太阳能立面高效采集与全方位传输技术制造技术

太阳能立面高效采集与传输技术能将从日出到日落的阳光１００％的采集并向任意方向和地点方便地传输，从而使各种太阳能利用装置发挥其固有生产效率，成倍的提高光能转换效率。其核心部件输出的太阳光可以聚集、弯曲、传输，可与各种用光装置连接，它解决了太阳能密度低、光线只能直线传送、光量因季、日而有很大变化的缺点，使太阳能有望成为能源主角。该装置结构简单、成本很低、功能可靠、不需维修，其最大特点是：使太阳能的综合效率提高几倍；不占用土地，采集的太阳能量与装置的高度与长度成正比。可用于墙面取暖和发电，可建于高山陡坡采光供电，可用于汽车、火车等交通工具外部以供电和取暖。

【技术实现步骤摘要】
太阳能立面高效采集与全方位传输技术本专利技术是太阳能采集与传输技术，能使各种用光设施在日出到日落时间 内、在各种场合中发挥太阳光的几倍的实际光能作用，属于太阳能应用的基础 技术。开发利用太阳能以节省化石能源，已成了世界各国追求持续发展的共识与 途径。因此近几十年来，太阳能利用的技术与方法日益增多，太阳能在世界能 源构成中已占有相当比重。我国政府在"十一五"规划中，已将太阳能列为可 再生能源之首。但是，太阳能也有它的缺点能量密度太低；只能直线传输，或通过折射、 反射后再直线传输；太阳光的供给不连续、不稳定夜间中断，阴雨天很弱； 在晴天其供给能量也因地点(接收点的纬度)、仪器等的朝向而异，又因时间 而变，这都影响其年、日的平均能量强度，也严重影响其相关设备的效能的发 挥。为了克服上述自然属性的缺点，人们在太阳能的利用方式、转换方式、聚 集方法、间接贮存方式等等提出了许多理论、措施和试验，造成了目前太阳能 研究利用的热潮。我国在直接利用太阳能方面，最成功的是太阳能热水器，其 产量与拥有量均占世界第一。太阳能集热器有平板集热器和聚光集热器。聚光 类太阳能发电有塔式、槽式、碟式；至今还没有光导式聚光。陈应天、何祚 庥等专利技术的"八面体反光镜组成的聚光光伏发电系统"可以使实际输出功率增 加四倍，使光伏发电成本下降，克服了余弦效应，发电总量可增加20%,成本 降低51%。它是利用太阳跟踪系统实现太阳能利用率提高的新近成果但它装 置复杂。奥地利佩尔格的Cap太阳能公司生产的纤维素太阳能蜂窝墙面可使 6000111，大楼的供暖减少40%，但比传统墙的费用高，达350欧^/m'。这是目 前直接利用太阳能取暖的新方式和高效率。德国和澳大利亚已建成太阳能塔发 电站，但其占地面积很大，只适用于地广人稀地区。本专利技术利用光的折射与全反射原理，实现光的髙强度采集和近乎全效的任 意方向的传输；太阳光的输出端不受环境限制，可供各种利用方式高效率利用。 这为太阳能登上世界能源主角地位，提供了关键性的基础技术。本专利技术是这样实施的 一、制造光导块用塑料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(折射率n产1.495)，制成矩形薄块(厚 6mm左右)，长宽由使用的建筑结构框架决定，这光导体的六面要很平整，再 用同种塑料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)加配少量Ge02，使其折射率降低 (n2=1.402)，将它包裹折射率为m的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)矩形薄块 的四周(六面体的两个大面不包裹。这两种折射率不同的塑料界面要很光滑)。 这种光导块可有四种型式，纵剖面的边与大面的法线平行(图l),即与法线平 行的光线的入射角e为零；纵剖面的边与大面的法线不平行(图2)，即光线的 入射角e不为零；纵剖面的边与大面的法线不平行，纵剖面的边呈倒梯形(图 3)，这样的光导块可将传导的光线聚合。还有一种型式只有一边向里斜，它能 将光向一边斜引。附图说明图1~3中，m为PMMA的塑料，H2为加有少量Ge02的 PMMA。在n2的PMMA之外还有一层加固层，但图中没有画出来；O为受光面法线；e为入射角。上述光导块有特强的受光能力,能在接受角(它是最大入射角e max的两倍， 图3)的范围内的光折射进光导块，然后全反射向前(向用光方向)传播，且损耗近于零。e角是光导块的法线与入射光线的夹角；在光导块的受光面有一 个2 e max的接受角(圆锥角)，当入射光线的入射角小于e max时，入射的光线就能全部进入光导块。所以光导块的采光效率q:广100% (当入射角0<1/2接受角) 0 (当入射角e〉l/2接受角)本专利技术的光导块就是要让太阳光的入射角e小于1/2接受角，实现ioo% 的阳光入射率(采光效率)。 二、安装太阳光要避免反射，要使阳光的入射线与光导体法线方向一致，即0=0时，cos0。 =1,这时阳光的入射率为100%。在光导块条件下，只要6小于1/2接受角时，在接受角(圆锥角)范围内的阳光都能被光导块接收。但入射角0 是随太阳高度而变化的，而太阳高度由季节变化和日变化而引起。为了使阳光最大限度地进入接受角范围内，这就除了设计符合光学原理的光导块外，还要 研究它们的安装。冬季太阳的髙度角较小，冬至最小。所以在冬季，太阳光的 利用率很低，冬至的前后利用率最低。这就是余弦效应。冬至前后的日照时间 最短，所以这时太阳能供给量是最少的。但冬季又是人们最需要利用太阳能的 季节，取暖、温室需要太阳能，光一电、光一化学能等的转换效率，也与太阳 能的入射量成正比。因此，在安装光导块时，首先要根据太阳的高度(角)最 低、日子最短的冬至来设计其法线方位角和高度角(仰角)。太阳高度角和方位角的计算太阳髙度角h的计算式sinh-sin ￥ sin 8 + cos W cos 6 cos Q太阳方位角A的计算式sinh'sin V -sin ScosA= -~cosh cos V式中h——太阳髙度角(度)； A——太阳方位角(度)； V——当地地理纬度(度)；S——太阳赤纬角(度)；冬至取(-23° 27')、夏至取(23° 27')、春 分、秋分取(0° )。Q——时角(度)；Q=15t t表示偏离正午的小时数。 下面介绍朝南方向的立面(墙)的光导块的排列方法1、 先计算当地冬至日的太阳高度角h;2、 计算当地冬至日的太阳日出与日落的方位角A;3、 以光导块的接受角的1/4,去除h,得整数3;得3列(附图4，右)， 由下至上画出各光导块的法线倾角15° 、 30° 、 45° ;当太阳髙度角很小时， 例如沈阳冬至的高度角只有41。 46'，这每列的光导块数冬至前后只用两块， 相应的行数也取两行，上面一行在冬至以后发挥作用。4、 画出3行的平面图(图面向南，面对读者。附图4,左)。图中(^的方 位角-冬至日出时的方位角；<14的方位角=冬至日落时的方位角。a" (14所 在的光导块之间的其它各光导块的方位角，是a i到(i4之间的递增等差级数， 即由at加一个角度(公差)得ci2的方位角，再由(12的方位角加一个相同的角度(公差)，得(13。图中只有4列，当立面很长时，可有很多列，这时等差级数的公差变小，但起点a i和终点a 4的方位角不变，即这个等差级数的首项 和末项不变。5、上面的光导块阵列适用于冬季取光。在春分以后或秋分以前，太阳光 在正午开始从北面往南往下射，这时如还要高效地利用太阳光，就需要安排 一排面向正北的光导块阵列。在利用光导块阵列为楼房取暖时，可将图4的光导块阵列縮小到相邻楼层 的间距和一间房屋的宽度，即块髙等于楼层高，块宽等于房间宽；这时每个光 导块为它所在的楼面的房间供热。而整个楼的墙面的许多光导块(阵列)为它 所在的楼房供热。当立面很髙时可以重复上述光导块阵列；也可以行列数不变，但增大每块 光导块的高度和宽度。三、应用与传导器件的配合光导块为节省光导材料一般都做成厚6mm的薄片，它绝对不能承重，故 它必定竖直安装在框架结构的方格内(或安装位置保护框)。光由接受面折射 进光导块内，再经块内的全反射到另一端射出。在射出端面根据阳光利用方式 和位置可以有多种射出和接收方式1、 以民用取暖为目的的输出输出的是圆锥体光(与接受面的的一样)； 由普通玻璃接本文档来自技高网...

【技术保护点】
太阳能立面高效采集与传输技术是太阳能开发的基础性技术，其特点在于：ａ、以朝正南（北）立面采集阳光；ｂ、聚甲基丙烯酸甲酯制造光导块；ｃ、根据冬至日出和日落的方位角和冬至的太阳高度角，确定光导块的阵列。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟显昭，钟音，钟显亮，
申请(专利权)人：钟显亮，
类型：发明
国别省市：21[中国|辽宁]