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Patent Searching and Data


Title:
SUN TRACKING SOLAR SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/206140
Kind Code:
A1
Abstract:
Provided is a sun tracking solar system, comprising a light focusing device and a solar energy utilization device. The system further comprises a drive mechanism (130), or further comprises a light guide device (240) and a drive mechanism (230). The drive mechanism is configured to drive a light-receiving surface to move with the sun. The light-receiving surface receives sunlight after convergence thereof by the light focusing device, and the driven light-receiving surface may be a light-receiving surface of the light energy utilization device (120), and may further be a light-receiving surface of the light guide device (240) located between the light focusing device (210) and the light energy utilization device (220). Since the driven surface is the light-receiving surface after light convergence, an area of the driven surface is usually less than an area of an original light-receiving surface. This simplifies a structure of the drive mechanism, reduces difficulty in sun tracking, energy consumption, and costs, and expands the application scope of a sun tracking solar system, or enhances the production efficiency of a sun tracking solar system.

Inventors:
HU, Xiaoping (Suite A, B 2F, 2nd building, Shanshui Building Nanshan Yungu Innovation Industrial Park, No.1183, Liuxian Blvd, Taoyuan Street, Nanshan Distric, Shenzhen Guangdong 5, 518055, CN)
Application Number:
CN2016/084503
Publication Date:
December 07, 2017
Filing Date:
June 02, 2016
Export Citation:
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Assignee:
BOLYMEDIA HOLDINGS CO. LTD. (3235 Kifer Rd. Suite#150, Santa Clara, CA, 95051, US)
HU, Xiaoping (Suite A, B 2F, 2nd building, Shanshui Building Nanshan Yungu Innovation Industrial Park, No.1183, Liuxian Blvd, Taoyuan Street, Nanshan Distric, Shenzhen Guangdong 5, 518055, CN)
International Classes:
F24J2/38
Foreign References:
CN202254380U2012-05-30
CN101976972A2011-02-16
CN1049556A1991-02-27
CN202057063U2011-11-30
CN101622503A2010-01-06
US20120097214A12012-04-26
JPH08321630A1996-12-03
Attorney, Agent or Firm:
DHC IP ATTORNEYS (Suite 2201, Modern International CommercialBuilding, Cross of Fuhua Road and Jintian Road,Futian Distric, Shenzhen Guangdong 8, 518048, CN)
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Claims:
权利要求书

[权利要求 1] 一种跟日太阳能系统, 其特征在于, 包括,

聚光装置, 用于会聚沿其入射光路射入的太阳光, 光能利用装置, 设置于所述聚光装置之后的光路上, 用于对接收到的 光能进行利用,

其特征在于,

还包括驱动机构, 所述驱动机构用于对应于太阳的移动驱动所述光能 利用装置运动, 或者,

还包括导光装置和驱动机构, 所述导光装置设置于所述聚光装置与所 述光能利用装置之间的光路上, 用于将所述聚光装置会聚的太阳光引 导至所述光能利用装置, 所述驱动机构用于对应于太阳的移动驱动所 述导光装置运动。

[权利要求 2] 如权利要求 1所述的太阳能系统, 其特征在于,

所述聚光装置包括凹面反射镜, 或者,

所述聚光装置包括多个朝向不同的平面或凹面反射镜, 或者, 所述聚光装置具有至少一个聚光折射面和一个反射面, 所述至少一个 聚光折射面为齿面, 含有至少一个菲涅尔单元, 提供所述反射面的反 射元件的类型选自: 仅具有单一反射功能的元件、 反射透镜。

[权利要求 3] 如权利要求 2所述的太阳能系统, 其特征在于,

所述聚光装置包括菲涅尔式反射透镜, 所述反射面与所述齿面重合或 者设置于与所述齿面相对的另一面;

所述齿面所属的菲涅尔透镜的宏观曲面的形状为圆周对称面或共轴面 当所述反射面设置在与所述齿面相对的另一面吋, 所述反射面的类型 选自: 平面、 凹面、 凸面、 齿面。

[权利要求 4] 如权利要求 1所述的太阳能系统, 其特征在于,

所述聚光装置包括多个原始受光面,

所述导光装置包括至少一个光导, 所述驱动机构包括轨道和对应于每 个光导的转轴, 所述轨道位于太阳和所述多个原始受光面之间, 所述 导光装置沿所述轨道进行整体移动, 所述转轴驱动对应的光导转动以 调整其角度。

[权利要求 5] 如权利要求 4所述的太阳能系统, 其特征在于, 包括如下特征中的至 少一种: 所述光导为喇叭形, 内表面镀有反射膜, 反射膜上设置有防腐蚀的透 明保护层;

所述原始受光面每个都安装有相应的姿态调整装置, 所述姿态调整装 置能够调整所述原始受光面方位。

[权利要求 6] 如权利要求 1〜5任意一项所述的太阳能系统, 其特征在于, 包括如下 特征中的至少一种:

所述聚光装置还包括前端光学元件, 沿太阳光入射的方向设置在最前 端, 所述前端光学元件的类型选自: 透光防护罩, 聚光透镜; 所述的聚光装置中的透镜采用玻璃制成, 或者, 采用透明塑胶材料制 成, 且在所述透明塑胶材料的受光面上设置透明的防老化涂层; 所述 透明塑胶材料选自: PMMA, PC, PC/PBT混合物, ABS, 硅胶; 所 述防老化涂层选自: PVDF, ETFE, PFA, 硅胶, 金属镀膜。

[权利要求 7] 如权利要求 1〜5任意一项所述的太阳能系统, 其特征在于,

所述光能利用装置包括光电转换装置和热能利用装置, 所述光电转换 装置用于接收太阳光, 所述热能利用装置用于收集和利用所述光电转 换装置产生的热能, 或者,

所述光能利用装置包括封闭式的光电转换装置, 其内表面由光伏板组 成, 或者由光伏板和反射镜组成。

[权利要求 8] 如权利要求 7所述的太阳能系统, 其特征在于,

所述光电转换装置包裹在所述热能利用装置中, 或者,

还包括至少一个热电转换装置, 设置在所述光电转换装置与所述热能 利用装置之间的热传导通路上, 或者设置在所述热能利用装置与外接 的冷却装置之间的热传导通路上, 用于利用所传导的热能发电。 [权利要求 9] 如权利要求 8所述的太阳能系统, 其特征在于,

所述冷却装置选自: 水箱、 蒸汽发电系统、 海水淡化系统、 海水淡化 及发电系统、 封闭式热循环发电系统。

[权利要求 10] 如权利要求 1〜9任意一项所述的太阳能系统, 其特征在于, 所述驱动 机构驱动所述光能利用装置或者导光装置运动的方式选自如下中的一 种或两种的组合: 沿预设轨道移动, 旋转运动, 沿直线移动。

Description:
说明书 发明名称:跟日太阳能系统

技术领域

[0001] 本发明涉及清洁能源技术领域, 具体涉及一种能够跟踪太阳运动的跟日太阳能 系统。

[0002] 背景技术

[0003] 随着对环境保护的日益重视, 太阳能系统得到了越来越广泛的应用。 目前很多 太阳能系统都采用了太阳跟踪系统。 太阳跟踪系统主要用于随着太阳方位的变 化调整太阳能系统的方位和姿态, 以使得在覆盖面积有限的情况下, 尽可能多 地接收到太阳光。

[0004] 现有的太阳跟踪系统主要通过驱动太阳能系统 的原始受光面移动来进行太阳跟 踪, 采用这种跟踪方式主要是由于原始受光面的面 积和朝向决定了太阳能系统 的输入能量。 所称"原始受光面"指太阳能系统最初接收太阳 的表面, 对于简单 的太阳能系统而言, 可能就是光能利用装置 (例如光伏板) 的受光面本身, 对 于设置有聚光装置的太阳能系统而言, 则可能是聚光装置的第一个受光面。 简 明起见, 本文中以光伏板来代表各种光电转换器件, 包括但不限于: 多晶硅光 伏板、 单晶硅光伏板、 非晶硅光伏板、 III-V族半导体光伏板、 铜铟镓硒 (CIGS ) 光伏板、 钙钛光伏板、 光伏薄膜等。

[0005] 由于太阳能系统的原始受光面往往面积较大, 因此直接驱动其跟随太阳的移动 通常需要较为复杂的驱动机构。 此外, 为增大受光面积, 太阳能系统还可能采 用多个原始受光面, 需要分别设置对应的驱动机构, 这会导致成本的增加。

[0006] 发明内容

[0007] 依据本发明提供一种跟日太阳能系统, 包括聚光装置和光能利用装置。 聚光装 置用于会聚沿其入射光路射入的太阳光, 光能利用装置设置于聚光装置之后的 光路上, 用于对接收到的光能进行利用。 该系统还包括驱动机构, 或者还包括 导光装置和驱动机构。 驱动机构用于对应于太阳的移动驱动一个受光 面运动, 该受光面接收的是经过聚光装置会聚后的太阳 光, 被驱动的受光面可以是光能 利用装置的受光面, 也可以是位于聚光装置和光能利用装置之间的 导光装置的 受光面, 所称导光装置用于将聚光装置会聚的太阳光引 导至光能利用装置。

[0008] 在依据本发明的跟日太阳能系统中, 由于所驱动的是经过聚光后的受光面, 其 面积通常远小于原始受光面的面积, 这使得能够简化驱动机构的结构, 降低跟 日的难度和能耗, 从而拓展跟日太阳能系统的应用范围。

[0009] 以下结合附图, 对依据本发明的具体示例进行详细说明。

[0010] 附图说明

[0011] 图 1是本发明中的一种菲涅尔式反射透镜的示意 ;

[0012] 图 2是实施例 1的太阳能系统的示意图;

[0013] 图 3是实施例 2的太阳能系统的示意图;

[0014] 图 4是实施例 3的太阳能系统的示意图;

[0015] 图 5是实施例 4的太阳能系统的示意图。

[0016] 具体实施方式

[0017] 依据本发明的跟日太阳能系统包括聚光装置和 光能利用装置。

[0018] 聚光装置用于会聚沿其入射光路射入的太阳光 。 作为优选的实施方式, 依据本 发明的太阳能系统中所使用的聚光装置可采用 菲涅尔透镜, 为便于理解, 以下 先对相关概念进行介绍。

[0019] 菲涅尔 (Fresnel) 透镜是一种薄型透镜。 通过将普通透镜连续的原始曲面分割 成若干段, 在减少每段的厚度后将各段曲面置于同一平面 或同一基本光滑的曲 面上即形成为菲涅尔透镜。 这种由原始曲面演变而来的不连续的折射面可 称为 菲涅尔折射面, 一般呈阶梯状或齿状。 理论上菲涅尔折射面与相应的原始曲面 相比具有近似的光学性能, 但厚度却大为减少。 可以将由一个原始曲面生成的 菲涅尔折射面称为一个菲涅尔单元。

[0020] 传统的用于生成菲涅尔折射面的原始曲面一般 为绕光轴对称的曲面, 例如球面 、 旋转抛物面等旋转曲面。 传统的原始曲面的焦点在一个点上, 因此, 可称为" 共点面"。 在本发明中, 原始曲面可以是任何形式的共轴面, 可根据应用的需要 具体设置。 所称共轴面是指焦点在同一直线上 (而不一定是在同一个点上) 的 曲面, 该直线可称为 "共轴线"。 传统的共点面可视为共轴面的共轴线退化为一 个 点吋的特例。 采用共轴但不共点的原始曲面, 可以将用于设置在聚焦位置的感 应元件从较小的面积 (对应于焦点) 扩展为长条形 (对应于由焦点组成的共轴 线) , 从而在不显著增加成本的情况下, 提升信号收集的能力并有助于解决局 部过热问题。 典型的共轴面包括旋转曲面 (含二次或高阶旋转曲面) 、 柱面、 锥面等。 其中柱面又可称为等截面共轴面, 这种曲面沿着共轴线的垂直方向在 任何一点切幵, 所得到的横截面的形状和大小都是一致的, 圆柱面是柱面的一 种特例。 锥面沿着共轴线的横截面则具有相似的形状但 大小不同, 圆锥面是锥 面的一种特例。

[0021] 由一个或多个菲涅尔单元组成的宏观折射面可 称为齿面, 与之相对的基本光滑 或平坦的面则可称为背面。 可将只含有一个菲涅尔单元的齿面称为"简单 涅尔 折射面", 而将含有两个以上菲涅尔单元的齿面称为 "复合菲涅尔折射面"。 一般 而言, 复合菲涅尔折射面上各个菲涅尔单元的基本参 数 (例如, 面积、 焦距、 所对应的原始曲面的形状、 分割原始曲面所使用的同心环的数量等) 均可以灵 活布置, 可以完全相同、 部分相同或完全不同。 可以认为这些菲涅尔单元被布 置在一个宏观曲面上, 例如平面、 二次曲面 (包括球面、 椭球面、 圆柱面、 抛 物柱面、 双曲柱面) 、 高阶多项式曲面 (非球面的通常实现方式) 、 以及由多 个平面拼接成的折面以及梯台面等。

[0022] 一般而言, 齿面和背面可以灵活地组合以形成不同类型的 元件。 例如具有一个 齿面和一个背面的菲涅尔透镜可称为"单面菲 尔透镜"。 两面都是齿面的菲涅尔 透镜可称为"双面菲涅尔透镜"。 此外, 作为一种变形, 在双面菲涅尔透镜中, 若 齿面之一为"简单菲涅尔折射面", 则该齿面可以由一个传统的凸透镜面或凹透镜 面来取代。

[0023] 用于本发明的聚光装置的反射面可以是平面反 射面或曲面反射面, 例如凹面或 凸面反射面, 还可以是齿面形状的反射面。 反射面可以与折射面组合在一起由 反射透镜来提供, 所称反射透镜指一面具有反射镀膜的透镜。 反射面可以与聚 光折射面重合, 这种情况下, 反射透镜的另一面朝向太阳光入射的方向, 可以 是平面、 凹面、 凸面或齿面; 反射面也可以设置于与聚光折射面相对的另一 面 , 这种情况下, 聚光折射面朝向太阳光入射的方向。 作为一种优选的实施方式 , 反射面可以由菲涅尔式反射透镜来提供, 其可以被视为菲涅尔透镜与反射面 的结合, 参考图 1。 图 1中, 元件 L1具有反射面 S3和菲涅尔折射面 s4, 光线从折射 面折射进入透镜后再由反射面反射, 并再次经过折射面折射出元件。 由于反射 , 入射光路两次经过物理折射界面 s4, 该物理界面实际上等效于两个齿面, 因此 通过设置反射面, 能够有利地增强系统的会聚效果。

[0024] 用于本发明的聚光装置可以由若干个聚光模块 按照预设图案拼接而成, 每个聚 光模块中可含有一个齿面和一个反射面, 拼接成的聚光装置的整个齿面可以是 一个"复合菲涅尔折射面", 各个聚光模块分别包含其中的一部分。 例如, 在一种 实施方式中, 每个聚光模块分别包含一个由单个原始曲面生 成的简单菲涅尔单 元, 这会降低聚光模块的制作难度, 也便于大面积安装。 在另一种实施方式中 , 聚光模块可包含复合菲涅尔折射面, 再彼此拼接成更大面积的齿面。 在又一 种实施方式中, 聚光模块仅包含一个菲涅尔单元, 且该菲涅尔单元来自于单个 原始曲面的一部分, 多个聚光模块拼接以获得完整原始曲面所对应 的齿面。 聚 光装置的整个齿面的图案、 宏观曲面形状以及聚光模块的分割方式, 可根据所 期望的光学参数来设计, 例如可根据期望的焦距、 覆盖面积等进行设计。

[0025] 在具体实现吋, 聚光模块可由两部分组成, 即透镜和支撑该透镜的底座。 透镜 与底座彼此相邻的面中的一者为反射面。 换言之, 反射面与齿面可以设置于同 一元件, 例如通过在菲涅尔透镜的背面上镀反射膜来实 现; 反射面与齿面也可 以分别设置在不同的元件, 例如, 在底座朝向聚光透镜的面上设置反光板或者 镀反射膜。

[0026] 光能利用装置设置于聚光装置之后的光路上, 用于对接收到的光能进行利用。

本文中, 光能利用装置包括将光能转换为其他能量的装 置, 例如光电转换装置 (例如光伏板) 、 光热转换装置 (例如真空管) 等; 也包括对产生的能量进行 存储的装置, 例如热能存储装置; 还包括对产生的能量进行利用的装置, 例如 热能利用装置 (例如温差发电装置、 热能发电机等) 。

[0027] 用于本发明的光能利用装置可以仅包括简单的 光能转换装置, 例如光伏板, 也 可以是由多种类型的光能利用装置组合而成的 复合装置, 以达到对光能进行充 分利用的目的。 例如, 可以同吋包括光电转换装置和热能利用装置, 光电转换 装置用于接收太阳光, 而热能利用装置用于收集和利用光电转换装置 产生的热 能。

[0028] 优选地, 可以将光电转换装置包裹在热能利用装置中, 使得热量能够被充分吸 收和利用。 例如, 光电转换装置可以是封闭式的, 所称封闭式是指太阳光经导 光元件进入装置后被基本封闭在其中而不会随 意散失。 例如, 光电转换装置的 内壁可由光伏板组成, 或者由光伏板和反射镜组成。 外壁可以是金属, 也可以 是热电转换转置。

[0029] 优选地, 还可以包括至少一个热电转换装置, 设置在光电转换装置与热能利用 装置之间的热传导通路上, 或者设置在热能利用装置与外接的冷却装置之 间的 热传导通路上, 用于利用所传导的热能发电。 所使用的冷却装置可选自: 水箱 、 蒸汽发电系统、 海水淡化系统、 海水淡化及发电系统、 封闭式热循环发电系 统等。

[0030] 需要说明的是, 由于光能利用装置可以根据具体应用的需要被 设计为包括诸多 部件, 因此所称"驱动光能利用装置移动"应当被理解 驱动光能利用装置中用于 接收太阳光的受光面移动。

[0031] 依据本发明的跟日太阳能系统还包括驱动机构 , 或者还包括导光装置和驱动机 构。

[0032] 驱动机构用于对应于太阳的移动驱动一个受光 面移动, 该受光面接收的是经过 聚光装置会聚后的太阳光, 被驱动的受光面可以是光能利用装置的受光面 , 也 可以是位于聚光装置和光能利用装置之间的导 光装置的受光面, 所称导光装置 用于将聚光装置会聚的太阳光引导至光能利用 装置。 由于所驱动的是经过聚光 后的受光面, 其面积通常远小于原始受光面的面积, 这使得能够简化驱动机构 的结构, 降低跟日的难度和能耗, 从而拓展跟日太阳能系统的应用范围。 此外 , 由于会聚后的太阳光移动范围大大减小, 驱动机构能够通过简单的驱动方式 来实现对太阳运动的跟踪, 例如驱动机构可以驱动会聚后的受光面沿预设 轨道 移动, 或者旋转移动, 或者沿直线移动等。

[0033] 以下结合具体的应用场景对依据本发明的跟日 太阳能系统的几种使用形态进行 举例说明。 [0034] 实施例 1

[0035] 依据本发明的太阳能系统的一种实施方式可参 考图 2, 包括聚光装置 110, 光能 利用装置 120, 驱动机构 130。

[0036] 聚光装置 110包括沿太阳光入射方向依次布置的菲涅尔透 镜 111和反光板 112, 反光板还可视为支撑菲涅尔透镜的底座。 菲涅尔透镜 111的齿面向下, 紧邻反光 板的反射面, 背面为光滑的凹面。 在其他实施方式中, 反光板也可以通过在菲 涅尔透镜 111的齿面上进行反光镀膜来代替。

[0037] 作为一种优选的实施方式, 本实施例中的聚光装置还包括一个透光防护罩 113 , 沿太阳光入射的方向设置在聚光装置的最前端 , 用于封闭聚光装置和光能利 用装置, 使其不受灰尘、 雨水以及空气污染等的侵害, 减缓器件的老化速度。 在其他实施方式中, 也可采用其他类型的前端光学元件, 例如防护罩还可以进 一步具有聚光功能, 从而充当为初级聚光透镜, 有利于获得更多的太阳能。

[0038] 光能利用装置 120包括光电转换装置 121、 热能存储器 122和两个热电转换装置 1 23。 光电转换装置 121的受光面朝下, 两个热电转换装置一个设置在光电转换装 置与热能存储器之间的热传导通路上, 另一个设置在热能存储器的散热面上。 在其他实施方式中, 光能利用装置可以根据应用需要进行选择和组 合, 例如可 以是光伏板与蒸汽发电装置的组合, 也可以是光伏板与热水器或热能发电装置 或海水淡化装置等的组合。

[0039] 驱动机构 130包括滑动支撑结构 131和轨道 132。 滑动支撑结构 132能够沿轨道 13 1移动, 光电转换装置 121的受光面固定在滑动支撑结构 132的顶端。 当太阳沿着 路径 AA移动吋, 聚光装置的焦点的运动轨迹基本上是一条曲线 , 因此按照这个 曲线设计相应的轨道即可实现对太阳的跟踪。 例如, 本实施例中, 滑动支撑结 构沿着由轨道确定的路径 BB移动即可使光电转换装置的受光面始终能够 收到 会聚后的太阳光。

[0040] 本实施例中, 驱动机构 130设置在支撑结构的底部, 通过驱动支撑结构来移动 光电转换装置。 在其他实施方式中, 支撑结构也可以是固定, 而将驱动机构设 置在支撑结构的顶部, 即将轨道以及滑动部件设置在支撑结构与光电 转换装置 连接的一端, 直接驱动光电转换装置移动。 [0041] 作为一种优选的实施方式, 可以将本实施例中聚光装置的三个受光面, 即光滑 的凹面、 齿面和反射面, 设计为具有共同的焦点。 这种情况下, 当光能利用装 置的受光面处于焦点附近吋, 太阳能系统将几乎没有反射损失, 因为被光能利 用装置的受光面 (例如光伏板) 反射的太阳光将会被聚光装置的反射面再次反 射回来而得到充分地利用。

[0042] 由于聚光装置的表面积通常比较大, 为便于大规模生产, 所使用的透镜, 例如 菲涅尔透镜, 可以采用玻璃通过热压成型方式制成, 也可以采用透明塑胶材料 制成。 透明塑胶材料可选自: 聚甲基丙烯酸甲酯 (ΡΜΜΑ, 俗称亚克力) , 聚 碳酸酯 (PC) , 聚碳酸酯 /聚对苯二甲酸丁二醇酯 (PC/PBT) 混合物, 丙烯腈- 丁二烯-苯乙烯共聚物 (ABS) , 硅胶。 使用塑胶材料制作透镜比用玻璃更方便 且更安全 (例如在安装于屋顶的情况下) , 但是普通塑胶材料的抗老化性能较 差, 因此, 优选地, 还可以在透明塑胶材料的受光面上设置透明的 防老化涂层 。 可以用作防老化涂层的材料包括: 聚偏氟乙烯 (PVDF) , 乙烯-四氟乙烯共聚 物 (ETFE) , 四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物 (PFA) , 高质量的硅胶, 金属镀膜等。

[0043] 本实施例的太阳能系统可以建设在路面、 水面或建筑物的屋顶上。 其以简单的 驱动结构来实现对太阳的跟踪, 能够降低系统成本。 并且所采用的反射聚光方 式, 能够有效减少甚至消除太阳能的反射损失, 从而提高太阳能的利用率并减 少光污染。

[0044] 实施例 2

[0045] 依据本发明的太阳能系统的另一种实施方式可 参考图 3, 包括聚光装置 210, 光 能利用装置 220, 驱动机构 230和导光装置 240。

[0046] 聚光装置 210为简单的凹面反射镜, 可采用普通塑胶制成, 在其受光面上先镀 反射膜, 再涂覆透明的防老化涂层。

[0047] 光能利用装置 220包括具有封闭腔体的光电转换装置 221, 以及包裹在光电转换 装置外围的热能利用装置 222。 本实施例中, 光电转换装置 221的内壁由光伏板 和反射镜面组成, 在光路入口处还设置有分光镜 2211, 以尽可能的避免射入封 闭腔体的光被反射到腔体外部。 热能利用装置 222包括液体气化腔 2221, 气轮发 电机 2222和压缩机 2223, 这些功能装置通过带有阀门 (未图示) 的管道连接。 热能利用装置中的工质可以是水, 氟利昂, 或其它气化温度较低的物质。

[0048] 导光装置 240包括两个重叠放置的反射透镜 (例如反射式菲涅尔透镜) 241和 24 2, 位于前方的反射透镜 241的一端通过弹簧 K1与连接件 CC连接, 位于后方的反 射透镜 242的一端通过弹簧 K2与连接件 CC连接, 透镜 242可以在透镜 241上滑动 。 聚光装置 210会聚的太阳光照射到透镜 241或 242上, 经过其再次会聚和反射后 被弓 I导到光电转换装置 221的光路入口。

[0049] 驱动机构 230包括支撑结构 231和转轴 232。 支撑结构 231相对于光能利用装置固 定, 可采用透光材料制成或具有细的框架结构, 以尽量不影响入射到光能利用 装置的太阳光。 反射透镜 241通过转轴 232可旋转地固定在支撑结构顶部。

[0050] 当反射透镜 241处于水平位置吋, 反射透镜 242在两个弹簧 K1和 K2的作用下被 复位至反射透镜 241背后的位置, 反射透镜 242与 241重合, 从而尽量不遮挡入射 的太阳光, 此吋弹簧 K1和 K2处于自然状态。 当旋转轴驱动透镜 241向右倾斜吋, 透镜 242在重力的作用下向右侧滑动, 从而向右扩展导光装置的受光面, 此吋弹 簧 K1被拉伸而弹簧 K2被压缩。 当旋转轴驱动透镜 241向左倾斜吋, 透镜 242在重 力的作用下向左侧滑动, 从而向左扩展导光装置的受光面, 此吋弹簧 K2被拉伸 而弹簧 K1被压缩。

[0051] 图 3显示本发明的第二个实施案例, 本发明的驱动机构的另外一种灵活的驱动 方式, 即旋转驱动与平移相结合的驱动方式。 在这个实施例里, 本发明的驱动 机构不直接驱动光能利用系统, 而是一个光能中转器。

[0052] 本实施例体现了本发明的驱动机构的灵活性, 除了像实施例 1中那样可以直接 驱动光能利用装置的受光面移动以外, 还可以通过驱动导光装置移动来实现对 太阳的跟踪。 并且, 通过对重力的利用, 驱动机构的简单旋转运动即可产生导 光装置的旋转移动和相对直线移动。

[0053] 实施例 3

[0054] 依据本发明的太阳能系统的另一种实施方式可 参考图 4, 包括聚光装置 310, 光 能利用装置 320, 驱动机构 330和导光装置 340。

[0055] 聚光装置 310包括多个反光装置 (原始受光面 )311, 这些反光装置将太阳光反 射会聚到导光装置 340处。 图中示意性地画出了 3个, 实际可以有更多或更少。 作为一种优选的实施方式, 本实施例中每个反光装置都可以设置在传统的 跟日 系统 (例如常见的单轴或双轴跟日系统, 未图示) 上, 这种方式非常适用于大 型的太阳能发电站, 能够尽可能多地收集到太阳光。

[0056] 光能利用装置 320的光路入口处优选地设置有一个喇叭形的光 导 3212, 以扩大 其受光面的面积。

[0057] 导光装置 340包括多个沿光路顺次设置的喇叭形光导 341, 聚光装置会聚的太阳 光从第一个喇叭形光导的喇叭口入射, 然后被顺次引导到光能利用装置的喇叭 口处。 本实施例中, 示出了两个顺次设置的喇叭形光导, 可以通过调整两个光 导之间的相对角度来实现对光路的较大范围的 角度调整。 在其他实施方式中, 若应用于小型系统, 也可仅采用一个光导。 光导的内表面镀有反射膜, 其上还 可进一步设置防腐蚀的透明保护层。

[0058] 驱动机构 330包括支撑结构 331, 轨道 332以及多个转轴 333。 支撑结构 331能够 沿轨道 332进行整体移动, 每个导光装置通过相应的转轴 333固定在支撑结构上 。 本实施例中, 导光装置的移动方式是轨道移动与旋转移动的 结合。 导光装置 既可以整体沿轨道移动, 也可以单个调整喇叭形光导的朝向, 从而使传导的光 能最大化。

[0059] 基于本实施例的太阳能系统, 可采用如下方式简单地实现跟日设计: 对于分散 布置的多个原始受光面而言, 导光装置可处于太阳和多个原始受光面之间, 以 使得原始受光面能够将最多的太阳光反射到导 光装置上。 因此, 可以按照多个 原始受光面在地面上的安装位置确定出这些安 装位置所围绕的中心点 (如图中 D D所示) , 将轨道 332的形状设计成以该中心点为圆心的圆弧线 (圆面与地面垂 直) 。 当然, 轨道 332的形状也可以设计成位于太阳和多个原始受 光面之间的其 它形状的平缓曲线。

[0060] 在驱动导光装置整体移动吋, 只需要确定太阳与中心线 EE所构成的平面 (中心 线指经过中心点 (如图中 DD所示) 且与地面垂直的线) , 然后将导光装置移动 到该平面与轨道 33 2的交点位置 FF即可。 此吋, 太阳、 导光装置的第一个光导的 入光口以及中心点在同一个平面上。 用于调整各个原始受光面的姿态的传统跟 日系统只需要将原始受光面的法线调整为其反 射角 oc的中线即可。 所称反射角 0C 是指原始受光面的中点与太阳和与第一个光导 的入光口之间的连线形成的角。

[0061] 本实施例系统与采用传统跟日方式的太阳能光 热发电站相比有明显的进步。 在 现有的太阳能发电站中, 光能利用装置一般采用固定的塔式结构, 原始受光面 的光被直接汇聚到其上。 虽然原始受光面一般会采用传统的跟日系统对 其角度 和方位进行调整, 以跟踪太阳的移动, 但是由于热利用塔通常设置于各原始受 光面的中央以应对太阳的运转, 现有的光热发电站很难最大化地利用原始受光 面的表面面积。 而本实施例由于增加了活动的导光装置, 能够通过调整导光装 置的位置以充分适应太阳的移动, 在原始受光面的表面面积不变的情况下, 通 过优化反射角, 将太阳光尽量多地引导到光能利用装置。 而且导光装置及驱动 机构均可采用简单的设计来实现, 运动形态的控制也很简单, 使得只需要增加 很少的成本既能够大幅提高电站的输出功率。 可以依据本实施例对已经建成的 太阳能发电站进行改进, 只需要增加导光装置和相应的驱动机构即可有 效提升 发电量。

[0062] 本实施例还可解决大型光热电站的一个安全隐 患。 当大量的光能聚集到一起的 吋候, 其产生的热量可能产生火灾。 大型电站可能有成百上千个聚光镜。 这些 聚光镜可能因为各种原因失误而把光能聚集到 不该去的地方而产生火灾。 在本 实施例里, 光能是被首先聚集到一个导光装置上, 其上没有昂贵的设备, 并且 可以即吋更换, 因此其承受灾难的能力大幅提高。

[0063] 在本实施例里, 原始受光面不必是平面, 其可是曲面, 因此, 其方位角可以用 原始受光面在中心点的法向来表示。

[0064] 实施例 4

[0065] 依据本发明的太阳能系统的另一种实施方式可 参考图 5, 包括聚光装置 410, 光 能利用装置 420, 驱动机构 430和导光装置 440。

[0066] 聚光装置 410为反射式聚光透镜, 例如可采用菲涅尔反射透镜。

[0067] 光能利用装置 420包括光伏板 421以及热能利用装置 422。 本实施例中, 热能利 用装置通过透光隔热板 4221接收太阳光, 光伏板环绕透光隔热板, 二者位于同 一受光面上。 在其他实施方式中, 还可以采用各种不同的平面布置方式, 只要 光伏板与热能利用装置在同一受光面上各自具 有不同的受光区域即可。 优选地 , 光能利用装置还可进一步包括设置在光伏板和 热能利用装置下方的热能存储 器 (或冷却系统) 423。

[0068] 导光装置 440为反射镜或反射透镜, 例如, 可以是菲涅尔反射透镜 (菲涅尔透 镜部分可以是凹透镜也可以是凸透镜) , 也可以是平面或曲面反射镜。

[0069] 驱动机构 430包括支撑结构 431和垂直移动机构 432。 导光装置固定在垂直移动 机构上, 能够沿支撑结构上下移动。 表面上看, 驱动机构起到了调整导光装置 的焦距的作用。 但是, 由于受光面上有两种不同的器件, 即光伏板和热能利用 装置的透光隔热板, 因此对焦距的调整最终表现为对光能在不同的 光能利用装 置上的能量分布的调整。 通过调整光能的能量分布, 能够优化光能的使用效率 , 还能够避免光伏板由于过热而损坏。

[0070] 本实施例太阳能系统适用于作为将光电和光热 利用结合在一起的综合太阳能利 用系统。 并提供了一种动态调整光电利用和光热利用之 间的能量分布的方法。

[0071]

[0072] 以上应用具体个例对本发明的原理及实施方式 进行了阐述, 应该理解, 以上实 施方式只是用于帮助理解本发明, 而不应理解为对本发明的限制。 对于本领域 的一般技术人员, 依据本发明的思想, 可以对上述具体实施方式进行变化。 技术问题

问题的解决方案

发明的有益效果