CN211177466U - 反射式太阳能装置 - Google Patents

Abstract

一种反射式太阳能装置，包括一受光装置(110)和至少一个光反射装置(120,120')。其中，受光装置(110)限定出用于接收太阳光的第一受光面。光反射装置(120,120')设置在第一受光面的侧面，其具有一窗帘式反射面(121,121')以及一用于驱动窗帘式反射面(121,121')展开或收起的驱动机构(122,122')。当窗帘式反射面(121,121')完全展开或部分展开时,到达窗帘式反射面(121,121')的太阳光至少部分地被引导到第一受光面所在的区域。由于采用能够展开和收起的窗帘式反射面(121,121')，不仅能够实现太阳跟踪,还能根据风力的强弱展开或收起窗帘式反射面(121,121')，提高装置的抗风性能。

Description

反射式太阳能装置

技术领域

本发明涉及清洁能源技术领域，具体涉及一种反射式太阳能装置。

背景技术

随着对环境保护的日益重视，太阳能系统得到了越来越广泛的应用。

为了提高单位面积上的太阳能利用率，通常可采用三种方法：1.提高光能利用器件(如光伏板)的效率，2.采用聚光系统，3.对太阳的方向进行跟踪。

很多聚光系统需要同时和太阳跟踪系统一起使用才能达到较好的效果。而由于目前的跟踪系统主要采用局部跟踪的方法，即将光能利用器件分成很多小块，每一块设置在一个跟踪装置上，这使得这种传统的做法具有成本高、安装时间长、对占地面积的使用效率不高等缺点。

可是如果采用全局跟踪方式，使所有的光能利用器件共用一个太阳跟踪系统，这会导致进行太阳跟踪的面积较大，因此抗风能力较弱，而且，也需要使用粗壮的结构材料来支撑，使得装置整体会较为笨重。

因此，有必要研究既具有高抗风性能，又能进行全局跟踪，且具有一定聚光能力的太阳能系统。

技术问题

问题的解决方案

技术解决方案

依据本发明提供一种反射式太阳能装置，包括一受光装置和至少一个光反射装置。其中，受光装置限定出用于接收太阳光的第一受光面；其可以是光能利用器件，也可以是光能利用器件与导光器件的组合。光反射装置设置在第一受光面的侧面，其具有一窗帘式反射面以及一驱动机构，该驱动机构能够驱动窗帘式反射面在一展开状态与一收起状态之间切换。窗帘式反射面的展开状态与收起状态相比具有更大的表面积，当所述窗帘式反射面处于完全展开或部分展开状态时，到达窗帘式反射面的太阳光至少部分地被引导到第一受光面所在的区域。

依据本发明的太阳能装置，光能利用器件可以是不动的(或者相对于一个载体，例如船或平台，是不动的)，因此其便于集中地设置，通过设置在其侧面的光反射装置进行全局的太阳跟踪。具体地，至少一个光反射装置采用能够展开和收起的窗帘式反射面，可根据太阳的位置将反射面收起以使太阳光直接通过，或者将反射面展开对太阳光进行反射，从而使光能利用器件获得的太阳光的量最大化。

发明的有益效果

有益效果

通过采用窗帘式反射面，能够降低装置的重量，并且，还能根据风力的强弱展开或收起窗帘式反射面，提高装置的抗风性能，因此适用于作为强风地带的光伏电站。由于依据本发明的太阳能装置轻便而紧凑，使得其也适合用于作为移动式光伏电站。

以下结合附图，对依据本发明的具体示例进行详细说明。本文中所使用的编号或序号，例如“第一”、“第二”等，仅起到标识性作用，不具有任何限制性含义。

对附图的简要说明

附图说明

图1是实施例1的反射式太阳能装置的示意图；

图2是实施例2的反射式太阳能装置的示意图；

图3是实施例3的反射式太阳能装置的示意图。

发明实施例

本发明的实施方式

具体实施方式

实施例1

依据本发明的反射式太阳能装置的一种实施方式可参考图1，包括受光装置110 ，两个具有活动反射面的光反射装置120，120′，以及一个具有固定反射面的光反射装置130。

受光装置110限定出用于接收太阳光的第一受光面，其既可以是光能利用器件，也可以是光能利用器件与导光器件的组合，例如可以是带有聚光装置的光能利用器件。当受光装置仅包含光能利用器件时，光能利用器件的表面即为第一受光面，当光能利用器件前方的光路上还设置有导光器件时，导光器件的受光面为第一受光面。

光能利用器件泛指各种将光能转换为其他能量的器件，包括光电利用器件或光热利用器件或二者的组合。光电利用器件包括各种材料的光伏板、光伏薄膜、量子点光伏板等等。光热利用器件包括热能存储器、热电转换装置、斯特林发电机、热能发电机等。光电利用器件可以与热能利用器件级联使用，以实现更高的太阳能利用效率。本实施例中，采用光伏板111作为光能利用器件，其表面即为第一受光面。

光反射装置120，120′各自具有一窗帘式反射面121，121′以及一驱动机构122，122′。其中，各驱动机构能够驱动相应的窗帘式反射面在一展开状态与一收起状态之间切换，窗帘式反射面的展开状态与收起状态相比具有更大的表面积。窗帘式反射面可以被完全或部分展开，当所述窗帘式反射面处于完全展开或部分展开状态时，到达窗帘式反射面的太阳光至少部分地被引导到第一受光面所在的区域。窗帘式反射面的展开方式可以多种多样，包括滚卷式、滑动式、折叠式等。

窗帘式反射面可由镜面反射镜或反射式菲涅尔透镜形成。其中，反射式菲涅尔透镜包括反射式聚光型菲涅尔透镜(例如反射式线性聚光型菲涅尔透镜)，反射式线性散光型菲涅尔透镜等。本文中所称“聚光”或“散光”是指将光线向透镜的光学中心汇聚，或从光学中心扩散出去。齿面源自凸透镜面(或凹透镜面)的菲涅尔透镜通常为聚光型(或散光型)菲涅尔透镜。所称“线型”菲涅尔透镜，是指透镜的聚焦中心为一条线，而不是集中在一个点上。线型菲涅尔透镜的齿面可源自凹形(或凸形)圆柱面、或凹形(或凸形)多项式柱面。由于线性散光型透镜能够使光线只在一个朝向上被发散，因此反而可以用于将照射到侧面的太阳光反射到第一受光面上，从而实际上起到会聚光线的作用。

为便于展开和收起，形成窗帘式反射面的器件可采用柔性材料制成，例如在柔性基材上镀反射膜，或者以柔性材料制作菲涅尔透镜并在背面镀膜等。或者，反射面也可采用刚性材料分块制作，然后通过活动部件进行连接，使得整块反射面呈现出柔性。窗帘式反射面的展开状态可根据需要进行设计，可以为平面或曲面。

窗帘式反射面的驱动机构可以与各种成熟的用于普通窗帘卷收或打开的装置类似，因此能够具有低廉的成本。例如，驱动机构可通过旋转或拉伸的方式展开或收起窗帘式反射面。本实施例中示例性地示出了两种形式的驱动机构：驱动机构122的电机采用滚卷的方式沿导杆123展开或收起反射面121；驱动机构122′的电机则通过拉伸的方式来展开反射面121′，反射面121′由带有扭转弹簧(未图示)的支撑轴123′自动卷收，通过电机的驱动力与支撑轴的拉力之间的受力平衡来调整反射面121′展开的程度，在这种情况下，驱动机构122′的电机需要具有自锁功能，以将反射面保持在所需要的位置。

为节省空间，窗帘式反射面的收起状态优选为卷轴状态，其中心轴线可以与第一受光面的边缘平行或垂直。例如，图1中，反射面121收起后形成的卷轴平行于第一受光面的边缘，而反射面121′收起后形成的卷轴垂直于第一受光面的边缘。

光反射装置设置在第一受光面的侧面，通过窗帘式反射面的展开和收起来实现太阳跟踪以及太阳光的汇聚，可以根据太阳的位置来确定让阳光直接穿过还是被反射。由于反射面对光线的反射一定程度上还起到了聚光的作用，因此可以根据需要来设计反射面与第一受光面之间的位置关系，以获得更好的聚光效果。例如，若反射面的展开状态为围绕第一受光面的曲面，则其中心法线可垂直于第一受光面的中心法线，或者，若反射面的展开状态为位于第一受光面一侧的平面，则其中心法线相对于第一受光面的中心法线可形成一倾斜角，该倾斜角一般大于30度小于75度，优选地小于70度。在其他实施方式中，优选地，光反射装置还可包括一角度调整机构，光反射装置通过角度调整机构安装在第一受光面的一侧，使得反射面的倾斜角能够被调整，以更好地适应太阳位置的变化，将更多的太阳光引导到第一受光面上。

本实施例中设置了三个光反射装置，其中包括一个固定式的反射面和两个窗帘式的反射面。在其他实施方式中，也可以设置不同数量的反射面。由于反射面的作用主要是将太阳光反射到第一受光面上，因此，可以根据装置将要被安装的地理位置来安排各个反射面的朝向。例如，如果只设置一个光反射装置，可根据安装地点在北半球或南半球的不同，将反射面设置在第一受光面的北侧或南侧；如果光反射装置的数量为两个，可将一个反射面设置在第一受光面的东侧或西侧(优选设置在东侧)，另一个反射面设置在第一受光面的北侧或南侧；如果光反射装置的数量为三个，可将两个反射面分别设置在第一受光面的东侧和西侧，第三个反射面设置在第一受光面的北侧或南侧。

本实施例中，受光装置简单地采用一整块光伏板。在其他实施方式中，受光装置也可以由多个光能利用器件(或者多个带有导光装置的光能利用器件)集中在一起形成。由于受光装置是不动(或相对于整个装置的载体而言是不动的) ，这些光能利用器件可以基本平躺地密集设置，例如形成为紧密排列的阵列等。其中，当第一受光面的法线与所在位置的重力方向的夹角小于30度时，可视为“基本平躺的”。这种将所有光能利用器件集中在一起的好处在于：

1.可以提高地面的使用效率；

2.平躺而密集设置的光能利用器件能增强装置的抗风能力，且有助于降低装置的整体高度；

3.光能利用器件表面容易积聚灰尘，集中在一起更易于进行表面清洁。

作为一种优选的实施方式，本实施例太阳能装置还包括清洁装置140，设置于第一受光面表面，用于清洁第一受光面。具体地，本实施例中的清洁装置为滑动杆式吸尘器，滑动杆141能够沿导杆142在第一受光面上移动，通过滑动杆上的吸孔(未图示)吸走第一受光面上的灰尘。在其他实施方式中，还可以采用不同类型的清洁装置，例如可以自由移动的盘式吸尘器等。

优选地，依据本发明的太阳能装置还可包括控制器(未图示)，用于根据控制信号控制驱动机构展开或收起窗帘式反射面，以自动地实现太阳跟踪或抗风的功能。控制信号可来自于其他设置在装置内或装置外的器件，例如，控制信号可以是选自以下集合中的至少一种：来自于时钟的信号，来自于外部风速和风向测量装置的信号，由有线或无线通信装置接收到的人工指令或天气预报信息。基于这些控制信号，可以根据时间(包括季节)以及天气情况(包括风力和风向)来确定反射面需要展开还是收起。

实施例2

依据本发明的反射式太阳能装置的另一种实施方式可参考图2，包括受光装置210，三个具有活动反射面的光反射装置220，220′，220″，以及清洁装置240。

与实施例1中不同的是，本实施例中的受光装置210是光能利用器件与导光器件的组合，并且由多个单元集成而成，使得装置具有很高的聚光比。每个单元包括一个内壁为反射面的锥形导光筒212，每个导光筒开口较大的一端设置有聚光型菲涅尔透镜213，用作光能利用器件的光伏板(未图示)设置在锥形导光筒的底部。菲涅尔透镜213和锥形导光筒212共同形成位于光伏板之前的光路上的聚光装置。所有菲涅尔透镜的表面形成为第一受光面。在其他实施方式中，也可以采用其他类型或其他组合方式的导光器件来增加光能利用器件上的聚光比。

光反射装置220和220′分别设置在第一受光面的东侧和西侧。其结构分别与实施例1中的光反射装置120和120′类似，通过电机222和222′展开和收起反射面221和2 21′，具体结构不再赘述。

光反射装置220″设置在第一受光面的南侧或北侧，其驱动机构222″的电机采用滚卷的方式展开或收起反射面221″。作为一种优选的实施方式，光反射装置220″通过角度调整机构，即转轴224″安装在受光装置的侧面，因此受光面221″的倾斜角度能够根据季节的变化进行调整。

本实施例中的清洁装置240采用与实施例1中不同的另一种形式，具体采用一能够自由移动的盘式吸尘器。该吸尘器放置在第一受光面上，既可以采用无线充电方式充电，也可以通过在其顶部设置光伏板来进行自动充电。

实施例3

依据本发明的反射式太阳能装置的另一种实施方式可参考图3，包括受光装置310和光反射装置320。

本实施例中的受光装置具有较为复杂的形式，是光能利用器件与导光器件的组合。其中，导光器件包括锥形导光筒312和聚光型菲涅尔透镜313。聚光型菲涅尔透镜313设置在锥形导光筒312开口较大的一端，其表面形成为第一受光面。

作为一种优选的实施方式，本实施例中的聚光型菲涅尔透镜采用多焦距复合菲涅尔透镜，其表面按照与其中心光轴的距离被分为不同的区域AA，BB，其中与中心光轴距离更远的区域AA，具有更短的焦距，与中心光轴距离更近的区域BB ，具有更长的焦距，从而使得聚焦平面上的光强分布相对均匀。多焦距复合菲涅尔透镜可以视为是由多个菲涅尔透镜按照一定的结构和图形组合在一起形成的。

光能利用器件311是一个具有两个封闭腔体3111，3112的容器，内层腔体3111嵌套在外层腔体3112的内部。锥形导光筒312的底部具有锥形导光口3121，该导光口开口较大的一端朝向内层腔体3111，将光线引导到内层腔体中，且使得光线不容易从内层腔体中被反射出去。外层腔体3112中储存有工质，用来保存和利用太阳光产生的热能。外层腔体上设置有接口3113和3114，这两个接口可以用于工质的进出，也可以用于热能交换管道的进出，在后者的情况下，外层腔体中的工质可以是封闭的，只与外界进行热量交换，而不进行物质交换。

光能利用器件311可以是单纯的光热利用器件，也可以是光电利用器件与光热利用器件的组合。在前者的情况下，内层腔体用于热量的收集，外层腔体可以是液体汽化罐或者热能存储罐(如融盐存储罐)，可通过连接外界的热能发电系统来发电。在后者的情况下，内层腔体的内壁可设置有光电转换器件(如光伏板或光伏薄膜)，而外层腔体内则可设置具有较低汽化温度的工质，例如酒精、冷却剂、氨水等，对光电转换器件产生的热能进行再利用。

光反射装置320通过支撑件3201支撑在第一受光面侧面，其具有一窗帘式反射面321以及一驱动机构322。驱动机构322包括两个能够沿弧形导轨323滚动的转筒，反射面321卷绕在两个转筒上。当两个转筒沿弧形导轨分别滚动到导轨的两端时，反射面321展开为曲面，相当于覆盖了第一受光面的三个方向的侧面。在有大风的情况下，两个转筒可以沿弧形导轨滚动到中央，从而将反射面321完全收起，以避免风对反射面以及太阳能装置的损坏。

作为一种优选的实施方式，本实施例太阳能装置还包括前端聚光装置350，设置在光反射装置之前的光路上，以获得更大的聚光比。本实施例中，前端聚光装置具体采用一气体透镜，设置在反射装置的上空。在其他实施方式中，也可以采用任何能够汇聚太阳光的装置作为前端聚光装置，例如聚光型菲涅尔透镜等。

所称气体透镜由气体填充于至少部分透明的密闭腔体中形成，其中的气体可优选地采用密度小于空气的气体，使得气体透镜能够悬浮在装置上空。为增大聚光比，气体透镜的腔壁可以由菲涅尔透镜形成，从而形成为菲涅尔气体透镜。入射的太阳光LL先经过气体透镜350会聚，然后直接地，或者再由反射面321反射，到达第一受光面。

以上应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，应该理解，以上实施方式只是用于帮助理解本发明，而不应理解为对本发明的限制。对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，可以对上述具体实施方式进行变化。

Claims (10)

1.一种反射式太阳能装置，其特征在于，包括

一受光装置，其限定出用于接收太阳光的第一受光面；所述受光装置为光能利用器件，或者为光能利用器件与导光器件的组合；

至少一个光反射装置，设置在第一受光面的侧面，其具有一窗帘式反射面以及一驱动机构，所述驱动机构能够驱动所述窗帘式反射面在一展开状态与一收起状态之间切换，所述窗帘式反射面的展开状态与收起状态相比具有更大的表面积，

当所述窗帘式反射面处于完全展开或部分展开状态时，到达所述窗帘式反射面的太阳光至少部分地被引导到第一受光面所在的区域，且

所述窗帘式反射面的展开状态为平面或曲面，

所述驱动机构通过旋转或拉伸的方式展开或收起所述窗帘式反射面，

所述窗帘式反射面的收起状态为卷轴，其中心轴线与第一受光面的边缘平行或垂直。

2.如权利要求1所述的太阳能装置，其特征在于，所述窗帘式反射面由选自以下集合中的一种或几种器件形成：镜面反射镜，反射式聚光型菲涅尔透镜，反射式线性散光型菲涅尔透镜。

3.如权利要求1所述的太阳能装置，其特征在于，所述窗帘式反射面的展开状态为围绕第一受光面的曲面，其中心法线垂直于第一受光面的中心法线，或者，

所述窗帘式反射面的展开状态为位于第一受光面一侧的平面，其中心法线相对于第一受光面的中心法线形成一倾斜角，所述倾斜角大于30度小于75度。

4.如权利要求3所述的太阳能装置，其特征在于，所述光反射装置还包括一角度调整机构，所述光反射装置通过角度调整机构安装在第一受光面的一侧，使得所述倾斜角能够被调整。

5.如权利要求1至4任意一项所述的太阳能装置，其特征在于，所述光反射装置的数量为一个，其窗帘式反射面设置在第一受光面的南侧或北侧；或者，

所述光反射装置的数量为两个，其中一个窗帘式反射面设置在第一受光面的东侧或西侧，另一个窗帘式反射面设置在第一受光面的南侧或北侧；或者，

所述光反射装置的数量为三个，其中两个窗帘式反射面分别设置在第一受光面的东侧，第三个窗帘式反射面设置在第一受光面的南侧或北侧。

6.如权利要求1至4任意一项所述的太阳能装置，其特征在于，

所述受光装置中的光能利用器件选自光电利用器件或光热利用器件或二者的组合，

所述受光装置中的导光器件包括选自以下集合中的至少一种：聚光型菲涅尔透镜，内壁为反射面的锥形导光筒。

7.如权利要求6所述的太阳能装置，其特征在于，所述导光器件中的聚光型菲涅尔透镜采用多焦距复合菲涅尔透镜，所述多焦距复合菲涅尔透镜按照与其中心光轴的距离被分为不同的区域，其中与中心光轴距离更远的区域，具有更短的焦距，与中心光轴距离更近的区域，具有更长的焦距。

8.如权利要求1至4任意一项所述的太阳能装置，其特征在于，

还包括前端聚光装置，设置在所述光反射装置之前的光路上，所述前端聚光装置选自聚光型菲涅尔透镜或气体透镜，

所述气体透镜由气体填充于至少部分透明的密闭腔体中形成，所述气体透镜包括菲涅尔气体透镜，所述菲涅尔气体透镜的腔壁由菲涅尔透镜形成。

9.如权利要求1至4任意一项所述的太阳能装置，其特征在于，

还包括控制器，用于根据控制信号控制所述驱动机构展开或收起所述窗帘式反射面，所述控制信号包括选自以下集合中的至少一种：来自于时钟的信号，来自于外部风速和风向测量装置的信号，由有线或无线通信装置接收到的人工指令或天气预报信息。

10.如权利要求1至4任意一项所述的太阳能装置，其特征在于，

还包括清洁装置，设置于第一受光面表面，用于清洁第一受光面，所述清洁装置选自移动盘式吸尘器，或滑动杆式吸尘器。

Images