[发明专利]太阳能万向高效采集器

说明书

本发明为静态和复杂动态(移动、转动和震动)环境中普遍适用的、可 高效采集阳光的光学器件，属于太阳能应用技术。

太阳光(能)的特点是密度低；太阳高度角和方位角有季节变化和日变 化，即年、日有纬度变化和经度变化，因而太阳光照射到地球上的物体时， 总有所谓的“余弦效应”，太阳光在物体表面的强度变化在0-1-0之间，呈余 弦曲线，它的平均强度很小。为克服太阳能密度低、变化大的缺点，传统方 法有平板集热器和聚光集热器。聚光类太阳能发电有塔式、槽式和碟式。为 克服太阳光源不稳定，传统方法有跟踪装置。近年有聚光和跟踪功能兼备的 几种装置。我国陈应天、何祚庥等人发明的“八面体反光镜组成的聚光光伏 发电系统”，它可以使实际输出功率增加四倍，使光伏成本下降，克服了余弦 效应，发电总量可增加20％，成本降低51％。该装置技术与经济效果明显， 但装置复杂，投资大，且对震动和方向多变快变的环境不适用。浙江中大集 团近年从国外引进“太阳光导入器”——向日葵(Himawari)，它由GPS定位 和阳光自动跟踪，凸镜组聚焦等系统组成，它有“八面体反光镜组成的聚光 光伏发电系统”相似的多种优点，也有相同的缺点。上述两种国内外的聚光 和跟踪综合装置代表了目前的发展趋势，也反映了太阳能利用中的实际困难。 本人发明的“太阳能立面高效采集与全方位传输技术”即产品“光导块”以 简单的方法解决了阳光采集与传输问题，为在一般动态条件下太阳能高效率 采集提供了较为简便有效的方法。但这种方法也有缺点，在太阳高度较大季 节(如春、夏、秋季)，它采集的光阳能不是整天的全部的，也不是连续的(采 集率有变化，用不连续)，这会影响热的全部利用，也影响太阳能电池实际光 电转换效率和安全。光导块的这缺点使它应用于火车、汽车和自行车等所处 环境的移动、转动又有震动时，更显得局限性很大。在这些交通工具中，只 能使用混合动力，且光电只能作为辅助动力；它节能，但不能完全不用一次 性能源。

本发明太阳能万向高效采集器，在光导块原理的基础上，加以改进，从 而克服了光导块的所有缺点，使它完全适用于静态和复杂动态环境，为火车、 汽车和自行车高效应用太阳能提供了基础性构件，也为宇宙中高效采集阳光 发电提供了技术原理——太阳电池不必用定向跟踪装置。

本发明是这样实施的：以高折射率、高透光率和高抗紫外线的高分子材 料PMMA为基本材料，制成一个薄壳的半球体。这半薄壳的厚度，主要决定 于它的直径大小和安装环境(由于强度、刚度的需要，直径大厚度亦加大) 在薄壳内侧涂以加有少许GeO₂添加剂的PMMA薄层，这薄层比纯PMMA有 较低的折光率。有了这较低折射率的薄层，进入PMMA的阳光，就会在其内 部形成全反射，几乎无损耗地传输。在中空半球体的下面是呈倒圆锥台的光 导块，此倒圆锥台的外缘与半球体的外缘完全吻合。倒圆锥台外侧面涂有有 少许GeO₂添加剂的PMMA薄层，它使倒圆锥台有聚光能力，聚集的光线向 下传播和输出。这中空半球体和倒圆锥台的粘合体，就是太阳能万向高效采 集器。它输出的阳光，可直接用于阳光的热利用；可与别的光导块或光缆耦 合将阳光输送到远处，供作任何方式的利用；但主要是在倒圆锥台底面上耦 合太阳电池板，以倒圆锥台底面输出的阳光发电。

太阳能万向高效采集器是全对称的，它无论怎么移动、转动和震动，都 以同样的球面面积迎接阳光，都是从最小的半球的表面积的1/2到最大为全部 面积迎纳阳光，具体面积因阳光高度而在这两面积范围内变化。这种变化是 连续的，且这有变化的阳光强度在经半球传输和经过倒圆锥台后变得均匀， 不会对太阳电池板产生不良影响。

倒圆锥台底面与太阳电池板之间留有空隙，它们之间的环形连接有缺口， 以便空气泵向空隙送风并流出空隙。这通风是为了降温(太阳电池板当环境 温度升高时，发电效率明显降低)。空气泵吸入的空气是经空气过滤器过滤的 (但空气泵和过滤器都没有画出)。倒圆锥台上平面与半球体的空腔之间，也 有小孔连通，空腔也有由空气泵供给的干净空气的流通，也是为了降温。