[发明专利]非跟踪式太阳能收集器

说明书

本申请描述了非跟踪式太阳能收集器的实施方案，其包括：(a)至少一个太阳辐射聚集器，其用于使入射的太阳辐射射线准直并将其沿着反应性反射器表面引导到至少一个焦点；(b)所述反应性反射器，其安装在外腔的顶部上并且具有在所述太阳辐射射线的所述至少一个焦点处即刻形成的至少一个透明区，以便让所述太阳辐射射线进入所述外腔，其中所述透明区沿循所述太阳辐射射线的所述至少一个焦点的位置沿着所述反应性反射器的所述表面不断移动；以及(c)所述外腔，其包含太阳能电池并且能够通过所述太阳辐射射线在所述外腔的壁上的内散射来捕获进入的太阳辐射射线，其中所述外太阳辐射射线在所述外腔内的所述内散射防止太阳辐射从所述太阳能电池中逸出，从而使太阳辐射损失最小化。

技术领域

一般来说，本申请涉及太阳能收集领域。具体地讲，本申请涉及利用所发现的光生微粒推进现象的非跟踪式太阳能收集器。

背景技术

光影响微米级物体的运动的能力在生物学、表面科学和物理学中都很重要，特别被用于体内治疗、诊断和药物递送系统。就这一点而言，当前的方法基于光与固体物体之间的动量传递或不对称粒子中的热泳效应，这两者都只限于不超过几皮牛顿的力。因此，很明显，如果需要更大的力，就应当设计一种新的方法。

最近，对微米级和纳米级物体的机械操纵作为体内治疗、药物递送和诊断的可能手段受到了特别的关注。就这一点而言，光具有特别的吸引力，因为它具有通过显微镜工具进入微米甚至纳米尺度中的固有能力。

到目前为止，通过称为辐射压力的现象发现了使用光来赋予机械运动的最有效方式。辐射压力历来已久，始于Johannes Kepler1619年关于它在彗星弯曲尾巴中的作用的假定，但在James Clerk Maxwell证明这是他新形成的电磁理论的自然结果之后，这一假定获得了更坚实的基础[1]。辐射压力由Peter Lebedev于1901年首次观察到[2]，不久之后由Nichols和Hull于1902年观察到[3]，它引发了迄今为止仍然存在的众所周知的Minkowski-Abraham争议[4-5]。

在Ashkin的研究之后，最终利用了辐射压力对微米级物体和原子的影响[6]，除了别的之外[7]，这导致了光学镊子的发明[8]。Ashkin使用射线光学证明，折射率大于周围环境的透明粒子被捕获在光束的焦点上。这是梯度力，因为它依赖于光束的不同强度分布。如今，这种力以及它的轴向对应物—散射力超越了射线光学，包括离散偶极近似[9]和T矩阵计算[10]，使得金属[11]、非球形[12]和散射[13]物体都在可及的范围内。

多年来，光学镊子被证明是我们生活的宏观世界和我们希望利用的微米级物体之间的有效桥梁。因此，光学镊子被发现在例如生物学、表面科学和微观力学中有很多用途[14]。虽然光学镊子提供了高水平的控制，这使得其成为如此重要的工具，但它力量仅限于几皮牛顿[16]。这种限制来自于辐射压力是电磁波与它与之相互作用的固体物体之间的动量传递过程[4,15]。从广义上讲，电磁波的动量是P/c，其中P为功率。由于c为光速，因此这种动量终究是微弱的。这种限制不仅影响光学镊子，还影响其他基于辐射压力的方法[17]。

因此，很明显，如果需要很大的力，就应当设计一种除辐射压力之外的方法。一种可能性是使用光的能量而不是其动量。这不足为奇，因为光是自然界最多产的能量载体之一。因此，我们开发了一种机制，用以将光的电磁能转换为微粒的机械运动。类似机制的一个实例是最近被证实的不对称Janus粒子的光激活泳动[18]。在这种情况下，由于运动来自温度梯度，而不是来自直接光吸收所产生的热量，因此产生的力相对较小。因此，在这种情况下，光驱动运动常常与布朗运动竞争[18-19]，或者与最大辐射压力轴向力相当[20]。

气泡是液体中的蒸汽空隙，由于其无处不在的发生及其剧烈的动态行为，因此一个多世纪以来备受关注[21]。正是这一事实与其有效去除大量热量的能力相结合[22]，使得气泡成为利用光影响微观物体运动的独特机会。

发明内容