固定式太阳能、无线电、射频汇聚系统的制作方法

[0001]
本发明涉及太阳能、无线电、射频汇聚系统技术领域，尤其是涉及一种固定式太阳能、无线电、射频汇聚系统。


背景技术：

[0002]
随着化石能源的消耗与相应开采成本的逐渐提升，未来人类解决自身能源需求的最有效方式就是开发太阳能资源。相比传统的化石能源，太阳能资源是一种可持续、环保无污染的能源形式。
[0003]
利用太阳能发电既环保又节能，然而在太阳能收集过程中往往需要大面积的太阳能收集板。目前广泛使用的太阳能发电技术面临高效与成本的矛盾。
[0004]
一方面，太阳每日东升西落(季节轮流变化)，太阳高度角也在剧烈变化。常规的固定式聚光系统装置无法适应日照高度角剧烈变化带来的光斑移动，或者在个别情况下为充分提升发电效率，常常需要对固定式太阳能面板的倾角按季节进行调整，十分繁琐；另一方面，为了最大程度的获取太阳能资源，人们相继推出了移动透镜系统、日光跟踪系统等支架辅助系统来最大化光伏发电效率。上述技术方案，虽然可以将光伏电站的年发电总量提升30％以上，但实际应用过程中由于移动/追踪系统的高昂安装成本，并不具备推广优势，因而并未得到很好应用推广。综合下来，此类常见的日光追踪、聚光系统本身均存在着造价不菲、维护繁琐等缺点，限制了聚光系统在光伏发电领域的推广应用，同样地，无线电、射频等汇聚系统也存在类似的问题。
[0005]
本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：
[0006]
现有的太阳能、无线电、射频汇聚系统存在着造价不菲、维护繁琐缺点。


技术实现要素：

[0007]
本发明的目的在于提供一种固定式太阳能、无线电、射频汇聚系统，以解决现有技术中存在的太阳能、无线电、射频汇聚系统存在着造价不菲、维护繁琐等缺点的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
[0008]
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
[0009]
本发明提供的固定式太阳能、无线电、射频汇聚系统，包括接收区、第一汇聚镜和第二汇聚镜，其中：
[0010]
所述接收区与地面呈倾斜设置，或者，所述接收区与地面呈平行设置，所述第一汇聚镜的下沿与所述接收区的下沿或一侧边沿对齐，所述第二汇聚镜的下沿与所述接收区的上沿或另一侧边沿对齐，所述第一汇聚镜和所述第二汇聚镜的水平方向的轴线均平行于所述接收区；
[0011]
太阳能、无线电或者射频能照射或发射至所述接收区上并被转化成其它形式的能量或者电信号；
[0012]
太阳能、无线电或者射频能照射或发射至所述第一汇聚镜并被反射至所述接收区
上并被转化成其它形式的能量或者电信号；
[0013]
太阳能、无线电或者射频能照射或发射至所述第一汇聚镜并被反射第二汇聚镜再被反射至所述接收区上并被转化成其它形式的能量或者电信号。
[0014]
进一步，所述第一汇聚镜和所述第二汇聚镜为平面反射镜。
[0015]
进一步，所述接收区可以是太阳能面板或者安装有无线电接收装置、射频信号接收装置的平板。
[0016]
进一步，所述第一汇聚镜的长度大于所述第二汇聚镜的长度。
[0017]
进一步，所述第一汇聚镜相对地面的倾角小于所述第二汇聚镜相对地面的倾角。
[0018]
进一步，当所述接收区为太阳能面板时，所述第二汇聚镜相对地面的倾角按照所述固定式太阳能、无线电、射频汇聚系统所在地的年最大辐照角
±
15
°
的范围设置。
[0019]
进一步，所述第二汇聚镜相对地面的倾角按照所述固定式太阳能、无线电、射频汇聚系统所在地的年最大辐照角
±5°
的范围设置。
[0020]
进一步，当所述接收区为太阳能面板且所述固定式太阳能、无线电、射频汇聚系统所在地处于当地年最大辐照角时，照射在所述第一汇聚镜上沿的太阳光能被反射至所述第二汇聚镜的上沿并被反射至所述太阳能面板。
[0021]
进一步，所述第一汇聚镜和所述第二汇聚镜分别通过第一安装支架和第二安装支架固定设置在在所述接收区的上下两侧。
[0022]
进一步，通过调节所述第一安装支架和/或所述第二安装支架能够改变所述第一汇聚镜和/或所述第二汇聚镜相对地面的倾角。
[0023]
本发明固定式太阳能、无线电、射频汇聚系统的有益效果为：
[0024]
本发明的主要思路为：接收区、以及与接收区呈相对静态分布的第一汇聚镜和第二汇聚镜组成。其中，第一汇聚镜主要作用为将入射的光线或者无线电波、射频汇聚至接收区或第二汇聚镜；第二汇聚镜主要作用为将日内因不同太阳光高度角变化、或者无线电、射频入射角度变化而引起的来自于第一汇聚镜的反射路径变化而外移的光线、无线电、射频二次汇聚至接收区。
[0025]
本发明可以在不需要额外太阳光追踪系统的情况下完成汇聚自上午至下午大部分有效日光时间段的直射阳光与部分散射光，也可以在不需要额外无线电、射频追踪系统的情况下完成对无线电、射频入射角度变化的适应，提高了汇聚比，并大幅度降低设备安装成本。该系统可以实质性大幅度降低汇聚系统对追踪精度的要求，极大的降低设备安装成本。
附图说明
[0026]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]
图1是本发明实施例中第一汇聚镜、第二汇聚镜与太阳能面板的侧视聚光示意图；
[0028]
图2是正午11-13时(最大太阳高度角下)本发明实施例中第一汇聚镜、第二汇聚镜与太阳能面板的侧视聚光示意图；
[0029]
图3是上午9-11&下午13-15时本发明实施例中第一汇聚镜、第二汇聚镜与太阳能面板的侧视聚光示意图；
[0030]
图4是根据本发明实施例中的参数安装的固定式太阳能、无线电、射频汇聚系统的日内光辐照度测试数据。
[0031]
图中：1、第一汇聚镜；2、第二汇聚镜；3、太阳能面板。
[0032]
图中固定支架等结构未示出。
具体实施方式
[0033]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
[0034]
本发明提供了一种固定式太阳能、无线电、射频汇聚系统，包括接收区、第一汇聚镜1和第二汇聚镜2，其中：
[0035]
接收区与地面呈倾斜设置，第一汇聚镜1的下沿与接收区的下沿对齐，第二汇聚镜2的下沿与接收区的上沿对齐，第一汇聚镜1和第二汇聚镜2的水平方向的轴线均平行于接收区；
[0036]
太阳能、无线电或者射频能照射或发射至接收区上并被转化成其它形式的能量或者电信号；
[0037]
太阳能、无线电或者射频能照射或发射至第一汇聚镜1并被反射至接收区上并被转化成其它形式的能量或者电信号；
[0038]
太阳能、无线电或者射频能照射或发射至第一汇聚镜1并被反射第二汇聚镜2再被反射至接收区上并被转化成其它形式的能量或者电信号。
[0039]
接收区也可以与地面呈平行设置，第一汇聚镜1的下沿与接收区的一侧边沿对齐，第二汇聚镜2的下沿与接收区的另一侧边沿对齐，第一汇聚镜1和第二汇聚镜2的水平方向的轴线均平行于接收区；这样的设置可以应用于一些特殊种植园或者曝光池等应用场合。
[0040]
本发明的主要思路为：接收区、以及与接收区呈相对静态分布的第一汇聚镜1和第二汇聚镜2组成。其中，第一汇聚镜1主要作用为将入射的光线或者无线电波、射频汇聚至接收区或第二汇聚镜2；第二汇聚镜2主要作用为将日内因不同太阳光高度角变化、或者无线电、射频入射角度变化而引起的来自于第一汇聚镜1的反射路径变化而外移的光线、无线电、射频二次汇聚至接收区。
[0041]
本发明可以在不需要额外太阳光追踪系统的情况下完成汇聚自上午至下午大部分有效日光时间段的直射阳光与部分散射光，也可以在不需要额外无线电、射频追踪系统的情况下完成对无线电、射频入射角度变化的适应，提高了汇聚比，并大幅度降低设备安装成本。该系统可以实质性大幅度降低汇聚系统对追踪精度的要求，极大的降低设备安装成本。
[0042]
以太阳能面板3为例，一般的，在阳光直射太阳能面板3时，来自第一汇聚镜1的汇聚光线将直接汇聚于太阳能面板3，而在正午或六月份(北半球)等高太阳高度角时候，会有部分阳光反射于第二汇聚镜2处。此时第二汇聚镜2作用主要体现在将此时因为高的太阳高
度角而引起的来反射光路径外移的太阳光线在第二汇聚镜2作用下二次汇聚至太阳能面板3。不同于传统可变角度式的聚光镜系统，该装置所有镜面可以免除旋转、移动功能等设计，大大降低设备安装成本。另外，还可以设置一些附加装置，如增设辅助反射镜、辅助光伏(光热)组件系统等。
[0043]
本发明应用不局限于太阳能/光伏领域，还可以应用于其他以光源汇聚/发散为目的的光(射频)热、光(射频)催化、照明、辐照等领域。
[0044]
作为可选的实施方式，第一汇聚镜1的长度大于第二汇聚镜2的长度，第一汇聚镜1相对地面的倾角小于第二汇聚镜2相对地面的倾角。
[0045]
一般来讲，系统具体聚光比主要依赖于第一汇聚镜1的长度l1和倾斜角θ。一般情况下θ越大，l越长，则聚光比越大，具体l1和θ的值取决于聚光比要求与实际安装条件；而第二汇聚镜2起到的作用主要是拦截第一汇聚镜1反射的光线，并不需要过长，因此，为了得到更好地聚光比，将第一汇聚镜的长度l1设置为远大于反射镜2的长度l2；为了更好地拦截反射光线，将第一汇聚镜1相对地面的倾角设置为小于第二汇聚镜2相对地面的倾角。
[0046]
本系统可以实现对太阳光资源的中低倍聚光比(1.2-5倍)，其中主要以第一汇聚镜1的长度l1与第一汇聚镜1倾角θ来决定。
[0047]
作为可选的实施方式，当接收区为太阳能面板3时，第二汇聚镜2相对地面的倾角按照固定式太阳能、无线电、射频汇聚系统所在地的年最大辐照角
±
15
°
的范围设置，更佳的范围为所在地的年最大辐照角
±5°
的范围设置。
[0048]
第二汇聚镜2的倾角φ一般大约平行于当地年最大辐照角φ，或以年最大辐照角做一定角度分布，推荐最佳角度范围为[φ-15
°
,φ+15
°
]，作为进一步的优选范围，推荐最佳角度范围为[φ-5
°
,φ+5
°
]。
[0049]
作为可选的实施方式，当接收区为太阳能面板3且固定式太阳能、无线电、射频汇聚系统所在地处于当地年最大辐照角时，照射在第一汇聚镜1上沿的太阳光能被反射至第二汇聚镜2的上沿并被反射至太阳能面板3。
[0050]
第二汇聚镜2的长度/角度取决于第一汇聚镜1在年最大辐照角情况下的最大反射范围，以保证能够将来自第一汇聚镜1的阳光完全反射至太阳能面板3为准。
[0051]
作为可选的实施方式，第一汇聚镜1和第二汇聚镜2分别通过第一安装支架和第二安装支架固定设置在在接收区的上下两侧。
[0052]
作为可选的实施方式，通过调节第一安装支架和/或第二安装支架能够改变第一汇聚镜和/或第二汇聚镜相对地面的倾角。
[0053]
第一汇聚镜1和第二汇聚镜2分别通过第一安装支架和第二安装支架与接收区固定了相对位置(第一安装支架和第二安装支架在图中未示出，只要达到固定安装即可)；支架类型可以是不可调节类型的，也可以是为了实现最大化追踪日光角倾角的可调节型，调节第一安装支架时，第一汇聚镜1的下沿与太阳能面板3的下沿一直保持对齐，即以第一汇聚镜1的下沿为轴调节其倾角θ；类似地，调节第二安装支架时，第二汇聚镜2的下沿与太阳能面板3的上沿一直保持对齐，即以第二汇聚镜2的下沿为轴调节其倾角φ。
[0054]
实施例
[0055]
如图1至图4所示，接收区可以是太阳能面板或者安装有无线电接收装置、射频信号接收装置的平板，本实施例中，接收区为太阳能面板3，第一汇聚镜1和第二汇聚镜2均为
平面反射镜。当地纬度因素为α(不考虑地形因素，假设当地纬度为n30
°
)，可适用于不同太阳高度角的该固定式太阳能、无线电、射频汇聚系统设有第一汇聚镜1、第二汇聚镜2以及太阳能面板3。设太阳能面板3的长度为标准长度1，第一汇聚镜1和第二汇聚镜2的长度分别为l1和l2；第一汇聚镜1相对地面的倾角为θ；第二汇聚镜2相对地面的倾角为φ；
[0056]
其中太阳能面板3按照目前太阳能光伏组件的通用安装角度进行施工，如：最大垂角于太阳角[0-10
°
]的垂直阳光安装方式进行标准安装模式进行组装。
[0057]
对于第一汇聚镜1我们设定安装倾角θ约为22
°
，l1长度为2.7。
[0058]
对于第二汇聚镜2可设定的安装倾角范围为[75
°
,105
°
]，此处我们选择89
°±5°
安装，l2长度为0.6。
[0059]
本实施例方案可以在保证最低安装成本情况下的聚光效果的优化，可实现的日内最高聚光比约为2.4，平均聚光比约为2.0，图4为本实施例中的日内光辐照聚光比测试图。
[0060]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
[0061]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，
″
多个
″
的含义是两个或两个以上；术语
″
上
″
、
″
下
″
、
″
左
″
、
″
右
″
、
″
内
″
、
″
外
″
、
″
前端
″
、
″
后端
″
、
″
头部
″
、
″
尾部
″
等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语
″
第一
″
、
″
第二
″
、
″
第三
″
等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0062]
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语
″
安装
″
、
″
相连
″
、
″
连接
″
应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。