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    重庆时时彩万能八码走势图: 同时生产电能热能和冷却能的三用聚光型太阳能系统.pdf

    关 键 词:
    同时 生产 电能 热能 冷却 聚光 太阳能 系统
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    摘要
    申请专利号:

    CN02809768.8

    申请日:

    2002.04.08

    公开号:

    CN1507663A

    公开日:

    2004.06.23

    当前法律状态:

    终止

    有效性:

    无权

    法律详情: 未缴年费专利权终止IPC(主分类):H01L 31/058申请日:20020408授权公告日:20080528终止日期:20150408|||授权|||实质审查的生效|||公开
    IPC分类号: H01L31/058; F24J2/10; F24J2/12; F24J2/14; F24J2/18; F24J2/07; F24J2/52 主分类号: H01L31/058; F24J2/10; F24J2/12; F24J2/14; F24J2/18; F24J2/07; F24J2/52
    申请人: 亚历山德罗斯·帕帕佐普洛斯
    发明人: 亚历山德罗斯·帕帕佐普洛斯
    地址: 希腊迪昂索斯
    优先权: 2001.04.12 GR 20010100192
    专利代理机构: 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 代理人: 王彦斌
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN02809768.8

    授权公告号:

    |||100391012||||||

    法律状态公告日:

    2016.06.01|||2008.05.28|||2004.09.01|||2004.06.23

    法律状态类型:

    专利权的终止|||授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种聚光型的多用途光电PV系统,该系统利用全反射镜(301a)(或者常规反射镜)同时生产电能、热能和冷却能,该全反射镜通过模压玻璃形成。采用聚光型的PV电池(302a),聚集的太阳能聚焦在该PV电池上,由此产生电能,同时通过冷却该PV电池生产热水,或者还通过将太阳辐射局部聚焦在PV电池上,而将其余的辐射射到在焦面上的特别的油加热空腔(900a)内,生产过热油。另外,采用特别的吸热泵将生产的低温热水的热能转变成冷却能,因此可以在夏天直接利用生产的热水进行空调,而在冬天直接用生产的热水加热房间。

    权利要求书

    1: 一种太阳能系统S/S300a,其特征在于,该系统是聚光型的多 点聚焦系统,具有反射表面(RF)313′a,该反射表面由许多平行的 全反射镜(或者简单的常规反射镜)TRM?301a构成,该反射表面尺寸 小,不会形成很多的迎风面, 其特征在于,该表面绕系统垂直对称轴312a的转动通过将反射表 面313′a(全部313a)固定在转动座310b上而实现,该转动底座悬 浮在贮热水310e(水加防冻剂)上,并可以借助于垂直转动机构309a 在该水上转动,该贮热水装在水容器310a中,或者该表面可以可转动 地由圆锥形转动轴承310d支承在贯穿圆筒310c,由该机构309a转动 (或者采用这两种方法的联合方法), 其特征还在于,太阳光线051a入射到抛物面顶点在点301a的初 级抛物面TRM之后产生第一反射宽束光线052a,该光线聚焦在焦点 304a,该光线或者在此处直接被利用[还借助于次级截头棱锥(或者圆 锥)全反射(或者常规反射)聚焦反射镜363a,将其聚焦在PV电池 302a上],或者使这些光线052a在抛物面次级反射镜231a,b(作为有 关整个抛物面次级反射镜201a,b的截取部分)上反射,之后,形成达 到最后焦点204a,b窄束光线053a,b,并通过有关的最后聚焦反射镜 聚焦在PV电池302a上, 其特征还在于,各个TRM?301a构成从完全抛物面全反射镜361a 上截取的矩形部分,各个TRM?301a可以是一个全反射片(TTR)片, 或者由2、3、4或者更多的全反射片(TTR)构成,这些全反射片固定 在适当的抛物面底衬上,(其中各个片)的尺寸约为20×20cm,这样, 该TTR可以用模压玻璃的自动机器低成本生产[TRM?301a的材料可以 是例如没有氧化铁的透明玻璃(憎水玻璃),或者是本身固定在适当 底衬上的透明塑料], 其特征还在于,TRM?301a的前表面313a具有光滑的抛物面形状, 而后表面313c也是抛物面的底部凹凸部分,由许多平行的正交棱镜 314组成,该棱镜的顶边缘315a向完全抛物面反射镜(PM)361a的顶 点362a汇聚,并被切开?;咕哂卸猿浦嵯?11a(瞄准太阳)以及转 动轴线312a和312c(分别为垂直轴线和水平轴线), 其特征还在于,TRM?301a支承在金属支架305a上,该支架又支 承在水平转轴308a上,该转轴的两个端部装有滑轮和水平转动机构 308b,借助于两个轴承308c,该支架支承在转动底座310b上, 其特征还在于,贮水容器310a由绝热的水容器构成,该水容器充 满水和防冻剂310e,并承载该转动座310b,该转动座借助于垂直转动 机构309a可以绕贯穿圆筒310c转动, 其特征还在于,PV电池302a支承在金属支架302b上(该支架又 支承在水平转轴308a上),这些PV电池放置在各个TRM?301a的焦点 上,在电池的前侧面装有全反射(或者常规反射)的聚焦反射镜363a, 而在其后表面上装有冷却铜板302c,该铜板具有焊接在它上面的冷却 管302d,由冷却流体302e(即水加防冻剂)冷却,该冷却流体流过铜 板302c, 其特征还在于,该冷却流体302e借助于循环318a在封闭管道中 循环,该封闭管道由装在贮水容器310a底部的螺旋热交换器318b构 成,因此,通过冷却流体302e和螺旋热交换器318b从PV电池302a 带走的热量被传送到贮水容器301a的贮热水301e中,在该处,热量 由第二螺旋热交换器318c接收,并通过循环泵318d送出,或者作为 家用热水消费,或者进入到吸泵319a中,以便提供为生产温度为5/12 ℃或者7/14℃的空调用冷水所需的热能, 其特征还在于,可以利用导线340输出由PV电池302a产生的直 流,该直流或者直接用于充电,或者输送到交流/直流转换器,以便使 用交流电的用户使用。
    2: 一种太阳能系统S/S300b,该系统与权利要求1所述的S/S300a 的结构相同,其特征在于,聚焦在第一焦点304a的第一反射宽束光 052a在抛物面次级(全反射或者常规反射)反射镜231a(作为有关完 全抛物面次级反射镜201a,b的截取部分)上反射之后,形成到达最后 焦点204a,b的窄束光线053a,b,该窄束光线的特征在于,可以显著 降低(反射时太阳像)的太阳映像的尺寸,由此可使聚光系数达到 1000-2000日光或者更大,该窄束光线通过最后聚焦反射镜363b聚焦 在位于最后焦点204a,b上的或者位于其后面的PV电池302a上, 其特征还在于,在此位置,PV电池302a的冷却板302b可以直接 接触贮热水301e,结果,在这种情况下,不再需要冷却管302d、循环 泵318a和螺旋热交换器318b,因此可以省去, 其特征还在于,作为TRM的聚焦反射镜363a或者由4个全反射片 组成,这些反射片围绕PV电池302a构成截头棱锥体,其正交棱镜的 顶边缘向由这些全反射片(或者甚至由空气冷却和水冷却的常规反射 镜)构成的棱锥体的顶点汇聚,该截头棱锥具有适当的对着初级TRM 301a的张开角,从而使得该截头棱锥体可以补偿太阳跟踪系统少量的 瞄准错位,或者补偿TRM?301a的缺陷。其特征还在于,在用抛物面次 级反射镜231a,b将宽束光线052a向后返回,形成射向最后焦点 204a,b时,聚焦反射镜363a还可以定位在最后焦点204a,b上(或者 定位在分别与其相应次级反射镜231a,b联用的连贯TRM?301a的各个 最后焦点204a,b上,该次级反射镜为有关完全抛物面次级反射镜 201a,b的截取部分(以后称为最后聚焦反射镜363b)), 其特征还在于,在PV电池302a位于最后焦点204a,b时,水平转 轴308a或者具有固定在它上面的冷却板302c[在这种情况下,转动轴 是空心的,由冷却流体302e冷却,该冷却流体流过该冷却板,或者由 循环泵318d循环,或者在转动轴308a的两端位于贮存水301e的水面 下时,可直接利用重力循环(同时采用特殊形成的围绕水下转轴308a 的密封的位于水下的水盘308e防止固定在冷却板上的太阳能电池 302a受到水的侵蚀,利用穿过中心贯穿圆筒310c的排水管308h排出 积存的水),而采用柔性连接件308f使308a的两端穿过水盘308e 的两个端壁,进入到贮热水301e中,从而可使转轴308a可密封地转 动±90°以跟踪太阳],或者包括包含最后聚焦反射镜363b的适当开 孔,使PV电池302a固定在363b的末端相结合,在这种情况下,该 PV电池通过其冷却板302c可直接接触贮存水310e,因此可以用该水 直接冷却(利用围绕各个最后聚焦反射镜363b的不透水水盘308g可 以防止太阳能电池302a受到水的侵蚀), 其特征还在于,在后一种情况下,以及转轴308a位于水面下的情 况下,PV电池302a固定在308a上的情况下,可以省去不再需要的冷 却管302d、循环泵318a和螺旋形热交换器318b, 其特征还在于,在位于水下的水平转轴308a的位置上,将轴承 308c固定于特殊的结构件310b,该转轴的头部分别在下面连接于有关 的水平转动机构308b, 其特征还在于,作为整个反射镜361a和201a,b一部分的初级TRM 301a和次级反射镜231a,b特殊配置和定位在连贯的位置,由此形成 整个S/S300b。
    3: 一种太阳能系统S/S300a,b-S/E900a,这种系统可具体化为如 权利要求1和2所述的S/S300a或者S/S300b,其特征在于,S/S300a 或者S/S300b可以换一种方式不包括简单的聚焦反射镜363a或者 201a,b,而包括聚焦结构部件(S/E)900a,该结构部件的特征在于, 该部件设计为可以同时发电、通过冷却PV电流生产热水以及过热油 (用于做饭、生产家用过热水,并用于调节S/S300a或者任何一种类 似聚光PV系统生产的电能和热能的比例), 其特征还在于,太阳光051a入射到其顶点在点362a的有关初级 抛物面反射镜即301a上以后,产生聚焦在焦点304a的反射宽束光线 052a,然后再使该宽束光线入射在PV电池302a上,该PV电池可以定 位在空腔913a的开口912a(该开口可以与焦点304a重合)上,由此 所有聚光的太阳辐射(宽束光线052a)入射在PV电池302a上,并由 这些电池吸收,其特征还在于,PV电池还可以定位在空腔913a的任 何深度,在空腔913a中,可以使PV电池302a的支承/冷却圆筒914a 向后移动,由此只有一部分宽束光052a入射在PV302a上,并由其吸 收,而其余的光束入射在覆盖空腔913a内壁的油管915a上,然后由 特殊的过热油916a(其温度可达到300℃-400℃)吸收, 其特征还在于,由PV电池302a和由过热油916a吸收的聚光的太 阳辐射宽束光线052a的百分数取决于PV电池302a在空腔913a中的 退回位置(或者状态),在PV电池位于极内位置时,PV电池的吸收 可以减小到很小的百分数(例如5%),这样便相对增加了由过热油916a 吸收的百分数,该过热油可以吸收95%, 其特征在于PV?302a的支承/冷却圆筒914a,该圆筒支承PV电池 302a,同时通过同心的冷却管917a传送PV电池302a的冷却流体302e。 其特征在于,冷却管917a通过软管918a连接于输出和输入冷却流体 302e的管子302d,该流体由这些管输送到位于热水容器310a中的螺 旋热交换器318b。其特征还在于,可利用机构928a,使支承/冷却圆 筒914a移入和移出空腔913a,该机构928a由连接于位移螺栓928b 的移动螺栓928c构成,该移动螺栓固定在支承圆筒914a上,利用连 接于位于螺栓928b的移动螺栓928c、连接于接连S/E900a(各个 TRM301a的S/E900a)移动螺栓928c的连接轴928d、连接于连接轴928d 的马达928e以及最后通过减速机构和部件928c和928e将前后运动传 送给圆筒914a。其特征还在于,覆盖空腔913a内壁的油管915a通到 热水容器310a里面的热交换器919a,使得通过冷却PV电池302a产 生的贮存水310e的水温增加到要求的温度, 其特征还在于,在过热油管915d到达热交换器919a之前,它首 先穿高温贮存容器921a的外壳920a,在此处,将热量以高温形式贮 存在易熔盐922a中,该易熔盐装在容器921a中随后流到热交换器 919a中。其特征还在于,贮存容器921a具有很强的绝热件926a,容 器921a上部加热板924a的绝热塞子923a可以取下来,使得在取下该 绝热塞子923a时,可以在高峰太阳能以外的时间利用该加热板924a 来做饭。其特征还在于,该过热油可以用循环泵925a在油管915a中 循环,而冷却流体302e可利用循环泵318a在管子302b中循环。其特 征还在于,该S/E900a利用4个支承件907a支承在相应S/S即300a (或者任何另外的聚光PV系统)的相应支承架302b上,该支承件可 以同时起水管302d和油管915a双重作用。
    4: 一种单点聚焦的太阳能系统S/S100a[在采用全反射镜时用(a) 表示S/S100],这种系统可具体化为权利要求1和2所述的S/S300a 或者S/S300b,其特征在于,该系统是单点聚焦太阳能系统,该系统 可以利用全反射镜达到很高的聚光系数。该系统的特征还在于,它包 括其顶点在点102a的完整初级抛物面全反射镜PTRM?101a(该PTRM 的特征还在于其全反射片(TRT)131a,该全反射片具有前表面113a 和后部正交棱镜114a),太阳光051a在入射到初级PTRM?101a后, 产生第一反射宽束光线052a,聚焦在第一焦点104a上,在此处或者 可以直接利用该光束,方法是,还借助于聚焦反射镜119a(与权利要 求1所述的聚焦反射镜363a完全一样)将其聚焦在PV电池302a上, 或者使该宽束光在次级反射镜201a(由支承臂207a支承在支承环105c 上)上反射,之后,形成窄束光线053a,该窄束光线借助于最后聚焦 反射镜119a到达最后焦点204a,并聚焦在PV电池302a上,该最后 聚焦反射镜支承在支承环105c上, 其特征还在于,上述反射镜101a和201a联用的特征在于,可以 显著减小(反射时太阳像的太阳影像053c尺寸,方法是,首先使太阳 光线051a在PTRM?101a上反射,形成宽束光052a,然后使该宽束光 线052a在凹面抛物面次级反射镜201a上进行第二次反射,该次级反 射镜位于相关焦点104a的后面,由此形成窄束光线053a,在反射镜 101a和201a之间存在某些尺寸关系时,该窄束光线在聚焦时可以显 著减少太阳映像053c的尺寸(例如对于101a的直径和201a的直径之 比等于4时,可以减小太阳映像在最后焦点204a上的尺寸,减小该映 像应当具有尺寸的20%以下),因而可以将有关S/S100的聚光系数增 加到2000日光以上, 其特征还在于,PTRM?101a支承在金属支承环105a(外部)和105c (内部)上,该支承环又由金属支承臂107a支承,该支承臂又支承在 转动头部108a上。该转动头部108a支承于垂直转动柱109a,该柱建 立在基座110a上,该基座是固定的地基,其特征在于,该基座110a 可以在其上承受一个S/S100a,该S/S100a或者具有完全的初级抛物 面全反射镜(PTRM)101a,或者只具有PTRM?101a的扇形部分,或者 具有PTRM?101a和有关扇形部分的任何截取部分,或者具有次级抛物 面反射镜201a的截取部分, 其特征还在于,抛物面全反射镜101a或者由没有氧化铁的透明憎 水玻璃构成(对于较小的表面,用一片构成,或者对于较大的表面, 由全反射片(TRT)131a构成,该全反射片构成的抛物面113′a的一 部分,该113′a支承在适当的抛物面底衬上),或者由本身支承在适 当底衬上的透明塑料构成。113′a的前表面113a具有光滑的抛物面 形状,而其后表面113c是抛物面底部凹凸部分,平行于113c,由正 交棱镜114a构成,棱镜的顶边缘115a向PTRM?110a的顶点102a汇聚, 并被切断。其特征还在于,S/S100a还包括对称轴111a(瞄准太阳) 以及转动轴112a和112c(分别为垂直轴和水平轴), 其特征还在于,S/S100a包括位于其第一焦点104a上的抛物面次 级反射镜201a(该201a的特征还在于它的TRT?231a,该231a具有前 表面213a、后表面的正交棱镜214a、向其顶点202a汇聚的棱镜顶边 缘215a,以及后表面213c),而不包括聚焦反射镜119a和PV电池 302a,可用该抛物面次级反射镜201a将宽束光线052a向后反射,形 成射向最后焦点204a的窄束光线053a,现在再在该最后焦点上配置 聚焦反射镜119a和PV电池302a(因此称为最后聚焦反射镜119a), 其特征还在于,S/S100a可以换一种方式包括位于其第一焦点 104a或者其最后焦点204a上的聚焦结构部件S/E900a,像权利要求1 和2所述的S/S300a和S/S300b一样。
    5: 一种单点聚焦的太阳能系统S/S100b[采用常规反射镜时 S/S100用(b)表示S/S100],该系统的结构和图4所示的S/S100a 相同,其特征在于,不用全反射镜而采用常规反射镜。
    6: 一种单点聚焦的太阳能系统S/S100a,b[在应用全反射镜时 S/S100用(a)表示S/S100,而用常规反射镜时,用(b)表示],该 系统的结构类似于权利要求4和5所述S/S100a,或者S/S100b的结 构,其特征在于,它建立在底座110a,b上,该底座是悬浮的转动底座 110a,b,可以转动跟踪太阳,和权利要求1所述的转动座301b一样, 此时不再需要垂直转动柱109a,b,因此可以省去。其特征还在于,该 悬浮的转动底座110a,b可以承载在其上的一个或多个S/S110a,b,该 110a,b或者具有完整的初级抛物面全反射镜(PTRM)101a,b,或者只 具有PTRM?101a,b的扇形部分,或者具有PTRM?101a,b的任何截取部 分,并承载次级抛物面反射镜201a,b的相应扇形部分或者截取部分。
    7: 一种如权利要求1、2、3、4、5和6所述聚光型PV系统中任 何一种系统与吸热型热泵单元的联用,这种联用可以借助于吸热介质 例如硅胶,利用冷却聚光型太阳能电池产生的约50℃-90℃的低温热 水来生产温度约5℃-14℃的空调用冷水,或者冰箱或者冰室等所用的 冷却水,这种联用可能需要与常规燃料加热的辅助热水生产锅炉配套 使用,以便在太阳辐射低的时间或者不能使用太阳能驱动单元时使用。
    8: 一种其结构如权利要求1、2、3、4和6所述的全反射片TRT 或者TRM,其特征在于,该反射片厚度小(即5-10mm),由透明材料 构成(即由憎水玻璃或者折射系数n高于约1.5透明塑料如聚碳酸酯 或者有机玻璃等构成),其特征还在于,前表面1b-2是平的,而其后 表面1b-1是由很多平行正交棱镜构成的底部凹凸部分。因此,全反射 片1b代表全反射镜(TRM),该反射片的特征在于,可以用现有的高 生产力的自动机器通过模压方法用普通的憎水玻璃或者透明塑料进行 低成本生产,其特征还在于,该TRT不需要镀银来进行反射,因此不 会出现老化问题等, 其特征还在于,该TRM?1b(以及一般所有的TRM)由于全反射的 横向角特殊性而具有一些重要优点,例如可以在TRM绕平行于棱镜平 行顶边缘的轴线转动±5°时保持焦点不变,另外,可以显著减小太阳 映像的尺寸,以及在次级TRM上反射,随后聚焦等, 其特征还在于,我们得到的全反射实际上是100%的反射光线,以 这种方式应用TRM可以将聚光太阳能系统作成在最后聚焦之前进行多 次反射,其光损耗小于用常规反射镜聚光系统中单次反射的损耗。
    9: 一种如权利要求1、2、3、4、5、6和7所述的反射镜101a,b 和201a,b的联用或者它们中任何截取部分的联用,这种联用的特征在 于可以显著减小太阳映像053c的尺寸,方法是,使太阳光线051a首 先在反射镜101a,b上反射,形成宽束光线052a,然后使宽束光线052a 在位于有关焦点后面的201a,b上进行第二次反射,由此形成窄束光线 053a,在反射镜101a,b和201a,b之间存在某种尺寸关系的条件下, 该窄束光线在聚焦时可以显著减小太阳映像053c的尺寸(例如在 101a,b的直径与201a,b的直径之比等于4时,可以减小在最后焦点 204a,b上的太阳映像053′c的尺寸,减小太阳影相053″c应该具有 的尺寸20%以下,而不会由于101a,b和201a,b的联用而被删除一部 分,所以可以将有关的S/S?100a,b的聚光系数增加到2000日光以上。
    10: 一种另外的全反射镜,如权利要求1、2、3、4、5、6和7所 述的聚焦反射镜363a或者363b,这种反射镜的特征在于,它或者由4 个全反射片构成,围绕PV电池302a形成截头棱锥形,或者甚至形成 为截头圆锥形TRM,该截头锥形具有适当张开角(即各个侧面比分别 对着初级反射镜301a,或者对着101a,b或者次级反射镜201a,b,或 者对着这些反射镜的任何截取部分的侧面大约5-20°),从而使得这 种全反射镜可以补偿太阳跟踪系统的少量瞄准错位,或者补偿TRM 301a的缺陷,可以补偿太阳跟踪系统沿其水平轴瞄准错位达到±0.5 °的错位,或者补偿初级反射镜301a或者101a,b的缺陷,或者可以 通过将反射光线再反射到太阳能电池302a上的方法补偿这些反射镜 由风引起的振动。

    说明书


    同时生产电能热能和冷却能的 三用聚光型太阳能系统

        A.总论—评述

        本发明涉及聚光型的光电(PV)系统,该系统可以利用聚光型PV电池,将聚光的太阳能聚焦在该PV电池上而发生电能,并通过冷却该PV电池同时生产热水,或者还可以生产过热油,方法是,使一部分太阳光线聚集在PV电池上,而将另一部分太阳光线聚集在加热油用的特殊形式的聚集空腔上。另外,在夏天,可以用特殊形成的空调系统将温度相当低的热水的热能转换成冷却能,直接利用产生的热水对房间进行空调。

        聚光型太阳能系统,众所周知,具有各种形式和联合方式,有各种聚光型的光电(PV)系统,或者用太阳能加热的系统,或者其它的系统,聚光系数从2到约1000日光。然而,这些系统没有广泛用太阳光来生产电能或者热能,因为生产能量的比成本(生产每KWH或者每Kcal的成本)与用常规燃料生产的成本相比很高。

        聚光型太阳能系统成本增加(这些系统在经济上不可行)的主要原因是,这些系统由很大的反射表面构成,这些反射表面为了跟踪和聚焦日光需要转动,因此形成了很大的迎风表面。因此,在使用期间为了承受最大可能地风速,必须进行特别周全的设计,并具有相当重的结构,这样便使得成本过高。

        另外,使用常规的镀银反射镜也限制了系统的寿命,因而使得它的应用很不经济,这种镀银的反射镜在受到严酷的外部环境作用若干年以后,将会变坏。

        另外,对于1000日光的聚光系数,需要高准确度的抛物面,同时受到太阳影相大小的限制,因此使用高聚光系数是不可行的。另外,聚光型的PV电池还具有其效率降低的问题,因为在其表面上聚光的入射太阳光线分布不均匀。

        另外,通过吸热系统应用冷却PV电池产生的热水(温度为50-70℃)来生产空调用冷水在经济上是不可行的,而且到现在还没有应用。

        B.本发明优点的一般说明

        在本发明中,提出了对上述问题的创新性和经济可行的解决方案,同时还提出了创新性的太阳能系统(S/S)和创新性的结构部件(S/E),这些系统和部件可以克服上述障碍,并可以利用太阳光经济地生产电力、热能和冷却能。这些系统和部件中(不仅这些)的最重要的是如下:

        a)创新性的太阳能全反射(或者简单的常规反射)镜,具有较小的外形,或者对风的阻力小的外形(S/E?301、313、101、201等);

        b)创新性的全反射镜(TRM)(S/E?131、331、231、1b、1c、1d等)。该TRM用普通的憎水玻璃(water?clear?glass)用压模法制造,成本低,这种全反射镜几乎可以反射100%的入射太阳光线,使用寿命极长;

        c)创新性的次级抛物面TRM(或者常规反射镜),这种反射镜可以显著减小太阳映像的尺寸,从而可以采用很高的聚光系数;

        d)创新性的PV系统,可以利用入射在PV电池上的超过80%的太阳能来发电,通过冷却该PV电池来生产热水,以及在夏天,通过硅胶吸热泵用这种热水来产生空调用的冷却水;

        e)该创新性聚焦系统(S/E900),可以通过冷却PV电池来生产热水或者生产稍微过热的水,以便采用过热油增加冷却能的生产。

        f)聚光型PV系统与吸热型热泵单元的联用装置,这种装置可以利用例如硅胶生产冷却能。这种吸热型热泵单元可利用低温热水来生产空调的冷却水,或者生产冰箱或者冰室等的冷却水。

        广泛应用本发明的多用途系统,使得生产这种多用途太阳能系统是可行的,这种系统成本低、可靠性高,并且使用寿命超过20年以上,这种系统可以同时生产例如居家(或者建筑物)用电能、热水、空调或者冰室用的冷水、用于做饭的热能以及房间的加热等,几乎可以完全利用入射在PV电池上的太阳能(超过80%)(和现在的PV电池相反,这种电池只能应用入射太阳光能的10%-25%,这些能量只用来发电)。以这样高百分数反复应用入射太阳光能增加了本发明多用途太阳能系统的可行性,并使得用这些系统生产的能量可以与常规的能源竞争。

        C.本发明附图的说明

        图1a示出全反射的过程,而图1b、1c、1d示出全反射镜(TRM)的各种典型形式。

        图2a是不等角投影图,示出多用途太阳能。

        图2b是平面图(ground?view)和截面图,示出多用途太阳能系统。

        图2c是细节图,示出多用途太阳能系统S/S300a的TRM301a的结构,该TRM301a是整个抛物面反射镜361a的截取部分。

        图2d示出多用途太阳能系统S/S300a的聚焦S/E900a。

        图2e示出具有次级抛物面TRM(或者常规反射镜)的S/S300b的结构细节和放在最后焦点上并用贮热水直接冷却的PV电池。

        图2f示出适合于放在第一焦点或者最后焦点的焦点反射镜363a结构的细节。

        图2g示出创新性次级抛物面TRM(或者常规反射镜)的细节,该次级抛物面TRM可以显著减小太阳映像尺寸,因此可以得到很高的聚光系数。

        图3是不等角投影图,示出S/S100a,b。

        D.本发明结构部件和太阳能系统的详细说明

        1.全反射镜(TRM)。

        图1示出在光线进入正交玻璃棱镜1a(棱镜的前表面1a-2是平的,而后表面1a-1是正交棱镜)时光线1a-3(入射到棱镜1a的I、II、III)和光线1a-4(从棱镜1a射出的I′、II′、III′)的全反射过程,入射角φ和θ的范围是已知的(即对于折射系数η=1.52的玻璃,横向角(lateral?angle)φ应为-5°<φ<5°,以便达到全反射,而对于平行角(along?angle)θ,在0<θ<180°时该角度是有效的。

        图1b示出全反射片TRT或者TRM?1b,该全反射片的特征在于厚度小(即5-10mm),用透明材料(即憎水玻璃(water?clear?glass)或者透明塑料,例如折射系数n高于约1.5的聚碳酸酯或者有机玻璃)制作,其前表面1b-2是平面,而后表面1b-1是由很多平行正交棱镜构成的底部凹凸部分(bas-relief)??梢悦飨钥闯?,入射角与光线1a-3入射在棱镜1a上(图1a)的入射角相同的入射光线1b-3(I、II、III)将受到完全相同的全反射,并且对于入射角其范围也与棱镜1a的角度相同。因此,全反射片1b代表全反射镜(TRM),该全反射镜的特征在于生产成本低,可以用现有的具有高生产率的自动机器(即生产玻璃等的自动机器)或者用塑料等的挤压机通过模制方法用普通的憎水玻璃或者透明塑料生产,该TRT不需要镀银来进行反射,因此它没有老化等问题。另外,其特征还在于,该TRM?1b(一般说来所有的TRM)具有由于全反射横向角特殊性造成的重要优点[因为在例如光线II对垂直线成横向角φ(-5°<φ<5°)的角度入射时,该光线将以相同的角度φ射出,相对于垂直线,从棱镜光线入射的同一侧射出,与常规反射镜不同,在常规反射镜中,反射光线II′相对于垂线将从该光线入射侧的相反侧射出],这些优点例如为a)在TRM绕平行于棱镜顶边(along?sacme)的一根轴线摆动约±5°时,使交点保持不变;b)利用在次级TRM上的反射和随后的聚焦等,可以显著减小太阳映像的尺寸。

        其特征还在于,全反射是唯一在性质上已知的反射过程,在全反射中,我们实际上可以达到光线100%的反射,这样,如果用TRM?1b等,则我们可以形成多次反射而最后聚焦的聚光太阳能系统,这种系统的光损耗较小,小于用常规反射镜的聚光系统中单次反射的光损失。

        在图1c和1d中,示出上述TRM?1b全反射镜的两种不同形式,这些不同形式的特征在于,图1c是平的全反射圆盘(TRD)1c(其前表面1c-2是平的,而其后表面1c-1是由很多平行正交棱镜构成的底部凹凸部分)。图1d示出全反射片(TRT)1d(前表面1d-2是柱形抛物面,而后表面1d-1也是由很多平行正交棱镜构成的柱形抛物面底部凹凸部分)。但是,在下面将说明上述TRM或者TRT的若干其它形式,并应用来例如构成本发明各种形式的太阳能系统S/S300a、S/S100a、b等中的大尺寸或者小尺寸全反射镜,即TRM301a、131a、131b、201a,b、231a,b、363a等。

        2.多点聚焦的太阳能系统S/S300a

        本文要说明的示于图2a、2b、2c和2d中的太阳能系统S/S300a的特征在于,它是聚光型的多点聚焦系统,由很多平行的全反射镜(或者简单常规反射镜)构成的全反射表面313a是小尺寸的,从而不形成很大的迎风表面,通过将全反射表面313′a(等于所有的313a)固定在转动底座310b上,借助于垂直转动机构309a可以使该全反射镜系统绕系统的对称垂直轴线312a转动,该转动底座浮在贮热水310e(水加防冻剂)上,并在该贮热水上转动,该贮热水装在水容器310a中,或者该反射表面由装贯穿圆筒310c上的圆锥转动支承310d可转动地支承,借助于垂直转动机构309a实现转动(或者联合这两种方法)。

        另外,该系统的特征在于,在太阳光线051a入射在具有抛物面顶点在点301a的初级抛物面TRM后形成第一反射宽束光线052a,该束光线聚焦在焦点304a上,在此处,直接利用这些光[还借助于次级截头棱锥或者圆锥全反射(或者常规反射)聚光镜363a聚焦在PV电池302a上],或者使这束光(052a)在抛物面的次级反射镜231a,b(为有关完整抛物面次级反射镜201a,b的截取部分)上反射后形成达到最后焦点204a,b的窄束光线053a,b,并通过较后的聚焦反射镜363b聚焦在PV电池302a上。

        各个TRM?301a是从(全反射或者常规反射)完整抛物面反射镜361a截取的正交平行四边形部分。各个TRM?301a可以是一片,或者由2、3、4或者多个全反射片(TTR)构成,这些全反射片固定在适当的抛物面底衬上,其中每一个的尺寸约为20×20em,因而可以用模压玻璃的自动机器进行低成本生产。TRM?301a的材料例如是没有氧化铁的透明玻璃(憎水玻璃),或者是本身支承在或者固定在适当底衬上的透明塑料。

        TRM?301a的前表面313a为光滑的抛物面形状,而后表面313c也具有抛物面的底部凹凸部分,该后表面由很多平行的正交棱镜314a构成,该棱镜的顶边缘(top?acmes)315a汇聚在完整抛物面反射镜(PM)361a的顶部362a,并被切断。我们还可以看到对称轴线311a(对准太阳)和转动轴线312a和312c(分别是垂直轴线和水平轴线)。

        该TRM?301a支承在金属支架305a上,该支架又支承在水平转动轴308a上,该水平轴的两端装有滑轮和水平转动机构308b,借助于两个支承308c,该水平转动轴被支承在转动座架310b上。

        贮水器310a由绝热的水容器构成,该贮水器充满水和防冻剂301e,并支承转动座架301b,该座架通过垂直转动机构309a可以绕贯穿圆筒310c转动。

        PV电池302a支承在金属支架302b上,该支架又支承在水平转动轴308a上,该PV电池放置在各个TRM?301a的焦点上,这些PV电池的前侧装有全反射(或者常规反射)的聚焦反射镜363a,而在其后侧装有铜冷却板302c,该板具有焊接在它上面的冷却管302d,该冷却板由冷却流体302e(即水和防冻剂)冷却,该冷却流体流过该冷却板302c。

        冷却流体302e借助于循环泵318a在封闭管路中循环,这种管路由螺旋形的热交换器318b构成,装在贮水容器310a的底部。因此,通过冷却流体302e和螺旋形热交换器318b带走的热量被传输到贮水器310a的贮热水310e中,在此处,热量由第二螺旋形热交换器318c接收,并通过循环泵318d送出,作家用热水消费,或者进入到吸热泵319a,以便供给生产空调用5/12℃或者7/14℃冷水所需的热能,该吸热泵最后与用常规燃料加热的辅助热水生产锅炉配套使用,以便在太阳光强度低的时间或者没有太阳的时间,或者不能利用太阳能驱动单元的时间使用。

        由PV电池302a产生的直流电由导线340a送出,该直流电或者直接用于充电,或者进入直流/交流转换器,以便用交流电的用户使用。

        3.多点聚焦的太阳能系统S/S300b

        本文说明的示于图2e、2f和2g的太阳能系统S/S300b的特征在于,其结构与上面第二节说明的S/S300a的结构相同,但是其特征在于,聚焦在第一焦点304a的第一反射宽束光线052a在(全反射或者常规反射)抛物面次级反射镜231a,b(为有关完整抛物面次级反射镜201a,b的截取部分)上反射之后形成达到最后焦点204a,b的窄束光线053a,b,该窄束光线的特征还在于,可以显著降低(反射时太阳像)的太阳映像053c的尺寸(在图2g中也示出),因此,聚光系数可以达到1000-2000日光或更大,该窄束光线通过最后的聚焦反射镜363b聚焦在位于最后焦点204a,b的或者位于该最后焦点后面的PV电池302a上。

        其特征还在于,在此位置,PV电池302a的冷却板302b还可以直接接触贮热水310e,这意味着在这种情况下不再需要冷却管302d、循环泵318a和螺旋形热交换器318b,并可以省去这些部件。(其特征在于,作为TRM的聚焦反射镜363a(如图2f所示)或者由四个全反射片构成,这些反射片围绕PV电池302a形成截头的棱锥形,其正交棱镜的顶边缘(acmes)向由这些棱镜(或者甚至由常规的空气冷却或者水冷却的反射镜)构成的棱锥体的顶点汇聚,该棱锥体具有适当的对着初级TRM?301a的张开角度,从而可以使该聚焦反射镜363a可以补偿太阳跟踪系统的少量跟踪错位,或者可以补偿TRM?301a的缺陷。当用抛物面次级反射镜231a,b将宽束光线052a向后反射,形成射向最后焦点204a,b的窄束光线053a,b时,该聚焦反射镜363a还可以固定在最后焦点204a,b上(以后称为最后的聚焦反射镜363b)(或者形成在分别与其相应次级反射镜231a,b联合形成的接连的TRM?301a的各个最后焦点204a,b上,该次级反射镜是相应完整抛物面次级反射镜201a,b的截取部分)。

        其特征还在于,在PV电池302a位于最后焦点204a,b时,水平转动轴308a或者具有固定在它上面的冷却板302c[在这种情况下,该轴308a可以是空心的,由冷却流体302e冷却,该冷却流体流过该转轴,或者由循环泵318d循环,或者在转轴308a的两端位于贮存水310e的水面下时,直接由重力循环(此时可以利用特殊结构的不透水的位于水下的水盘308e防止固定在其上的太阳能电池302a受到水的侵蚀,该水盘围绕沿着水下的转动轴308a,利用穿过中央贯穿圆筒310c的排水管308h可以抽出该水盘中的积水),同时用柔性连接件308f使转轴308a的两端穿过该水盘308e端壁,进入贮存水308e,从而可以使308a不透水地转动约±90°,以便于跟踪太阳],或者该转轴可以包括包含最后聚焦反射镜363b的适当开孔,该PV电池302a固定在开口的末端,在这种情况下,该PV电池可以通过其冷却板302c直接接触贮存水310e,因此可以由该水直接冷却(利用围绕各个最后聚焦反射镜363b的不透水的水盘308g可以防止太阳能电池302a受到水的侵蚀)。

        在后一种情况下以及上述转轴308a位于水面下的情况下,由于PV电池302a固定在该转轴上,所以不再需要循环泵318a和螺旋形的热交换器318b,因而可以省去它们。

        其特征还在于,在水面下的水平转动轴308a的位置,将支承件308c固定在特殊结构件310b上,该支承件308c的头部在下面分别连接于相关的水平转动机构308b。其特征还在于,初级TRM?301a和作为整个反射镜361a和201a,b截取部分的次级反射镜231a,b的特殊配置和定位,如图2e中虚线所示。

        4.S/S300a的聚焦结构部件(S/E)900a

        本文所述的示于图2d的聚焦结构部件(S/E)900a的特征在于,该部件设计成可以同时发电、(通过冷却PV电池)生产热水和生产过热油(用于烹调以及过热家用热水,以及用于调节S/S300a或者其它任何有关聚光PV系统生产电能和热量的比例)。

        该部件的特征还在于,太阳光线051a入射到其顶点为点362a的初级抛物面反射镜即301a之后形成反射的宽束光线052a,该宽束光线首先聚焦焦点304a上,然后入射在PV电池302a上。该PV电池或者定位在空腔913a的开口912a上(该开口可以与焦点304a相重合),由此可使所有的聚光的太阳辐射(宽束光线052a)通过363a入射在PV电池302a上,并由这些电池吸收。该PV电池也可以定位在空腔913a内的任一个深度(在空腔913a中使PV电池302a的支承/冷却圆筒914a向后移动),由此只有一部分宽束光线052a入射到该PV电池302a上,并由其吸收,而其余部分的辐射则入射到油管915a上,该油管覆盖空腔913a的内壁,并由特别的过热油916a(该油的温度可能达到300℃-400℃)吸收。

        聚光的宽束光线052a的太阳辐射由PV电池302a吸收的和由过热油916a吸收的百分数取决于PV电池302a在空腔913a中的退回位置(或者定位),在PV电池处于极内位置时由PV电池吸收的百分数可以降低到很小的百分数(即5%),造成由过热油916a吸收的百分数相对增加,因此,该过热油吸收95%的辐射。

        其特征还在于,支承PV电池302a的PV电池302a支承/冷却圆筒914a以有通过同心冷却管917a传输和带走PV电池302a的冷却流体302e。该冷却管917a通过软管918a连接于送入和送出冷却流体302e的管子302d。该冷却流体302e由这些管子传送到热水容器310a中的螺旋形热交换器318b。其特征还在于,可以利用机构928a执行支承/冷却圆筒914a进入和退出空腔913a的移动,该机构由移动螺栓928c构成,该移动螺栓连接于固定在支承圆筒914a上的位移螺栓928b,该机构通过连接于位移螺栓928b的移动螺栓928c、通过连接连贯S/E900a的移动螺栓928c(各个TRM?301a的移动螺栓)的连接轴928d以及通过连接于该连接轴928d的马达928e,最后经减速齿轮和部件928c和928b将前后运动传送给圆筒914a。其特征还在于,覆盖空腔913a内部的油管915a通到热水容器310a中的热交换器919a,并使通过冷却PV电池302a得到的贮热水310e温度增加到要求的温度。

        其特征还在于,在过热油管915d达到热交换器919a之前,该管子首先穿过高温贮存容器921a的外套920a,在该外套中,热能以高温形式贮存在易熔盐922a中,该易熔盐装在高温贮存容器921a中,随后引入到热交换器919a。其特征还在于,贮存容器921a具有很强的绝热件926a,该容器921a上部加热板924a的绝热塞子923a可以取下来,使得在除去绝热塞子923a时,在太阳能峰值以外的时间,该加热板924a可以用作烹调器。其特征还在于,过热油916c可以通过循环泵925a在油管915a中循环,而冷却流体302e可以通过循环泵318a在管子302d中循环。其特征还在于,聚焦部件S/E900a通过4个支承件907a支承在相应系统S/S即300a(或者聚光PV系统中任一个另外的系统)的相应支承架302b上,该支承件同时还起水管302d和油管915a的双重作用。

        5.用于很高聚光系数的具有全反射镜(或者常规反射镜)的单点聚焦太阳能系统S/S100a,b

        本文所述的示于图3的S/S100a,b[在应用全反射镜时用(a)表示S/S100a,而采用常规反射镜时,用(b)表示]的特征在于,它包括整个的初级抛物面全反射镜(或者简单的常规反射镜)PTRM?101a,b,其顶点在点102a,b(该PTRM的特征还在于它的全反射片(TRT)131a,该全反射片具有前表面113a和其后部的正交棱镜114a),太阳光线051a入射在该初级PTRM?101a,b之后形成第一反射宽束光线052a,b,该光束聚焦在第一焦点104a,b上,该光束在此处或者被直接利用,方法是,还借助于聚焦反射镜119a,b(此反射镜与第一节中说明的聚焦反射363a完全一样)将其聚焦在PV电池302a,b上,或者使该宽束光在次级反射镜201a,b(用支承臂207a,b支承在支承环105a,b上)反射,之后,产生窄束光线053a,b,该窄束光线到达最后焦点204a,b,并且也借助于最后聚焦反射镜119c(与最后聚焦反射镜363b完全一样)聚焦在PV电池302a,b上,该最后聚焦反射镜支承在支承环105c上。

        其特征还在于上述反射镜101a,b和201a,b的联用(或者这些反射镜中彼此对应的任何截取部分的联用),这种联用的特征是可以显著降低(反射时太阳像的)太阳映像053c的尺寸,方法是,将太阳光051a首先在PTRM?101a上反射,形成宽束光052a,然后使该宽束光线052a在位于有关焦点104a后面的凹面抛物面次级反射镜201a,b上进行二次反射,由此形成窄束光线053a,在反射镜101a,b和201a,b之间存在某种尺寸关系时,该窄束光线在聚焦时将显著减小太阳映像053c的尺寸(例如,在101a,b的直径与201a,b的直径之比等于4时,可以减小最后聚焦204a,b上的太阳映像053′c的尺寸,减小太阳映像053″c应当具有尺寸的20%以下,而不会由于联用上述101a,b和201a,b而被部分删除),所以有关的S/S100a,b的聚光系数可以增大到超过2000日光。

        其特征还在于,PTRM?101a,b被支承在金属支承环105a,b(外部)和105c(内部)上,这些支承环又由金属支承臂107a,b支承,该支承臂支承在水平转动头108a,b上。该转动头108a,b被支承在垂直转动柱109a,b上,该柱建立在底座110a,b上,该底座可以是固定的地基,或者是悬浮的转动底座110a,b,这种转动底座可以转动跟踪太阳,和第一节中的转动底座310b一样(在这种情况下,不再需要垂直转动柱109a,b,可以省去)。其特征还在于,该悬浮的转动底座110a,b在其上可以装上一个或多个S/S100a,b,这些S/S100a,b或者具有整个的初级抛物面全反射镜(PTRM)101a,b,或者只有PTRM?101a,b的扇形部分,或者PTRM?101a,b和有关扇形部分的任何截取部分,或者次级抛物面反射镜201a,b的截取部分。

        其特征还在于,PTRM?101a由例如没有氧化铁的透明憎水玻璃构成(对于较小的表面作成一片,或者对于较大的表面,由全反射片(TRT)131a构成该全反射片构成抛物面113′a的一部分,该全反射片支承在适当的抛物面底衬),或者该PTRM?101a可以由透明塑料构成,该透明塑料本身支承适当的底衬上。113′a的前表面113a具有光滑抛物面形状,而其后表面113c是抛物面的底部凹凸部,平行于113a,由正交棱镜114a构成,其顶边缘115a向PTRM?101a的顶部102a汇聚并被切开。其特征在于,S/S100a,b还包括对称轴111a,b(瞄准太阳)以及转动轴112a,b和112c(分别为垂直轴和水平轴)。

        其特征还在于,S/S100a,b包括位于其第一焦点104a,b的抛物面次级反射镜201a,b(该次级反射镜的特征还在于它的TRT?231a,b,该TRT具有前表面213a,b、后部正交棱镜214a,b、向其顶点202a,b汇聚的顶边缘215a,b以及后表面213c),不用带有PV电池302a,b的聚焦反射镜119a,b,该抛物面次级反射镜201a,b用于将宽束光线052a,b向后反射,形成射向最后焦点204a,b的窄束光线053a,b,现在在最后焦点处,配置聚焦反射镜119a,b以及PV电池302a,b(以后称为最后聚焦反射镜119a,b)

        其特征还在于,S/S100a,b可以换一种方式包括位于其第一焦点104a,b或者位于其最后焦点204a,b的聚焦结构部件S/E900a,该结构部件和上述第一节中的S/S300a类似。

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