专利名称：太阳能采集和传输的方法及系统的制作方法
一、涉及领域本发明涉及一种太阳能的采集和传输的方法及其系统。
二、技术背景由于地球上除核能之外的所有能量，几乎都来自于太阳，太阳每一天照射到地球的能量非常巨大，人类一直都在梦想着利用太阳能来做各种事情。太阳能电池，太阳能热水器等都是非常好的成果。但是这些太阳能应用装置，只能把采光面积那么大范围的太阳能，就地加以转换利用。由于太阳能利用装置不可能做得很大，它们的采光面积也就不可能做得很大，这样的太阳能利用方式，利用的太阳能非常有限，更不可能把大面积的太阳能汇集起来加以利用。
三、发明的内容本发明的目的在于提供一种把大面积的太阳能分片汇集起来，传输到厂房等各种房间内，集中起来加以利用的方法和系统。
本发明是这样实现的，太阳能采集传输系统中的各个太阳能采集装置，以任意的方式排布在任意大的采光区域内。每个太阳能采集装置上，有一个或者多个反光镜。反光镜汇聚的光斑的面积，应该尽可能小，也就是说反光镜要尽量做成一个纯抛物面。在反光镜的上方和装置的边缘之间，固定着一根像问号的弯曲金属管，金属管的外表面可以有一层反光膜或者一层漆膜。金属管从装置的边缘开始，逐渐弯曲伸向反光镜后上方，然后又逐渐弯回来，管口定位在反光镜的正上方，正对着反光镜。管口部位有连接到反光镜边缘的比较细的圆钢杆或者扁钢带，把管口牢牢地固定在反光镜上方的正中。管口部位的金属管的中心线与反光镜的光轴重合，无论温度怎么变化都不会分开。圆钢杆或者扁钢带的表面同样可以有反光膜或者油漆膜。管口还固定着一个圆锥筒连着直管形状的采光器。圆锥筒和直管之间的连接部位可以是一段过度曲面。采光器的里、外表面都有一层反光膜。采光器的前面固定着一片中心薄周边厚的凹透镜，或者一片透光性非常好的透明薄片。透明薄片或者凹透镜的外表面，还可以有光线的增透膜。采光器顶端的直管插入光束导管的顶端，光束导管穿在金属管的内部。透明薄片或者凹透镜、采光器以及光束导管之间是密封的。凹透镜的光轴与反光镜的光轴，以及采光器圆锥筒、直筒的中心线三者重合在一起。圆锥的顶端的面积，或者光束导管内部的横截面，略微大于反光镜、凹透镜共同汇聚的光斑的面积。只要反光镜的精度能够制作得符合要求，反光镜与光束导管内部横截面之间的面积之比，可以做到几千倍甚至1万多倍。例如一个1平方米的反光面，配一根内部直径1厘米左右的光束导管。阳光用于照明时，由于照明不需要很强的光，太阳能采集装置上就可以有多个反光镜，采光器的前表面还可以采用简单的透明薄片。由于反光镜的焦点，定位在圆锥筒的中心线上，直射的阳光经过反光镜的反射，全部汇聚指向凹透镜后面的反光镜的焦点。从反光镜边缘区域反射到凹透镜边缘的光线，经过凹透镜的折射之后，大大地减小了与光束导管内壁之间的角度，所有光线全部汇聚到光束导管的内部，实现了太阳能的第一次汇聚。光束导管从金属管在反光镜后面的出口出来，绕一个圈之后，通到太阳能采集装置旁边的地下管道中。绕一个圈的作用是减缓由于反光镜的运动，对光束导管的来回扭曲。光束导管在两个管道之间，还可以套在保护软管之中，以避免光束导管的塑料过早老化。
每个太阳能采集装置上，都固定有阳光传感器和机械驱动装置。太阳能采集装置可以做成自动控制的，也可以把阳光传感器的信号电线，和机械装置的驱动电线，都通过相应的传输控制电路，连接到计算机上。阳光传感器可以由一根横截面是十字形的杆和4个光电二极管构成。杆的一端固定在太阳能采集装置上，另外一端指向太阳。杆的纵向中心线与反光镜的光轴平行。在杆的装置一端的十字形的4个角上，各安装1个光电二极管。阳光传感器上也可以有多个光电二极管，例如在装置一端的十字的8条边的中心各安装1个光电二极管。阳光传感器上的光电二极管采集的阳光角度的信号，可以随时传送到自动控制装置中，由自动控制装置控制太阳能采集装置，独立跟踪太阳运动。阳光角度信号也可以随时传送到中央控制计算机中，由计算机集中控制各个太阳能采集装置，独立跟踪太阳运动，保证所有反光镜的光轴时时刻刻准确对准太阳。任何一个太阳能采集装置上，反光镜的光轴一旦偏离太阳，并且自动修正没有成功，两种控制方式都能够及时反映在计算机或者报警装置上。计算机或者报警装置会立刻发出信号，提示维修人员及时维修。
太阳能传输部分，由很多根光束导管组成。在采光区域内的每个太阳能采集装置的光束导管，都通过保护管道，汇集到发电厂房内、生产厂房内或者家庭的房间内等各种房间内。经过各个太阳能采集装置汇聚之后的阳光的光能，通过所有的光束导管传输并且汇集到了房间内。
光束导管可以通过在塑料软管的内壁上，镀上一层非常致密光亮的反光薄膜来制作。镀上的反光薄膜如果不致密，高能光束就容易穿过，光束导管很快就会老化损坏。也可以像拉制有加固线的塑料软管或者多芯电缆那样，在挤塑拉制塑料管的设备上，把事先选好的致密光亮的反光薄膜或者反光薄片，自动包裹或者缠绕在像镜面一样光滑的圆柱上，薄膜的外面还可以缠绕上加固线。随着包裹或者缠绕好的反光膜和加固线，连续通过热熔化的塑料，不断地拉出冷却，盘卷起来，光束导管就连续不断地做好了。采用缠绕方式拉制的光束导管，在使用中要注意光线的射入方向问题，要让缠绕的搭接边，背对着传输的光线。由于光束导管的外壁是柔软的，光束导管弯曲时，缠绕的反光薄片的搭接边之间略微有一点错动，不影响光线的传输。光束导管的两端是封闭的，内部非常干净。因为任何污物或者颗粒都能够使高能光束的能量释放出来，最终损坏光束导管。为避免被污染和损伤反光膜，光束导管的内部还充有纯净的保护性气体，气体的种类是任意的，但最好不用氧气等能伤害反光膜的气体，以避免在高能光束的环境下反光膜被损坏，最好是选择吸收和散射光线最少的，并且对反光膜能够有所保护的。
有这样一个现象，穿过凸透镜的面积缩小1000倍的直射阳光，能够把木头等很多物体烧坏，甚至能够把已经有一层非常光亮的反光膜的塑料片烧坏，但是当它直接汇聚在有一定厚度的铝箔等非常致密光亮的反光膜上时，反光膜就能够把汇聚的阳光反射出去，反光薄膜及后面的物体，不会受到伤害。由于光束导管的反光膜是事先选好的，已经具有了一定的抗高能阳光光束的能力。经过凹透镜折射之后，汇聚到光束导管内的阳光，尽管是阳光万倍左右的高能光束，但是它们被均匀地散布在光束导管内壁的很长一段距离的比较大的面积上。反光膜表面的能量密度并不高，因此不会损伤反光膜。经过内部管壁上的反光膜的反射，高能阳光的能量不能释放出来。所以光束导管能够把汇聚在焦点附近的高能阳光，转变成一束高能光束，在光束导管中传输。由于光束导管的内径比较细，当光束导管的转弯时，只要弯曲半径足够大，高能光束就会沿着光束导管一直向前传输。由于光束导管内壁的反光膜非常致密光亮，光线的反射率很高。由于光束导管中的气体很纯净的，减少了大气中的细微颗粒对光线的散射和吸收，高能光束在光束导管中的损耗将会很小，因此光束导管传导高能光束的效率很高。从而使得高能光束能够沿着光束导管，向前传输很远的距离，直至光束导管在各种房间内的另外一端。由于光束导管内部有保护性气体，加上反光膜具有一定的抗高能阳光光束的能力，所以光束导管能够在高能阳光光束的环境下长期使用。由于光束导管始终隐藏在保护管道中，光束导管的塑料层也不易老化，能够长期使用。
在房间内利用太阳能可以做很多事情。光束导管的顶端可以连接上一个金属或者塑料的管头，管头的前端有透明薄片并且密封。多个光束导管的顶端通过管头和其他装置等固定在一起。多个光束导管内的高能阳光光束，透过管头前面的透明薄片，汇聚照射到不同形状的吸热板或者各种物品上，就可以用来炒菜、做饭，烘烤食品或者各种物品，以及其他工业应用等。高能阳光光束汇聚照射到一根像太阳能热水器上的有真空隔热管的吸热管上，吸热管与埋设在墙壁或者地板内的保温比较好的管道，以及蓄热水箱连接。就能够把白天的太阳能蓄积在墙壁、地板、水箱中，夜晚再逐渐缓慢地释放出来，就能够实现太阳能取暖。吸热管与水箱连接，就能够利用太阳能洗澡，或者提供热水。在房间内还可以利用光束导管的可以切换的对接装置，实现不同太阳能应用之间的切换。让很多根光束导管对应一根比较大的吸热管，很多根吸热管连接到一个大容器上，利用在大容器内汇聚的大量能量，或者形成的高温高压气体，就能够实现大规模太阳能发电(见本发明人的其他专利文件)。这种装置用于照明时，可以只用一个太阳能采集装置，每个太阳能采集装置上，有多个比较小的反光镜以及相应的光束导管，通到各个房间内的光束导管的顶端，连接上一个半径逐渐增大的散光器，散光器的前端有一个散光镜，太阳能就可以用作地下室或者暗室等多个房间的日光照明。房间数量如果很多，可以增加太阳能采集装置等。
太阳能采集装置，和光束导管，对于现代的工业制造技术来说，是轻而易举的事情，几乎没有任何难题。例如关键的反光镜可以用大模具，一次注塑成型，反光镜的面积可以达到1平方米，精度很高，非常适合于大批量生产。由于每个太阳能采集装置，都是一样的，并且非常简单，完全能够实现大批量的工业化生产，成本能够做得很低。这些都为太阳能的大量应用创造了有利条件。由于每一个太阳能采集装置，都是单独控制的，其安装施工又变得非常简单，可以很容易地把大量的太阳能采集装置排布在很大的面积上。
太阳能采集装置可以做得比较坚固，又能够实现自动控制，它不怕沙尘、风霜雨雪。反光镜上有了沙尘、雨雪，可以随时自动倒掉。北方地区，当太阳能用于冬季采暖时，可以在秋季，把太阳能采集装置安装在收割后的田野里，光束导管放入地下的管道中。春季又可以把太阳能采集装置拆下来收好，田地里继续种庄稼，光束导管则保存在地下密封起来的管道中，准备冬季再用。由于每个太阳能采集装置的地基可以埋入地下，地表只占用一根柱子的面积，对地表环境破坏很小，也不会破坏湿地的环境。尽管太阳能采集装置把直射的阳光采集走了，太阳能采集装置之间的空隙和空间中的杂散光，仍然能够使太阳能采集装置周围的地面，生长绿草或者某些低矮的农作物。太阳能采集装置可以分布在很多地方。例如把太阳能采集装置安装在农田、荒漠、湿地、沙漠、河滩、山坡、屋顶、支架上、柱子上等等很多地方，城市农村都能用。
与其他太阳能应用方法相比较，本发明开拓性地创造出一种全新的太阳能利用方法，彻底解决了太阳能不能直接长距离传输，这一长期困扰人类的关键技术难题。利用这种方法和装置，就能够把大面积的太阳能分片汇集起来，传输到室内，再集中加以利用。太阳能的应用从此就变得非常灵活了，太阳能既能够用于大规模的太阳能发电，又能够用于日常的烧水、做饭、洗澡、烘烤物品、暗室照明、冬季采暖等等。本发明为人类大规模、多领域、多种方式、大范围的应用太阳能奠定了坚实的基础，大大促进了太阳能应用的技术进步。
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
四
图1是本发明太阳能采集传输方法中，太阳能采集装置的立体结构示意图。
五、具体事实方式图1中反光镜(1)是抛物面形的，金属管(3)的顶端(4)连接着4根圆钢杆(5)。圆钢杆(5)的另一端固定在反光镜(1)的边缘。顶端(4)上还固定着采光器(2)。采光器(2)的前面固定着一片凹透镜。光束导管(6)穿在金属管(3)的内部，采光器(2)上的直管插在光束导管(6)的顶端。凹透镜、采光器(2)、光束导管(6)之间是密封的。光束导管(6)的内壁上反光膜，是由非常致密光亮的反光薄片缠绕在内壁上形成的，光束导管(6)的内部有保护性气体。光束导管(6)从金属管(3)在反光镜(1)后面的开口出来之后，通过地下的管道通到各种房间内。反光镜(1)的南北方向的定位运动装置(8)，与基座的立柱(9)连接在一起，反光镜(1)的东西定位运动装置(7)，固定在南北方向运动的半圆形支架(11)的一端。十字杆形的阳光传感器(10)，固定在反光镜(1)的一角。通过计算机或者控制装置控制，反光镜(1)紧紧跟踪太阳，能够转到任意角度。反光镜(1)的光轴，采光器(2)上的凹透镜的光轴，采光器(2)上圆锥筒的中心线，以及位于顶端(4)的光束导管(6)顶端的中心线四者重合在一起。反光镜(1)反射的阳光，汇聚指向凹透镜后面的焦点。反光镜(1)的边缘区域反射的光线，经过凹透镜的折射，与顶端(4)附近的光束导管(6)内壁之间的角度变小。经过凹透镜的折射后的所有光线，从位于顶端(4)的光束导管(6)的顶端，全部汇聚到光束导管(6)的内部。经过光束导管(6)内壁上的反光膜的不断反射，传输到光束导管(6)的通到各种房间内的另外一端。从各个光束导管(6)的另外一端射出的高能光束，再集中照射到房间内的吸热管、吸热板等物体上，就能够实现各种太阳能应用。
权利要求
1.一种太阳能采集和传输的方法，本发明的特征在于太阳能采集传输系统中的各个太阳能采集装置，排布在采光区域内，每个太阳能采集装置上有阳光传感器和机械驱动装置，阳光传感器的信号电线和机械装置的驱动电线，连接到自动控制装置上，或者通过相应的传输控制电路连接到计算机上，每个太阳能采集装置上有一个或者多个反光镜，在反光镜的上方和装置的边缘之间，固定着一根像问号的弯曲金属管，金属管的管口对着反光镜，管口部位有连接到反光镜边缘的圆钢杆或者扁钢带，把管口固定在反光镜上方的正中，管口部位的金属管的中心线与反光镜的光轴重合，管口还固定着一个圆锥筒连着直管形状的采光器，采光器的前面，固定着一片凹透镜或者透明薄片，采光器顶端的直管插入光束导管的顶端，凹透镜的光轴与反光镜的光轴，以及采光器圆锥筒、直筒的中心线三者重合在一起，反光镜的焦点，定位在采光器的圆锥筒的中心线上，凹透镜、采光器以及光束导管之间是密封的，光束导管两端都是密封的，内部有纯净的保护性气体，光束导管的内壁上有一层致密光亮的反光膜，光束导管穿在金属管的内部，光束导管从金属管在反光镜后面的出口出来之后，又通到太阳能采集装置下面的保护管道中，每一根光束导管都通过保护管道，汇聚到各种房间内实现各种太阳能应用。
2.根据权利要求1规定的太阳能采集和传输方法，其特征在于太阳能采集传输系统中的各个太阳能采集装置，通过反光镜、凹透镜共同把阳光汇聚到光束导管中。
3.根据权利要求1规定的太阳能采集和传输方法，其特征在于太阳能采集传输系统中的各个太阳能采集装置，通过计算机或者自动控制装置控制，独立跟踪太阳运动。
4.根据权利要求1规定的太阳能采集和传输方法，其特征在于太阳能采集传输系统中，各个太阳能采集装置汇聚的阳光的光能，通过光束导管传输并且汇集到各种房间内，最终实现各种应用。
5.一种太阳能采集和传输系统，本发明的特征在于太阳能采集和传输系统，是根据权利要求1到4限定的太阳能采集和传输方法制作的。
全文摘要
本发明公开了一种把大面积的太阳能分片汇聚起来，传输到厂房等各种房间内，再集中起来加以利用的方法和系统。系统中的每个阳光采集装置上有反光镜和阳光传感器，以及机械驱动装置。自动控制装置或者计算机控制各个装置独立跟踪太阳运动。反光镜反射的阳光经过凹透镜折射之后，汇聚到光束导管中，在光束导管内经过反光膜的不断反射，传输到房间内的另外一端。所有光束导管通过保护管道汇集到房间内。从光束导管照射出来的光线，最终实现各种用途，例如用作暗室的照明，烧水、做饭，烘烤物品，冬季采暖、大规模发电，甚至能够使大面积的沙漠、荒漠变成没有污染，不消耗任何资源的绿色发电厂。
文档编号F24J2/00GK1847741SQ20051006429
公开日2006年10月18日 申请日期2005年4月15日 优先权日2005年4月15日
发明者徐建国 申请人:徐建国