太陽能到電能和／或熱能的轉換制造技術

拋物線形主反射鏡（１０）具有凹鏡面表面（１２），其被構造并定位以接收太陽能并將太陽能聚焦于焦點。具有凸鏡面表面（１６）的副反射鏡（１４）被構造并定位以接收來自主反射鏡的已聚焦的太陽能并將該太陽能聚焦于環形接收器（１８）。環形接收器（１８）可包括光學元件（１００）的環形陣列，其被構造用以接收來自副鏡面表面（１４）的太陽能并將其聚焦到離散區域的環上。太陽能到電能轉換單元環被定位在離散區域的環上。太陽傳感器允許精確的太陽追蹤以保持反射鏡系統與太陽對準。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及對太陽能到電能和/或熱能的轉換的改進。更具體地，本 專利技術提供了一種反射鏡和透鏡/棱鏡的系統，用于經濟地聚集太陽能并將 其轉化為電能和/或熱能。
技術介紹
三十多年來，太陽能己經成為理想的能源。然而，成本一直是其廣 泛應用的一個障礙。最熟知的太陽能系統包括覆蓋足夠的面積或截獲足夠的入射陽光的大量的太陽能電池，用于在百分之十到十五(10%-15%)的相對低的轉換率的情形下獲得需要的量的電力。這種方法需要大 面積的昂貴的半導體太陽能電池。至今為止，如果沒有某種成本補貼這 種系統是缺乏競爭力的。通常，太陽能系統的昂貴的成本主要歸因于被 稱為太陽能電池的半導體轉換器件的成本和所需要的數量。已有幾種方 法用于減輕成本問題。 一種方法是制造僅使用最少量的半導體材料的薄 膜太陽能電池。遺憾地，這種方法產生了更低的效率，百分之六到八 (6%-8%)并且材料被證實是存在問題的。第二種方法是使用諸如菲涅 耳透鏡或反射鏡的多種光學器件，來將太陽能聚集成更高的強度并且之 后使用較小面積的昂貴的太陽能電池將其轉換。所有這些方法都已經并 且正在被研究。至今，如果沒有由公用事業或政府機構提供的某種財政 激勵，任何方法都沒有導致經濟的太陽能的產生。需要一種更經濟的方 式用于收集太陽能并將其轉換為電和/或熱能。本專利技術的主要目的就是滿 足這種需要。
技術實現思路
本專利技術的太陽能收集系統包括主反射鏡和副反射鏡。主反射鏡具有 被構造并定位以接收太陽能并將其朝焦點聚焦的凹鏡面表面。副反射鏡具有被構造并定位以接收來自主反射鏡的己聚集的太陽能并將其聚焦于 環形接收器上的凸鏡面表面。在一個實施例中，環形接收器包括光學元件的環形陣列，其被構造以將被副鏡面表面接收的太陽能聚焦到離散區域的環(a ring of discreet areas)上。在本專利技術的一個應用中，太陽能到電能轉換單元環被定位于離 散區域的環上。在優選形式中，主反射鏡的凹鏡面表面是大致拋物線形。副反射鏡 的凸鏡面表面是被改變用于將太陽能重新聚焦于環形接收器上的雙曲線 形表面。在優選形式中，環形接收器包括透鏡/棱鏡的圖案，其被布置以進一 步聚集太陽能并將其傳遞到光伏電池的環形陣列上。本專利技術還包括制造主反射鏡和副反射鏡的方法。它還涉及副反射鏡 與光學集中器之間和光學集中器與光伏電池系統之間的關系。光伏電池 在系統中起到雙重作用。它們吸收被聚集的陽光并將它的一部分轉化為 電能，和將一部分轉化為熱或熱能。因此，它既作為電產生器又作為熱 產生器。為了有效地實現這兩種作用，利用具有足夠寬帶隙的半導體材 料制造光伏電池以在相對高的溫度下保持有效的電轉換。 一般來說，半 導體材料帶隙越寬，光伏電池效率隨著溫度升高，衰減越少。取決于產 生電和產生熱的相對重要性，需要對考慮的應用進行折中。本專利技術的一個方面是提供一種由具有彎曲的鏡面表面的薄金屬主體 構成的反射鏡，所述鏡面表面包括在所述金屬主體表面上的聚合物層， 在聚合物層上的反射金屬層，和在金屬層上的薄玻璃層。這種構造可被 用于主反射鏡和副反射鏡。在優選形式中，反射鏡的薄金屬主體由鋁合金片形成。尤其適合的 合金為己經硬化到T-6狀態的鋁合金6061。薄金屬主體被形成為所需形 狀，之后在聚合物層、反射金屬層和薄玻璃層被相繼施加到其上時進行 旋轉。在優選實施例中，副反射鏡的鏡面表面為凸表面，所述凸表面被制 定形狀以使其將其接收的光/熱能反射并聚焦到環形聚焦區域上。本專利技術的系統很好地適合于具有單和多串聯結的寬帶隙光伏電池。至今，由寬帶隙材料制造的且處于多結配置的光伏電池的成本已經阻止 其在陸地應用中的使用。本專利技術的集中器系統提供了極高的光強度并允 許使用小的、經濟面積的光伏電池。本專利技術包括一種高強度光伏電池的獨特設計。基于兩個原因這些電 池具有獨特、長且窄的有源區域是最佳的。首先，電池圖案對應于由第 三集中器透鏡提供的照明圖案。其次，電池圖案提供把光致產生的電流 傳導出電池的很短的路徑長度。在光集中下的光伏電池在低電壓產生很 大的電流。因此，電池中的任何串聯電阻都會降低電壓，其反過來，又 降低了電池效率。通過以電導金屬柵網(grid)的圖案覆蓋電池的有源區 域的方式，來自高強度電池的電流被收集并被導出電池。柵網中的串聯 電阻與柵網長度成正比。基于這個原因，具有平行于電池長尺寸延伸的 電力母線的大而窄的電池設計允許必要的短導電柵網。如將在下文中所 述的，本專利技術包括獨特而有利的光伏電池結構和這種電池的圖案。本專利技術的太陽能轉換系統是獨特的，因為它將太陽能以有用的溫度 的熱水的形式轉化為熱能，而同時將太陽能功率高效率地轉化為電力。 在本專利技術的系統中，被集中的太陽能首先被光伏電池吸收。因為光伏電 池由寬帶隙半導體材料制成，光伏電池將吸收的一部分能量轉化為電 能，即使在升高的溫度下，寬帶隙半導體材料也可以保持高的效率。本專利技術提供一種由獨特太陽傳感器構成的傳感和控制系統，其向微 型計算機提供太陽位置信號，微型計算機處理信息并且向齒輪馬達發送 控制信號，所述齒輪馬達驅動集中器和以+AO.l度的精度保持集中器對太 陽鎖定。本專利技術的微型計算機系統進一步用于在夜間關閉系統并定位主 反射鏡以面朝地，在早晨啟動系統并且采集陽光，監控光伏電池的溫度 和如果電池過熱時驅動集中器離開太陽，監控風速并且如果風速超過閾 值量則旋轉集中器反射鏡為面向下(相對風側立)。本專利技術的其它目的、優勢和特征將通過下文闡述的描述、從附圖和 體現在被顯示和描述的具體結構中的原理，而變得顯而易見。附圖說明在附圖的幾個視圖中，相同的參考標號和字母表示相同的部分，并10且，圖1是本專利技術一個實施例的示意截面視圖2是圖1中的邊緣部分的局部放大視圖，這種視圖示出薄金屬反射鏡主體、在主體上的聚合物層，聚合物層上的反射金屬層以及金屬層上的薄玻璃層；圖3是本專利技術的具有陽光聚集部件、電學部件、熱學部件和控制部 件的整個系統的框圖4是溫度對時間的圖，示出淬火6061鋁合金的時間/溫度特性；圖5為屈服強度(yidd strength)對冷卻速度的圖，示出作為淬火參數 的函數的6061鋁合金的相對強度；圖6是涉及在主反射鏡的拋物型表面上旋涂平滑的聚合物涂層的外 力的圖表；圖7是真空沉積腔和離子輔助沉積元件的示意圖8是雙曲線的圖表，示出其幾何軸線和示出在軸線的一端處的實 焦點以及在軸線的相對端處的虛焦點；圖9是與圖8類似的視圖，但示出雙曲線以及從幾何軸線的原始位 置傾斜角度L的幾何軸線，并且示出從點§_到點L延伸的雙曲線的一部 分；圖10是結合圖8和圖9的視圖，并且示出經過圓形路徑的被旋轉的 雙曲線部分g-L的實焦點；圖11是通過圍繞新的幾何軸線S-^旋轉雙曲線部分a-b形成的三維 形狀的視圖12是涉及在副反射鏡的雙曲線形表面上旋涂平滑的聚合物涂層的 外力的圖表；圖13為與副反射鏡隔開的透鏡/棱鏡組件的橫截面視圖14是玻璃透鏡/棱鏡元件的圓形排列的示意圖，元件中的一個被顯示從其在陣列中的位置向上移動；圖15是透鏡/棱鏡元件中的一個的放大側視圖16是圖14中的透鏡/棱鏡元件的端視圖17是圖14和圖15所示的透鏡/棱鏡元件的俯視圖；圖18是包括四個圖1所示的太陽能收集系統的一個系統的電學部件的示意圖19是在非常高的光強下有效率本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光能收集系統，包括：　主反射鏡，所述主反射鏡具有凹鏡面表面，所述凹鏡面表面被構造并定位以接收光能并將朝焦點聚焦光能；和　副反射鏡，副反射鏡具有凸鏡面表面，所述凸鏡面表面被構造并定位以接收來自所述主反射鏡的已聚集的光能并且將該 光能聚焦到環形接收器上。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：威廉E赫爾尼，馬克D摩根，
申請(專利權)人：艾德泰克有限公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]