接收器空间后，任何没有直接到达太阳能电池的光线也将被反射上去。优选的做法是将多个光电池沿着聚光器的聚焦线排列。光电池及其镜像共同形成一个凹形的光线接受面，保证光线基本垂直地照射在光电池上。

图8和图9演示了另一个3D光接收器的实施例，图8显示了由六边形底部的三角光电池组成的多面接收体；图9显示了由方形底部的三角光电池组成的多面接收体，其开口是在图8图9的上部。

太阳光经聚光器进入光接收器的开口，开口是在接收器的底部，如图1。每个镜子有一面是反射面，这个面将没有照到光电池上的太阳光反射到光电池上。反射面的朝向是要将阳光照射到凹形的接收表面也即到光电池上。

图13和图14显示了一个太阳光接收器，其包括连接到接收器的热管，图13包括光接收器130，如图5，在图13中，第一类型的热管1315的底部是个倒V型的面，它与光接收器的上表面一致，这样它就可以与光接收器紧密接触，使得它将每个光电池的热量带走并使它变成有用的热能，图14显示了第二个种方形截面的热管，它的底部是平面的。

热管是一个有工质的封闭系统，它能将光电池的热量带走。第二个反射棱镜是梯形截面，它与图12在光学上是一致的，这样它也能够将光电池产生镜像和真的光电池一起形成一个虚拟的凹形光线接收面，类似于图11。

太阳能收集器进一步可以包括一个容器1305，容纳聚光器120和光接收器130装起来。容器1305的上部允许光进入并照射在聚光器120上，即容器1305的上部是透明的，或者可以用菲涅尔透镜来取代底部的反射型的聚光器以及容器1305的透明部分，在这样的情况下光接收器130必须要颠倒过来接收从上面来的光，如图9所示。

一个太阳能跟踪器可以应用在此类太阳能收集器上，以得到最大量的阳光。

这里提到的器件的应用实例可以被认作为对现有太阳能收集器的改进，它包括线性聚光器、光线接收器、热管和封闭的容器。线性聚光器包括长边1510和宽边1520，它并将阳光聚焦成一条线到光电池150的附近。本实用新型的改进部分还在于揭示了一种连接光电池的镜面结构1205。镜面结构1205产生如图12所示的光电池的镜像，这些镜像1240和光电池形成一个类似于图11的凹形的光接收面。

图16揭示了一个光电池与镜面结构的透视图，镜面结构有两个镜子，第一镜子1601和第二镜子1602。光电池有长边1605和宽边1610及第一端1225和第二端1230。第一镜子1601从第一端1225延伸下来，它是沿着光电池的长边的，第二镜子1602沿着光电池的长边从光电池的第二端1630延伸下来。优选的用法是，多个平面的光电池505沿着光电池的长度1605连接起来，并用如图15的线性聚光器，那么第一镜子1601和第二镜子1602会将每个光电池505沿着聚光器的长度产生镜像，并产生一个虚拟的多边形凹形光接收体，就像图11显示的虚拟的多边形棍的形状，如图15所示，聚光器1535有一个聚光线(就是在阳光115箭头接近光接收器130相交点)。

镜面结构1205，如果应用在线性太阳能接收器的话，也可以用有两个反射面的棱镜1010。如果应用在3D太阳能接收器组的话，将用至少4个反射面的棱镜，每个反射面111将产生光电池的镜像，这些镜像与实际光电池一起形成一个虚拟的凹形光接收面。

图17显示了一个有镜面的光接收器，它也可以用反射棱镜替代，这个光接收器最好与3D聚光器一起应用，这个镜面结构包括从一个光电池的四条边延伸下来的四个镜子，光电池和它的镜像形成一个凹形的光接收面，如果把底部假想地封住，就形成了一个虚拟的多边形的光接收体。

图18是此太阳能接收器的另一个应用实例的截面图，它包括一个有透明顶部和保温墙的密封的容器。太阳能收集器还包括一组装在密封的容器之内的聚光器1801，也包括对应于每个聚光器的光电池，每个光电池连接着热管1806，或通过一个安装附件，如果热管的表面不是平的，每个聚光器将阳光在光电池附近聚焦成一个类似的点，镜面结构1807连接着每个光电池505。

在此实施例中，每个平面光电池505都有一些端面，第一端面1225，第二端面1230，第三端面1710，第四端面1720。镜面结构1807包括从每个端面延伸下来的镜面110，即镜子从第一端面1225，第二端面1230，第三端面1710，和第四端面1720延伸下来。每个平面的光电池505和它的镜像1240生成一个凹形光接收面。

在此实施例中，每个镜面结构也可以是反射棱镜。每个反射棱镜的反射面将光线反射到平面光电池，其作用与镜子一样。

上面表述的实施例包括示意图是本实用新型的例子，它们仅仅是用来说明本实用新型。本实用新型还有其它的实施方式，所以本实用新型的范畴是由权利要求决定而不是此处所列的实施例。

Claims (16)

1.一种太阳能收集器，由下列部件组成：将阳光聚光的聚光器和光接收器；所述的光接收器由凹形的光电池结构和与光电池结构相连的反射面组成，反射面将光线反射到光电池结构上。

2.如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于：所述凹形的光电池结构是凹形的光电池。

3.如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于：所述凹形的光电池结构由数个平面光电池组成一个凹面形状。

4.如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于：所述凹形的光电池结构是由光电池和其反射面的镜像组成。

5.如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于：所述反射面是镜子的反射面或反射棱镜的反射面。

6.如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于：所述的太阳能收集器还包含有与光电池连接的热管。

7.如权利要求1所述的太阳能收集器，其特征在于：所述的太阳能收集器还包括有容器，所述容器容纳聚光器和光接收器，所述容器允许光线进入并照射到聚光器上。

8.如权利要求7所述的太阳能收集器，其特征在于：所述的容器是真空密封的或是密封的并充有保温气体。

9.一种太阳能收集器，所述太阳能收集器包括有长边和宽边的线性聚光器，所述线性聚光器将阳光聚焦成一条线并聚焦到光电池上，其特征在于：还包括与光电池连接的镜面结构，此镜面结构对光电池产生镜像，由镜像和光电池一起形成一个凹形的光接收面，光电池和镜面结构共同组成光接收器。

10.如权利要求9所述的太阳能收集器，其特征在于：所述光电池有第一端和第二端，所述镜面结构包括第一镜子从沿着线性聚光器的长边从光电池的第一端向下延伸形成第一镜面，第二镜子从沿着线性聚光器的长边从光电池的第二端向下延伸形成第二镜面，所述第一镜面和第二镜面将光线反射到光电池上。

11.如权利要求9所述的太阳能收集器，其特征在于：所述镜面结构就是反射棱镜，反射棱镜将太阳能光线反射到光电池上。

12.一种太阳能收集器，所述太阳能收集器由聚光器和光电池组成，聚光器将光线在光电池附近聚焦成一个点或点状的区域，其特征在于：还包括连接着光电池的镜面结构，所述镜面结构产生光电池的镜像，这些镜像与光电池一起形成一个凹面的光接收面，光电池和镜面结构共同组成光接收器。

13.如权利要求12所述的太阳能收集器，其特征在于：所述光电池包括多个边，镜面结构包括从每个边延伸下来的镜子，每个镜子将光线反射到光电池上。

14.如权利要求12所述的太阳能收集器，其特征在于：镜面结构包括反射棱镜，反射棱镜包括多个面将光反射到光电池上。

15.如权利要求12所述的太阳能收集器，其特征在于：所述太阳能收集器包括一个容器，所述容器容纳多个光接收器和聚光器，所述容器允许光线进入，并照在聚光器上。

16.如权利要求15所述的太阳能收集器，其特征在于：还包括连接到容器内的光电池的热管。

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