Система концентрированной солнечной энергии
Система концентрируемой солнечной энергии, содержащая систему сведения лучей, двустороннюю фотоэлектрическую панель и опорный элемент, причем система сведения лучей содержит по меньшей мере одну зубчатую поверхность и отражающую поверхность, при этом каждая зубчатая поверхность содержит по меньшей мере один элемент Френеля, а отражающая поверхность размещена ниже зубчатой поверхности по направлению падения солнечного света; и при этом двусторонняя фотоэлектрическая панель размещена выше отражающей поверхности по направлению падения солнечного света и главным образом расположена в месте фокусировки системы сведения лучей. Двусторонняя фотоэлектрическая панель используется и размещается выше отражающей поверхности по направлению падения солнечного света, и таким образом, с одной стороны, задняя поверхность фотоэлектрической панели может поглощать солнечный свет, сведенный посредством системы сведения лучей, а, с другой стороны, ее передняя поверхность также может поглощать излучаемый напрямую солнечный свет, так что в одинаковом пространственном размере способность фотоэлектрической панели к поглощению и использованию солнечной энергии существенно улучшается. 9 з.п. ф-лы, 10 ил.
Настоящее изобретение относится к технической области экологически чистой энергии, в частности, к системе концентрируемой солнечной энергии для использования солнечной энергии.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из-за увеличивающегося акцента на защиту окружающей среды все более и более широко используются системы солнечной энергии. В настоящее время на крышах или на дорожных покрытиях устанавливаются обычные системы солнечной энергии, такие как солнечные водонагревательные системы на основе фототермического преобразования и системы генерации солнечной энергии на основе фотоэлектрического преобразования.
В этих обычных системах солнечной энергии (солнечных энергосистемах) их устройства преобразования энергии, такие как солнечные вакуумные трубки или фотоэлектрические панели, обычно обращены непосредственно к солнечному свету, а площади их собственных рабочих поверхностей являются максимальными площадями, которые могут принимать солнечный свет, и, следовательно, энергия, собранная традиционной системой солнечной энергии, очень ограничена, а чем больше площадь фотоэлектрической панели, тем выше ее стоимость.
Для того, чтобы улучшить способность собирать солнечную энергию, имела место система концентрируемой солнечной энергии. Например, китайская патентная заявка с публикацией № CN101640502A раскрывает «Способ сборки массива конденсорных фотоэлектрических солнечных элементов», где солнечный свет сводится на фотоэлектрическую панель через линзу, так что фотоэлектрическая панель с меньшей площадью может получать солнечный свет, сведенный из линзы с большей площадью.
Однако, использование существующих конденсорных линз ограничивается множеством условий установки, что приводит к низкой эффективности затрат. Для того, чтобы лучше использовать ограниченное пространство и сократить расходы, все ещё желательно улучшить способность фотоэлектрических панелей к сбору и использованию солнечной энергии.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению, предлагается система концентрируемой солнечной энергии, содержащая систему сведения лучей, двустороннюю фотоэлектрическую панель и опорный элемент, причем система сведения лучей содержит по меньшей мере одну зубчатую поверхность и отражающую поверхность, при этом каждая зубчатая поверхность содержит по меньшей мере один элемент Френеля, а отражающая поверхность расположена ниже зубчатой поверхности вдоль направления падения солнечного света; при этом двусторонняя фотоэлектрическая панель расположена выше отражающей поверхности по направлению падения солнечного света и в основном размещена в месте фокусировки системы сведения лучей, и двусторонняя фотоэлектрическая панель используется для поглощения падающего солнечного света с двух направлений, т.е. с передней поверхности и задней поверхности; и опорный элемент используется для поддержки системы сведения лучей и двусторонней фотоэлектрической панели и для сохранения взаимного расположения между ними.
Система концентрируемой солнечной энергии согласно настоящему изобретению использует двустороннюю фотоэлектрическую панель, которая расположена выше отражающей поверхности по направлению падения солнечного света, и, таким образом, с одной стороны, задняя поверхность фотоэлектрической панели может поглощать солнечный свет, сведенный посредством системы сведения лучей, а с другой стороны, ее передняя поверхность также может поглощать излучаемый напрямую солнечный свет (или солнечный свет, сведенный посредством другой системы сведения лучей), так что в том же пространственном размере способность фотоэлектрической панели к поглощению и использованию солнечной энергии эффективно улучшается. Кроме того, поскольку используются как преломляющая поверхность Френеля, так и отражающая поверхность, вся система может быть расположена в небольшом пространстве и, следовательно, пригодна для многих типичных способов монтажа, таких как установка с использованием крыши, установка с использованием столбов с проводом, установка с использованием поверхности зонта и т.д.
Поскольку стоимость системы сведения лучей намного ниже, чем стоимость фотоэлектрической панели, в настоящем изобретении для увеличения площади сведения лучей используется система сведения лучей с низкой стоимостью и с большой площадью, так что площадь дорогостоящей фотоэлектрической панели может быть уменьшена, тем самым значительно снижая стоимость системы солнечной энергии. Предпочтительно, когда для обеспечения отражающей поверхности с достижением очевидного эффекта используется отражающая линза, которая также имеет способность концентрирования.
Конкретные примеры согласно настоящему изобретению подробно описываются ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - принципиальная схема двух коаксиальных поверхностей для образования преломляющей поверхности Френеля согласно настоящему изобретению;
Фиг. 2 - принципиальная схема нескольких компоновок составной преломляющей поверхности Френеля согласно настоящему изобретению;
Фиг. 3 - принципиальная схема системы сведения лучей с двумя зубчатыми поверхностями согласно настоящему изобретению;
Фиг. 4 - принципиальная схема отражающей линзы Френеля согласно настоящему изобретению;
Фиг. 5 - принципиальная схема нескольких исходных линз, используемых для создания отражающих линз, согласно настоящему изобретению;
Фиг. 6 - принципиальная схема базовой структуры системы концентрируемой солнечной энергии согласно настоящему изобретению;
Фиг. 7 - принципиальная схема системы концентрируемой солнечной энергии согласно варианту осуществления 1;
Фиг. 8 - принципиальная схема системы концентрируемой солнечной энергии согласно варианту осуществления 2;
Фиг. 9 - принципиальная схема системы концентрируемой солнечной энергии согласно варианту осуществления 3; и
Фиг. 10 - принципиальная схема системы концентрируемой солнечной энергии согласно варианту осуществления 4.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Система сведения лучей, используемая в системе концентрируемой солнечной энергии, согласно настоящему изобретению применяет линзу Френеля, и для ясности понимания ниже описаны принципы, имеющие к этому отношение.
Линза Френеля представляет собой тонкую линзу. За счет разделения непрерывной исходной криволинейной (изогнутой) поверхности обычной линзы на отдельные сегменты, после уменьшения толщины каждого криволинейного сегмента, все криволинейные сегменты поверхности выводятся на одну и ту же плоскость или на одну и ту же по существу гладкую криволинейную поверхность с образованием линзы Френеля. Эта прерывистая преломляющая поверхность, выделенная из исходной криволинейной поверхности, может быть названа преломляющей поверхностью Френеля, которая обычно является ступенчатой или зубчатой. Теоретически, преломляющая поверхность Френеля имеет оптические характеристики, приближенные к оптическим характеристикам соответствующей исходной криволинейной поверхности, но ее толщина значительно уменьшена. Преломляющая поверхность Френеля, полученная с помощью одной исходной криволинейной поверхности, может быть названа элементом Френеля.
Традиционные исходные криволинейные поверхности для образования преломляющих поверхностей Френеля обычно представляют собой криволинейные поверхности, которые симметричны относительно оптической оси, такие как сферические поверхности и криволинейные поверхности вращения (такие как вращающиеся параболоиды). Фокусы традиционных исходных криволинейных поверхностей находятся в одной точке, и поэтому они могут быть названы «плоскостями, имеющими общую прямую». В настоящем изобретении исходными криволинейными поверхностями могут быть любые формы коаксиальных поверхностей, которые могут быть специально расположены как требует применение. Термин «коаксиальные поверхности» относится к криволинейным поверхностям, фокусы которых находятся на одной и той же линии (не обязательно в одной и той же точке), которая может быть названа «коаксиальной линией». Традиционные плоскости, имеющие общую прямую, можно рассматривать как частный случай, когда коаксиальная линия коаксиальных поверхностей вырождается в точку. Благодаря использованию исходных поверхностей, которые коаксиальны, но не имеют общей прямой, чувствительный элемент, сконфигурированный в месте фокусировки, может быть расширен от меньшей площади (соответствующей фокальной точке) до длинной полосы (соответствующей коаксиальной линии, состоящей из фокусов), тем самым повышая способность сбора сигналов и помогая решить проблему локального перегрева без существенного увеличения стоимости. Типичные коаксиальные поверхности включают в себя криволинейные поверхности вращения (включая криволинейные поверхности вращения второго порядка или более высокого порядка), столбчатые поверхности, клиновидные поверхности и тому подобные. Столбчатые поверхности могут быть названы коаксиальными поверхностями с постоянным сечением, а их сечения, полученные путем срезания этих криволинейных поверхностей в любой точке вдоль направления, перпендикулярного коаксиальной линии, являются согласованными по форме и размеру. Цилиндрическая поверхность представляет собой особый случай столбчатых поверхностей. Поперечные сечения клиновидных поверхностей вдоль коаксиальной линии являются схожими по форме, но различными по размеру, а коническая поверхность является частным случаем клиновидных поверхностей. Фиг. 1 показывает вышеупомянутые два типа коаксиальных поверхностей, где фиг. 1(а) показывает коаксиальную поверхность с постоянным сечением, а фиг. 1(b) показывает клиновидную коаксиальную поверхность с фокусом F на соответствующей коаксиальной линии L.
Макроскопическая преломляющая плоскость, состоящая из одного или более элементов Френеля, может называться зубчатой поверхностью, а по существу гладкая или плоская поверхность, противоположная ей, может называться задней поверхностью. Зубчатая поверхность, содержащая только один элемент Френеля, может называться «простой преломляющей поверхностью Френеля», а зубчатая поверхность, содержащая два или более элементов Френеля, называться «составной преломляющей поверхностью Френеля». Как правило, основные параметры (например, площадь, фокусное расстояние, форма соответствующей исходной криволинейной поверхности, число концентрических колец, используемых для разделения исходной криволинейной поверхности и т.д.) элементов Френеля на составной преломляющей поверхности Френеля могут быть адаптивно сконфигурированы и могут быть полностью идентичными, частично идентичными или совершенно разными. В одном варианте осуществления все элементы Френеля на составной преломляющей поверхности Френеля имеют свои собственные оптические центры, но их фокусы попадают в одну и ту же точку или на одну и ту же прямую линию или в ограниченную зону. Это может быть достигнуто путем пространственного расположения каждого элемента Френеля, составляющего составную преломляющую поверхность Френеля. Фиг. 2 показывает расположения элементов Френеля нескольких типичных преломляющих поверхностей Френеля, где фиг. 2(а) показывает круговое симметричное расположение, фиг. 2(b) показывает расположение в виде рядов и столбцов, а фиг. 2(с) представляет собой расположение в виде сот. Можно предусмотреть, чтобы эти элементы Френеля были расположены на макроскопической криволинейной поверхности, такой как плоскость, квадратичная поверхность (включая сферическую поверхность, эллипсоид, цилиндрическую поверхность, параболическую цилиндрическую поверхность, гиперболическую цилиндрическую поверхность), поверхность полинома высокого порядка (обычный способ реализации асферической поверхности), а также складчатая поверхность и поверхность в виде лестницы, образованная соединением нескольких плоскостей, и т.д.
Как правило, зубчатая поверхность и задняя поверхность могут быть адаптивно объединены для формирования различных типов элементов. Например, линза Френеля с зубчатой поверхностью и задней поверхностью может называться «односторонней линзой Френеля». Дополнительно, если зубчатая поверхность является «простой преломляющей поверхностью Френеля», то линза является «односторонней простой линзой Френеля»; если зубчатая поверхность является «составной преломляющей поверхностью Френеля», то линза представляет собой «одностороннюю составную линзу Френеля». Линза Френеля с зубчатой поверхностью с обеих сторон может называться «двусторонней линзой Френеля», а в зависимости от типа зубчатых поверхностей ее можно также дополнительно разделить на «двустороннюю простую линзу Френеля» и «двухстороннюю составную линзу Френеля». Если одна зубчатая поверхность двусторонней линзы Френеля является простой преломляющей поверхностью Френеля, а другая зубчатая поверхность является составной преломляющей поверхностью Френеля, она может называться «двусторонней гибридной линзой Френеля». Кроме того, в качестве варианта для двусторонней линзы Френеля, если одна из зубчатых поверхностей является «простой преломляющей поверхностью Френеля», эта зубчатая поверхность может быть заменена традиционной выпуклой поверхностью линзы или вогнутой поверхностью линзы.
Установка двух или более зубчатых поверхностей на одном и том же оптическом пути позволяет системе сведения лучей иметь лучшую способность к сведению лучей. Фиг. 3 показывает систему сведения лучей с двумя зубчатыми поверхностями, где составная преломляющая поверхность s1 Френеля и простая преломляющая поверхность s2 Френеля могут быть обеспечены одной двусторонней линзой Френеля или обеспечены двумя односторонними линзами Френеля по отдельности.
Отражающая поверхность, используемая в системе сведения лучей по настоящему изобретению, может представлять собой плоскую отражающую поверхность или криволинейную отражающую поверхность, такую как вогнутая или выпуклая отражающая поверхность, а также может быть зубчатой отражающей поверхностью. Отражающая поверхность может быть снабжена элементом, имеющим только одну единственную функцию отражения, таким как плоская пластина, имеющая отражающее покрытие, и свет отражается непосредственно на поверхности элемента. Отражающая поверхность также может быть снабжена отражающей линзой. Так называемая отражающая линза относится к линзе, имеющей отражающее покрытие с одной стороны, и свет преломляется в линзе от преломляющей поверхности, а затем отражается отражающей поверхностью и снова преломляется от элемента через пропускающую поверхность.
Различные типы отражающих поверхностей могут быть скомбинированы с различными типами пропускающих поверхностей для формирования различных типов отражающих линз. Для простоты при обозначении отражающей линзы тип отражающей поверхности помещается перед типом преломляющей поверхности. Например, комбинация плоской отражающей поверхности и плоской пропускающей поверхности представляет собой обычный плоский отражатель, а комбинация плоской отражающей поверхности и вогнутой или выпуклой пропускающей поверхности представляет собой «плоско-вогнутую» или «плоско-выпуклую» отражающую линзу; таким же образом могут быть отражающие линзы «вогнуто-плоского», «выпукло-плоского», «вогнуто-вогнутого», «выпукло-выпуклого», «вогнуто-выпуклого» и «выпуклого-вогнутого» типов и т.д. В частности, отражающая линза Френеля может быть получена путем замены одной или обеих криволинейных поверхности в отражающей линзе соответствующей зубчатой поверхностью(ями). Для отражающей линзы Френеля «плоско-выпуклого» типа можно сделать ссылку на фиг. 4, где компонент L1 имеет плоскую отражающую поверхность s3 и простую преломляющую поверхность s4 Френеля. Благодаря отражению, путь падающего света проходит через физическую преломляющую поверхность s4 раздела дважды, а физическая поверхность раздела фактически эквивалентна двум зубчатым поверхностям, поэтому компонент L1 также может быть отнесен к линзе Френеля двустороннего отражающего типа. Компонент L1 может быть образован путем нанесения покрытия в виде отражающей пленки на заднюю поверхность односторонней линзы Френеля или путем прикрепления накладки, имеющей отражательную способность, на заднюю поверхность. Другие типы отражающих линз также могут быть сформированы путем превращения любой из поверхностей исходной линзы в отражающую поверхность. Для нескольких типичных исходных линз ссылка может быть сделана на фиг. 5, где фиг. 5(а) показывает «вогнуто-выпуклую» линзу, фиг. 5(b) показывает «выпукло-выпуклую» линзу с одной выпуклой поверхностью, являющейся преломляющей поверхностью Френеля, фиг. 5(с) представляет собой «вогнуто-выпуклую» линзу с выпуклой поверхностью, являющейся преломляющей поверхностью Френеля, а фиг. 5(d) является «вогнуто-вогнутой» линзой с обеими сторонами, являющимися преломляющими поверхностями Френеля.
Основная структура системы с концентрируемой солнечной энергией согласно настоящему изобретению, со ссылкой на фиг. 6, содержит систему сведения лучей и двустороннюю фотоэлектрическую панель p1. Система сведения лучей содержит зубчатую поверхность s5 и отражающую поверхность s6, причем зубчатая поверхность содержит по меньшей мере один элемент Френеля, а отражающая поверхность размещена ниже зубчатой поверхности по направлению падения солнечного света. Двусторонняя фотоэлектрическая панель размещена выше отражающей поверхности по направлению падения солнечного света. Как показано на фиг. 6(а), двусторонняя фотоэлектрическая панель может быть расположена между зубчатой поверхностью и отражающей поверхностью; или как показано на фиг. 6(b), двусторонняя фотоэлектрическая панель может быть расположена выше зубчатой поверхности. В некоторых вариантах осуществления двусторонняя фотоэлектрическая панель также может находиться в тесном контакте с зубчатой поверхностью или быть встроенной в макроскопическую криволинейную поверхность, на которой расположена зубчатая поверхность, как показано на фиг. 7. Двусторонняя фотоэлектрическая панель может быть расположена на пути сфокусированного света, предпочтительно по сути в месте фокусировки системы сведения лучей, а место фокусировки определяется искусственно зубчатой поверхностью и отражающей поверхностью. Как правило, место фокусировки представляет собой небольшую область в виде пятна или полоски, а двусторонняя фотоэлектрическая панель расположена вблизи области для приема сведенного солнечного света с повышенной плотностью энергии. В различных вариантах осуществления зубчатая поверхность и отражающая поверхность могут быть обеспечены с помощью различных типов вышеописанных компонентов. Например, для обеспечения зубчатой поверхности и отражающей поверхности соответственно могут быть использованы различные компоненты, а компонент, показанный на фиг. 4, также может быть использован для обеспечения как зубчатой поверхности, так и отражающей поверхности. Кроме того, система сведения лучей также может быть дополнительно улучшена в способности сведения лучей посредством увеличения зубчатых поверхностей. Двусторонняя фотоэлектрическая панель, используемая в настоящем изобретении, способна поглощать падающий солнечный свет как с передней, так и с задней поверхностей. Простым подходом является укладка стопкой двух односторонних фотоэлектрических панелей задней стороной к задней стороне с получением двусторонней фотоэлектрической панели. Разумеется, также можно непосредственно выполнить фотоэлектрическое устройство со способностью к поглощению света с двух сторон. Для поддержки системы сведения лучей и двусторонней фотоэлектрической панели, чтобы сохранить взаимное расположение между ними, может быть использован надлежащий опорный элемент (не показан). В зависимости от различных конкретных сценариев применения опорный элемент может иметь множество надлежащих форм и может быть сконструирован как требуется.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления система сведения лучей и двусторонняя фотоэлектрическая панель могут иметь одинаковую, симметричную разделяющую плоскость. Так называемая симметричная разделяющая плоскость - это плоскость, которая делит геометрическую форму на две части, и две разделенные части являются симметричными относительно данной плоскости. Круглосимметричный объект имеет бесконечное число симметричных разделяющих плоскостей, и все плоскости, проходящие через нормаль к его центру, представляют собой симметричные разделяющие плоскости, и прямоугольная грань имеет только две симметричные разделяющие плоскости. Преимущество того, что элементы имеют одну и ту же, симметричную разделяющую плоскость, состоит в том, что пространственный размер может быть полностью использован для достижения компактной компоновки.
Несколько видов использования системы концентрируемой солнечной энергии согласно настоящему изобретению будут описаны в качестве конкретных примеров ниже в связи с конкретными сценариями применения.
Вариант осуществления 1
Вариант осуществления системы концентрируемой солнечной энергии согласно настоящему изобретению, со ссылкой на фиг. 7, содержит первую линзу 111 Френеля, отражающий элемент 112, двустороннюю фотоэлектрическую панель 120 и опорный элемент 130.
Первая линза 111 Френеля может быть снабжена одной зубчатой поверхностью (использование односторонней линзы Френеля) или двумя зубчатыми поверхностями (использование двусторонней линзы Френеля), а макроскопическая криволинейная поверхность ее зубчатой поверхности формируется в виде складчатой поверхность (поверхности со складками). В других вариантах осуществления форма макроскопической криволинейной поверхности зубчатой поверхности первой линзы Френеля также может быть коаксиальной поверхностью других форм, таких как поверхность в виде дуги. В настоящем варианте осуществления первая линза Френеля используется в качестве крыши для здания и может быть выполнена путем прессования жесткого прозрачного материала, такого как твердый пластик, смола, стекло или т.п. Поскольку площадь крыши обычно велика, первая линза Френеля может быть разделена на несколько небольших частей, которые должны быть изготовлены, а затем соединены вместе. Например, может быть изготовлено, а затем собрано в цельную крышу множество простых линз Френеля. Разумеется, каждая небольшая часть может также содержать несколько элементов Френеля, исходя из способа изготовления. Эти небольшие части для сборки крыши, сводящей лучи света, могут быть названы «плитками сведения лучей».
Отражающий элемент 112 укладывается плоско под крышей, и благодаря большой площади может быть использован простой элемент, имеющий отражающую плоскость, такой как пластина или пленка, покрытые отражающим слоем.
Первая линза 111 Френеля и отражающий элемент 112 образуют систему сведения лучей, в которой место фокусировки в виде полосы проектируется на гребне крыши, то есть на макроскопической криволинейной поверхности первой линзы Френеля. Такая конструкция принесет большое удобство при установке двусторонней фотоэлектрической панели, и вся система солнечной энергии образует относительно замкнутое пространство. Солнечный свет, который сводится первой линзой Френеля, будет отражаться несколько раз среди зубчатой поверхности, отражающей поверхности и фотоэлектрической панели, пока он не будет поглощен или отражен обратно в небо. Поскольку обратно в небо отражается очень мало солнечного света, крыша для преобразования солнечной энергии по настоящему варианту осуществления может эффективно поглощать солнечный свет и поэтому подходит для использования в качестве крыши для домов в холодной зоне, а из-за того, что отражающая поверхность может эффективно отражать тепловую энергию, крыша для преобразования солнечной энергии также подходит для использования в качестве крыши для домов в тропической зоне. Однако, следует отметить, что используемый для изготовления отражающей поверхности материал предпочтительно прозрачен для радиосигналов с тем, чтобы не влиять на качество радиосвязи внутри помещений.
В сценарии применения по настоящему варианту осуществления опорный элемент 130 включает стену дома и держатель (не показан) для поддержки и монтажа первой линзы Френеля и фотоэлектрической панели и т.д.
В настоящем варианте осуществления система сведения лучей (содержащая первую линзу Френеля и отражающий элемент) имеет одну и ту же симметричную разделительную плоскость ss1 (обозначенную пунктирной линией на фигуре) в качестве двусторонней фотоэлектрической панели, которая делает пространство хорошо используемым.
В качестве предпочтительного варианта осуществления, для того, чтобы дополнительно улучшить использование солнечной энергии, выше двусторонней фотоэлектрической панелью в направлении падения солнечного света может быть расположена вторая линза Френеля (не показана) для сведения лучей излучаемого напрямую солнечного света на переднюю поверхность фотоэлектрической панели. Вторая линза Френеля может не только улучшить использование солнечной энергии, но также может выполнять функцию предохранения от пыли и снега.
Система солнечной энергии в настоящем варианте осуществления может быть непосредственно использована в качестве крыши для нового здания или может быть модифицирована из крыши существующего здания.
Вариант осуществления 2
Другой вариант осуществления системы концентрируемой солнечной энергии согласно настоящему изобретению, со ссылкой на фиг. 8, содержит первую линзу Френеля 211, отражающий элемент 212, двустороннюю фотоэлектрическую панель 220 и опорный элемент 230.
Макроскопическая криволинейная поверхность зубчатой поверхности первой линзы 211 Френеля является круглосимметричной формой и может быть использована в качестве верхней поверхности тента или верхней поверхности зонта. Настоящий вариант осуществления может быть рассмотрен как сценарий применения, в котором система солнечной энергии используется как солнцезащитный зонт вне помещений. Первая линза Френеля может быть выполнена путем прессования гибкого прозрачного материала, такого как мягкий пластик, гибкая кристаллическая пластина или тому подобное. Вся поверхность зонта может быть разделена на несколько небольших частей, которые должны быть изготовлены, а затем соединены вместе.
Отражающий элемент 212 расположен ниже поверхности зонта. Поскольку в этом типе применения желательно, чтобы система сведения лучей имела короткое фокусное расстояние, в качестве отражающего элемента может быть использована отражающая линза с улучшенной способностью к сведению лучей, такая как «выпукло-выпуклая» отражающая линза Френеля, как показано на фиг. 5(b), и для облегчения обработки, на гладкую выпуклую поверхность может быть нанесена отражающая пленка.
Первая линза 211 Френеля и отражающий элемент 212 образуют систему сведения лучей, а ее место фокусировки в виде пятна проектируется между поверхностью зонта и отражающим элементом, так что двусторонняя фотоэлектрическая панель может быть физически защищена поверхностью зонта. Солнцезащитный зонт со структурой, как описано в настоящем варианте осуществления, превосходен в эффекте затенения, и фотоэлектрическая панель с небольшой площадью может получать большую часть энергии света, которая излучается на поверхность зонта, тем самым достигая очень хорошей способности к сбору солнечной энергии. Кроме того, система сведения лучей имеет одну и ту же симметричную осевую линию, как и у двусторонней фотоэлектрической панели, то есть положение, в котором расположен опорный элемент 230, так что использование пространства максимизируется, а система сведения лучей и фотоэлектрическая панель могут быть легко установлены на опорном элементе.
Этот тип системы солнечной энергии в форме зонта может быть использован в качестве домашней солнечной электростанции, которая имеет хорошую мобильность, например, может быть размещена на крыше для замены крыши для преобразования солнечной энергии, описанной в варианте осуществления 1. Эта солнечная система в форме зонта может также быть установлена в качестве генерирующей системы за счет солнечной энергии на парковке, месте отдыха на шоссе или т.п. В частности, можно установить такой вид системы солнечной энергии в форме зонта, используя различные существующие столбы с проводами и столбы освещения, тем самым обеспечивая большое количество экологически чистой энергии.
Чтобы лучше хранить и использовать электрическую энергию, полученную при преобразовании солнечной энергии, настоящий вариант осуществления также содержит дополнительные элементы, перечисленные ниже, а в других вариантах осуществления может быть возможным выборочно включать только одну или более из них в соответствии с потребностями применения:
накопитель 240 энергии, электрически соединенный с двусторонней фотоэлектрической панелью 220 и используемый для накопления электрической энергии, причем накопитель энергии может быть выбран из суперконденсатора, перезаряжаемого аккумулятора и воздушного компрессора;
инвертор 250 переменного тока, электрически соединенный с накопителем энергии (в других вариантах осуществления он также может быть электрически соединен непосредственно с двусторонней фотоэлектрической панелью) и используемый для вывода и подключения его мощности к сетевому распределительному щиту 251, при этом сетевой распределительный щит подключается к внешней силовой сети 252 переменного тока, так что электрическая энергия, генерируемая системой солнечной энергии, может быть подана во внешнюю электрическую сеть, а инвертор переменного тока также может быть внешне подключен к доске 253 выводов переменного тока для обеспечения выходного сигнала переменного тока непосредственно к пользователям;
устройство 260 вывода напряжения постоянного тока, электрически соединенное с накопителем энергии (в других вариантах осуществления оно также может быть непосредственно электрически подключено к двусторонней фотоэлектрической панели) и используемое для вывода напряжения постоянного тока для использования пользователями, причем выходной сигнал напряжения постоянного тока из устройства вывода может включать, например, 12 В, 9 В, 5 В, 3 В, 1,5 В и так далее; и
индикатор 270 состояния для обнаружения и отображения рабочих параметров системы, причем этими рабочими параметрами могут быть напряжение, ток, мощность, температура и т.д., таким образом, что пользователи могут знать рабочие условия системы солнечной энергии, и эти параметры могут быть получены путем размещения детекторов (таких как температурный зонд), соответствующих типам требуемых параметров.
Вариант осуществления 3
Другой вариант осуществления системы концентрируемой солнечной энергии согласно настоящему изобретению, со ссылкой на фиг. 9, содержит первую линзу 311 Френеля, отражающий элемент 312, двустороннюю фотоэлектрическую панель 320 и элемент-опору 330.
Первая линза 311 Френеля представляет собой одностороннюю или двустороннюю составную линзу Френеля с макроскопической криволинейной поверхностью, имеющей круглосимметричную форму. В настоящем варианте осуществления первая линза Френеля используется в качестве верхнего покрытия тента и может быть выполнена путем прессования гибкого прозрачного материала или выполнена путем соединения небольших частей, выполненных из гибкого прозрачного материала.
Отражающий элемент 312 расположен под верхним покрытием. Поскольку желательно в настоящем варианте осуществления, чтобы система сведения лучей имела более длинное фокусное расстояние, отражающий элемент может принимать форму отражающей линзы с одной поверхностью, являющейся вогнутой поверхностью, например, «вогнуто-выпуклой» отражающей линзы Френеля, как показано на фиг. 5(с), и для облегчения обработки на гладкую вогнутую поверхность может быть нанесена отражающая пленка.
Первая линза 311 Френеля и отражающий элемент 312 образуют систему сведения лучей, и ее место фокусировки в виде пятна проектируется над верхним покрытием, и эта конструкция может улучшить эффективность использования солнечного света и может облегчить установку и обслуживание двусторонней фотоэлектрической панели.
Для того чтобы полностью использовать солнечную энергию, в настоящий вариант осуществления также включена вторая линза 313 Френеля и водонагреватель 380, выполненный из прозрачного материала. Вторая линза 313 Френеля размещена выше двусторонней фотоэлектрической панели 320 и используется для сведения лучей солнечного света, поступающего с передней поверхности. Двусторонняя фотоэлектрическая панель 320 в качестве источника тепла охватывается водонагревателем 380 теплопроводящим образом, например, теплообмен осуществляется посредством тесного контакта с водонагревателем с помощью теплопроводящего материала. Холодная вода поступает в водонагреватель из впуска 381 для воды, обменивается теплом с двусторонней фотоэлектрической панелью и затем вытекает из выпуска 382 для воды. Зубчатая поверхность второй линзы Френеля размещена направленной вниз на верху водонагревателя, так что вода в водонагревателе становится жидкой линзой Френеля.
В настоящем варианте осуществления центральные линии системы сведения лучей, фотоэлектрической панели, второй линзы Френеля, водонагревателя и т.п. совпадают с опорным элементом 330 и также имеют высокую эффективность использования пространства. Вокруг верхнего покрытия размещены крючки или отверстия (не показаны) для установки навеса 331 на крючках или отверстиях, тем самым превращая систему солнечной энергии по настоящему варианту осуществления в солнечный тент с электропитанием и подачей горячей воды.
Поскольку настоящий вариант осуществления главным образом предназначен для использования в дикой местности и не нуждается в соединении с внешней электрической сетью переменного тока, дополнительные элементы включают в себя только накопитель 340 энергии, инвертор 350 переменного тока, устройство 360 вывода напряжения постоянного тока и индикатор 370 состояния, и при этом инвертор переменного тока подключается снаружи к доске 353 выводов переменного тока. Описание дополнительных элементов аналогично варианту осуществления 2.
Вариант осуществления 4
Другой вариант осуществления системы концентрируемой солнечной энергии согласно настоящему изобретению, со ссылкой на фиг. 10, содержит первую линзу 411 Френеля, отражающий элемент 412, двустороннюю фотоэлектрическую панель 420 и опорный элемент 430.
Настоящий вариант осуществления представляет собой пример применения, в котором система солнечной энергии по настоящему изобретению объединена с ветроэлектрическим генератором. Первая линза 411 Френеля представляет собой одностороннюю или двустороннюю составную линзу Френеля, а отражающий элемент 412 представляет собой отражающую линзу или отражающую линзу Френеля. Элемент, показанный на фиг. 4, также может быть использован для обеспечения как зубчатой поверхности, так и отражающей поверхности, и его зубчатая поверхность может быть заменена составной преломляющей поверхностью Френеля.
Первая линза 411 Френеля и отражающий элемент 412 размещены у основания ветроэлектрического генератора 490, например, на земле. Двусторонняя фотоэлектрическая панель 420 установлена в нижней от середины части опорного элемента 430, который также является опорным элементом для ветроэлектрического генератора 490. Для вновь построенных солнечных и ветроэлектрических систем генерации мощности, в качестве опорного элемента может быть использована полая стальная опора, чтобы избежать блокирования солнечного света, излучаемого из системы сведения лучей. Если система солнечной энергии согласно настоящему изобретению устанавливается на опоре существующего ветроэлектрического генератора, секция 431 между первой линзой 411 Френеля и двусторонней фотоэлектрической панелью 420 опорного элемента может быть покрыта отражающей пленкой.
В настоящем варианте осуществления ветроэлектрическая система генерации энергии интегрируется с системой генерации на основе солнечной энергии, и два разных источника природной энергии (т.е. ветра и солнечной энергии) используются в комбинации посредством того же пространства, той же опоры, того же комплекта системы передачи энергии, того же комплекта инвертора, устройств управления и накопления, тем самым снижая стоимость системы и улучшая способность интегрированной системы адаптироваться к климату.
Принципы и варианты осуществления настоящего изобретения проиллюстрированы выше с использованием конкретных примеров, и следует понимать, что приведенные выше варианты осуществления используются лишь для облегчения понимания настоящего изобретения и не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение. Для специалистов в данной области техники могут быть внесены изменения в конкретные варианты осуществления, описанные выше в соответствии с концепцией настоящего изобретения. Например, если отражающая поверхность в вышеприведенных вариантах осуществления размещена на крыше, земле/дороге, воде или окне, соответствующая система солнечной энергии становится крышей для преобразования солнечной энергии, наземной/дорожной системой солнечной энергии, искусственным островом для преобразования солнечной энергии или окном для преобразования солнечной энергии.
1. Система концентрируемой солнечной энергии, содержащая:
систему сведения лучей, содержащую по меньшей мере одну зубчатую поверхность и отражающую поверхность, причем каждая зубчатая поверхность содержит по меньшей мере один элемент Френеля, а отражающая поверхность размещена ниже зубчатой поверхности по направлению падения солнечного света;
двустороннюю фотоэлектрическую панель, размещенную выше отражающей поверхности по направлению падения солнечного света и в основном расположенную в месте фокусировки системы сведения лучей, причем двусторонняя фотоэлектрическая панель используется для поглощения падающего солнечного света с двух направлений, т.е. с передней поверхности и задней поверхности, при этом место фокусировки расположено выше зубчатой поверхности по направлению падения солнечного света или находится на макроскопической криволинейной поверхности зубчатой поверхности, так что солнечный свет, который сводится зубчатой поверхностью, не излучается на двустороннюю фотоэлектрическую панель непосредственно, а отражается сначала отражающей поверхностью, а затем достигает стороны двусторонней фотоэлектрической панели; и
опорный элемент для поддержки системы сведения лучей и двусторонней фотоэлектрической панели и для сохранения взаимного расположения между ними,
при этом система концентрируемой солнечной энергии дополнительно содержит вторую линзу Френеля, размещенную выше двусторонней фотоэлектрической панели по направлению падения солнечного света.
2. Система солнечной энергии по п. 1, в которой система сведения лучей и двусторонние фотоэлектрические панели имеют одну и ту же симметричную разделяющую плоскость.
3. Система солнечной энергии по п. 1, в которой макроскопическая криволинейная поверхность зубчатой поверхности представляет собой по форме круглосимметричную поверхность или коаксиальную поверхность.
4. Система солнечной энергии по любому из пп. 1-3, в которой система сведения лучей содержит первую линзу Френеля и отражающий элемент, при этом
тип первой линзы Френеля выбирается из односторонней простой линзы Френеля, односторонней составной линзы Френеля, двусторонней простой линзы Френеля, двусторонней составной линзы Френеля и двусторонней гибридной линзы Френеля;
тип отражающего элемента выбирается из отражающего элемента, имеющего только единственную отражающую плоскость или отражающую криволинейную поверхность, плоского отражателя, отражающей линзы, образованной комбинацией плоской отражающей поверхности и вогнутой или выпуклой пропускающей поверхности, и отражающей линзы Френеля.
5. Система солнечной энергии по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащая один или более из следующих элементов:
накопитель энергии, электрически соединенный с двусторонней фотоэлектрической панелью и используемый для накопления электрической энергии, причем накопитель энергии выбирается из суперконденсатора, перезаряжаемого аккумулятора и воздушного компрессора;
инвертор переменного тока, электрически соединенный с накопителем энергии и используемый для вывода и подключения его мощности к сетевому распределительному щиту;
устройство вывода напряжения постоянного тока, электрически соединенное с двусторонней фотоэлектрической панелью и используемое для вывода напряжения постоянного тока; и
индикатор состояния для обнаружения и отображения рабочих параметров системы, причем эти рабочие параметры выбираются из напряжения, тока, мощности и температуры.
6. Система солнечной энергии по п. 4, в которой первая линза Френеля выполнена путем прессования жесткого или гибкого прозрачного материала или путем соединения небольших частей, выполненных из жесткого или гибкого прозрачного материала.
7. Система солнечной энергии по п. 4, в которой первая линза Френеля используется для функционирования в качестве крыши для здания или зонтичной поверхности зонта, или верхнего покрытия тента.
8. Система солнечной энергии по любому из пп. 1-3, в которой отражающая поверхность используется для размещения на крыше или земле, или воде, или окне.
9. Система солнечной энергии по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащая водонагреватель, выполненный из прозрачного материала, причем двусторонняя фотоэлектрическая панель в качестве источника тепла охвачена водонагревателем теплопроводящим образом.
10. Система солнечной энергии по любому из пп. 1-3, при этом система солнечной энергии и ветроэлектрический генератор совместно используют опорный элемент и устройство передачи мощности, инвертор, устройства управления и накопления.
