[发明专利]包括不透明盖的太阳能收集器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年4月12日(12/04/2013)提交的美国临时申请序列号61/811,495的优先权和权益。

技术领域

本发明涉及太阳能收集器，更具体地涉及设计成将工作流体加热到约25℃到180℃范围内的温度的太阳能热收集器。

背景技术

自20世纪70年代以来平板太阳能收集器没有发生根本变化。Gallagher的美国专利No.4,011,856(1977)教导了一种示例性设计，其基本代表了当今使用的大多数上釉平板太阳能收集器。这样的太阳能收集器一般利用具有减少的氧化铁含量的钢化玻璃作为盖板材料。该玻璃必须足够薄以防止无支撑跨度的松垂。该玻璃还必须具有抗冲击性，并且在强风区域中必须附接到具有能够经受强风暴产生的动态气压的构架和紧固件的太阳能收集器组件上。结果，玻璃盖板典型地为3.2或4毫米厚，相对应重量为约8和10kg/㎡。对玻璃的使用使得平板太阳能收集器难以处理并且装运昂贵。同时，钢化玻璃并不防破裂。尽管钢化产生极佳的抗平面冲击性，然而棱边强度不佳。当横向压缩力(例如，由于在处理过程中太阳能收集器在其一侧坠落产生的力)迫使邻近的釉料构架螺钉的头部或者长度装上玻璃棱边时，钢化玻璃片会破碎。

半透明塑料(包括丙烯酸树脂和聚碳酸酯)已经被作用太阳能收集器釉料，以尝试降低重量和成本。不幸的是，由于经年累月暴露于紫外辐射和停滞温度产生褪色和结构性退化，这些材料随着时间的推移遭受透射率的显著减小。当暴露于与强风暴相关的动态压力时，塑料釉料材料还易于经历不可接受程度的向外弯曲。

透明和半透明盖板材料的另一问题是空气传播的灰尘和污点会积累在釉料表面上，这减小了太阳能透过率。在许多气候下，降雨的频率和强度不足以去除积累的灰尘和污点。另外，存在一个实际的现实——对于住房屋顶上和在大的商用阵列中的太阳能收集器的定期人工清理是一个问题。

典型的上釉平板太阳能收集器的侧壁由四个细长、直的铝挤制件形成，带有45度的坡口端和从垂直臂部分向外延伸的各种挤制的附加件。四个侧壁结合成90度角拐角，经常利用L形支架在每个拐角的内侧处进行加强。螺钉、螺母或铆钉将侧壁紧固到L形加强支架上。这些锐利的拐角接缝具有两个缺点。第一，太阳能收集器侧壁随着日常温度变化而膨胀和收缩。随着时间推移，不断的膨胀和收缩会导致在拐角接缝处的小间隙。这个问题可由于上水平侧壁和下水平侧壁温度上的差异而恶化，该温度差异导致小但是很有影响的上和下水平侧的纵向膨胀和收缩差异。即使具有最小的拐角间隙，由于太阳能收集器内部空气和环境空气之间的压力差的驱策，进入太阳能收集器内部的充满湿气和微粒的空气渗透也将不可避免地发生。湿气和微粒的入侵最终结果是在釉料的上侧形成肮脏的薄层，减小了太阳能透射率。所讨论的拐角接缝几乎没有利用可能有助于防止随着时间的推移湿气入侵的弹性体材料进行密封。缺乏有效的拐角密封的部分原因是：密封每个拐角接缝的顶部和底部处的陡起的、平面的并且尖状的表面相交部操作上是困难的。尽管拐角接缝可以被焊接，但是该办法招致不可接受的劳动力成本并且与最常用的构架材料和表面处理不相适应，表面处理包括对铝构架的阳极氧化表面处理。

在强风暴期间，太阳能收集器上的方角增加了盖板上的动态压力。屋顶砾石冲刷的对比测试显示，相比于常规方角，空气动力学拐角能够使得损伤阈值风速加倍。压力测量显示，相比于方角，对于空气动力学拐角，在屋顶拐角测试中，扬压力减小高达75％。见Lin等，“Aerodynamic Devices for Mitigation of Wind Damage Risk”,4th International Conference on Advances in Wind and Structures,AWAS 08.Jeru,Korea,May 29-31,2008。