CN85200333U - 高效线聚焦非跟踪式太阳能集能器 - Google Patents

Abstract

一种“高效线聚焦非跟踪式太阳能集能器”其特点在于太阳能线聚焦聚光镜的两端，有两片与焦线垂直并与接收器相连接的侧反光板，接收器与反光镜长度相等。无论聚光镜的长宽比是大是小，当太阳沿焦线方向移动较大角度时，该侧反光板都能保证聚集的阳光基本上都落在接收器上。本实用新型据此还给出了几种长宽比小的高效非跟踪集能器。

Description

本发明属于太阳能利用装置。

在太阳能利用技术中，为了得到较高的温度或较集中的能量常采用聚焦型集能器或集热器，但常需要有复杂的跟踪太阳方向的装置。为了免去跟踪装置，目前一般多使用焦线方向为东西向的线聚光（一维聚光）非跟踪式集能器，该集能器的接收器位于聚光镜的焦线或焦线及其延长线上，这样太阳在东西方向上移动时，聚焦的阳光仍能被利用。

但是，这种装置有明显缺点：为了使太阳偏离子午线方向时被聚焦的阳光仍能被利用，接收器的长度必须比聚光镜或其焦线长很多，否则将降低光利用率。但是增加接收器的长度，势必增加了接收器散热损失，也增加了制造成本。为了避免或削弱这个缺点，几乎所有的这种类型的集能器都被设计得很长（沿焦线方向）同时宽度小得多（以使焦距变小）。而长宽比这样大，又使这种线聚焦集能器几乎仅能使用长管状的或细长条状的接收器，大大限制了线聚焦非跟踪式集能器的应用范围。

本发明的目的在于：在保持线聚焦非跟踪式集能器有较大集光面积的前提下，通过新颖的设计，使集能器长度大大缩小，同时不出现前述接收器较长的缺点。

本发明的要点在于：在线聚焦非跟踪式集能器的聚光镜焦线的两端各增加一片与焦线垂直并与聚光镜两端相连接的侧反光板，该侧反光板的内表面具有反光能力。这样，接收器的长度可以大致与聚光镜及其焦线相同，并可保证在太阳位置沿焦线方向移动的情况下，落入两片侧反光板之间的阳光基本上都会被反射到接收器表面。

这样，所发明的聚能器沿焦线方向的长度以及接收器的长度可以大为缩短，其聚光镜的长宽比甚至可以缩小到1.5以下，最小可达0.2。

本发明所用的聚光镜可以是曲面反光镜，其曲面可以是抛物面或复合抛物面，也可以是渐开线曲面或是渐开线曲面与抛物面的复合曲面，或是上述几种曲面的近似曲面。曲面反光镜与侧反光板所围成的槽形的开口处，可加盖透明的防尘保温外罩或薄膜。

本发明所用的聚光镜也可以是菲涅耳透镜；在该透镜焦线上的接收器的后面可加装一个双渐开线曲面的反光板，以收集偏离焦线的光。

本发明所用的聚光镜也可以是菲涅耳反光镜。

在本发明所用的接收器表面上都可涂一层太阳能非选择性深色吸收涂层或选择性吸收涂层（太阳幅射吸收率明显高于常温热发射率）或太阳能选择性透过涂层。

本发明上的接收器可采取一般的热传输管譬如导水管、导气管或热管，管上可带有加大受光面积的金属肋片，也可套有透明的套管，以减少热损失。

由于本发明使聚光镜和接收器的长度可以大大缩短，这样，接收器也可以是一个水箱，该水箱可以兼有贮存热水的功能。该水箱可为圆柱形也可为长方体形；水箱的受光部分的壳体可以是深色不透明的，但也可以制成透明的，特别是在聚光镜为菲涅耳透镜的情况下，水箱受光的上部为透明盖板对水的均匀加热十分有利。水箱的非受光部分可加衬绝热材料层。水箱的周围可套有一透明套筒或罩上一层透明隔热罩，可用玻璃或塑料等材料制成，这样水箱的水温能够达到沸点。水箱上可开有注水口和放水口，也可接导水管。

本发明接收器也可设计为灶箱（或烘箱及干燥箱），这时本发明就相当于一架非跟踪式太阳灶（或太阳能干燥箱），其聚光比和效能远高于目前在国内和印度试制的非跟踪式箱式太阳灶。本发明所给出的线聚焦非跟踪式太阳灶的灶箱（或干燥箱或烤箱）可以制成圆筒形或长方体形，其外壳可以是透明的或部分透明的或不透明的，透明外壳有助于阳光直接加热食品或其他物品的表面。外壳的某一部分（如上部或侧部）为可以打开的箱盖（或箱门）。灶箱内部可以设有托盘或托架，以便摆放食品或其他待加热的东西。灶箱外可套有透明套筒或罩有透明隔热罩。这种灶箱内的温度可达200℃以上，很适于日照条件好的广大农牧区居民使用。

所发明的线聚焦非跟踪式集能器的接收器也可以是太阳能玻璃真空集热瓶或太阳能玻璃真空集热管。真空集热瓶的构造除了瓶体直径大于瓶口直径外与真空集热管基本相似，该集热瓶由外瓶和内瓶套装而成，内瓶瓶口和外瓶瓶口熔接密封在一起，其间隙为真空；内瓶外表面可具有太阳能选择性吸收涂层或非选择性深色涂层；内瓶也可由深色玻璃制成；内瓶外表面或外瓶内表面也可具有太阳能选择性透过涂层。所选用的玻璃真空集热瓶或玻璃真空集热管的几何中轴线应与聚光镜焦线基本重合，该集热瓶或集热管可以和聚光镜及侧反光板装配为一整体。玻璃真空集热瓶也可套有一栅格状可透光的外壳，该外壳可用金属丝编织焊接而成或用多孔金属板加工而成，可带有把手或提手，能方便地放在两个侧反光板之间托架上或方便地取下来。一架集能器随长度不同，可放一只或几只带栅格状外壳的集热瓶。集热瓶或集热管可以配有塞子或盖子，上面可穿有细导气管及温度计。该集热瓶和集热管可用来加热水或烧开水，也可用来加热食品和物品。

所发明的线聚焦非跟踪式集能器的接收器可以是一块或数块太阳能光电池板。为了防止电池板的温度过高，光电池板的背面可装有散热片，散热片可以由导热性能好的金属（如铜或铝）制成；也可在光电池板的背面装冷却水管或安装一冷却水箱，该水管或水箱可顺便提供温水或热水。

本发明也可带有简单支架，便于放置和控制仰俯角度（适应不同季节的需要），也可不带支架，简单地靠在墙边或其他东西上使用。使用时，放置位置也可偏离子午线方向而偏东或偏西，但最好保持聚光镜焦线与地球自转轴垂直，换句话说，最好保持焦线与太阳在集能器所对的那部分天空移动的方向一致（或大致平行）。

本发明的优越性是非常突出的。由于创造了带侧反光板的线聚焦非跟踪的聚光系统，使得接收器长度较短而集光面积较大的高集光比的非跟踪聚能系统成为可能，打破了目前非跟踪聚能系统的长宽比很大或该系统的接收器长度较大的局限。聚能系统的长宽比的大大缩小，使得本发明的几种具体形式都具有十分明显的优势。

例如前述的接收器为水箱的系统，可以象普通多筒式或平板式太阳能热水器一样固定架设使用，却可一年四季（在华北）得到水温高得多的热水或开水，而后两者则根本无法做到这一点，冬季基本上不能使用。

又例如前述的接收器为灶箱的系统，在不需跟踪的情况下，由于集光比较大箱内温度很容易达到200℃以上，可以烤羊肉串，这是现有的非跟踪箱式太阳灶（蒸米饭都很勉强）远远不能相比的。而现有的聚光式太阳灶又需要人不断地调整方向，使用十分不便，应用很受限制。

再如前述的接收器为太阳能玻璃真空瓶的装置，可在无人照管的情况下，经两个小时左右的时间获得开水，并象普通保温瓶那样维持瓶内的水温；装置外形紧凑，便于使用和移动。

而前述的接收器为太阳能光电池的装置，可以象普通平板式光电池那样固定放置使用，但所使用的价格昂贵的光电池片要比后者少3倍至10倍，大大降低了成本；又因为长度不大，便于搬运使用，非常适于没有电力供应的农牧区使用。

附图说明：

图1表示后面实施例2所述集能器。其中：（1）为抛物面聚光镜。（2）为侧反光板。（3）为水箱。（4）为玻璃套筒。（5）为出入水管。（6）为气管。（7）为U形支腿。

图2表示实施例3所述集能器。其中包括抛物面聚光镜（8），侧反光板（9），连杆（11），玻璃真空瓶（10），外壳（12），外壳把手（13），橡皮瓶塞（14）和喇叭口（15），瓶塞导气管（16）。

图3表示实施例4所述的集能器。其中包括菲涅耳透镜（17），框架（18），侧反光板（19），光电池板（20）及其托板（21），散热片（22）。

实施例1

聚光镜为抛物面，沿焦线方向长约0.6米，宽1.2米，焦距0.5米。曲面和两侧反光板均为1－2毫米白铁板，铆接或焊接为一船形槽，槽内侧粘贴光亮硬铝薄膜（厚度0.1毫米），每两年可加贴一层备用铝薄膜。接收器为圆筒形灶箱，直径为0.25米，由玻璃制成，壁厚1毫米，壁外侧表面有氧化锡太阳能选择性透过涂层。侧反光板之间有三根连杆以固定灶箱。圆筒形灶箱一端为一活动绝热盖，箱内有可以抽出来的活动的黑色金属托板和金属丝托架，可放上待烤食品后送入灶箱。该灶箱尤适于烤羊肉串和面食。船形槽身上有一U形活动支腿和一提手，可用一只手提走。

实施例2（参见图1）

聚光镜（1）和侧反光板（2）的形状大小和材料及制造方式同实施例1，接收器为铝制圆筒水箱（3），直径0.25米，壁厚1.4毫米，可装水约30公升。水箱与侧反光板安装在一起，箱体表面为黑铬太阳能选择性吸收涂层或其他黑色涂层。水箱套有一玻璃套筒（4）。水箱一端接有出入水管（5）和气管（6）。船形槽开口处可罩一层防尘透明薄膜。侧反光板上装有U形支腿（7）。该实施例实际为可在冬季使用的（华北地区）小型家用太阳能热水器，可安装在楼房晾台上。

实施例3

参见图2，聚光部分材料及制法与实施例1相似，长约0.3米，宽约0.6米，焦距约0.2米。玻璃真空瓶（10）的直径约0.11米，容量为2公升，形状与普通五磅保温瓶相似，内瓶外表面镀有黑铬选择性吸收涂层（利用真空镀膜法），太阳吸收率可高于0.9，常温热发射率可低于0.07。真空瓶外壳（12）由2毫米钢丝焊接而成，浸镀一层锌；外壳有把手（13）。两个侧反光板之间有三根连杆（11），可托住带外壳的真空瓶。瓶口有橡皮瓶塞（14）和喇叭口（15），瓶塞上穿有一直径为3毫米尼龙制导气管。瓶内装冷水，晒约2小时水可沸腾，将瓶拿到室内12小时，水温一般不低于70℃。

实施例4

参见图3，该例为一非跟踪式聚光太阳能电池。聚光镜为一菲涅耳透镜（17），由玻璃经热模压而成，长约1.0米，宽约0.8米，焦距1.0米。透镜镶在一铝或铁制框架（18）中，该框两侧与侧反光板（19）用螺钉紧固在一起。侧反光板的另一端与光电池板（20）的托板（21）相连接（用螺钉紧固）。两个侧反光板铰接着一U形支腿（图中未画）。电池板宽约0.2米，光电池片为单晶硅片。整个装置功率约50峰瓦。光电池板的托板背面有大量散热片（22）。本实施例所示太阳能电池系统是专为牧区的牧民设计的，便于拆装和携带，而且价格较低。

Claims (11)

1、一种太阳能线聚光或窄条聚光(一维聚光)非跟踪式集能器，该聚光镜焦线的方向基本上与地球极轴垂直。本发明的特征在于所说的集能器的聚光镜的焦线的两端，各有一垂直于焦线并与该聚光镜的两端相连接的侧反光板，其内侧表面具有反光能力。

2、按照权利要求1所述的集能器，其特征在于其聚光镜的长度（沿焦线方向）与宽度之比可以为1.5－0.2。

3、按照权利要求1所述的集能器，其特征在于所说的聚光镜可以为曲面反光镜。该曲面可以是抛物面或是复合抛物面，也可以是渐开线曲面或是渐开线与抛物线的复合曲面，也可以是上述曲面的近似曲面。在曲面反光镜和两个侧反光板围成的槽形的开口处，可加盖透明的防尘保温外罩板和薄膜。

4、按照权利要求1所述的集能器，其特征在于所说的聚光镜可以为菲涅耳透镜；在该透镜焦线上的接收器的后面可加装一双渐开线曲面的反光板。

5、按照权利要求1所述的集能器，其特征在于所说的聚光镜可以为菲涅耳反光镜。

6、按照权利要求1所述的集能器，其特征在于所说的接收器的吸收光辐射的表面可以具有一层太阳能选择性吸收涂层（太阳辐射吸收率明显高于常温热发射率）或非选择性深色吸收涂层或太阳能选择性透过涂层。

7、按照权利要求1——6所述的集能器，其特征在于所说的接收器为热传输管，该管可以是导水管或导气管或热管，管上可带有加大接受光幅射面积的金属肋片，该管也可套有透明的套管。

8、按照权利要求1——6所述的集能器，其特征在于所说的接收器是一水箱，水箱可为圆柱形，也可为长方体形；该水箱受光部分外壳可以是透明的也可以是不透明的；该水箱可以套有一透明套筒或罩有透明隔热罩；该水箱不接受光幅射的部分可加衬绝热材料层；该水箱可开有注水口或放水口或导水管。

9、按照权利要求1——6所述的集能器，其特征在于所说的接收器为灶箱或烘箱或干燥箱，可为圆柱形也可为长方体形；该灶箱（或烘箱或干燥箱）的外壳可以是透明的或部分透明的或不透明的，外壳的某部分为箱盖（或箱门），可以打开或关闭，内部可设有放东西的托盘或托架。其外壳不接受光幅射的部分可加衬绝热材料层；其外壳外还可以套有透明套筒或罩有透明隔热罩。

10、按照权利要求1——6所述的集能器，其特征在于所说的接收器为太阳能玻璃真空集热瓶或太阳能真空集热管，该集热瓶由外瓶和内瓶套装而成，内瓶瓶口和外瓶瓶口熔接密封在一起，其瓶口小于瓶体直径；内瓶与外瓶的间隙为真空；内瓶外表面可具有太阳能选择性吸收涂层或非选择性深色涂层；内瓶也可由深色玻璃制成，内瓶外表面或外瓶内表面也可具有太阳能选择性透过涂层。该真空瓶的几何中轴线与聚光镜焦线基本重合。该真空瓶可以与聚光镜和侧反光板装配为一整体；该真空集热瓶也可有一栅格状可透光的外壳，可以有把手或提手，可放在两面侧反光板之间的托架上或方便地取下来。该瓶可带有瓶塞或瓶盖，瓶塞上可有一细导气管及温度计。

11、按照权利要求1——6所述的集能器，其特征在于所说的接收器为一块或数块太阳能电池板，该电池板的背面可具有散热片或冷却水管或冷却水箱。

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