[发明专利]一种高效太阳能荧光聚光器

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能聚光器领域，特别是涉及一种利用荧光材料制作的高效太阳能荧光聚光器，尤其是对太阳光具有收集和转换成红外线功能的太阳能荧光聚光器。

背景技术

随着节能减排战略的推进，我国正在加大力度开发各种可再生能源。在各种可再生能源中，太阳能以其分布广泛、取之不尽、用之不竭、无污染、成本低等特点成为重点开发的对象。

在太阳能收集方面，有太阳能聚光、太阳能集热或两者结合等方式。太阳能聚光主要用在光伏发电系统上；太阳能集热是太阳能光热利用的基础，被广泛运用于太阳能光热发电、太阳能采暖及热水等系统上。

一方面，在现有的太阳能采暖与热水系统上，太阳能收集主要采取平板太阳能集热器或真空管集热器，利用热媒（水或者防冻液）把照射到集热器上的太阳能以热能形式收集到储热水箱，再用于采暖或者供应热水。其中，真空管集热器是我国应用最为广泛的，大约有八成的市场占有率，在我国农村,广泛使用的太阳能热水器基本都是真空管式的。现有的太阳能集热器一般都只能安装在建筑顶部，无法利用照射在大面积墙面上的太阳光，且安装占用空间大、不能很好地与建筑物结合，在建筑审美上达不到现代人们的要求。此外，采用热媒作为载体收集太阳能的方式也有其无法避免的一些缺点，包括集热器和管道的冻裂、液体渗漏、动力部分噪声大且耗能等。

另一方面，用于光伏发电系统的荧光平面光波导，利用荧光在波导内的全反射原理进行聚光。现有的荧光平面光波导光伏组件的理论荧光收集效率仅为75％，较低的荧光收集效率限制了其整体的能量收集效率。

中国专利（申请号为201010253840.0）“一种太阳能真空管集热器”提出在真空管内设有翅片，而设有中间传热介质的U形管穿过翅片设于真空管内，其优点是提高了光热转化效率，降低系统成本。但其不足之处在于真空管采用全玻璃材料，容易发生冻裂等现象。

中国专利（申请号为200810194449.0）“荧光平面光波导太阳能电池光伏发电系统”提出在荧光平面光波导侧面设置太阳能电池的技术方案，此方案优点是节省太阳能电池用量，降低系统造价，其不足之处在于荧光平面光波导的荧光收集效率仅为75％（数值孔径为0.75），限制了系统的整体效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有集热器及荧光聚光器光伏组件的不足，为太阳能采暖与热水系统及荧光聚光器光伏组件提供一种太阳能荧光聚光器，从而充分利用墙面的太阳光且完全无冻裂和液体渗漏的危险。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高效太阳能荧光聚光器，主要包括玻璃盖板、选择性反射层、荧光平面光波导、高反射薄膜、底板、侧边挡板及侧边开口。在玻璃盖板下表面设置选择性反射层；在底板上表面和侧边挡板内表面均设置有高反射薄膜；荧光平面光波导与玻璃盖板之间及荧光平面光波导与底板之间均留有空气薄层；在侧边挡板上留有侧边开口，用于导出或利用收集的太阳能。

本发明的工作原理是：太阳光通过玻璃盖板、选择性反射层、上空气薄层到达荧光平面光波导，被荧光平面光波导中的荧光材料吸收，参见图1。荧光材料向空间发射波长较长的红外光，一部分光由于入射角大于全反射临界角（见图1中L1），在荧光平面光波导内发生全反射，在经过多次反射后最终传输到达侧边开口，从而被导出或利用；而对于另一部分小于临界角的光线（见图1中L2），在透过荧光平面光波导的上、下表面后被选择性反射层和高反射薄膜反射回荧光平面光波导内，同理最终也能到达侧边开口。在本发明中，荧光平面光波导、上空气间隙、下空气间隙、选择性反射层和高反射薄膜共同构成具有两级荧光传输功能的光波导结构。如此，该结构起到传输、汇聚光能的作用。

在荧光各向同性的假设下，该结构对荧光的收集效率n_t等于上述两部分光能占总发射荧光的比例分数之和。第一部分为进入全反射模式的立体角占全部空间的比例n_t1。参见图2，知单侧逃逸光锥立体角

Ω＝2π(1-cosθ_c)

其中，θ_c是全反射临界角，θ_c=arcsin(1/n₁)，n₁为荧光平面光波导内透明介质层的折射率，得：