[发明专利]太阳热能收集系统

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能领域，尤其是涉及太阳能模块，该模块带有压力控制的气体密封件、可控制的气体管，以及用于分配太阳能到多种建筑应用的装置。

背景技术

在美国专利US 4,480,632、US 4,719,902、US 4,815,442、US 4,928,665与US 5,167,217中揭示了一种绝热板，它传导太阳光辐射，同时具有对红外热辐射的低传导性，这些专利都属于Klier和Novik。绝热板也被称为透明绝缘材料或者热敏二极管，可以是由合成材料或玻璃制成的蜂巢状结构，它对于太阳光的红外和可视光波长是可透过的，而对于热红外背辐射是不可透过的，由于材料和它的几何结构的光学性质。同时，透明绝缘材料是一种热对流抑制物，因为它的几何结构；也是一种热传导抑制物，因为材料和蜂巢的薄壁的热特性。对于进入的太阳光辐射、热红外背辐射的透过性的不平衡，和受限制的能量损失，由于低变换和传导，产生了热敏二极管，并使其能捕获和利用所捕获的热用于多种能量应用。

采用绝热板能使得在更宽范围的周围环境温度和条件之上获得更大的能量转换效率，尤其是在较冷的气候时。然而，为了延长太阳能模块的使用寿命和性能的品质保证，需要密封它并与内部组件分离，例如透明绝热板自身与周围气体分离，消除聚合或残留的化学污染的风险。密封的外套也使能够以较高热特性（较低传导和对流）的介质（例如惰性气体氩和氪）替换在单元内的周围气体。然而，绝热板的密封带来了新的挑战，涉及压力增大和气体外套的灾难性故障的风险。由于透明绝热板的内含物，以及由透明绝缘赋予的较宽范围的温度波动，该太阳能板的体积增加，上述风险也增大。

因此，希望控制所装入的气体的参数。此外，也希望控制热从太阳能模块流到多种应用。

发明内容

根据本发明的一些实施例，提供了一种用于将太阳光辐射转变为热能的太阳能模块。该模块包括：绝热元件，其传导太阳光辐射并对热红外辐射具有低传导性；吸收元件，用于吸收由所述绝热元件传导的太阳光辐射；密封外套，与所述吸收元件相关联；以及在所述密封外套的封套的可变部分。这个可变部分是适用于根据所装入的气体的温度的改变来改变可用于装入所述封套内的气体的体积。太阳光辐射穿透所述绝热元件，并由所述吸收元件吸收。结果，装入的气体被加热，以致所述可变部分增大其可用的体积。因此，所装入的气体的压力被保持在结构耐受限度之内，并可在原理上保持为与外部环境平衡。

在一些实施例中，所述可变部分是可延伸的密封元件，其连接所述绝热元件和所述吸收元件。所述可延伸的密封元件的延伸增加了所述装入的气体的可用体积，补偿了热传导的压力波动。

在一些实施例中，密封的气体外套包括固定的体积元件、可膨胀的室，以及在它们之间的连接管。当加热装入所述固定的体积元件的气体时，气体从所述固定的体积元件流到所述可膨胀的室，保持所装入的气体的压力在结构耐受限度之内。

在一些实施例中，具有排气出口的柔性室是被装入所述密封的气体外套内，以致所述柔性室的外部封套是所述密封的气体外套的内部封套的可变部分。当加热所述装入的气体时，气体压力增加，并导致由所述柔性室装入的体积的减少。这样，气体通过所述排气出口从所述柔性室排出，增加了可用于所述装入的气体的体积，并保持气体压力在结构耐受限度之内。

在一些实施例中，所述绝热元件包括至少一个具有对太阳光辐射的高传导性与对红外热辐射的低传导性的结构组件。示例性的所述组件是：包括多个透明外套的绝热体，设置在一个外套内的一层绝热珠，以及一列伸长的小室。

根据本发明的一些实施例，还提供了一种用于将太阳光转变为热能的太阳能模块。该模块包括：绝热元件，其传导太阳光辐射并对热红外辐射具有低传导性；吸收表面，用于吸收由所述绝热元件传导的太阳光辐射；液体管；以及气体管，热联接到吸收表面和液体管。所述绝热元件包括至少一个具有对太阳光辐射的高传导性与对红外热辐射的低传导性的结构组件。太阳光辐射穿透所述绝热元件，并由所述吸收表面吸收，然后加热在所述至少一个液体管内的液体，气体流入所述气体管。所加热的液体和所加热的气体都可用于一种或多种热应用。

在一些实施例中，储热器是热联接到所述的吸收表面和所述的液体管。

在一些实施例中，由所述太阳能模块所产生的热是热联接到建筑的壁，因而使该壁变暖，然后将热传导到该壁的其他面。