[发明专利]一种智能高效的太阳能热水装置

说明书

技术领域

本发明属于太阳能利用技术领域，特别是涉及太阳能聚光技术。

背景技术

太阳能是人类可持续发展的绿色能源，但在一年之中，一天之内能够利用的太阳能的强弱是不同的，为了最大限度利用太阳能，现有技术把集热管做成可以旋转的，跟踪太阳光的，有的在跟踪的基础上再采用太阳能聚光技术，增加太阳能利用效率，发明专利200910185169.8(中国科技大学，太阳能均匀光叠加反射聚光镜的设计方法)提出了圆形集热管的太阳能均匀光叠加反射聚光镜的设计方法，其特征是所述的反射聚光镜及其圆形集热管都固定在太阳跟踪器的平面架上，所述的反光镜呈长条矩形平面板状的，这就是使造价继续高昂，因为要选用太阳跟踪器，因为反光镜采用平面板状，反光镜需要数量多，使制造的费用不能降低下来。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术不足，提出一种智能高效、加工安装容易、成本低廉、光热利用系数高、不需要太阳跟踪器、对太阳光能利用会按季节调节的智能太阳能热水装置，可以消除冬天热水不热、夏天热水太热的缺陷；可以克服热水装置一般都需要安装在屋顶的欠缺，将安装位置扩展到墙立面。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种智能高效的太阳能热水装置，主要包括平面架、集热管和聚光镜及其聚光镜曲面的设计，其特征在于：所述的平面架内放置集热管和聚光镜，所述的集热管在平面架内是横放的，集热管与集热管之间留有间距，留有的间距用于放置聚光镜，所述的聚光镜与集热管一样长，聚光镜与集热管是平行放置的，聚光镜呈特殊的曲面，这个曲面是朝着旁边的集热管的，聚光镜与平面架成一定的斜角固定在平面架上，成为一个静止聚光器，所述的静止聚光器可以达到这样的效果：在需要光热利用系数高时，经过曲面的反射光可以全部反射到集热管；在需要光热利用系数低时，经过曲面的反射光全部反射不到集热管。

所述的聚光镜与集热管一般是配对的，一台太阳能热水装置的集热管与聚光镜可以是一对或N对；一台太阳能热水装置也有少配聚光镜一面或二面，来减少热量的。

所述的聚光镜是呈长条矩形曲面状，制作方法可以用金属薄板表面贴反射膜，或由不锈钢或铝合金薄板表面抛光并贴有硅保护膜。

所述的聚光镜曲线面的设计首先是确定光线的接受角，设定所述的光线的接受角思路是：以太阳能热水装置安装的位置在纬度38.5°为例，经测算：该位置在冬天时太阳光的高度角最差时间介于0～28°，一般冬天的太阳光的高度角介于0～45°左右；在夏天时太阳光的高度角一般介于0～75°，中午前后阳光最猛烈时太阳光的高度角一般大于45°，基于上述测算，所述的静止聚光器，设计的聚光接受角就定在0～45°左右。

聚光的接受角也可以定在10°～45°左右，因为考虑到冬天太阳刚刚升起或快落山时阳光能量很弱，它一天收集的阳光能量与收集0～45°的全部阳光相差无几。

所述的静止聚光器在实际设计时，为了减轻大角度的接收角度设计难度，本发明采取尽量小的聚光接收角的思路设计，确定聚光的接受角在10°～45°。

所述的静止聚光器为达到特定光线角度范围的聚光效果，要制作一个特定的聚光镜曲面，所述的聚光镜曲面的设计在于：设计聚光镜曲面的每个点的法线处在该点和集热管中心的连线与聚光的接受角范围的中间值((10°+45°)/2＝27.5°)的角平分线，同时，设定集热管直径对该点的张角大于或等于聚光的接受角度(45°-10°＝35°)，因此，当太阳光在冬天时的高度角处于设计的聚光接受角范围的中间值((10°+45°)/2＝27.5°)时，正好被该聚光镜曲面反射到集热管中心；太阳光的高度角稍偏离设计的中间值时，反射光也稍偏离集热管中心，由于集热管直径对该点的张角被设计成大于或等于设定光线接收角度，因此在预设的高度角范围10°～45°内的阳光都被反射到集热管上；当太阳光在夏天时的高度角处于设计的聚光接受角范围的中间值之外时，聚光镜曲面能够把聚光反射到集热管的直径之外，也就是聚光完全不会反射到集热管，实现聚光全部不利用的目的，聚光镜曲面自动调节了光热的利用系数，可以达到所述的静止聚光器所需要的效果：在冬天有聚光效果，收集几乎所有的阳光能量；在夏天几乎没有聚光效果，达到集热管在一年之中比较均热的效果。

所述的静止聚光镜的聚光和遮光效果很明显，每根集热管对阳光的集热截面变化，小到小于集热管的直径，大到有多个集热管直径。