用來收集輻射能的板狀結構的製作方法
2023-05-09 09:03:11 2
專利名稱：用來收集輻射能的板狀結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用來收集輻射能、尤其是(但不是排它性的)太陽能的結構，特別涉及一種適於用在各種場所中的板狀結構。
目前，太陽能正越來越多地被用來補充並且在一些情況中可替代發電作業中的其它形式的能量。但是，雖然從環境角度來說太陽能具有一些優點，但是，對於很多的應用場合來說，它仍然太貴以致不能加以考慮。為了獲得最大的效率，可利用一光生伏打電池陣列來進行將太陽能轉化為電能的太陽能收集作業，所述陣列可跟蹤太陽，以保證它在一年中能始終被取向成可收集最多量的能量。但是，這樣一種陣列的安裝和維護是比較複雜的。固定式陣列更便於安裝並且成本較低，但是效率較低，除非它們是瞄準太陽的平均位置的方向(這不是總是可能的)或者設置有一非常大的光生伏打電池面積(在這種情況中，光生伏打電池的成本可能會變得過高)。
人們已認識到，一種降低由太陽能產生電力的比價的方法是減小收集給定量太陽能所需的電池個數。目前已有各種考慮到上述方法的設置方案，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「太陽能」卷21第423至430頁中由D.R.Mills和J.E.Guitronich撰寫的題為「Ideal Prism Solar Concentrators」一文中描述了採用幾個簡單的稜鏡裝置作為聚太陽能器以及將低聚能(concentration)的稜鏡裝置合併為一些固定的、平頂的聚能器。相關的揭示出現在文獻AU-A-37217/78中。
本發明旨在提高用來收集輻射能的板狀結構、尤其是(並不意味著排它)那些在建築物、路標和招貼板中使用的結構的效率並增加其多用性。
根據本文的權利要求1和2，本發明提供了一種用來收集輻射能的結構。
根據本文的權利要求9，本發明還提供了一種用來收集輻射能的結構。
根據本文的權利要求16和17，本發明進一步提供了一種用來收集輻射能的結構。
下面將結合附圖、僅藉助舉例說明的形式對本發明的各實施例進行描述，在各附圖中
圖1是可以用來收集輻射能的板狀結構的縱剖視圖；圖2是一示意圖，它示出了沿圖1中箭頭II方向觀察時所述結構的各部分的位置；圖3是與圖1相對應的縱剖視示意圖，它示出了通過所述結構的射線路徑；圖4是圖3的局部放大圖，用來對所述結構的各部件的尺寸進行計算；圖5和圖6是與圖4相類似的視圖，它們示出了根據本發明一方面的結構；圖7(a)和圖7(b)示出了圖1所示結構的改進形式；圖8(a)和圖8(b)是一種根據本發明另一方面的結構分別與一窗子和一圖示板結合使用時的縱剖視圖；圖9示出了圖7(b)所示結構的另一改型。
圖10(a)、圖10(b)和圖11示出了根據本發明又一方面、用來收集輻射能的結構的另一些取向；以及圖12至圖14是可以用來收集輻射能的其它板狀結構的縱剖示意圖。
圖1和圖2示出了一種板狀結構1，所述板狀結構適於用作一固定構造，可用來收集太陽能，以利用太陽能來發電。正如將在下文中更具體描述的那樣，可以將所述結構1用在很多不同的地方，包括窗子的內表面上、一建築物的外表面上以及路標和招貼板上。
所述結構1包括一由透光材料製成的垂直板2，它具有第一和第二主表面3、4。所述第一主表面3呈平面狀，而所述第二主表面4具有一定的廓形並且包括幾個狹長的、大體上呈稜柱形、以一個在另一個之上的方式水平延伸橫穿過所述垂直板2的結構5。各稜柱形結構5是相同的，並且彼此相互平行地延伸。每一稜柱形結構5均包括相互傾斜的平面6、7平面6是一面朝著垂直板2的反射面，平面7帶有一光生伏打電池8，它與所述垂直板材料形成光接觸以承接透過所述垂直板的輻射。光生伏打電池8呈一覆蓋住平面7的整個寬度的條幅的形式。平面6和7的寬度的通常尺寸分別是10毫米和3毫米。
垂直板2可以由一種聚合材料製成，並且可以是一模製結構。合適的聚合材料包括聚碳酸酯、矽酮和聚丙烯材料以及含氟聚合物，例如可以從美國明尼蘇達州St.Paul市的3M公司購得的DyneonTMTHV氟熱塑性(flurothermoplastic)材料以及聚四氟乙烯(PTFE)。
圖3示出了所述結構1被定位成使垂直平面狀表面3面朝著太陽達到其最大仰角的方向(即，北半球的正南方)。來自太陽的電磁輻射如射線路徑101至105所示出的那樣穿過所述表面3進入垂直板2，並且其中一部分電磁輻射(以射線101為例)將直接撞擊在其中一個光生伏打電池8上，而其餘的電磁輻射將擊打在其中一個反射面6上然後向後射入所述垂直板。自各稜柱形結構5的頂點附近的平面6反射來的輻射將如圖3中的射線102所例示的那樣射向鄰近的光生伏打電池8，而其餘的反射輻射將如射線103至105所例示的那樣向後射向板狀表面3。對於來自太陽的某一給定入射角來說，射線103至105擊打所述垂直板內的所述表面3的角度視反射面6的傾斜角度而定，並且通過對後者加以選擇，可以保證所有的反射射線103至105能在表面3處進行全內反射(TIR)然後也再次返回到板2內，如圖中舉例說明的那樣。這時，一些TIR輻射將如射線103例示的那樣直接撞擊在其中一個光生伏打電池8上，或者如射線104例示的那樣在又一次反射之後撞擊在表面6處。其餘的輻射，如射線105例示的那樣，也將再次射至所述垂直板的表面3上，在該處再次進行全內反射，然後藉助重複以上過程(除非它先遇到垂直板2的邊緣)最終到達一光生伏打電池8。
下面將根據本發明其它不同方面對所述結構1的各種構造進行描述。在描述中，將參考所述結構的各部分的尺寸，這些尺寸在圖4中有所標示。
為了最大程度地減小平面7的寬度S，並從而減少在所述結構1(即，具有平面狀平面6、7的結構)中所採用的太陽能電池8的總面積，每一稜柱形結構5的頂角D應該是90°，並且每一反射面6相對於垂直板2的總平面(在這種情況中是垂直的)的傾斜角T應該儘可能小以保證返回至垂直板2的表面3的所有輻射能如上文所述的那樣進行全內反射。這樣，所述結構的聚能比(沿著其中一個稜柱形結構5的垂直方向、所述寬度W與光生伏打電池8的寬度S之比)將為最大。如果將角度D設定為90°，可以示出的是，角度T的最小值可由以下公式來確定sin2T=sinC.(1-k2)-kcosC----(i)]]>式中k＝sin A/nC是對於所述板2的材料而言的臨界角n是所述板2的材料的折射率A是在待收集能量處的最小太陽仰角(altitude)(在垂直於所述板的垂直平面內)。
將公式(i)用於折射率為1.5的板材，並且假定太陽能是在一年中的什麼時間來收集的，則可以推導出在下表1中示出在角度T和40°至60°緯度的最小值(各值是結合所述結構1的聚能比來示出的)。在推導這些值時，取每一緯度處、12月21日正午時的太陽仰角作為所述最小太陽仰角。
表1
通過對角度T加以適當選擇，與由相同材料製成的平板相比，上文中結合圖1和圖2所描述的那種固定板狀結構其每單位面積的光生伏打電池可以收集更多(通常是三倍於)的能量。即使角度T不具有對於在該處採用所述板的特定緯度而言的最小可能值，也能收集較多量的太陽能。
作為以上描述的一例子，如果圖1和圖2所示的結構由一種折射率n為1.5且角度T等於15.75°的材料製成並將其定位在(面向正南)北緯50°處，假定平面6的反射率是100％並且實際上基本上所有射至平面7的輻射都進入了相關的光生伏打電池8，則可以認為，所述結構可以呈現出一約為3.6的淨增益(即，每單位面積它可以收集到3.6倍於一在折射率為1.5的材料內的平面光生伏打電池的太陽能)。而且，所收集到的能量的增多在一天中並且在一年中可保持恆定。
圖1中示出的所述結構的聚能比W/S隨著板2的材料的折射率而變化，尤其是，在任一給定緯度、可以藉助採用一種具有更大折射率的材料而增大。它可由下表來加以舉例說明，下表是對於緯度50°而言的。
表2
根據本發明的一方面，還可以藉助改進稜柱形結構5的形狀、尤其是改進反射面6的形狀來提高W/S的聚能比，下面將結合圖5和圖6對此進行描述。
圖5是一與圖4相類似的視圖，它示出了稜柱形結構5的反射面6不必完全呈平面狀。每一反射面均具有一初始平面部分11但還包括一曲面部分12，所述曲面部分起始於由標記P標示的點處，並將所述平面部分與所述稜柱形結構5的頂點連接起來(並與相關平面6相連)。所述點P位於圖4所示的平面6內，在該處，來自處於最小仰角A的太陽的反射射線掠射平面7的邊緣13。點P的位置確定了沿反射面6的平面部分11的垂直方向的寬度W1，它由公式W1＝W/{1+(tan T)tan(B+2T)}給出。曲面部分12循著一拋物曲線(圖中是連續的，以所述稜柱形結構的頂點上方的虛線示出)所述拋物曲線具有以下特徵所述拋物線的焦點位於平面7的邊緣13處；當太陽處於最小仰角A(見上文)時，所述拋物線的軸線14(也以虛線示出)平行於所述板2內部的射線的初始路徑；所述拋物線的原焦點間距a(即，圖5所示軸線14的長度)由下式給出a=0.5{M+(M2+N2)}----(ii)]]>式中M＝L sin BL＝{(W1tan T)/tan B}-W+W1N＝(W1tan T)/sin B}-L cos B藉助成形如圖5所示的反射面，可以減小光生伏打電池8的寬度(對於稜柱形結構5的給定寬度W來說)，同時還可以保證入射在反射面6上、位於所述點P下方的所有輻射(即，拋物線部分12)射向所述光生伏打電池。入射在反射面6上、位於點P上方的輻射(即，平面部分11)可向後射向所述結構1的前平面3，並且可在該平面處進行如上文結合圖3時所描述的全內反射。減小所述光生伏打電池的寬度S的效果是可增大所述結構的聚能比，並且可藉助將所述平面7沿著拋物曲線12的軸線14設置而獲得最大效果。在這種情況中，光生伏打電池8的寬度應儘可能小，但仍能承接入射在所述反射面的拋物線部分12上的所有輻射。雖然所示結構的聚能比將略低，但是，如圖5所示那樣將平面7設置成與所述板2的前平面3呈90°可能是更為有用的。
圖6示出了另一種稜柱形結構5，其中，圖5所示拋物線部分12由兩個相互傾斜的平面部分151、152所取代，其中之一(151)是反射面6的平面部分11的連續。平面部分151、152一起提供了一與拋物線部分12的形狀基本對應的形狀，並且需要對帶有光生伏打電池8的平面7的寬度和取向進行一定的調節，而反射面6的平面部分11(在點P上方)保持不變。與圖5所示構造相比，圖6所示的構造所能提供的板2的聚能比要稍低，但是，與圖5所示構造不同的是，當太陽處於最小仰角A時，它不能使自平面6的下部反射來的所有最小角度輻射(即，以角度A入射在前平面3上的輻射)在所述邊緣13上聚焦相反，其中一些輻射將射向所述光生伏打電池的其它一些區域上。如果需要，可以用兩個以上的相互傾斜的平面部分(其中之一是平面部分11的連續，如圖6中的部分151那樣)來替代圖5所示的拋物線部分12，同樣能提供一與所述拋物線部分的形狀基本對應的形狀。
在上文所述的每一構造中，光生伏打電池8可以是呈一條幅形式的任何一種類型，並且被定位在平面7上，從而可以使它們與板2的材料形成光接觸。在藉助模製來形成所述板2的情況中，可例如藉助將各光生伏打電池作為模製製品的一整體式部件而實現所需的光接觸。
在所述板2的平面6上的反射表面可以藉助將一反射材料澱積在那些部分上或者藉助將一預形成反射材料附連於那些部分上而形成。有利的是，所述反射表面具有一至少為90％的反射率，並且一種較適當的預形成材料的例子是可從美國明尼蘇達州聖保羅市(St.Paul)的3M公司購得、以「Silverlux」為商品名稱的銀反射膜。該材料可以在板2形成之後層壓至所述板2上或者在藉助模製來形成所述板的情況中，可以與所述模製製品形成為一整體式部件。在US-A-5 882 774和WO 97/01774中描述了幾個適於用在一板的各平面6上的其它預形成反射材料。其它一些例子是可以從3M公司購得、以「ECP 305A」和「SA-85P」為商品名稱的反射膜；可以從美國俄亥俄州Sidney市的Alcoa公司購得、以「EVERBRITE 95」為商品名稱的、在鋁上的銀膜；可以從美國伊利諾斯州Elk Grove Village市的MSC Laminates Composites Inc.公司購得、以「SPECULAR PLUS」為商品名稱的銀膜；以及可以從德國Ennepetal市的Alanod Aluminium-Veredlung GmbH Co.公司購得、以「MIRO 4」為商品名稱的鋁反光片。
圖7(a)示出了圖1所示板的另一種形式，其中，反射材料16與各平面6相隔開。圖中所示的反射材料16平行於各平面6而定位，但藉助一空氣隙17與所述各平面隔開，所述空氣隙的兩端由相鄰的光生伏打電池8加以封閉。在這種情況中，空氣隙17的存在可使一些入射在平面6上的輻射(由射線18表示)進行全內輻射，由此回射入所述板內，而不會有任何吸收損失。入射在平面6上的其餘輻射(由射線181表示)可藉助該平面處的部分反射(如射線182所示)或者藉助在材料16處有吸收損失地進行反射(如射線183所示)而回射入所述板內。
在圖7(a)中，空氣隙17可以由一固體層所替代，所述固體層的折射率低於所述板2材料的折射率。在這種情況中，所述固體層可以為反射材料16提供支承作用。雖然如果所述材料16具有非常高的反射率，圖7(a)所示的設置方案不能提供優於圖1至圖6所示設置方案的顯著優點，但是如果所述材料16的折射率欠佳，它則能提供改善的性能。
在一些情況中，可以完全省去與圖1所示板的各平面6有關的反射材料，如圖7(b)所示。在這種情況中，只有在各平面6處進行全內反射的輻射(由射線19例示)才能被改變方向而射入所述板2內，並且最終將撞擊其中一個光生伏打電池8其餘的輻射(除了直接落在各光生伏打電池上的輻射之外)將穿過各平面6而從所述板2中射出然後不知去向，如射線191所示出的那樣。通過根據n sin(C-T)＝sin A(iii)(式中n、A和C如上文中那樣來定義)對角度T(參見圖3)進行適當選擇，雖然所述結構1的聚能比W/S將會較低，但如果需要，它可以保證所有落在平面6上的太陽輻射都發生全內反射。另一方面，由於省去所述反射材料時所述結構較簡單，因此，在某些情況情況中可以接受的是採用一具有較低聚能比的板，儘管由於輻射會透過各平面6從所述板中射出而有損失。舉例來說，可再次參考圖1和圖2(即，一種由折射率為1.5且角度T等於15.754°的材料製成且在北緯50°面朝正南方向的結構)中所示的那種特定結構(在上文提到)。正如上文中所指出的那樣，如果各平面6的反射率是100％，則可以認為，這樣一種結構能呈現出一約為3.6的淨增益。為了作比較，如果隨後將所述反射材料從各平面6上除去從而使所述結構變為圖7(b)所示的那種結構，那麼，所述淨增益在盛夏季節將基本保持不變，但在一年中的其它時間將會較低(從隆冬季節一整天中約為0.54的比較恆定值變化至春分和秋分前後約為2.85(有很大幅度的變化)的日平均值)。
圖7(b)所示的另一種板2可以有利地用在圖8(a)所示的窗玻璃20內表面上。在這種情況中，除了收集透過所述玻璃的太陽能之外，所述板2還可以消除來自太陽的直射炫目光(由於存在光生伏打電池8)，同時還可以使所述建築物內的一觀察者21透過所述窗子看到外面的地面。
圖8(b)用圖解方式說明了圖7(b)所示板2還可以有利地用在一圖示板30的前方，以便能自下而上來進行觀察(即，由一被定位得朝著所述圖示板30的方向向上看的觀察者31來進行觀察)。觀察者可透過所述板2的各平面狀平面6而看到所述圖示板30，但是所述各平面仍可以起到收集太陽能的作用，從而可以利用太陽能來發電以將其存儲在一用來照亮所述圖示板(所述圖示板可以例如是一背光照明的標牌)的電池中。所述板30可定位在一建築物的外側，或者可以呈其它形式的垂直板，諸如一廣告招貼板或一路標。由於圖示板30的前平面由所述板2加以保護，因此，可以用那些不能經受天氣影響的材料來建造所述圖示板。
圖9示出了在消除一透過所述板來觀察的圖象的變形中使用的、圖7(b)所示板2的一種變型。所述變型包括一設置在所述板2的異形平面4附近的第二板33，它由一種與所述第一板相同的材料製成，以對透過所述第一板的折射光線作出補充。在所述板2附近的所述第二板33的平面35具有一與所述平面4互補的廓形，並且在所述兩平面之間具有一較小的空氣隙37以保證直射至各光生伏打電池8的輻射量保持不變。但是，對於一透過所述各板來觀察的觀察者38來說，所述組件2、33的作用是好象它是一平行板並且可以消除在不存在所述第二板33時可能變得顯著的觀察圖象的扭曲現象。
在以上描述中是假定所述板2被定位成使所述垂直前平面3面朝著太陽處於其最大仰角的地理方向(即，在北半球的正南方向)的。但是假定所述結構在其自身平面內旋轉並且所述角度T略微增大以保證當太陽處於其最小仰角時也能收集太陽能，當所述結構旋轉直至與東方或西方呈大約45°的角度時，也可以有利地(即，不會顯著減小所能收集的太陽輻射量)採用所述板2。換言之，所述前平面3保持垂直，但稜柱形結構5不再作水平轉動。這在圖10(a)和圖10(b)中有所圖示，它們分別是自一面朝南的板22、一面朝東南的板23和一面朝西南的板24的前方和上方觀察到的示意圖。正如在圖9(a)中可以看到的那樣，所述板23和24已分別相對於所述板21作了順時針旋轉和逆時針旋轉。在一實際例子中，圖1和圖2中所示的那種由折射率為1.5的材料製成的板是以這樣一個垂直取向來使用的，即，在北緯50°面朝著南之東30°。所述板順時針轉過一為24.94°的角度R(當沿著圖1中箭頭II方向來觀察時)，並且各反射小平面的傾斜角度T被設定為17.7°(能賦予一為3.29的聚能比W/S)。當然，該板能在同一緯度處、面朝著南之西30°滿意地起作用，但是應使其沿逆時針方向而不是沿順時針方向轉過24.94°。在下表3中匯總了其它幾個實際例子。在每一情況中，所述板(圖1和圖2中所示的那種板)均是由一種折射率為1.5的材料製成並且在北緯50°以垂直取向來使用的。
上文所述的任一種其它板(即，結合圖5-圖9)也可以以圖10中所示的方式來有利地使用。在每一種情況中，均是使所述板在其自身平面內旋轉從而使所述稜柱形結構5相對於水平面傾斜，並且增大所述角度T以保證當太陽處於其最小的仰角時能收集太陽能。
在以上描述中還假定所述板2是垂直的。但是，該結構也能例如在一房屋的斜(坡)頂上以一種非垂直的取向來起作用或者作為地面上的一收集器陣列的一部分，並且與一以最佳方向取向的傳統型平面狀、非跟蹤式太陽能板相比仍能提供一些優點。所述最佳方向是太陽的平均位置(視為春(秋)分點上中午時的太陽位置)的方向，圖11中示出了一種按這種方式取向且以數字26標示出太陽平均位置的板25。在緯度50°，對於板25來說的最佳目標仰角是40°。一種如圖1所示類型、在該緯度使用並且按這種方式取向的結構，如果它是用來接收來自太陽的最小角度輻射(即，來自12月份的太陽的輻射)，那麼對於光生伏打電池的相同區域來說，這種結構所收集到的太陽能將是一平面板在一年中所收集的太陽能的2倍。而且，所述淨增益在一年中可保持比較恆定。在較低的目標仰角(即，小於40°)，由圖1所示的那種類型的結構在一年中所收集到的太陽能將被進一步增大，但在該年中會出現較大的變化，而且在冬季中可以獲得相對於圖11所示的傳統型板25來說為最大的增益。在上文中結合圖5至圖9來描述的任一種其它板也可以以一種非垂直的取向來使用。
圖12和圖13示出了圖1所示結構的另一些變型。圖12中所示的板狀結構27實際上包括僅僅一個如圖1所示的稜柱形結構。在這種情況中，對所述結構的幾何形狀加以選擇以保證自平面6反射來的輻射的至少一部分可以直接到達所述光生伏打電池8，而另一部分可在前平面3處進行全內反射之後到達所述太陽能電池。圖12所示的結構包括一系列單稜柱形結構27，每一個如圖11所示類型的結構與相鄰結構相互裝配以形成一較大的板。可以理解的是，在上文中結合圖5至圖8描述的任一種其它的稜柱形結構也可以以圖12和圖13所示的方式來使用。
上文所描述的任何一種板結構均可以以圖8(a)所示的方式被層壓到一透明板。所述透明板不必是一建築物內的窗子，而是可以例如當將其用在一暴露場合中時可保護所述板以免受到環境影響或發生物理損壞。
在以上結合附圖所作的描述中，假定輻射能收集器是呈光生伏打電池的形式。但是，也可以採用其它形式的能量收集器，包括熱量收集器。例如，圖14示出了圖1中所示的那種板結構，其中，光生伏打電池8被一些熱量收集管28所替代。如果所述板是一模製結構，則所述收集管28可以在模製過程中裝入。所述收集管28可以含有水或其它適當的流體以傳遞熱量，或者它們可以是一些熱管(即，通過流體的反覆蒸發和冷凝來傳遞熱量的管子)。
在以上對包括多個稜柱形結構的板所作的描述中，假定所述各稜柱形是相同的。但是，如果仍然存在藉其將輻射導引至所述板內的各收集器8、28的各種機構，這就不是必需的了。所述板的前平面3也不必呈精確的平面狀在一些情況中，可能希望使所述板具有一被製成一定結構的前平面(雖然按比例來說要顯著小於後平面4)，例如以減少在前平面處通過部分反射而發生的輻射損失。在一些情況中，可能還希望賦予整個板一定程度的曲率，例如與一將所述板安裝在其上的平面(諸如一建築物的外立面)的曲率相匹配。所述曲率可以沿著水平和/或垂直方向。
權利要求
1.一種用來收集輻射能的結構，它包括一具有一第一主表面和一對置的第二主表面的材料板，輻射能可穿過所述第一主表面而進入所述板，所述第二主表面具有一定廓形並且包括至少一個狹長的、大體上稜柱形的結構，其一部分包括一面對著所述板的反射面，其另一部分包括一輻射能收集器，其特徵在於，所述稜柱形結構被成形成可使(i)透過所述第一主表面進入所述板的一部分輻射能自所述反射面反射以直接撞擊在所述輻射能收集器上；(ii)透過所述第一主表面進入所述板的另一部分輻射能自所述反射面反射，以在所述板的所述第一主表面處發生全內反射之後撞擊在所述輻射能收集器上；(iii)透過所述第一主表面進入所述板的另一部分輻射能直接撞擊在所述輻射能收集器上；並且所述反射面的至少一部分具有一拋物柱面反射器的一部分的形狀或者與其基本對應的形狀，該形狀被設置成可使入射在所述反射面的所述成形部分上的所有輻射能可直接反射至所述輻射能收集器。
2.一種用來收集輻射能的結構，它包括一具有一第一主表面和一對置的第二主表面的材料板，輻射能可穿過所述第一主表面而進入所述板，所述第二主表面具有一定廓形並且包括多個狹長的、大體上稜柱形的結構，每一所述稜柱形結構的一部分包括一面對著所述板的反射面，每一所述稜柱形結構的另一部分包括一輻射能收集器，其特徵在於，所述稜柱形結構被成形成可使(i)透過所述第一主表面進入所述板的一部分輻射能自所述反射面反射以直接撞擊在各輻射能收集器上；(ii)透過所述第一主表面進入所述板的另一部分輻射能自所述反射面反射，以在所述板的所述第一主表面處發生全內反射之後撞擊在所述各輻射能收集器的至少其中一些輻射能收集器上；(iii)透過所述第一主表面進入所述板的另一部分輻射能直接撞擊在所述的各輻射能收集器上；並且每一所述反射面的至少一部分具有一拋物柱面反射器的一部分的形狀或者與其基本對應的形狀，該形狀被設置成可使入射在所述反射面的所述成形部分上的所有輻射能可直接反射至所述各個稜柱形結構的所述輻射能收集器。
3.如權利要求2所述的結構，其特徵在於，所述的各稜柱形結構基本上是相同的，並且彼此相互平行地設置。
4.如權利要求1至3中任一權利要求所述的結構，其特徵在於，所述/每一稜柱形結構的所述反射面的另一部分是一平面狀的反射面。
5.如權利要求1至4中任一權利要求所述的結構，其特徵在於，所述/每一稜柱形結構的所述反射面的成形部分包括多個相互傾斜的平面狀反射面，所述多個平面狀反射面形成與一拋物柱面反射器的一部分基本對應的形狀。
6.如權利要求5所述的結構，其特徵在於，所述/每一稜柱形結構的所述反射面形成所述稜柱形結構的一第一平面，所述相關的輻射能收集器位於一與所述反射面的成形部分鄰接的第二平面內。
7.如權利要求6所述的結構，其特徵在於，所述/每一稜柱形結構的所述第二平面被定位得垂直於所述板的所述第一主表面。
8.如前述任一權利要求所述的結構，其特徵在於，每一反射面均包括一與所述各稜柱形結構直接接觸或者相鄰的反光材料。
9.一種用來收集輻射能的結構，它包括一具有一第一主表面和一對置的第二主表面的材料板，輻射能可穿過所述第一主表面而進入所述板，所述第二主表面具有一定廓形並且包括多個狹長的、大體上呈稜柱形且在所述板的上方彼此相互大體平行延伸的結構，每一所述稜柱形結構的一部分包括一面對著所述板的反射面，另一部分包括一輻射能收集器；其特徵在於，所述稜柱形結構被成形成可使(i)透過所述第一主表面進入所述板的一部分輻射能自所述反射面反射以直接撞擊在各輻射能收集器上；(ii)透過所述第一主表面進入所述板的另一部分輻射能自所述反射面反射，以在所述板的所述第一主表面處發生全內反射之後撞擊在所述各輻射能收集器的至少其中一些輻射能收集器上；(iii)透過所述第一主表面進入所述板的另一部分輻射能直接撞擊在所述的各輻射能收集器上；並且所述板面對著一除了沿該方向太陽處於其最大仰角之外的地理方向，並且被定位得使所述各稜柱形結構沿一與所述水平方向傾斜的方向延伸。
10.如權利要求9所述的結構，其特徵在於，每一反射面均形成所述各稜柱形結構的第一平面，所述相關的輻射能收集器定位在一鄰接的第二平面內。
11.如權利要求10所述的結構，其特徵在於，所述第一和第二平面是平面狀的平面，並且彼此相互傾斜呈90°。
12.如權利要求10所述的結構，其特徵在於，所述第二平面被定位得垂直於所述板的所述第一主表面。
13.如權利要求9至12中任一權利要求所述的結構，其特徵在於，每一反射面均包括一與各稜柱形結構直接接觸或鄰接的反光材料。
14.如權利要求13所述的結構，其特徵在於，所述反射面朝著一遠離所述板的所述第一主表面的方向位於所述的各稜柱形結構後方並且與之隔開。
15.如權利要求9或10所述的結構，其特徵在於，每一反射面的至少一部分具有一拋物柱面反射器的一部分的形狀或者與其基本對應的形狀，該形狀被設置成可使入射在所述反射面的所述成形部分上的所有輻射能可直接反射至各稜柱形結構的輻射能收集器。
16.一種用來收集輻射能的結構，它包括一具有一第一主表面和一對置的第二主表面的材料板，輻射能可穿過所述第一主表面進入所述板，所述第二主表面具有一定廓形並且包括至少一個狹長的、大體上稜柱形的結構，所述稜柱形結構的一部分包括一輻射能收集器，其特徵在於，所述稜柱形結構被成形成可使(i)透過所述第一主表面進入所述板的一部分輻射能直接穿過所述板；(ii)透過所述第一主表面進入所述板的另一部分輻射能直接或者在所述板的所述第二主表面處發生全內反射之後撞擊在所述輻射能收集器上。
17.一種用來收集輻射能的結構，它包括一具有一第一主表面和一對置的第二主表面的材料板，輻射能可穿過所述第一主表面進入所述板，所述第二主表面具有一定廓形並且包括多個狹長的、大體上稜柱形的結構，每一稜柱形結構的一部分包括一輻射能收集器，其特徵在於，所述稜柱形結構被成形成可使(i)透過所述第一主表面進入所述板的一部分輻射能直接穿過所述板；(ii)透過所述第一主表面進入所述板的另一部分輻射能直接或者在所述板的所述第二主表面處發生全內反射之後撞擊在所述輻射能收集器上。
18.如權利要求17所述的結構，其特徵在於，所述各稜柱形結構大體上是相同的，並且彼此相互平行地設置。
19.如權利要求16至18中任一權利要求所述的結構，其特徵在於，所述板被定位成所述/每一稜柱形結構沿著一與水平方向傾斜的方向延伸。
20.如權利要求16至19中任一權利要求所述的結構，其特徵在於，所述/每一稜柱形結構包括一對相互傾斜的平面，其中一個平面包括相關的輻射能收集器。
21.如權利要求20所述的結構，其特徵在於，所述相互傾斜的平面彼此傾斜成90°。
22.如權利要求16至21中任一權利要求所述的結構，其特徵在於，所述板位於一表面的前方，由此可使一位於所述第一主表面前方的觀察者透過所述板可看到所述表面。
23.如權利要求22所述的結構，其特徵在於，所述表面包括一些可透過所述板而看到的圖示。
24.如權利要求22或權利要求23所述的結構，其特徵在於，由所述輻射能收集器收集的能量被用來發電以照亮所述表面。
25.如權利要求16至21中任一權利要求所述的結構，其特徵在於，所述板位於一窗子的內表面上。
26.如權利要求16至25中任一權利要求所述的結構，其特徵在於，它包括一位於所述首次提到的板的第二主表面附近的第二板，位於所述首次提到的板的第二主表面附近的所述第二板的表面具有一與其互補的廓形。
27.如前述任一權利要求所述的結構，其特徵在於，所述輻射能收集器包括一光生伏打電池或一熱量收集器。
28.如前述任一權利要求所述的結構，其特徵在於，所述板由一種聚合材料製成。
29.如前述任一權利要求所述的結構，其特徵在於，所述板包括一模製組件。
30.如前述任一權利要求所述的結構，其特徵在於，所述第一主表面呈平面狀。
31.如前述任一權利要求所述的結構，其特徵在於，所述板被定位成可使所述第一主表面基本垂直。
32.一種如權利要求1或2所要求、基本上參閱附圖中的圖5或圖6來描述和圖示的結構。
33.一種如權利要求9所要求、基本上參閱附圖中的圖1至圖4或者圖5至圖9之一而在圖10所示和參照圖10來描述和圖示的結構。
34.一種如權利要求16或17所要求、基本上結合附圖中的圖7(b)或圖8(a)或圖8(b)或圖9來描述和圖示的結構。
全文摘要
一種用來收集太陽能的板具有一帶有一定廓形的後表面(4),所述後表面包括一些狹長的稜柱形結構(5),每一稜柱形結構的一部分包括一光生伏打電池(8)。在一種形式中,每一稜柱形結構的另一部分包括一反射面(6),並且為了提高所述板的效率,所述反射面的一部分(12)可以具有一拋物柱面反射器的一部分的形狀。在另一種形式中,可省去所述反射面(6),這樣,就可以使一些太陽能直接穿過所述板。所述各稜柱形結構大體上橫向於所述板水平延伸,但是它們可以與水平方向傾斜,尤其是如果所述板被定位得面對著一除了太陽處於其最大仰角的方向之外的地理方向。
文檔編號F24J2/06GK1354828SQ00808694
公開日2002年6月19日 申請日期2000年6月8日 優先權日1999年6月10日
發明者M·C·利 申請人:3M創新有限公司