[发明专利]太阳能利用单元和太阳能利用系统

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能利用系统的领域，并且具体地涉及利用卡塞格仑(cassegrainian)式太阳辐射聚集光学器件的所述系统。

背景技术

标准的卡塞格仑聚集光学器件包括同轴对准的两个反射器：一次反射器和二次反射器。一次反射器捕获入射辐射并将其反射至通常较小的二次反射器。二次反射器又将该辐射朝着与太阳能接收器相关联的聚集光学器件的焦点反射。一次反射器和二次反射器可具有不同的形状，例如一次反射器可以为抛物面而二次反射器可以为双曲面。

太阳能接收器可基于工作介质(例如水)对太阳辐射热的直接吸收，或者基于例如在光电池中将太阳辐射转化成另一种能量形式，在这种情况下接收器定位成使其入口邻近或位于聚集光学器件的焦点处。或者，接收器可包括用于将聚集辐射透射至与焦点分开的位置的装置，例如用于在照明系统中利用太阳能。

在2004年JX Crystals公司出版的Lewis M.Fraas所著的《Path toAffordable Solar Electric Power》中，描述了对于卡塞格仑聚集光学器件使用两个不同的接收器，其中二次反射器呈分束器的形式，该分束器将太阳光谱的可见部分中的聚集太阳辐射朝着用于将辐射输送至室内照明系统的光纤光导件反射，并使太阳光谱的红外部分中的聚集太阳辐射朝着定位在二次反射器后方的光电池阵列透射，用以将辐射转化成电。

卡塞格仑太阳能聚集器的效率很大程度上取决于反射器的反射面的质量。长期暴露于外部环境的反射器例如由于灰尘或砂蚀、氧化或腐蚀而容易丧失其反射能力。US 4,166,917和US 4,491,683描述了密封的太阳能收集器。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种具有卡塞格仑式太阳辐射聚集光学器件的太阳能利用单元，该单元设计成使其能够用手操作并被模块化地组装在例如用于家用的太阳能利用系统中。

所述太阳能利用单元包括：太阳辐射聚集光学器件，该太阳辐射聚集光学器件设计成使入射的太阳辐射聚集，并将其分成波长在太阳光谱的不同部分内的至少两部分；以及太阳辐射接收器，该太阳辐射接收器包括第一太阳辐射接收器部件和第二太阳辐射接收器部件，所述第一部件适于将在太阳光谱的所述两部分中的第一部分内的入射辐射转化成电，而所述第二部件适于将在太阳光谱的所述两部分中的第二部分内的入射辐射转化为电。

所述第一接收器部件和所述第二接收器部件均具有太阳辐射接收部，所述太阳辐射接收部优选呈例如一个或多个光电池的光电结构的形式，所述光电结构对于太阳光谱的对应部分敏感。太阳光谱的所述两部分例如可以是其可见部分和红外部分。

各所述接收器部件均可包括聚集器(例如，自身公知的非成像聚集器)，该聚集器用于接纳来自所述太阳辐射聚集光学器件的辐射，并使该辐射以均匀分布的方式前进至所述接收器部件的所述辐射接收部。所述聚集器可以呈会聚器(例如，具有内反射面的截头圆锥形管)的形式，或者呈棱镜的形式，辐射在该棱镜内通过全内反射而传播。

所述太阳辐射聚集光学器件具有光轴，并包括凹面一次反射器和凸面二次反射器，它们的中心和焦点沿着所述光轴定位。所述二次反射器呈具有两个焦点的光谱分束器的形式，并且该二次反射器设计成接纳通过所述一次反射器聚集的辐射，从而使在太阳光谱的所述第一部分内的辐射朝着其第一焦点反射，并使在太阳光谱的所述第二部分内的辐射朝着第二焦点透射，所述第一接收器部件和所述第二接收器部件分别与所述二次反射器的所述第一焦点和所述第二焦点相关联。

所述一次反射器在它的中央形成有开口，并且所述二次反射器的所述第一焦点通常布置在所述开口中或邻近该开口。所述第一接收器部件牢固地固定至所述一次反射器的外表面，从而该第一接收器部件的辐射接收部或与该第一接收器部件相关联的聚集器布置在所述二次反射器的所述第一焦点上或邻近该第一焦点。

所述二次反射器具有面向所述一次反射器的凸表面，并且位于后方的所述第二焦点具有凸表面，所述第二接收器部件牢固地固定在所述凸表面的后方，从而该第二接收器部件的辐射接收部或与该第二接收器部件相关联的聚集器布置在所述二次反射器的所述第二焦点上或邻近该第二焦点。

在所述第一接收器部件和所述第二接收器部件中的任一个均包括所述聚集器的情况下，所述聚集器可以与其对应的接收器部件和/或与和该接收器部件相关联的一次反射器或二次反射器一体形成。

所述第二接收器部件还可包括壳体单元，该壳体单元承载所述第二接收器部件的所述辐射接收部以及与该第二接收器部件相关联的所述聚集器(如果有的话)。