太陽能採集瓦的製作方法

2023-04-30 23:28:01

專利名稱：太陽能採集瓦的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型屋面復蓋層構件，確切地說，涉及一種太陽能採集瓦，屬於可以作為能量收集裝置的屋面復蓋物技術領域。
太陽能是極其豐富、又極待開發利用的能源。在四十分鐘時間內幅射到地球上的太陽能相當於如今全世界一年的能源消費量。太陽能是一種非常清潔、無汙染和對環境無影響的很好的一次能源，而且，它幾乎不受地區限制，不論什麼地方都可以利用。但是，在地球表面太陽能的密度很低，最高值只有1千瓦/平方米，為聚集大量的太陽能需要大面積的換能器件。如果使用如水等吸熱介質效率降低，且只能得到較低品位的熱能。再者，由於太陽在天空中的位置是隨每天的時刻不同而改變的，為提高太陽光的能流密度，通常使用各種聚光匯集裝置(如反射鏡等)把太陽光聚集，以提高能流密度。由於太陽在天空中的位置變化，還必須使用一套跟蹤裝置才能使匯聚裝置的輸出始終保持在換能器的表面，這種跟蹤裝置結構複雜，體積笨重，維護使用也有諸多不便，且使太陽能成本增加。
本發明的目的是提供一種太陽能採集瓦，作為建築物的復蓋層的新型標準材料。
本發明是由支架、反射鏡瓦和換能器件所組成，其特徵在於反射鏡是用玻璃製作的圓柱面，其圓心角接近180°，其背面為反光鏡面，後面襯有鋼化玻璃;支架支持反射鏡瓦並使其軸線為南北方向和使其軸線與水平面的夾角等於安裝使用地的緯度值;換能器件是一個用矽硼玻璃製作的雙層疊套玻璃圓管，兩層圓管之間的埠密封抽成真空，其外管直徑為反射鏡瓦圓柱直徑的1/3～1/5，其安裝軸線與反射鏡瓦的軸線平行，且在反射鏡圓弧中心所在半徑上。本發明的換能器件的內層玻璃管可以是全透明的，也可以在其外圓表面(即中間夾層內)作真空鍍黑色膜處理，作為全吸收型吸熱表面塗層。
本發明的意義在於它在作為建築物屋面復蓋層構件的同時，又可以在新型綠色工程房屋中作為採集太陽能的基本元件。雖然本發明單純作為普通建築材料，與一般建築用瓦相比，同樣的復蓋面積，使用本發明時成本要高出許多;但如果把其吸收太陽光能量進行綜合利用後發揮的效能計算在內，這些基建時的一次性投入就顯得非常值得和獲益非淺了。例如，普通建築物投入應用後，要在以下各個方面消耗能源，冬季取暖，夏季致冷，照明和家用電器耗電和加熱各種生活用熱水等。上述能耗目前通常取自煤氣、煤、液化石油氣和電能，隨著世界性的一次能源緊張和環境保護的原因，人們日益趨向於開發應用可再生能源，而本發明可以使上述建築物的取暖、致冷和加熱生活用水等項能耗轉由太陽能提供或補充，從而大大節約一次能源的消耗和改善環境質量。這種太陽能採集瓦由於鋪設在建築物屋面上，面積大又無礙觀瞻、不會妨礙交通，還毋需跟蹤裝置就能自動把太陽光聚匯到換能器件表面、提高能流密度。沒有運動部件，結構簡單，作為太陽能利用裝置中的能量採集裝置，本發明是一項頗具應用前景的新型建築材料。


圖1是本發明的結構示意圖。
圖2是本發明的垂直剖面圖。
圖3是太陽光入射角度與反光鏡瓦指向角度不大時的光線反射示意圖。
圖4是太陽光入射角度與反光鏡瓦指向角度較大時的光線反射示意圖。
參見圖1、圖2，本發明是由支架1、反射鏡瓦2、和換能器件3組成，反射鏡瓦2是用玻璃製作的圓柱面，其圓心角接近180°，其背面為反光鏡面21，後面襯有鋼化玻璃22，以保護反光膜的性能長期穩定。支架1支撐反射鏡瓦2，並使其軸線為南北方向和使其軸線與水平面的夾角等於安裝使用地的緯度值。換能器件3是一個用矽硼玻璃製作的雙層疊套玻璃圓管，兩層圓管之間的埠密封抽成真空，其外管31直徑為反射鏡瓦2圓柱直徑的1/3～1/5，其安裝軸線與反射鏡瓦2的軸線平行，且在反射鏡圓弧中心所在半徑上。換能器件3的內層玻璃管32可以是全透明的，也可以在其外圓表面(即中間夾層內)作真空鍍黑色膜處理，作為全吸收型吸熱表面塗層，視該圓管內的吸熱介質而定。
圖2中R為反射鏡瓦2的圓弧半徑，r為換能器件3的半徑，H為換能器件3的剖面圓心到反射鏡瓦2圓弧圓心的距離。
本發明採用圓柱狀反射鏡瓦和圓柱形換能器件，並把圓柱形換能器件安裝在與圓弧反射鏡圓弧焦面相切的位置上。我們知道，圓弧形反射鏡具有把不同入射角度的光線聚焦到二分之一圓弧半徑的圓弧面上的光學特性，而本裝置的換能器件3為圓柱形，它的下外沿距反射鏡圓弧中點的距離恰好約為二分之一的反射鏡瓦2的圓弧半徑，從而使它處在與圓弧反射鏡瓦2的焦面圓弧相切的位置。這樣，當入射的太陽光(如剪頭所示)與反射鏡瓦2的指向角度不大時，其反射後的陽光聚焦的焦面圓弧與換能器3的對應圓弧很接近，可以說，基本聚焦在換能器件3的圓弧表面上。即使有些散焦也是允許的，而且，散焦後的太陽光仍然基本都照射在換能器件3的表面，如附圖3所示。而當陽光入射角度較大時，通常只有換能器件3一側的反射鏡瓦2起作用，它把陽光反射後仍然投射到換能器件3的表面。由於換能器件3的表面積小於反射鏡瓦2的表面積，因而就提高了換能器件3的表面平均能流速度。這樣可以提高能量轉換效率，降低成本。而且，由於反射的太陽光基本上都反射到換能器件的表面，毋需轉動反射鏡，可以實現免動自位跟蹤。沒有運動部件，結構簡單，不用維護。
利用本發明作為建築新型材料，可以建造太陽能房屋，在住宅或建築物的屋頂上安裝本發明作為復蓋材料，在其中換能器件中通有吸熱介質-水，使之被加熱後作為住宅的供暖、生活用熱水;也可在裡面安上太陽能電池及蓄電系統，利用其發生的電供住宅照明，取暖或其他電器使用。
權利要求
1.一種太陽能採集瓦，是由支架、反射鏡瓦和換能器件所組成，其特徵在於反射鏡是用玻璃製作的圓柱面，其圓心角接近180°，其背面為反光鏡面，後面襯有鋼化玻璃；支架支持反射鏡瓦並使其軸線為南北方向和使其軸線與水平面的夾角等於安裝使用地的緯度值；換能器件是一個用矽硼玻璃製作的雙層疊套玻璃圓管，兩層圓管之間的埠密封抽成真空，其外管直徑為反射鏡瓦圓柱直徑的1/3～1/5，其安裝軸線與反射鏡瓦的軸線平行，且在反射鏡圓弧中心所在半徑上。
2.如權利要求1所述的太陽能採集瓦，其特徵在於所述的換能器件的內層玻璃管可以是全透明的。
3.如權利要求1所述的太陽能採集瓦，其特徵在於所述的換能器件的內層玻璃管可以在其外圓表面(即夾層內)作真空鍍黑色膜處理，作為全吸收型吸熱表面塗層。
全文摘要
一種太陽能採集瓦，由支架，反射鏡瓦和換能器件所組成，其中反射鏡是用玻璃製作的圓柱面，其背面為反光鏡面，支架支持反射鏡瓦並使其軸線為南北方向和使其軸線與水平面的夾角等於安裝使用地的緯度值；換能器件是用矽硼玻璃製作的雙層疊套玻璃圓管，兩層圓管之間的埠密封抽成真空，其外管直徑為反射鏡瓦圓柱直徑的1/3～1/5，其安裝軸線與反射鏡瓦的軸線平行及在反射鏡圓弧中心所在半徑上。可以用作太陽能住宅的屋面覆蓋材料。
文檔編號F24J2/10GK1101415SQ9311794
公開日1995年4月12日 申請日期1993年10月7日 優先權日1993年10月7日
發明者石行 申請人:北京市西城區新開通用試驗廠