专利名称：全光谱利用太阳能的多功能聚光混合装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能辐射的特性和光电子学的理论基础。更具体地是利用带有追踪太阳的聚光的反射镜，将阳光聚焦后，在焦距处装有太阳能电池板、吸热箱、光纤组、激光器的一种多功能装置。太阳能电池板吸收近红外线，光导纤维可以将可见光和激光送入室内照射，阳光中的辐射能用来加热液体。这样就在一个反射镜上同时达到发光、发电、供热的全方位利用。
太阳能是地球上唯一的，永不枯竭的能源，它的开发和高效利用是解决世界目前能源危机和环境污染问题的焦点。根据有关资料表明利用太阳能发电的电站，国外最大输出功率上万千瓦，但设备投资巨大，普及应用困难。而太阳能太池池板光电转换效率低，制造精细、价格昂贵、而在民用发电方面应用极少。在民用的太阳能热水器和太阳能灶都是单一利用器具，太阳能利用率低、价格高、占地面积大。同样利用太阳能发光、照明的装置都是采用首先光电转换，再后电光转换、通过两次转换使太阳能的光、热辐射能量大大降低，大多能量在交换中被损失掉。
纵观现在所有利用的各种太阳能装置，均太阳能利用率低、价格昂贵、结构复杂、重复设置。因此，在民用普及方面使用率得不到提高。
本发明的目的是提供一种新型、高效、全方位利用太阳能的多功能聚光混合装置。任务在于提高太阳能利用的普及率，综合降低太阳的利用成本。最关健的设计就是将阳光直接送入室内，并利用激光产生高强度激光束，将激光通过光导纤维分别送入室内，而且本装置在阳光不足时用自身蓄电来解决发光，照明和供热的问题。
为了进一步说明本发明所说的多功能聚光利用装置，现就有关光谱的特性阐述如下太阳能的波谱相当丰富和宽阔，光谱直接有关的是波谱中的X线，紫外线、可见光线和红外线。而可见光(0.38～0.76μm)占光幅射照度的60％以上，可见光和红外光两项占总辐射能量90％以上，太阳能光电池(硅基标准电池)对光谱(0.76～1.00μm近外光)近红外光区域的灵敏度最高，太阳能光电池将聚焦在标准硅基的近红外光转化为电，而将可见光分离或反射出硅电池板。在太阳能电池板周围布置大直径2cm～3cm光纤组，并将光纤用管子送到室内需要地方。光纤组将室外阳光送到室内。这样就同时使光辐射和光电转化同时得到充分利用。
由于硅电池对光强有依赖关系，电流和电压与照射在电池板上的光强度，近拟成正比，通过反射镜聚集阳光并照射到太阳能电池表面，这样就大大提高了太阳能电池的输出功率，但太阳能电池在-20℃～200℃间、与温度成反比关系，每升高10℃度降5％的效率。所以说在硅电池板前面铺透明溥膜或玻璃，其背面应放在钢化玻璃上，并在钢化玻璃背后安一吸热循环器(吸热器)，这个吸热箱具有冷却太阳能电池的作用，其特征是双层体，里层用不锈钢或玻璃，里层的外侧刷黑色吸热漆，里层内侧刷反射材料，外层为透明体，内外两层瓶体之间呈真空状态，这样就形成一个真空吸热箱。为了达到多功能、高利用的目的，在硅电池板前放置一激光器，应用激光器原理，焦距处的强光和光电池产生的电做为泵浦激励光源，激励激光的工作物质，在工作物质两侧装全反射镜和半反射镜，使工作物质产生激光束，在激光束发射端接大直径光纤组2cm左右，用光管输送至室内，通过光调制器和光偏转器将室外阳光投射在室内所需地方。
下面分别对此发明各系统的结构，原理、控制电路提供如下，并做详细说明
图1是全光谱利用太阳能聚光混合装置的结构图。
图2激光器外形和四周布置的光导纤维示意图。
图3是激光器A-A剖面及结构原理图。
图4是全真空集热箱结构图。
图5是自动追踪和蓄电系统的电路图。
图6底坐箱内部结构布置图。
图7是自动追踪系统接线示意图。
图8吸收反射光阳光的光导纤维的大样图。
图9光导纤维室内发光照射源。
图10激光室内投影系统图。
图11激光器周围布置的光导纤维组接口。
下面将结合附图对本发明的实施方式及其效果作进一步摘述。图1，是全光谱利用太阳能多功能聚光混合装置的结构图。
它主要由金属薄板或纤维薄板做的抛物旋转面铺上反射材料形成的反射镜1。光电池板10放在焦距聚光点向前一点，使太阳能光电池板10板面上全部汇聚光线。全真空吸热箱3，它在光电池板10背面联结，具有冷却太阳能电池的作用，并且直接吸收阳光辐射和汇聚在太阳能电池板的热能，全真空吸热箱直对太阳的部分为半圆球形，与太阳能电池联结部分为圆形筒体，在箱内装循环水。激光器2安在光电池板前面位置，它通过激光原理产生高强度激光束。在激光器四周布置光导纤维11，使它聚焦处同时和太阳能光电池板，激光器吸收太阳能光波并将光导纤维延着吸热筒支撑结构杆5上布线，并在反射镜背面敷设，进入反射镜支撑套管内送入室内。另一部分光导纤维6，它接在光电池板与反射面中心连线的轴线中段，用2cm～3cm特制光纤组，主要任务是将光电池板与激光器反射回来的阳光吸存光纤，输送给室内，光纤套管7可以将套管预埋在室内建筑墙、板之中。自动追踪太阳能系统及底坐9的前方也放一个太阳能电池板29，底坐箱内装其电动机及线路。并将太阳能蓄电器及控制装置也装入底坐箱内，追踪太阳的光传感器4，安放在吸热箱顶部。吸热水箱的支撑5，上部位置的可做热水出水管。支撑杆共四个，下部位置的可做冷进水水管。图2激光外形和四周布置的光导纤维示意图。
光电池板10，光电池线路和激光器周围光导纤维走线布置在一起，最终进入底坐箱9并接控制器和蓄电装置，太阳能电池10同时连接激光激励光源的线路。激光激励光源13，一般为氚灯。激光工作物质13(如红宝石，钕铝石榴晶体、掺钕玻璃)。全反向球面镜14，半反射球面镜15。图3是激光器A-A剖面结构原理图。
作为激光泵浦源的13，主靠太阳能电池板10的电源和反射镜聚集光激发含有亚稳态能量的工作物质棒12，使受激条件下粒子数的反射为可能。全反射镜14和半反射镜15形成激光谐振腔、工作物质棒12在腔内谐振，感应粒子反转态的工作物质、在半反射镜面射出腔外，产生激光辐射、在激光束接口接入光导纤维、一部分用来辐射吸热箱、加热液体、一部分光导纤维进入室内照明。图4是全真空集热箱结构图阳光透过吸热箱真空玻璃罩17，穿过真空层18、射到水箱19的外层先用黑色吸热涂层，光热能被吸收后，加热吸热箱的水，20是溢流排气热水出口多用管、31是冷水进水管。各种管道并来用阀门控制。在吸热箱上部和周围的真空层中接入激光辐射和电阻热源辐射。图5是自动追踪和蓄电系统的电路图。
样机使用0.5V太阳能电动机23，直径2.5-3cm。
电机和光传感器4与继电器4相连结。装300∶1的齿轮减速机构26，它和电动机联结、齿轮输出轴带动正面旋转盘8及抛物面反射镜，并使反射镜从东向西缓慢移动。
在吸热箱(筒)的上面放光传感器4，传感器3mm×24mm矩形黑色的聚丙烯感光板，如太阳光线不是直射，使不容易感光、光传感器落入影子内，继电器动作、电动机旋转、使装太阳能吸热箱和反射镜同时转到太阳光线直射为止。每隔15分左右继电器闭触点接通，电动机转动一次，聚光反射镜整体缓慢地向西转动。电路中有一个半可变电，用来调节传感器的灵敏度。图6底座箱内部结构布置图底座箱9内是用金属板做的箱体、它的主要作用是对反射镜及焦点处器件的稳定支撑结构、它的内部装有电动机23、减速箱26、充电控制器和蓄电池箱32、继电器24、上面旋转盘8和箱内减速箱联结、在箱盖上做一个孔洞33，将光导纤维进入底座箱，最后再接入室内。图7是自动追踪系统接线示意图。图8光纤进入口样本。
直径2～3cm光纤组吸入口端面，在焦距和反射距中心线连接中部布置、光纤组从反射镜中心进入、顺底坐箱支撑筒布置。图9光导纤维室内发光(阳光)照射源，它由反射罩25和透光玻璃34构成。图10激光室内投射装置。
引入室内光导纤维26接在光调制器27，所用的光调制器27是根据某些电光晶体，如磷酸二气氘钾(KD2PO4)、磷酸二氢钾(KH2PO4)磷酸二氢铵(ADP)等晶体折射率随外加电场而变化的原理制成。
电偏转器28实际上是两个相互正交的多面体反射鼓。图11激光器周围布置的光导纤维组接口。
在激光器2四周布置的光导纤维接口34、它也采用直径2cm左右的光导纤维组(光缆)，光纤组顺吸热器支撑杆5进入反射镜1背面、而顺反射支撑筒7进入底坐箱，最后进入室内。
权利要求
1.一种装有追踪太阳的全光谱利用的多功能装置，它通过旋转抛物面反射镜，将阳光汇集在焦距处。在焦距处同时装有太阳能电池板、激光器、光纤维吸光口和全真空吸热箱。在一个反射镜上同时发光、发电和供热的全方位利用。太阳能电池板吸收近红外线，光导纤维可以将可见光和激光送入室内照射。阳光中的幅射能用来加热液体。
2.带有追踪太阳系统的反射镜，反射镜是由金属薄板或纤维薄板做的抛物旋转面铺上反射材料做成的反射镜。
3.全真空吸热箱，它在光电池板背面联结，具有冷却太阳能电池的作用，并且直接吸收阳光辐射和汇聚在太阳能电池板的热能，全真空吸热箱直对太阳的部分为半圆球形，与太阳能电池联结部分为圆形体，在箱内装循环水。全真空吸热箱是双层体，里层与不锈钢或玻璃，里层的外侧刷黑色吸热漆，里层内侧刷反射材料，外层为透明体，内外两层瓶体之间呈真空状态。
4.激光器安在光电池板前面位置，它通过激光原理产生高强度激光束。作为激光泵浦源的，主靠太阳能电池板的电源和反射镜聚集光激发含有亚稳态能量的工作物质棒，使受激条件下粒子数的反射为可能。全反射镜和半反射镜形成激光谐振腔、工作物质棒在腔内谐振，感应粒子反转态的工作物质、在半反射镜面射出腔外，产生激光辐射、在激光束接口接入光导纤维、一部分用来辐射吸热箱、加热液体、一部分光导纤维进入室内照明。
5.在激光器四周布置光导纤维，在阳光聚集处同时和太阳能光电池板，激光器吸收太阳能光波，并将光导纤维延着吸热筒支撑结构杆上布线，并在反射镜背敷设，进入反射镜支撑套管内送入室内。
6.另一部分光导纤维，它接在光电池板与反射面中心连线的轴线中段，用2cm～3cm特制光纤组，主要任务是将光电池板与激光器反射回来的阳光吸存光纤，输送给室内，光纤套管可以将套管预埋在室内建筑墙、板之中。
7.自动追踪太阳能系统及底座的前方也放一个太阳能电池板，底座箱内装其电动机、减速器、继电器及线路。并将太阳能蓄电器及控制装置也装入底座箱内。
8.追踪太阳的光传感器，安放在吸热箱顶部。吸热水箱的支撑，支撑杆共四个。
9.传感器为黑色的聚丙烯感光板，它被阳光照射后，带动继电器动作，并使电动机旋转。本发明主要特征在于①光纤可以分别将阳光和激光分别输送到室内，它比阳光转换为电来照明更有意义，能提高阳光能等利用率达40％左右，并且人们在室内任何地方享受太阳照射，它从而解决了房屋朝向带来的不利因素(如住北向和内廊房)。②太阳能电池板照射的是高强度汇焦光、大大提高了光电池板的利用率，从而降底太阳能电池成本。③将阳光追踪系统，主要元件放置在底座箱内，一是设备美观整齐、二是联动方面。④光纤外套护管，目的是将光纤预埋在室内建筑墙、板之中。便于建筑施工操作。⑤光吸热箱，它的上部放光传感器，下面联结光电池板。光吸热筒除下部面，其它面都为双层真空、并刷吸热和反射膜。⑥在室内装光投射器，目的是将光纤输送到期室内阳光和激光分别投射到所需地方。
全文摘要
为全方位利用太阳能光谱,同时在一个反射镜上进行发电、发光、供热。将太阳能近红外线用于发电,光导纤维可将可见光和激光进入室内,阳光中的辐射能用来加热液体。主要有带有追踪太阳的聚光反射镜、真空吸热箱、能够产生高强度光电激光器、光导纤维吸入口及光缆和底座箱组成。自动追踪太阳的装置由底座上的太阳能电池光板产生电能、带动电机、联结调速器、继电控制。在焦距处的太阳能电池发出的电接充电控制器和蓄电池,用来作激光泵源电源。其余太阳能蓄电池蓄的电、可以供热和发电。并利用光导纤维将集聚的太阳光和激光产生的激光束直接送进入室内,从而提高太阳能的利用,降低成本。
文档编号F24J2/10GK1313490SQ0111036
公开日2001年9月19日 申请日期2001年4月9日 优先权日2001年4月9日
发明者周文君 申请人:周文君