[发明专利]太阳能收集器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2007年2月12申请的澳大利亚临时专利申请No.2007900662和于2007年3月21申请的澳大利亚临时专利申请No.2007901492的优先权，其公开的内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及使用太阳能收集器收集来自太阳辐射的热量形式的能量，用于例如空间加热和住宅、商业或工厂楼房的热水供给。

背景技术

目前，人们对例如由在装料空间加热器和家用热水系统中化石(矿物)燃料的燃烧引起的全球变暖效应的关注在增加。与这种效应相关的增加的环境成本预期会迫使全球的政府最终对化石燃料的燃烧或碳贸易方案征税，这两者将会增加与化石燃料的燃烧相关的成本。

将入射的太阳辐射用于上面提及的应用是对燃烧化石燃料的明显的和适合的替换，然而，这样的系统目前还没有广泛使用。玻璃/金属太阳能热水系统已经发现一些用途，但是由于它们的初始成本很高，这些系统大多由政府减税(rebate)来资助。这样的系统的平均回收期可能是5至10年，然而玻璃/金属收集器的平均寿命仅约为15年。当然，金属价格的近期的上升不利于这样的系统的经济可行性，因为它们广泛使用铜和铝。

由于较低的材料成本，人们已经做出诸多努力以将塑料应用于太阳能收集器的制造中，但是由于许多原因塑料收集器还没有广泛地商业化生产或还不能与玻璃/金属进行商业化竞争。这主要是由于在被用于玻璃(glazing)和特别是吸收器时塑料的公知的限制。主要的限制涉及吸收器部件或收集器的其它结构部件暴露于滞止条件下的极端温度，其中，收集器暴露于完全的太阳条件下且内部冷却流体不流动。内部滞止温度对于平坦的太阳能收集器可轻易达到超过160C°，所述太阳能收集器具有可选择的表面涂层以最大化吸收同时最小化热损失。面板暴露于滞止条件是常见的且可在安装或泵、控制器或阀失效期间发生以及可轻易地导致对塑料收集器的灾难性的损坏或严重地限制了收集器的寿命。这可要求将功能塑料用于吸收器和相关的部件，所述功能塑料可承受上述的高温但不幸的是这样的功能塑料非常昂贵。

在限制塑料太阳能收集器的滞止温度上已经作出了许多尝试。最简单的是通过使用用于吸收器和玻璃的非选择性的涂层允许从面板的顶面的巨大的热量损失或如在池型的太阳能收集器中完全缺少玻璃盖、或缺少底侧绝缘体。不幸地是，所有的这些限制这样的太阳能面板的效率，并且因此限制了它们的使用特别是在冬季的使用。更加复杂的无源方法包括使用作为温度的函数改变光的传输的材料，但是这些还没有发现用作太阳能收集器的部件。许多主动的控制方法可以且已经被设想，例如通风系统或反射部件的机械旋转，使得太阳被返回至大气而不是在指定的吸收器上。这样的策略具有明显的缺陷：使用复杂的移动部件和相关的监视和控制系统，其易于经受高的保养成本和最终失败。

发明内容

本发明提供了薄断面的太阳能收集器，用于收集太阳能作为热量，同时限制夏季月份中的收集器中的可能的峰值滞止温度，包括：

(a)多个反射元件，分别具有第一和第二边缘，反射元件布置成固定偏移的平行阵列，以在使用中形成面向上的反射表面的楼梯；

(b)吸收器元件，具有位于每对反射元件之间的暴露表面，所述暴露表面大致位于所述相邻的一对反射元件中的一个的第一边缘和所述一对反射元件中的另一个的第二边缘之间，并且所述暴露表面被设置以与所述反射元件的每一个成一角度，从而形成所述吸收器元件的暴露表面的固定的平行阵列；和

(c)透明的顶盖，在反射元件和吸收器元件上方延伸，

使得在使用中反射元件在第一大致水平方向上定向，入射的阳光穿过顶盖并且直接落在每个吸收器元件的暴露表面上，和/或与吸收器元件中的一个的暴露表面邻近的反射器上，入射的阳光能够从反射器反射至各个暴露表面上。

典型地，收集器面板将被安装在平坦的支撑结构上，例如屋顶，优选地面对正午的太阳，其中，屋顶具有斜度p，使得吸收器元件的上边缘以与水平面成角度p描绘一条线(参见图2的定义)。所述收集器可以典型地被安装至具有70°或更小的斜度的屋顶上，但是优选地斜度在10°-50°的范围内。绝缘体可以安装在吸收器结构的下面以降低传送至屋顶的热量。

优选地太阳能收集器包括外壳，所述顶盖形成外壳的一部分，使得外壳包围反射器和吸收器元件的阵列。