[发明专利]密闭式太阳能集热器之温度限制系统与方法

说明书

技术领域

本发明是有关于太阳能集热器的技术领域，特别是有关于一种在密闭式太阳能集热器内的温度限制技术。

背景技术

请参阅图3，其为传统的太阳能收集系统的示意图。太阳能热单元300(又可称为太阳能集热器、太阳能收集器、太阳能板或太阳能模块等)可将太阳辐射能转换成热，再将热的多种不同应用装置302用于住宅或工业建筑上。一般的用途可包括热水器304、暖房装置306、工业用加热装置(Industrial process heating)308、太阳能冷却装置309以及其它应用装置310。已经有许多不同的太阳能集热器用于商业用途，且传统太阳能集热器的建置、操作与维修已为业界所熟知。在本发明实施例中，为求简洁，说明书中通常使用单一的数量单位来叙述，但并非用于局限本发明仅能以单一数量的应用来呈现，熟悉此技艺者应了解也可以使用多个数量单位于本发明中。在本发明的说明书中，太阳能收集系统通常包含一个或一个以上太阳能集热器、装置组件与相关组件。

Klier与Novik在美国专利申请前案中揭露了隔热板(Thermally insulating panels)传导具有低传导之热红外线辐射的太阳能辐射的技术：例如US4,480,632,US4,719,902,US4,815,442,US4,928,665与US5,167,217等前案所揭露的技术。隔热板又可称为透明绝缘材料(transparent insulation material)或热二极管(thermal diode)，其为合成材料或玻璃制成的蜂巢，由于材料的光学特性、材料与/或面板的几何特性，其可以让太阳红外线(infrared,IR)辐射与可见光波长的光穿透，而不让热红外线逆辐射(thermal IR back-radiation)穿透。同时，依据材料的几何与物理特性，透明的绝缘材料可做为热对流抑制器(thermal convection suppressor)，而由于材料的热特性，透明的绝缘材料可做为热传导抑制器(thermal conduction suppressor),包括例如蜂巢的薄墙。

对入射的太阳辐射与热红外线逆辐射的穿透力不对等，以及由于低对流与低传导而导致的有限能源的流失，造就了一种热二极管，其可撷取热，并将所撷取的热用于不同的能源应用。相较于没有使用隔热板的系统，在较广泛的环境温度与状态范围下，特别是在较冷的气候下，使用隔热板可以有较大的能源转换效率。在某些实施方式上，在太阳能吸收表面上涂布一种光谱选择膜(spectrally selective layer)以抑制热红外线光谱的热再放射，以排除透明绝缘件在热红外线光谱中实质上须是不可穿透(opaque)的要求。

具有透明绝缘材料的太阳能集热器可称为绝缘太阳能板(an insulated solar panel)，所谓绝缘(insulated)是指透明绝缘材料，此是对照于用于太阳能集热器的背边与侧边的传统绝缘装置。绝缘太阳能板是由以色列Neve Yarak市的TIGI公司所提供，相较于传统的太阳能集热器，绝缘太阳能板可让太阳能集热器具有较大的热转换效率。而此状况是在环境温度与在集热器内循环流体(例如加热过的水)的温度之间具有实质温差时发生，举例来说，在寒冷与高纬度的冬天。请参阅图8，其为集热器系数(h)与随温度变化的函数(X)的关系图(其中X=ΔT/G，ΔT为环境温度与集热器平均温度之间的温差，而G为总体太阳辐射量(global solar radiation))，当X的数值较高，表示温度较冷或阳光较少的状态。如图8所示，相较于传统的平板集热器，当环境温度降低与/或太阳能辐射量降低时，绝缘太阳能板的效率依旧维持在高点。当传统平板集热器的效率下降至大约为0时(例如在0到10%的范围内)，绝缘太阳能板依旧可以操作在40%的效率之下。相较于传统的太阳能板，绝缘太阳能板具有较好的效率以提供较佳的利益，但要成功操作，也造成了操作与维护上的问题。

因此，存在一种需求，找到创新的方法来解决操作绝缘太阳能板的新问题，特别是在绝缘太阳能板内部温度的限制以防止劣化或严重的损害。

发明内容