[发明专利]一种免动跟踪太阳能聚能器

说明书

一种免动跟踪太阳能聚能器，它是一种太阳能转换装置，可用于各种工业及民用太阳能采集装置中，如太阳能热水以及太阳能发电设备中。

太阳能的普及利用是当今社会所急需解决的一个重要课题之一。太阳能是一种干净、无污染和对环境几乎无影响的一种很好的一次能源，而有效和大面积普及利用太阳能对我们生存的环境和资源保护都是很有效的。但是，在太阳能利用中，最难解决的有下面两个问题。问题之一是太阳光的能流密度(在单位时间里通过单位面积的太阳光所带能量)不高，一般只有每平方米1千瓦左右。在直接利用换能器吸收时，为得到较大的输出功率，就必须使用大面积的换能元件。如果是使用如水等吸热介质换能，由于换能元件表面本身与外界也在进行热交换(对流和幅射)，产生较多的热量损失，因此换能效率不高，而且得到的是较低品位的热能。如果使用如太阳能电池直接把光能转换成电能，则为得到大的输出功率，需要大面积的太阳能电池，因此单位电能输出的成本较高。问题之二是太阳在天空中的位置是随一天中时刻不同而变化的。为提高太阳光的能流密度，可以使用各种汇集装置(如反射镜等)把太阳光集中，提高能流密度。但由于太阳在天空中位置的变化，必须使用一套跟踪装置使汇集装置的输出始终保持在换能器表面。使用跟踪装置使得太阳能换能装置的结构复杂，体积庞大，而且使用中的维护等也使装置运行成本增加。

本发明的目的是发明一种免动跟踪太阳能聚能器，它无运动部件，可实现自位免动跟踪，当太阳位置在一定范围内时，聚焦反射的太阳能光线都能保持在换能器件表面上。

本发明的结构如附图1所示，它有支架1、反射镜2、换能器件3，反射镜为圆柱面的一部分，其圆心角接近180°，支架1支持反射镜2使其轴线为南北方向并使轴线与水平面的夹角等于使用地纬度值，其特征在于：换能器件3的受光表面也为圆柱形，其圆柱直径为反射镜2圆柱直径的三分之一到六分之一，换能器件3的安装轴线与反射镜的轴线平行并在反射镜圆弧中点所在半径上，在该半径上换能器件3的下外沿距反射镜圆弧中点的距离约为二分之一反射镜圆弧半径。

附图1为本发明的结构示意图。

附图2为本发明垂直剖面图。图中R为反射镜圆弧半径，r为换能器件3的半径，H为换能器件3剖面圆心到反射镜圆弧圆心的距离。

附图3为太阳光入射角度与反光镜指向间角度不大时的光线反射示意图。

附图为太阳光入射角度与反光镜指向间角度较大时的光线反射示意图。

本发明的原理如下：

圆弧反射镜2有对于不同入射角度的光线聚焦到二分之一圆弧半径的圆弧面上的特性。本发明所采用的换能器件3为圆柱形。换能器件3的下外沿距反射镜圆弧中点的距离约为二分之一反射镜圆弧半径。它正好处在与圆弧反射镜2的焦面圆弧相切的位置。当入射阳光相对于反射镜2方向的角度不大时，其反射后阳光聚焦位置的焦面圆弧和换能器件3对应圆弧差不大，换能器件3不要求聚焦的质量，因此有一些散交是允许的，而且也是必须的。这时，散焦后的阳光还是基本全照射在换能器件3表面，如附图3所示。当阳光入射角大于一定角度(如附图4所示)时，只有换能器件3右侧的反射镜2起作用，它的阳光反射后也还是投到换能器件3的表面。因此不管太阳在天空中的什么位置，照射到反射镜2的阳光都被反射到换能器件3的表面，而换能器件3的表面积小于反射镜2的表面积，因而提高了换能器件3表面的平均能流密度。

本发明采用圆弧反射镜和圆柱形换能器件，把圆柱形换能器件安装在与圆弧反射镜圆弧焦面相切的位置，使太阳在天空中任意位置所投射的照到反射镜的阳光光线被反射后基本都投射到换能器件的表面。由于换能器件的表面积小于反射射镜2的表面积，因而提高了换能器件3表面的平均能流密度。这可以提高转换效率，降低成本。由于反射的阳光投射到圆弧焦面处，无需转动反射镜，是一种免动自位跟踪的装置。它没有运动部件，结构简单，无需维护。

本发明中的换能器件3可以是吸热管，其中可以通有吸热剂。吸热剂可以是水，氨水，酒精等，也可以直接通有被加热的化学物质。换能器件3也可以是太阳能电池，把阳光直接变为电能。还可以是复合换能器件，其外表面贴有太阳能电池，其内通有吸热剂，太阳能电池没有转换的太阳光所产生的热能由吸热剂吸收。

本发明中，换能器件3的半径可以是反射镜圆弧半径的三分之一至六分之一，太大是一种浪费。还降低了聚能效率，也不能太小，太小在太阳位置偏离反射镜指向较多时，不能保证反射阳光还能绝大多数投射到换能器件3的表面，其最好值为四分之一。