專利名稱：太陽能聚光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能聚光器領域，具體是一種可模壓反射型太陽能聚光器。
背景技術：
太陽輻射是一種漫射性能源。地球上的平均太陽輻射強度大約是800瓦/平方米， 并隨地區(qū)、天氣和季節(jié)的不同而變化。通常情況下，太陽能利用裝置需要大的面積來收集太 陽輻射。因此，為了能讓太陽能成為主要的供能源，需要在創(chuàng)造極低成本的太陽能聚光器方 面有新的突破。太陽能聚光器廣泛地用于太陽輻射的聚集，并被認為是有希望實現(xiàn)極低成本的太 陽能收集的方法之一。太陽能聚光器一般分為二類一類是基于光折射的菲涅耳透鏡(FS) 太陽能聚光器，另一類是基于光反射的拋物面反射鏡太陽能聚光器。由于成本是決定性因 素，大部分的大型太陽能利用系統(tǒng)采用反射型太陽能聚光器來收集并凝聚太陽輻射。許多反射型太陽能聚光器設計成具有拋物線形式或拋物槽形式的凹面反射器結(jié) 構。這些反射器中，大部分，甚至可能是全部都是由金屬等相對堅硬的材料制成的。通常， 堅硬的反射部件經(jīng)過模壓成型和組裝形成預設的幾何形狀，并由相配合的緊固件固定。由 于這類裝置是開放式的系統(tǒng)，為了免受風和負荷的破壞，這些堅硬的反射部件和緊固件都 必須用具有一定硬度、厚度和質(zhì)量的材料制成。傳統(tǒng)的用于大型太陽能系統(tǒng)的太陽能聚光 器體積大、笨重且昂貴。用于加工堅硬部件的精密幾何形狀的生產(chǎn)工藝復雜、耗時長且造價 高。此外，在開放系統(tǒng)中，反射器結(jié)構的反射面直接暴露在外界環(huán)境中，缺乏防塵及預防其 它污染物的措施。大多數(shù)的反射型太陽能聚光器只有在直接入射的太陽輻射時才有效，所以大多數(shù) 的反射型太陽能聚光器由動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)驅(qū)動來跟蹤太陽并保持直接的太陽入射。當 太陽能聚光器較重時，就會大大地增加跟蹤系統(tǒng)的負荷，從而使其的結(jié)構變的復雜，且增加 了成本。某些類型的太陽能聚光器采用非剛性、輕質(zhì)和便宜的材料，這會減少重量并降低 成本。其中，最常見的是充氣反射器結(jié)構。該結(jié)構使用充氣氣囊，氣囊在充氣時形成結(jié)構框 架，可以將拋物線或拋物槽形狀的太陽能聚光器的聚光器部分固定在理想的位置。這類型 結(jié)構中，形成聚光器的反射面包括一在氣囊內(nèi)表面的金屬涂層；其它類型結(jié)構中，聚光器部 分由隔膜式結(jié)構形成，該隔膜式結(jié)構位于氣囊內(nèi)，它的外周貼在氣囊的內(nèi)表面上，這樣，氣 囊充氣后，隔膜被撐開形成所需的操作形狀。第2，977，596號的美國專利(Justice等)提出使用隔膜結(jié)構來形成操作形狀。在 該專利中，使用一空氣源來維持氣囊的內(nèi)壓力。第4，672，389號的美國專利(Ulry)提出了 充氣反射器結(jié)構，其內(nèi)部的凹面反射面由非剛性的柔性材料制成，它的位置和形式依靠某 些手段來維持，而不是材料本身的強度。Ulry采用與外殼的內(nèi)部相通的充氣機構，實質(zhì)上， 是一個氣囊，它在外殼的內(nèi)部形成并維持在超環(huán)境壓力下的流體流動。GB 2 104 644號專 利中，Leroy提出了充氣太陽能集熱器，它具有拋物槽反射器形狀的并由充氣機構來支撐的部件。充氣機構用來產(chǎn)生該元件的內(nèi)壓，并高于大氣壓。第4，328，792號的美國專利中， Shores提出了具有封閉式結(jié)構元件的太陽能集熱器。不同的是，該元件由拋物槽反射器和 透明蓋二部分組成。這些部件都是傳統(tǒng)的由金屬等堅硬材料加工的部件。這些充氣結(jié)構的連接具有一定的困難。最明顯的困難之一是，受風和其他因素的 影響，氣囊會發(fā)生變形，其必然導致聚光器的反射面也發(fā)生變形，這是最不想看到的。充氣 結(jié)構要由高于結(jié)構外部壓力的內(nèi)部壓力支撐，需要使用支持系統(tǒng)，因此，需要額外的緊固 件，如輪圈等。必須要有與結(jié)構內(nèi)部相通的充氣機構，它能在超環(huán)境壓力下在結(jié)構內(nèi)部維持 內(nèi)部流體流動。幾乎所有的充氣系統(tǒng)只能短期臨時使用。充氣系統(tǒng)可移動、可拆分，主要 用于偏遠地區(qū)。為了大規(guī)模和長期使用太陽能，需要輕質(zhì)低成本材料生產(chǎn)的太陽能集熱器，它們 結(jié)構簡單，具有強的耐戶外條件性能，并且加工方便。很明易，充氣系統(tǒng)不能勝任。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種反射器結(jié)構，它實現(xiàn)了用包括玻璃在內(nèi)的可模壓、 輕質(zhì)和低成本材料來生產(chǎn)太陽能聚光器，該太陽能聚光器的質(zhì)量和性能與傳統(tǒng)的用金屬等 優(yōu)質(zhì)硬材料生產(chǎn)的太陽能聚光器一樣。本發(fā)明的目的之二是提供一非充氣反射器結(jié)構，它不需要額外的緊固件和具有充 氣結(jié)構的充氣機構，從而簡化聚光器系統(tǒng)，但仍保留了與柔性充氣結(jié)構相關的完整性和性 能。本發(fā)明的目的之三是提供一種非充氣反射器結(jié)構，它避免了反射器結(jié)構在使用過 程中，受風和其他因素的影響發(fā)生變形，確保在生產(chǎn)過程中反射面的幾何形狀的準確度。此外，本發(fā)明的目的之四是提供一封閉式非充氣反射器結(jié)構，它是一個薄壁材料 制成的單體，不需要其他任何元件，所以它加工和使用都很方便。本發(fā)明的目的之五是提供一具有封閉式結(jié)構的非充氣反射器結(jié)構，但它具有一用 于連接結(jié)構內(nèi)部與外界環(huán)境的開口，使得結(jié)構內(nèi)部的壓力與大氣壓相等。因此，該反射器結(jié) 構是由其本身的材料強度而成形，而不是因為結(jié)構內(nèi)部的壓力高于大氣壓。而且，本發(fā)明的目的之六是提供一非充氣反射器結(jié)構，它提高了反射器成型的金 屬涂覆工藝。本發(fā)明的最后一個目的是提供一種簡單快捷的生產(chǎn)新型太陽能聚光器的方法。為了達到上述設計目的，本發(fā)明采用的技術方案如下
一種太陽能聚光器，包括一個上透明面和一個下透明面，下透明面上有一個反射層；該 下透明表面的形狀使得該反射層可以反射并聚集入射光。優(yōu)選地，所述下透明表面的形狀為拋物面或拋物線型槽。優(yōu)選地，所述反射層為金屬或至少一個鏡膜。優(yōu)選地，所述上透明層和下透明層形成一個瓶狀結(jié)構。更優(yōu)選地，所述瓶狀結(jié)構包括瓶頸和瓶體，所述瓶體為一體式構造，上透明層和下 透明層無縫連接。更優(yōu)選地，所述瓶狀結(jié)構由一預成型件經(jīng)吹塑制成，所述預成型物包括所述瓶頸。更優(yōu)選地，所述瓶狀結(jié)構瓶頸和瓶體，所述瓶體由上透明表面和下透明表面連接而成。更優(yōu)選地，所述瓶狀結(jié)構形成一個由薄壁透明材料制成的密閉體。進一步，所述密閉體包括一開口瓶頸，所述瓶頸具有一開口，使密閉體內(nèi)部與密閉 體外部的大氣壓力相通。進一步，所述瓶頸為剛性結(jié)構。進一步，所述密閉體透明材料的厚度形成一不變形的瓶體結(jié)構。優(yōu)選地，所述瓶體結(jié)構為非充氣剛性結(jié)構。優(yōu)選地，所述瓶體結(jié)構為單一整體件。優(yōu)選地，所述反射層包覆在下透明層的外表面上。優(yōu)選地，所述反射層包覆在下透明層的內(nèi)表面上。優(yōu)選地，所述瓶體結(jié)構使用時，將入射光穿過上透明表面，由下透明表面反射回， 透過上透明表面到一焦點或焦線上。一種太陽能聚光器的制造方法，該方法包括注塑成型一透明材料制成的預成型 件，所述預成型件包括一瓶頸；將所述預成型件吹塑成一瓶體，至少具有一拋物面或拋物線 型槽形狀的下透明表面；將一反射層涂覆在所述下透明表面上。一種太陽能聚光器的制造方法，該方法包括在模具上將透明材料板熱成型，形成 所述上透明表面和下透明表面；將一反射層涂覆在所述下透明表面的內(nèi)側(cè)或外側(cè)；將所述 上透明表面和下透明表面密封。本發(fā)明所述的太陽能聚光器的有益效果是封閉式空心結(jié)構實現(xiàn)了用包括玻璃在 內(nèi)的可模壓、輕質(zhì)和便宜材料來生產(chǎn)防風和其他因素的高強度機械結(jié)構。該結(jié)構可以形成 精密凹面幾何表面，用來支持聚集太陽光的金屬反射層。


圖1為本發(fā)明實施例所述的太陽能聚光器的示意圖； 圖2為圖1的A-A向示意圖3為本發(fā)明另一實施例所述的太陽能聚光器的示意圖； 圖4為本發(fā)明第三實施例所述的太陽能聚光器的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細描述。顯然，所描述的實施 例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，本領域的技術人員在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲取 的其它實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。如圖1-2所示，本發(fā)明實施例所述的太陽能聚光器的主體是一個可模壓、輕質(zhì)和 便宜材質(zhì)的瓶子，比如玻璃或塑料等材料。在這個實施例中，瓶子是由透明材料經(jīng)過吹塑成 型形成一個單體，該單體具有一個薄壁和一個連通結(jié)構內(nèi)部與外界環(huán)境的瓶頸11，該結(jié)構 可以包括一金屬反射層，它覆蓋了主體的部分幾何面積。所述薄壁透明材料的封閉主體實質(zhì)上是一個瓶子，瓶子具有一個瓶頸，該瓶頸作 為連通封閉主體外部環(huán)境的一個開口。該瓶子本身是高強度機械結(jié)構，可以支撐它本身來 收集并凝聚太陽光，不需要借助其它支持系統(tǒng)。該瓶體的薄壁具有一定的厚度和硬度，并具有足夠的材料強度來形成預設的幾何形狀，可以不借助任何充氣系統(tǒng)來保持預設的幾何形 狀。該瓶頸11是剛性的，所以瓶頸可作為連接機構實現(xiàn)與系統(tǒng)的集成。所述封閉主體的薄壁的上半部12是透明的，使光能進入該封閉結(jié)構；下半部13加 工成一個凹面拋物線或拋物槽形狀，這樣射到下半部的太陽光被反射并聚集到預設的點或 線上。如附圖2所示，所述封閉主體的形成方法為金屬反射層14覆蓋在位于瓶子外表 面的拋物線或拋物槽的表面；另一個方法是拋物線或拋物槽的外表面覆蓋有鏡膜。第三種 方法是主體內(nèi)表面的某個幾何部分覆蓋有金屬或鏡膜。根據(jù)附圖2，瓶子的下半部13通過吹塑成型形成拋物槽形狀。接著，瓶子的下半部 13的外表面上包覆至少一種金屬反射層14。上半部12保持干凈透明，有利于入射太陽光 照射10。另一個方法是，拋物槽的外表面包覆鏡膜，入射太陽光10透過瓶子的上半部12， 到達具有金屬反射層14的下半部13后被反射回去。反射的太陽光再次透過瓶子的頂部， 被聚集在一位于主體系統(tǒng)外部的焦線上。附圖3顯示了太陽能聚光器的另一個實施例，該太陽能聚光器具有一個拋物線形 的上半部22和一個拋物線形的下半部23，這二個部分在中間區(qū)域M匯合；所述下半部23 具有一個瓶頸21。根據(jù)所使用的成型方法，上半部22、中間區(qū)域?qū)途哂衅款i21的下半 部23是由一個預成型坯經(jīng)無縫成型，或每個部分單獨成型后融合在一起。該太陽能聚光器 還可通過另一個工藝成型，該工藝中，瓶頸21與下半部23 —體成型，其它部件通過熱成型 等方法融合在一起。根據(jù)附圖4，該太陽能聚光器的第三實施例是，一個透明瓶子包括底部32，該底部 32通過吹塑成型形成拋物線結(jié)構，該拋物線結(jié)構的內(nèi)表面覆蓋有一金屬反射層或至少一個 鏡膜。附圖4所示的太陽能聚光器還可以是，拋物線結(jié)構的底部32的外表面覆蓋有一個金 屬反射層或至少一個鏡膜。所述透明瓶子的頂部35是透明的，太陽光30能透過該頂部35到達瓶子底部32 的反射層。太陽光30被反射回去，再次透過瓶子的頂部35，并聚集在一個位于瓶子外側(cè)的 焦點上。如附圖4所示，瓶頸31通過吹塑成型，將瓶子內(nèi)部與外界環(huán)境連接起來。綜上，所述瓶頸11 (21和31)配置成與大氣條件保持平衡，或者通過開或關來維 持特定的內(nèi)部條件。比較附圖3和4，附圖3所示的太陽能聚光器大體上具有成鏡像布置的上半部22 和下半部23。相反，在附圖4中，頂部35與底部32具有不同的形狀。透明頂部35的形狀 是可變的，但與底部32的形狀不同，頂部35可以是一個平面，頂部35也可選擇其他形狀， 比如選擇圓柱形的頂部35。此外，優(yōu)選的是，頂部35和底部32中的其中之一或二個都是球 形。底部32的形狀的變化導致太陽能聚光器的焦點或焦線的改變，所以通過調(diào)整底部32 的形狀可提供一個聚集光線入射的比表面積。生產(chǎn)太陽能聚光器的第一方法包括以下步驟1、通過注射成型形成瓶子的預成型 坯，該預成型坯也可以具有一瓶頸；2、通過吹塑成型將預成型坯加工成一個瓶子，瓶子的至 少一半具有拋物槽或拋物線形狀；3、在拋物槽或拋物線的外表面上涂覆如銀、鋁等反射材 料，或是在外表面上覆蓋鏡膜。生產(chǎn)太陽能聚光器的另一方法包括1、熱成型方法代替模成型，將塑料板材加工形成太陽能聚光器的上半部和下半部；2、上半部和下半部的其中之一的內(nèi)側(cè)或外側(cè)涂覆如 銀或鋁等反射材料，或覆蓋至少一鏡膜；3、將上半部和下半部密封起來。在上述二個成型方法中，使用的材料在成型過程中是非剛性的，在成型過程完成 后變得堅硬。這些材料包括，例如，玻璃、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、再生聚乙烯對苯二甲 酸酯(PETE)等透明材料。使用這些成品后堅硬的材質(zhì)可以減少用于支持或定位集熱器的 基本結(jié)構的數(shù)量。材料的另外一個選擇是使用在成型過程結(jié)束后也是非剛性的材料。在太陽能聚光 器充入氣體或其他液體后，需要用氣體出入口等機構來密閉瓶頸。該氣體或其他液體可以 產(chǎn)生足夠的內(nèi)壓來支持反射器的拋物線或拋物槽形狀。用第一種吹塑成型方法生產(chǎn)的聚光 器其優(yōu)點在于，沒有接縫、除了瓶頸外沒有開口、也沒有可使內(nèi)容物外逸的氣體出入口。因 此，不需要因為接縫處的泄漏對集熱器再填充，避免接縫處的薄弱點，也避免了接縫處的復 雜的連接部件。通過上面的描述可見，太陽能聚光器和它的生產(chǎn)方法具有許多優(yōu)點。反射器結(jié)構 可以是一個封閉式空心體結(jié)構，它可以使用非剛性、輕質(zhì)和便宜的材料，如塑料、玻璃等。選 擇的材料用來構建一個薄壁體結(jié)構，它具有強的機械性能，不需要借助其它支持或充氣系 統(tǒng)就可以維持它本身的形狀。封閉體結(jié)構是一個高強機械結(jié)構，它能有效地防止聚光器的 幾何表面在生產(chǎn)過程或使用過程中變形。封閉體結(jié)構能保護反射面不受灰塵和其它污染， 更加方便維護。這種太陽能聚光器能大大地簡化了反射層的涂覆工藝。太陽能聚光器與系 統(tǒng)的結(jié)合也很容易，只需要很少的動力就可以跟蹤太陽。這種新型太陽能聚光器的生產(chǎn)方 法便宜、簡單而且快捷。因此，這種瓶形的太陽能聚光器及其生產(chǎn)方法是實現(xiàn)超輕和超便宜的太陽能聚光 器及其高效生產(chǎn)加工的方法之一。該方法實現(xiàn)了反射面的自保護功能，可以防塵和避免其 它污染。該方法還使基于該太陽能聚光器的系統(tǒng)超輕且堅固，該系統(tǒng)用較少的動力和相對 簡單的控制系統(tǒng)來驅(qū)動太陽能聚光器跟蹤太陽。在前面的說明書中，描述了各種優(yōu)選的實施例，并有附圖作參照。然而，很顯然，其 他各種改進和改變以及其他實施例都可以在不背離下面權利要求所述的本發(fā)明的范圍的 情況下實施。相應地，說明書和附圖視作是示例性的，而非限制性的。該領域內(nèi)的技術人員 可以根據(jù)所公開的說明書和實施例清楚地理解本發(fā)明的其他實施例。說明書和實施例僅視 為示范性的，本發(fā)明的實質(zhì)范圍和精神通過下面的權利要求闡明。
權利要求
1.一種太陽能聚光器，包括上透明表面、下透明表面和位于下透明表面上的反射層，其 特征在于所述下透明表面的形狀使反射層反射和聚集入射光。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種太陽能聚光器，其特征在于所述下透明表面的形狀為 拋物面或拋物線型槽。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種太陽能聚光器，其特征在于所述反射層為金屬或至少 一個鏡膜。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種太陽能聚光器，其特征在于所述上透明層和下透明層 形成一個瓶狀結(jié)構。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種太陽能聚光器，其特征在于所述瓶狀結(jié)構包括瓶頸和 瓶體，所述瓶體為一體式構造，上透明層和下透明層無縫連接。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種太陽能聚光器，其特征在于所述瓶狀結(jié)構由一預成型 件經(jīng)吹塑制成，所述預成型物包括所述瓶頸。
7.根據(jù)權利要求4所述的一種太陽能聚光器，其特征在于所述瓶狀結(jié)構瓶頸和瓶體， 所述瓶體由上透明表面和下透明表面連接而成。
8.根據(jù)權利要求4或5或7所述的一種太陽能聚光器，其特征在于所述瓶狀結(jié)構形 成一個由薄壁透明材料制成的密閉體。
9.根據(jù)權利要求8所述的一種太陽能聚光器，其特征在于所述密閉體包括一開口瓶 頸，所述瓶頸具有一開口，使密閉體內(nèi)部與密閉體外部的大氣壓力相通。
10.根據(jù)權利要求9所述的一種太陽能聚光器，其特征在于所述瓶頸為剛性結(jié)構。
11.根據(jù)權利要求8所述的一種太陽能聚光器，其特征在于所述密閉體透明材料的厚 度形成一不變形的瓶體結(jié)構。
12.根據(jù)權利要求4所述的一種太陽能聚光器，其特征在于所述瓶體結(jié)構為非充氣剛 性結(jié)構。
13.根據(jù)權利要求4所述的一種太陽能聚光器，其特征在于所述瓶體結(jié)構為單一整體件。
14.根據(jù)權利要求4所述的一種太陽能聚光器，其特征在于所述反射層包覆在下透明 層的外表面上。
15.根據(jù)權利要求4所述的一種太陽能聚光器，其特征在于所述反射層包覆在下透明 層的內(nèi)表面上。
16.根據(jù)權利要求4所述的一種太陽能聚光器，其特征在于所述瓶體結(jié)構使用時，將 入射光穿過上透明表面，由下透明表面反射回，透過上透明表面到一焦點或焦線上。
17.一種太陽能聚光器的制造方法，其特征在于該方法包括注塑成型一透明材料制 成的預成型件，所述預成型件包括一瓶頸；將所述預成型件吹塑成一瓶體，至少具有一拋物 面或拋物線型槽形狀的下透明表面；將一反射層涂覆在所述下透明表面上。
18.—種太陽能聚光器的制造方法，其特征在于該方法包括在模具上將透明材料板 熱成型，形成所述上透明表面和下透明表面；將一反射層涂覆在所述下透明表面的內(nèi)側(cè)或 外側(cè)；將所述上透明表面和下透明表面密封。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能聚光器，包括上透明表面、下透明表面和位于下透明表面上的反射層，所述下透明表面的形狀使反射層反射和聚集入射光。
文檔編號G02B19/00GK102141675SQ20111007012
公開日2011年8月3日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權日2011年3月23日
發(fā)明者施鋒 申請人:北京中清明陽太陽能光伏技術有限公司