非跟踪式太阳能收集器制造技术

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。

Non-tracking solar collector

The present application describes an implementation of a non-tracking solar collector, which includes: (a) at least one solar radiation concentrator for collimating incident solar radiation rays and guiding them along the surface of a reactive reflector to at least one focus; (b) the reactive reflector, which is mounted on the top of an external cavity and has at least one solar radiation expression. At least one transparent region is instantly formed at each focal point to allow the solar radiation ray to enter the outer cavity, where the transparent region moves continuously along the surface of the reactive reflector along the position of the at least one focal point of the solar radiation ray, and (c) the outer cavity, which contains solar cells and can be located through the solar radiation ray. The internal scattering on the wall of the external cavity is described to capture incoming solar radiation rays, and the internal scattering of the external solar radiation rays in the external cavity prevents solar radiation from escaping from the solar cell, thereby minimizing the loss of solar radiation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非跟踪式太阳能收集器
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。
技术介绍
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JohannesKepler1619年关于它在彗星弯曲尾巴中的作用的假定，但在JamesClerkMaxwell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PeterLebedev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专利技术[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。
技术实现思路
本申请描述了非跟踪式太阳能收集器的实施方案，该非跟踪式太阳能收集器包括：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)反应性反射器，其安装在外腔顶部上并且具有在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，以便让太阳辐射射线进入所述外腔，其中所述透明区沿循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表面不断移动；以及c)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。在另一个实施方案中，非跟踪式太阳能收集器的所述外腔包含多于一个光谱优化的太阳能电池和附接到所述光谱优化的太阳能电池的多于一个带传输滤光片，其中所述带传输滤光片具有不同的传输波长。在一个具体实施方案中，太阳辐射聚集器可以是反射器或其阵列，或者透镜或其阵列。一个实施方案的反应性反射器包括：(a)具有开口的隔膜，该开口填充有高反射性微粒的液体悬浮液，例如水中的涂金属的玻璃微球，以及(b)两个光学透明的载玻片，例如市售的显微镜载玻片，第一光学透明载玻片附着在所述隔膜的底部，形成所述反应性反射器的固体支撑件，并且第二光学透明载玻片附着在所述隔膜的顶部，覆盖所述开口，其中所述隔膜夹在两个所述光学透明载玻片之间，从而形成夹层状结构。在另一个具体实施方案中，涂金属的玻璃微球是涂银的或涂铝的，其平均直径在1-100μm，优选42-62μm的范围内。在另一个具体实施方案中，隔膜(在一些图中也称为“间隔片”)的厚度为约100μm，并且所述隔膜中的开口的直径为约5mm，其决定了非跟踪式太阳能收集器的有效孔径。在本申请的另一方面，一种用于制造反应性反射器的方法包括以下步骤：(i)将隔膜放置在第一光学透明载玻片上，形成所述反应性反射器的固体支撑件；(ii)制备高反射性微粒的稀释液体悬浮液；(iii)用所述高反射性微粒的稀释液体悬浮液填充所述隔膜中的开口，以形成所述高反射性微粒的均匀薄层；以及(iv)将第二光学透明载玻片放置在所述隔膜的顶部上，从而覆盖所述开口并包封所述高反射性微粒。各种实施方案可实现各种有益效果，并且可以与各种应用结合使用。在附图和以下描述中阐述了一个或多个实施方案的细节。通过说明书和附图以及权利要求，所述技术的其他特征、目的和优点将显而易见。附图说明通过以下结合附图的详细描述，将更全面地理解和认识所公开的实施方案。图1示意性地示出了一个实施方案的非跟踪式太阳能收集器的“天然”构型。图2示意性地示出了一个实施方案的非跟踪式太阳能收集器的“平板多聚集器”构型。图3示意性地示出了一个实施方案的非跟踪式太阳能收集器的“光谱分裂”构型。图4示意性地示出了一个实施方案的反应性反射器。图5a至图5b示出了在与光束接触时单个微球的突然跳跃的滚动视频捕获中的两个连续图像。图5a示出了明亮的激光光斑，因为它在运动发生之前在水浸珠粒上擦过。直径为41μm的涂银玻璃微球和405nm激光束光斑被显示为相应的亮斑和暗斑。图5b示出了顺序图像，其中40毫秒后微球已平移其尺寸的大约10倍的距离。需注意，在水中没有看到微量气泡。图6示出了使用高速相机以每秒500,000帧的速率获得的连续图像集，以2ms的时间步长示出直径为41μm的涂银玻璃微球的气泡演变(从A到R)。图(A)示出了形成气泡之前的微球(刚好在气泡首次变为可见之前)，图像(H)示出了处于其最大半径的气泡，并且图像(R)示出了气泡完全消失后的平移微球。图7a示出了典型的微球运动和对应的气泡半径。微球位置以蓝色“o”标记显示，而气泡半径以橙色“x”标记显示。字母对应于图6中的相应帧。插图描绘了在200μs内气泡在连续位置之间消失后的典型微球的运动。图7b示出了典型球体从其初始位置行进的距离对比时间(空心圆)和对应气泡半径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非跟踪式太阳能收集器，其包括：(a)至少一个太阳辐射聚集器(1)，其被构造为使入射的太阳辐射射线(2)准直并将其沿着反应性反射器(3)的表面引导到至少一个焦点；(b)所述反应性反射器(3)，其安装在外腔(4)的顶部上并被构造为让太阳辐射射线(2)进入所述外腔(4)，所述反应性反射器(3)具有在超过强度阈值的所述太阳辐射射线(2)的所述至少一个焦点处即刻形成的至少一个透明区(5)，并且所述至少一个透明区(5)沿循所述太阳辐射射线的所述至少一个焦点(2)的位置沿着所述反应性反射器(3)的所述表面不断移动；以及(c)所述外腔(4)，其包含太阳能电池(6)并被构造为通过所述太阳辐射射线(2)在所述外腔(4)的壁上的内散射来捕获进入的太阳辐射射线(2)，其中所述太阳辐射射线(2)在所述外腔(4)内的所述内散射能够防止太阳辐射从所述太阳能电池中耗散，从而使太阳辐射损失最小化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.26 US 62/399,5861.一种非跟踪式太阳能收集器，其包括：(a)至少一个太阳辐射聚集器(1)，其被构造为使入射的太阳辐射射线(2)准直并将其沿着反应性反射器(3)的表面引导到至少一个焦点；(b)所述反应性反射器(3)，其安装在外腔(4)的顶部上并被构造为让太阳辐射射线(2)进入所述外腔(4)，所述反应性反射器(3)具有在超过强度阈值的所述太阳辐射射线(2)的所述至少一个焦点处即刻形成的至少一个透明区(5)，并且所述至少一个透明区(5)沿循所述太阳辐射射线的所述至少一个焦点(2)的位置沿着所述反应性反射器(3)的所述表面不断移动；以及(c)所述外腔(4)，其包含太阳能电池(6)并被构造为通过所述太阳辐射射线(2)在所述外腔(4)的壁上的内散射来捕获进入的太阳辐射射线(2)，其中所述太阳辐射射线(2)在所述外腔(4)内的所述内散射能够防止太阳辐射从所述太阳能电池中耗散，从而使太阳辐射损失最小化。2.如权利要求1所述的非跟踪式太阳能收集器，其中所述外腔包含多于一个光谱优化的太阳能电池。3.如权利要求2所述的非跟踪式太阳能收集器，其中所述外腔包含附接到所述光谱优化的太阳能电池的多于一个带传输滤光片，所述带传输滤光片具有不同的传输波长。4.如权利要求1至3中任一项所述的非跟踪式太阳能收集器，其中所述太阳辐射聚集器是反射器或其阵列，或者透镜或其阵列。5.如权利要求1所述的非跟踪式太阳能收集器，其中所述反应性反射器包括：(a)具有开口(41)的隔膜(或间隔片)(40)，所述开口填充有高反射性微粒(42)的悬浮液，例如液体(43)诸如水中的涂金属的玻璃微球，优选涂银或涂铝的玻璃微球...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾维·尼维，艾都·弗伦克尔，
申请(专利权)人：本古里安大学内盖夫本古里安科技及应用有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL