用来收集辐射能的板状结构制造技术

一种用来收集太阳能的板具有一带有一定廓形的后表面（４），所述后表面包括一些狭长的棱柱形结构（５），每一棱柱形结构的一部分包括一光生伏打电池（８）。在一种形式中，每一棱柱形结构的另一部分包括一反射面（６），并且为了提高所述板的效率，所述反射面的一部分（１２）可以具有一抛物柱面反射器的一部分的形状。在另一种形式中，可省去所述反射面（６），这样，就可以使一些太阳能直接穿过所述板。所述各棱柱形结构大体上横向于所述板水平延伸，但是它们可以与水平方向倾斜，尤其是如果所述板被定位得面对着一除了太阳处于其最大仰角的方向之外的地理方向。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用来收集辐射能、尤其是(但不是排它性的)太阳能的结构，特别涉及一种适于用在各种场所中的板状结构。目前，太阳能正越来越多地被用来补充并且在一些情况中可替代发电作业中的其它形式的能量。但是，虽然从环境角度来说太阳能具有一些优点，但是，对于很多的应用场合来说，它仍然太贵以致不能加以考虑。为了获得最大的效率，可利用一光生伏打电池阵列来进行将太阳能转化为电能的太阳能收集作业，所述阵列可跟踪太阳，以保证它在一年中能始终被取向成可收集最多量的能量。但是，这样一种阵列的安装和维护是比较复杂的。固定式阵列更便于安装并且成本较低，但是效率较低，除非它们是瞄准太阳的平均位置的方向(这不是总是可能的)或者设置有一非常大的光生伏打电池面积(在这种情况中，光生伏打电池的成本可能会变得过高)。人们已认识到，一种降低由太阳能产生电力的比价的方法是减小收集给定量太阳能所需的电池个数。目前已有各种考虑到上述方法的设置方案，一些例子在US-A-4 235 643、4 313 023、4 514 040、5 419 782和5 466 301以及SU-A-089 365中有所描述。此外，在1978年出版的“太阳能”卷21第423至430页中由D.R.Mills和J.E.Guitronich撰写的题为“Ideal Prism Solar Concentrators”一文中描述了采用几个简单的棱镜装置作为聚太阳能器以及将低聚能(concentration)的棱镜装置合并为一些固定的、平顶的聚能器。相关的揭示出现在文献AU-A-37217/78中。本专利技术旨在提高用来收集辐射能的板状结构、尤其是(并不意味着排它)那些在建筑物、路标和招贴板中使用的结构的效率并增加其多用性。根据本文的权利要求1和2，本专利技术提供了一种用来收集辐射能的结构。根据本文的权利要求9，本专利技术还提供了一种用来收集辐射能的结构。根据本文的权利要求16和17，本专利技术进一步提供了一种用来收集辐射能的结构。下面将结合附图、仅藉助举例说明的形式对本专利技术的各实施例进行描述，在各附图中附图说明图1是可以用来收集辐射能的板状结构的纵剖视图；图2是一示意图，它示出了沿图1中箭头II方向观察时所述结构的各部分的位置；图3是与图1相对应的纵剖视示意图，它示出了通过所述结构的射线路径；图4是图3的局部放大图，用来对所述结构的各部件的尺寸进行计算；图5和图6是与图4相类似的视图，它们示出了根据本专利技术一方面的结构；图7(a)和图7(b)示出了图1所示结构的改进形式；图8(a)和图8(b)是一种根据本专利技术另一方面的结构分别与一窗子和一图示板结合使用时的纵剖视图；图9示出了图7(b)所示结构的另一改型。图10(a)、图10(b)和图11示出了根据本专利技术又一方面、用来收集辐射能的结构的另一些取向；以及图12至图14是可以用来收集辐射能的其它板状结构的纵剖示意图。图1和图2示出了一种板状结构1，所述板状结构适于用作一固定构造，可用来收集太阳能，以利用太阳能来发电。正如将在下文中更具体描述的那样，可以将所述结构1用在很多不同的地方，包括窗子的内表面上、一建筑物的外表面上以及路标和招贴板上。所述结构1包括一由透光材料制成的垂直板2，它具有第一和第二主表面3、4。所述第一主表面3呈平面状，而所述第二主表面4具有一定的廓形并且包括几个狭长的、大体上呈棱柱形、以一个在另一个之上的方式水平延伸横穿过所述垂直板2的结构5。各棱柱形结构5是相同的，并且彼此相互平行地延伸。每一棱柱形结构5均包括相互倾斜的平面6、7平面6是一面朝着垂直板2的反射面，平面7带有一光生伏打电池8，它与所述垂直板材料形成光接触以承接透过所述垂直板的辐射。光生伏打电池8呈一覆盖住平面7的整个宽度的条幅的形式。平面6和7的宽度的通常尺寸分别是10毫米和3毫米。垂直板2可以由一种聚合材料制成，并且可以是一模制结构。合适的聚合材料包括聚碳酸酯、硅酮和聚丙烯材料以及含氟聚合物，例如可以从美国明尼苏达州St.Paul市的3M公司购得的DyneonTMTHV氟热塑性(flurothermoplastic)材料以及聚四氟乙烯(PTFE)。图3示出了所述结构1被定位成使垂直平面状表面3面朝着太阳达到其最大仰角的方向(即，北半球的正南方)。来自太阳的电磁辐射如射线路径101至105所示出的那样穿过所述表面3进入垂直板2，并且其中一部分电磁辐射(以射线101为例)将直接撞击在其中一个光生伏打电池8上，而其余的电磁辐射将击打在其中一个反射面6上然后向后射入所述垂直板。自各棱柱形结构5的顶点附近的平面6反射来的辐射将如图3中的射线102所例示的那样射向邻近的光生伏打电池8，而其余的反射辐射将如射线103至105所例示的那样向后射向板状表面3。对于来自太阳的某一给定入射角来说，射线103至105击打所述垂直板内的所述表面3的角度视反射面6的倾斜角度而定，并且通过对后者加以选择，可以保证所有的反射射线103至105能在表面3处进行全内反射(TIR)然后也再次返回到板2内，如图中举例说明的那样。这时，一些TIR辐射将如射线103例示的那样直接撞击在其中一个光生伏打电池8上，或者如射线104例示的那样在又一次反射之后撞击在表面6处。其余的辐射，如射线105例示的那样，也将再次射至所述垂直板的表面3上，在该处再次进行全内反射，然后藉助重复以上过程(除非它先遇到垂直板2的边缘)最终到达一光生伏打电池8。下面将根据本专利技术其它不同方面对所述结构1的各种构造进行描述。在描述中，将参考所述结构的各部分的尺寸，这些尺寸在图4中有所标示。为了最大程度地减小平面7的宽度S，并从而减少在所述结构1(即，具有平面状平面6、7的结构)中所采用的太阳能电池8的总面积，每一棱柱形结构5的顶角D应该是90°，并且每一反射面6相对于垂直板2的总平面(在这种情况中是垂直的)的倾斜角T应该尽可能小以保证返回至垂直板2的表面3的所有辐射能如上文所述的那样进行全内反射。这样，所述结构的聚能比(沿着其中一个棱柱形结构5的垂直方向、所述宽度W与光生伏打电池8的宽度S之比)将为最大。如果将角度D设定为90°，可以示出的是，角度T的最小值可由以下公式来确定sin2T=sinC.(1-k2)-kcosC----(i)]]>式中k＝sin A/nC是对于所述板2的材料而言的临界角n是所述板2的材料的折射率A是在待收集能量处的最小太阳仰角(altitude)(在垂直于所述板的垂直平面内)。将公式(i)用于折射率为1.5的板材，并且假定太阳能是在一年中的什么时间来收集的，则可以推导出在下表1中示出在角度T和40°至60°纬度的最小值(各值是结合所述结构1的聚能比来示出的)。在推导这些值时，取每一纬度处、12月21日正午时的太阳仰角作为所述最小太阳仰角。表1 通过对角度T加以适当选择，与由相同材料制成的平板相比，上文中结合图1和图2所描述的那种固定板状结构其每单位面积的光生伏打电池可以收集更多(通常是三倍于)的能量。即使角度T不具有对于在该处采用所述板的特定纬度而言的最小可能值，也能收集较多量的太阳能。作为以上描述的一例子，如果图1和图2所示的结构由一种折射率n为1.5且角度T等于15.75°的材料制成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来收集辐射能的结构，它包括一具有一第一主表面和一对置的第二主表面的材料板，辐射能可穿过所述第一主表面而进入所述板，所述第二主表面具有一定廓形并且包括至少一个狭长的、大体上棱柱形的结构，其一部分包括一面对着所述板的反射面，其另一部分包括一辐射能收集器，其特征在于，所述棱柱形结构被成形成可使：（ｉ）透过所述第一主表面进入所述板的一部分辐射能自所述反射面反射以直接撞击在所述辐射能收集器上；（ｉｉ）透过所述第一主表面进入所述板的另一部分辐射能自所述反射面反射，以在所述板 的所述第一主表面处发生全内反射之后撞击在所述辐射能收集器上；（ｉｉｉ）透过所述第一主表面进入所述板的另一部分辐射能直接撞击在所述辐射能收集器上；并且所述反射面的至少一部分具有一抛物柱面反射器的一部分的形状或者与其基本对应的形状，该形 状被设置成可使入射在所述反射面的所述成形部分上的所有辐射能可直接反射至所述辐射能收集器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 1999-6-10 9913466.01.一种用来收集辐射能的结构，它包括一具有一第一主表面和一对置的第二主表面的材料板，辐射能可穿过所述第一主表面而进入所述板，所述第二主表面具有一定廓形并且包括至少一个狭长的、大体上棱柱形的结构，其一部分包括一面对着所述板的反射面，其另一部分包括一辐射能收集器，其特征在于，所述棱柱形结构被成形成可使(i)透过所述第一主表面进入所述板的一部分辐射能自所述反射面反射以直接撞击在所述辐射能收集器上；(ii)透过所述第一主表面进入所述板的另一部分辐射能自所述反射面反射，以在所述板的所述第一主表面处发生全内反射之后撞击在所述辐射能收集器上；(iii)透过所述第一主表面进入所述板的另一部分辐射能直接撞击在所述辐射能收集器上；并且所述反射面的至少一部分具有一抛物柱面反射器的一部分的形状或者与其基本对应的形状，该形状被设置成可使入射在所述反射面的所述成形部分上的所有辐射能可直接反射至所述辐射能收集器。2.一种用来收集辐射能的结构，它包括一具有一第一主表面和一对置的第二主表面的材料板，辐射能可穿过所述第一主表面而进入所述板，所述第二主表面具有一定廓形并且包括多个狭长的、大体上棱柱形的结构，每一所述棱柱形结构的一部分包括一面对着所述板的反射面，每一所述棱柱形结构的另一部分包括一辐射能收集器，其特征在于，所述棱柱形结构被成形成可使(i)透过所述第一主表面进入所述板的一部分辐射能自所述反射面反射以直接撞击在各辐射能收集器上；(ii)透过所述第一主表面进入所述板的另一部分辐射能自所述反射面反射，以在所述板的所述第一主表面处发生全内反射之后撞击在所述各辐射能收集器的至少其中一些辐射能收集器上；(iii)透过所述第一主表面进入所述板的另一部分辐射能直接撞击在所述的各辐射能收集器上；并且每一所述反射面的至少一部分具有一抛物柱面反射器的一部分的形状或者与其基本对应的形状，该形状被设置成可使入射在所述反射面的所述成形部分上的所有辐射能可直接反射至所述各个棱柱形结构的所述辐射能收集器。3.如权利要求2所述的结构，其特征在于，所述的各棱柱形结构基本上是相同的，并且彼此相互平行地设置。4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的结构，其特征在于，所述/每一棱柱形结构的所述反射面的另一部分是一平面状的反射面。5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的结构，其特征在于，所述/每一棱柱形结构的所述反射面的成形部分包括多个相互倾斜的平面状反射面，所述多个平面状反射面形成与一抛物柱面反射器的一部分基本对应的形状。6.如权利要求5所述的结构，其特征在于，所述/每一棱柱形结构的所述反射面形成所述棱柱形结构的一第一平面，所述相关的辐射能收集器位于一与所述反射面的成形部分邻接的第二平面内。7.如权利要求6所述的结构，其特征在于，所述/每一棱柱形结构的所述第二平面被定位得垂直于所述板的所述第一主表面。8.如前述任一权利要求所述的结构，其特征在于，每一反射面均包括一与所述各棱柱形结构直接接触或者相邻的反光材料。9.一种用来收集辐射能的结构，它包括一具有一第一主表面和一对置的第二主表面的材料板，辐射能可穿过所述第一主表面而进入所述板，所述第二主表面具有一定廓形并且包括多个狭长的、大体上呈棱柱形且在所述板的上方彼此相互大体平行延伸的结构，每一所述棱柱形结构的一部分包括一面对着所述板的反射面，另一部分包括一辐射能收集器；其特征在于，所述棱柱形结构被成形成可使(i)透过所述第一主表面进入所述板的一部分辐射能自所述反射面反射以直接撞击在各辐射能收集器上；(ii)透过所述第一主表面进入所述板的另一部分辐射能自所述反射面反射，以在所述板的所述第一主表面处发生全内反射之后撞击在所述各辐射能收集器的至少其中一些辐射能收集器上；(iii)透过所述第一主表面进入所述板的另一部分辐射能直接撞击在所述的各辐射能收集器上；并且所述板面对着一除了沿该方向太阳处于其最大仰角之外的地理方向，并且被定位得使所述各棱柱形结构沿一与所述水平方向倾斜的方向延伸。10.如权利要求9所述的结构，其特征在于，每一反射面均形成所述各棱柱形结构的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：MC利，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]