反射元件及其制造方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)計一種具有夾層式結(jié)構(gòu)的用于太陽能領(lǐng)域的反射元件，包括反射板1、加強板2和布置在所述反射板1和所述加強板2之間的泡沫層3。制造反射元件的方法在具有第一和第二接近裝置的壓機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行，包括以下步驟：將所述第一接近裝置加熱至溫度T1；將第一反射板布置在所述第一接近裝置上并且獲取所述溫度T1；將分離裝置布置在所述反射板的周邊；將加強板布置成與所述分離裝置接觸；將所述第二接近裝置加熱至與T1不同的溫度T2；使得所述第一和第二接近裝置相互靠近運動，從而所述第二接近裝置接觸所述加強板并且它獲取溫度T2；并且如此設(shè)置可發(fā)泡材料，從而它完全填充在所述板之間的間隙，從而使它們受到壓力，所述可發(fā)泡材料獲取其最終的密度并且形成粘附在兩塊板上的基本上剛性的泡沫層3。
【專利說明】反射元件及其制造方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于太陽能領(lǐng)域的反射元件及其制造方法和系統(tǒng)。
[0002]該反射元件可以應(yīng)用于用于從太陽輻射產(chǎn)生電能的熱太陽能聚集【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0003]由于在通過在整個太陽能領(lǐng)域分布的反射器陣列聚集太陽能輻射時獲得的高溫，所以熱太陽能聚集技術(shù)能夠獲得熱空氣或熱蒸汽，這將用來根據(jù)常規(guī)方法發(fā)電。
[0004]在通過聚集太陽輻射發(fā)電的許多不同變型之外，本發(fā)明的反射元件對于塔式聚集技術(shù)而言尤為有利。
[0005]塔式技術(shù)采用了可移動反射器陣列，也被稱為定日鏡，這些反射器通過大體上圍繞著兩根軸的運動而能夠?qū)⑻栞椛浞瓷洳⑶揖奂谖挥谒纳喜繀^(qū)域中的單個中央接收器上。
[0006]每個定日鏡依次包括輻射直接入射在其上的反射板或表面、承載結(jié)構(gòu)、用來讓承載結(jié)構(gòu)進(jìn)行定向運動以便朝著太陽輻射取向的機(jī)構(gòu)以及位于反射板和承載結(jié)構(gòu)之間的連接裝置。
[0007]反射板可以具有可變的面積，在那些部分中的較大尺寸大約為120m2。該板實際上由反射鏡陣列構(gòu)成，每個反射鏡安裝在用作將其連接在結(jié)構(gòu)上的連接元件的底架上。在具體示例中，反射板由28個反射鏡構(gòu)成。這些反射鏡中的每一個的尺寸可以在各個裝置之中變化，但是在本領(lǐng)域中所采用的反射鏡尺寸的示例為3210X 1350mm。
[0008]在本發(fā)明的上下文中，反射元件將理解為通過反射鏡和將它安裝在其上的底架形成的組件。該底架由用彼此連接的金屬段或壓制成形的金屬板制造的大體上為金屬的支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)成。其作用在于為組件提供剛度，在其中反射板需要它的那些情況中保持曲率并且在反射鏡和定日鏡的結(jié)構(gòu)之間實現(xiàn)機(jī)械連接。
[0009]通常，每個反射元件設(shè)有輕微的曲率以便能夠引導(dǎo)太陽輻射朝向場的焦點。曲率程度將取決于在太陽能場中的反射元件的位置。
[0010]反射元件用于有效進(jìn)行將太陽輻射聚集在焦點中所需的技術(shù)特征如下:
[0011]精確的曲率，以便能夠聚集反射的長距離輻射；
[0012]高于93%的反射率值，以便最大化反射輻射與入射太陽輻射的比值；
[0013]耐候性，從而在太陽能領(lǐng)域的整個使用壽命中保持機(jī)械和物理性能。
[0014]除了遵守上述規(guī)定之外，反射元件必須有助于太陽能領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)可行性，從而它必須能夠采用低成本元件以大規(guī)模生產(chǎn)條件進(jìn)行制造。
[0015]當(dāng)前技術(shù)的主要問題是來自保持定日鏡的反射鏡的底架的設(shè)計和制造過程的那些問題。
[0016]如所述一樣，這些底架通常由通過焊接或螺紋連接部件機(jī)械連接的多個金屬段構(gòu)成的組件形成，從而形成具有通常為矩形的外部框架的金屬支撐結(jié)構(gòu)。
[0017]這種結(jié)構(gòu)的首要問題在于由于金屬材料的特性導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)的重量過大。這種高慣性使得定日鏡更難進(jìn)行太陽能追蹤運動。這種底架類型在不同金屬元件之間的那些連接位置處相對于氣候試劑較弱(由于潮濕而腐蝕、由于突然溫度變化而膨脹等)，從長遠(yuǎn)看來會產(chǎn)生巨大的問題。
[0018]這些底架的高重量還限制了構(gòu)成定日鏡的反射板的反射鏡的尺寸，需要更多數(shù)量的反射鏡并因此增加了成本。
[0019]第三個非常重要的問題在于，由于實現(xiàn)良好截取所需的高幾何精度所以制造這些結(jié)構(gòu)成本很高。這需要以高機(jī)械精度和高尺寸質(zhì)量工作，這在包括焊接和機(jī)械連接的制造方法中帶來高制造成本。這在其中用粘接劑將反射板直接膠粘在金屬結(jié)構(gòu)上的那些情況中更加嚴(yán)重，因為與在彎曲的底架中實現(xiàn)高結(jié)構(gòu)精度的困難一起還有不規(guī)則性，這些不規(guī)則部分是將粘接劑延伸在薄反射板上的典型特征，這在長距離情況下帶來相當(dāng)大的截取損失。
[0020]文獻(xiàn)ES2351755A1通過采用固定部件針對精確曲率的問題提出了解決方案，這些固定部分直接粘接在鏡面玻璃的表面上并且能夠使得該部件在底架上彎曲而無需使得底架彎曲。但是，該系統(tǒng)也需要進(jìn)行長時間手動調(diào)節(jié)并且不能解決源自底架的金屬結(jié)構(gòu)的問題。
[0021]在文獻(xiàn)ES2326586A1中，用由通過拉伸工藝壓制成型的輕型金屬板制成的底架代替基于多個金屬段的底架，該底架重量更輕，執(zhí)行時間更快。但是，反射元件仍然由兩個單獨的單元，即相互連接的底架和反射板構(gòu)成。在這種情況下，通過粘接進(jìn)行連接，從而在底架的不同局部區(qū)域中出現(xiàn)反射板和底架之間的接觸，這需要非常精確的機(jī)加工并且是光學(xué)問題的來源，這兩者都是因為在不同位置中存在膠粘區(qū)域以及源自粘合層的均勻性的那些。所有這些誤差來源被最大化，并且在長距離情況下變?yōu)榻裹c偏差，從而使得反射光線與接收焦點分開。
[0022]所有前面所述的解決方案共同的方面在于，底架通過其下表面支撐著反射鏡，后者暴露整個側(cè)面。反射板通常由沒有進(jìn)行任何方式處理以改善其機(jī)械性能例如退火的3_單片玻璃反射鏡構(gòu)成。在這些條件下，這些反射鏡在進(jìn)行太陽能領(lǐng)域所特有的清潔和維護(hù)任務(wù)時成為弱點，從而成為頻繁破裂的來源以及隨后成為個人安全問題。
[0023]除了上述問題之外，具有在上面段落中所述的金屬底架的這種反射器由于用于在玻璃中獲得所期望的曲率的成型過程而導(dǎo)致的控制周邊波紋的問題，因為所述成型過程是以機(jī)械的方式進(jìn)行的，這在長時間運行中在用于優(yōu)化塔熱太陽能電站的效率的目標(biāo)反射盡可能為圓時在邊緣處轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷鶆蚍瓷洹?br> [0024]文獻(xiàn)ES512606要求保護(hù)通過采用夾層式反射元件解決重量過大以及現(xiàn)場破裂的一部分上述問題的制造方法。但是，這種反射元件沒有消除由于采用粘接劑來將玻璃反射鏡粘接在或多或少是平面的基板上而導(dǎo)致的光學(xué)問題，也沒有能夠制造出具有較大表面的反射元件。另外，該制造步驟在兩個層疊步驟中進(jìn)行。在第一步驟中，通過在底板上采用普通粘接劑來層疊薄玻璃反射鏡板，并且在第二步驟中，在第二底板上再次層疊該組件以形成端部復(fù)合反射器。這兩個步驟延長了制造時間，并且因此增加了工藝成本。第一層疊步驟還限制了反射器的最大尺寸，因為在玻璃基板和將該玻璃基板直接膠粘在其上的板之間的膨脹系數(shù)存在差異。
[0025]在現(xiàn)有制造工藝中的現(xiàn)有夾層式反射器的現(xiàn)有技術(shù)以及已知解決方案還沒有清楚有效達(dá)到的關(guān)鍵點在于對聚集的光學(xué)幾何形狀的精度控制，因為所要連接的材料的膨脹系數(shù)中存在差異。
[0026]在本發(fā)明的上下文中，光學(xué)精度理解為反射表面的角度偏差值的均方根或RMS的平方根。在現(xiàn)有技術(shù)中，在塔式熱太陽能電站中用于執(zhí)行聚集太陽能功能所適用的球面反射器必須具有小于1.5mrad的表面光學(xué)精度值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0027]上述缺陷是通過如權(quán)利要求1所述的反射元件、如權(quán)利要求13所述的定日鏡、如權(quán)利要求14所述的太陽能設(shè)備、如權(quán)利要求15所述的制造方法和如權(quán)利要求20所述的用于制造反射元件的系統(tǒng)或壓機(jī)來解決的。從屬權(quán)利要求給出了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
[0028]通過本發(fā)明提供了一種夾層式復(fù)合反射元件，與之前的反射元件不同，該反射元件是通過消除了采取溫差控制的反射鏡-底架二體而在單個制造步驟中形成的。該制造方法的結(jié)果在于適用于直接錨固在定日鏡的支撐結(jié)構(gòu)上的自支撐復(fù)合反射元件，無需中間支撐元件，沒有周邊波紋，并且具有良好的截取系數(shù)。
[0029]本發(fā)明的反射元件呈現(xiàn)出一種夾層式結(jié)構(gòu)，包括適用于反射太陽輻射的反射板、加強板和布置在所述反射板和所述加強板之間的泡沫層。
[0030]用于制造本發(fā)明的反射元件的方法是在一種壓機(jī)系統(tǒng)中實施的，該壓機(jī)系統(tǒng)包括第一接近裝置和第二接近裝置，并且該方法包括以下步驟:
[0031]將所述第一接近裝置加熱至溫度Tl ；
[0032]將第一反射板布置在所述第一接近裝置上，所述反射板獲取所述溫度Tl ；
[0033]將分離裝置布置在所述反射板的周圍；
[0034]將加強板布置成在由其高度限定的距離處與所述分離裝置接觸；
[0035]將所述第二接近裝置加熱至與Tl不同的溫度T2 ；
[0036]使得所述第一和第二接近裝置相互靠近運動，從而所述第二接近裝置接觸所述加強板并且它獲取溫度T2 ;并且
[0037]如此設(shè)置可發(fā)泡材料，從而它完全填充在所述第一反射板和所述加強板之間的間隙，從而使它們受到壓力，所述可發(fā)泡材料獲取其最終的密度并且形成粘附在兩塊板上的基本上剛性的泡沫層；并且
[0038]一旦使得所述泡沫層固化的過程結(jié)束，則抽出所述反射元件并且讓它在室溫下冷卻。
[0039]在一個實施方式中，所述壓機(jī)系統(tǒng)的接近裝置對應(yīng)于制造壓機(jī)的常規(guī)板。另外，可以用作固定或限定所要噴射的泡沫的裝置的分離裝置建立了適用于配置反射元件的距離。
[0040]在一種實施方式變型中，所述反射板和/或加強板通過布置在所述接近裝置上的一些彎曲裝置，優(yōu)選模具將采取一定的曲率。
[0041]有利地，Tl和T2之間的溫度差在I至30的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選為5至20°C。
[0042]所述反射元件能夠根據(jù)前面所述的要求執(zhí)行反射太陽輻射的功能。所述反射板可以為具有所需反射性能的塑料、金屬或玻璃片。另外，為了確保所述所需的反射性能，所述反射板可以設(shè)有反射涂層。
[0043]所述反射板與用于插入的所述可發(fā)泡材料接觸，從而形成具有第二加強或硬化片的夾層式結(jié)構(gòu)，因此通過由用于插入的所述材料連接的所述兩塊板的接合作用而獲得非常剛性的夾層結(jié)構(gòu)。因此所述夾層結(jié)構(gòu)的主要部件在單個制造步驟中被連接以形成單個自支撐反射元件。
[0044]雖然已經(jīng)試圖制造輕型復(fù)合熱太陽能反射鏡例如現(xiàn)有技術(shù)所述的那種太陽能反射鏡，但是這些方法需要采用中間粘合劑、層壓操作和附加的材料，并且不能有效地解決當(dāng)前行業(yè)所需的對于光學(xué)精度的高要求。所有這些在長距離情況下轉(zhuǎn)變成截取損失、最大尺寸的限制和高制造成本，因此熱太陽能工業(yè)沒有普遍使用輕型復(fù)合熱太陽能反射鏡。
[0045]在其中反射板為設(shè)有反射涂層的玻璃板的優(yōu)選實施方式中，反射涂層可以布置在板的兩個更大表面中的任一個上，兩者位于與泡沫層接觸的表面(背面)和其上太陽輻射在采用反射元件的情況下將首先入射的表面(正面)上。
[0046]不論反射涂層是布置在正面上還是布置在背面上，它可以是單層或多層(由多層構(gòu)成)類型。在前面情況中的任一種情況下，反射板可以具有反射涂層的保護(hù)層，這被認(rèn)為是必須的。
[0047]反射涂層材料可以為任意材料(例如銀、鋁等)，只要它適合于反射太陽輻射。反射涂層同樣可以通過任意合適的技術(shù)例如化學(xué)還原、在熱表面上的化學(xué)反應(yīng)、浸泡、物理氣相沉積(PVD)等沉積。同樣，反射涂層可以為在其任意表面上粘接在玻璃板上的反射板。
[0048]在有利的實施方式中，反射板其厚度小于4mm，這在必要時有利于其彎曲并且降低了重量。這些厚度小于4mm的厚反射板尤其在反射涂層沉積在背面上的情況下具有比更厚的反射板更大的反射率值。玻璃板的厚度優(yōu)選為0.8mm至4mm,更優(yōu)選為1.6mm至3_。
[0049]在玻璃板的情況下，平面玻璃基板優(yōu)選由堿石灰石英玻璃制成，其可以經(jīng)過熱處理或化學(xué)處理例如退火，以便給它提供彎曲的幾何形狀和/或改善其機(jī)械強度。
[0050]玻璃基板優(yōu)選為單片的。
[0051]加強板的材料可以為具有合適的耐候性、機(jī)械和粘附特性的任意材料。在優(yōu)選實施方式中，加強板為金屬板，例如鋁板、鍍鋅鋼板或涂漆鋼板。該材料還可以具有涂層以便改善其耐久性和/或與插入的泡沫的粘附性。金屬板的厚度優(yōu)選為0.3至1.5mm,更優(yōu)選為0.5至1.5mm,進(jìn)一步優(yōu)選的是0.5至1.0_。
[0052]加強板可以具有平面或波狀外形。有利的是，加強板的橫截面呈現(xiàn)波狀外形以增強復(fù)合反射元件的彎曲剛性，并且因此最小化反射玻璃板上的拉伸應(yīng)力。有利的是，波形外形或肋條的軸向為反射元件的最大尺寸方向。
[0053]插入的可發(fā)泡材料與反射板和加強板的表面的粘附取決于后者的表面應(yīng)力。為了確保良好的粘附，與插入材料接觸的這些表面的表面應(yīng)力值優(yōu)選大于36mN/m，更優(yōu)選大于38mN/m。在反射玻璃板的情況下，如果后者在背面結(jié)合有反射涂層和/或另外的涂層，則與泡沫接觸的涂層的最后一層必須滿足這個條件。雖然沒有限制涂層類型，但是與泡沫接觸的涂層的最后一層優(yōu)選為涂料，更優(yōu)選為聚氨基甲酸酯類型涂料。
[0054]當(dāng)玻璃板在正面上如果結(jié)合有反射涂層和保護(hù)層時，玻璃板的背面的表面將與粘性泡沫接觸。雖然發(fā)現(xiàn)足夠干凈的玻璃表面具有合適的表面應(yīng)力以確保良好的粘附，但是在背面上任選可以采用任意類型的涂層以有利于其粘附條件。
[0055]尤其有利的是采用優(yōu)選具有閉孔結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)聚氨基甲酸酯泡沫作為插入材料以形成夾層式結(jié)構(gòu)的泡沫層。該材料具有插入到反射元件中所需的耐久性、耐腐蝕性、耐候性、不滲透性、尺寸穩(wěn)定性、機(jī)械和剛性特性。然而，可以采用具有合適特性的任意可發(fā)泡產(chǎn)
品O
[0056]考慮到相對于外部應(yīng)力主要是風(fēng)負(fù)載的機(jī)械性能以及合適的復(fù)合反射元件的重量比，可發(fā)泡的插入材料在安裝好并且處于使用條件中時將優(yōu)選具有大于0.0SMpa的垂直拉伸強度(依據(jù)EN1607)和/或優(yōu)選大于2.9Mpa的垂直拉伸模量(依據(jù)EN1607)和/或大于0.08Mpa的壓縮強度(依據(jù)EN826)和/或大于2.9MPa的壓縮模量(依據(jù)EN826)。密度優(yōu)選為30至80kg/m3,更優(yōu)選為40至60kg/m3。
[0057]插入泡沫一旦粘著并且一旦形成夾層式結(jié)構(gòu)，其厚度優(yōu)選為20至200mm，優(yōu)選為40 至 80mm 或者 30 至 40mm η
[0058]用于使得反射板和加強板分開的機(jī)械分離裝置在本發(fā)明的方法中可以任選設(shè)置為在注入可發(fā)泡材料之前的步驟。所述分離裝置可以布置在夾層式結(jié)構(gòu)內(nèi)，由此它們將嵌入在其中。分離裝置另外或任選可以設(shè)置在外周中。有利的是，一旦可發(fā)泡材料已經(jīng)硬化則可以將布置在外周中的分離裝置移除，從而形成空腔，該空腔可以用于舌榫的連接件。
[0059]在本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的優(yōu)選實施方式中，沿著整個外周像邊框一樣布置有機(jī)械元件例如金屬板，用來界定所要注入?yún)^(qū)域的邊緣。
[0060]在一些情況下，當(dāng)可發(fā)泡材料暴露于紫外線輻射許多年時，它們會經(jīng)受輕微的表面老化。因此，在【具體實施方式】中，像邊框一樣布置有外周保護(hù)罩以防止紫外線輻射到達(dá)泡沫。該外周保護(hù)罩例如可以為涂漆層、金屬或塑料環(huán)。
[0061]有利的是，外周保護(hù)罩用加強板自身制成，從而它在其尺寸方面具有延伸部分，這使得能夠以對于覆蓋夾層邊緣而言所需的最小長度在周邊中制造局部彎曲部。在具體解決方案中，加強板為具有防腐保護(hù)例如鍍鋅或涂漆的金屬板。
[0062]加強板具有彎曲U形邊緣，U的底部限定了反射元件的厚度，并且它還包括用來注入可發(fā)泡材料的鉆孔。
[0063]參照這個【具體實施方式】的制造方法，在將第一接近裝置加熱至溫度Tl并且將第一反射板布置在所述第一接近裝置上之后，布置外周框架，其作用在于防止在注入時可發(fā)泡材料泄漏，加強板布置成其彎曲端部與外周框架接觸，并且將第二接近裝置加熱至與Tl不同的溫度Τ2。然后通過一些驅(qū)動裝置，壓機(jī)的接近裝置或板更靠近運動直到第二接近裝置與加強板接觸，并且通過為此在加強板的彎曲邊緣處提供的孔將發(fā)泡材料注入，并且只要泡沫固化還在進(jìn)行，就將組件保持在那個位置中。有利的是，一旦該過程結(jié)束，在兩塊板和夾層結(jié)構(gòu)的邊緣之間的接觸區(qū)域在其角部處密封以防止水汽進(jìn)入。密封材料可以是任意已知的材料，例如丁基橡膠或硅膠。
[0064]在另一個實施方式中，加強板設(shè)有用于錨固元件的外殼，所述錨固元件用于錨固在承載結(jié)構(gòu)上。在注入可發(fā)泡材料的過程之前，在將加強板布置在支撐裝置中時，將所述錨固元件，例如螺紋元件布置在加強板的外殼中。一旦插入的泡沫粘著，則用于錨固在該結(jié)構(gòu)上的錨固元件在一個端部處嵌入在夾層式結(jié)構(gòu)中，并且在另一個端部處它們可以用來與定日鏡的承載結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的機(jī)械連接。這種錨固方法不是唯一的，因為例如可以任選或另外通過焊接操作將金屬段連接在加強板上以提高系統(tǒng)的剛性和/或適合于任意錨固設(shè)計。
[0065]本發(fā)明的方法能夠制造出具有不同曲率的反射元件。為此，其上布置有第一板的支撐裝置例如模具具有所期望的曲率就足夠了。在該情況下，一旦壓制和注入過程已經(jīng)結(jié)束，則所得到的反射元件將是自支撐的并且具有所期望的曲率。第一板另外或可選地在注入和壓制過程之前具有一定的曲率。
[0066]如果需要更大的曲率，則用于支撐加強板的支撐裝置也可以具有彎曲的幾何形狀，和/或甚至加強板自身在壓制過程之前可以具有曲率。
[0067]其中在成型和粘著過程期間在單個步驟中制造自支撐復(fù)合反射元件的本發(fā)明方法相對于現(xiàn)有技術(shù)具有相當(dāng)大的技術(shù)優(yōu)點并且制造時間明顯縮短。
[0068]本發(fā)明提供用于低成本制造并且大規(guī)模生產(chǎn)自支撐復(fù)合反射器的方法，其主要應(yīng)用領(lǐng)域是通過塔式系統(tǒng)的熱太陽能發(fā)電技術(shù)。但是，本發(fā)明及其優(yōu)點也可以延伸至其他技術(shù)，這些技術(shù)需要使用平面和/或彎曲反射元件來聚集太陽能輻射，例如拋物柱面技術(shù)、圓盤技術(shù)或菲涅爾(Fresnel)技術(shù)。
[0069]注入可發(fā)泡材料時，形成夾層式結(jié)構(gòu)的兩塊板受到高壓力，因此受到高壓縮應(yīng)力。使用具有玻璃基板的反射板由于玻璃的高壓縮強度所以對于這方面尤為有利。
[0070]通過在本發(fā)明中描述的方法解決了當(dāng)前反射器的反射波紋和光學(xué)精度的問題。
[0071]在插入泡沫的兩側(cè)上的板具有相同的膨脹系數(shù)的夾層式元件的普通結(jié)構(gòu)中，包括在它們之間要進(jìn)行注入的兩個模具的該制造方法和系統(tǒng)需要在單一的溫度下加熱兩個模具，以便使得插入泡沫能夠優(yōu)選在20至40°C下固化和凝固。為此，該系統(tǒng)設(shè)有大體上由具有在該溫度下的流體，優(yōu)選為水的單個回路構(gòu)成的加熱裝置。
[0072]在本發(fā)明的反射元件的情況下，反射板和加強板具有不同的膨脹系數(shù)。這意味著，通過針對兩個模具采用具有單一加熱溫度的常規(guī)過程，在使得插入泡沫固化所需的加熱過程之后，兩種材料將具有不同的尺寸，一旦冷卻，反射板的曲率將不可避免的改變，從而喪失了由模具曲率所賦予的光學(xué)精度。
[0073]本發(fā)明人通過加入具有加熱流體的附加回路而解決了這個缺陷，從而每個模具具有自己的單獨溫度調(diào)節(jié)。在該溫度下的固化過程之后所得到的加強板和反射板的最終尺寸因此采用合適的溫度差來控制。一旦兩種材料在室溫下恢復(fù)其尺寸，則結(jié)果是反射板具有所期望的曲率，因為在恢復(fù)其原始尺寸時它不會通過加強板的機(jī)械作用而實質(zhì)上改變。
[0074]因此，根據(jù)上述制造方法，用于制造本發(fā)明的反射元件的壓機(jī)系統(tǒng)包括:
[0075]第一接近裝置，適用于支撐第一反射板；
[0076]第一加熱裝置，用于將所述第一接近裝置加熱至溫度Tl，從而所述第一反射板也獲取所述溫度Tl ；
[0077]分離裝置，適用于一旦將所述板布置在所述第一接近裝置上則所述分離裝置布置在所述反射板的外周中，并且用于與加強板接觸；
[0078]第二接近裝置；
[0079]加熱裝置，用于將所述第二接近裝置加熱至與Tl不同的溫度T2 ；
[0080]驅(qū)動裝置，用于使得所述第一接近裝置和第二接近裝置相互更靠近運動至由所述分離裝置限定的距離；以及
[0081]注入裝置，用于提供可發(fā)泡材料，從而可發(fā)泡材料完全填充在所述第一板和所述加強板之間的間隙，從而使得它們受到壓力，所述可發(fā)泡材料獲取其最終的密度并且形成粘附在兩塊板上的基本上剛性的泡沫層；和
[0082]抽出裝置，適用于抽出所述反射元件。[0083]另外，壓機(jī)系統(tǒng)的所述第一和/或第二接近裝置包括彎曲裝置，優(yōu)選為模具，用于給所述第一板I和/或第二板2提供曲率。
[0084]可選或者此外，可以通過以機(jī)械的方式補償其上形成所述反射板的模具的曲率來控制所述反射板的曲率程度，從而所得到的曲率為在尺寸恢復(fù)中的合適曲率。
[0085]有利的是，由于在插入泡沫占據(jù)著限定在兩塊板之間的空間時其表面均勻性而所需的模具加工和膨脹控制使得能夠獲得這樣的反射表面，它不僅具有所需的光學(xué)精度，而且此外沒有波紋。與其反射對應(yīng)于在其周邊具有許多不規(guī)則部的輪廓的當(dāng)前反射元件的輻射反射相比，這導(dǎo)致與太陽能圓盤的目標(biāo)形狀(在塔式電站的情況下)類似的更加均勻的輻射反射。
[0086]上述方法和系統(tǒng)都適用于大規(guī)模生產(chǎn)，并且它們還具有更多的優(yōu)點，即與上述其他方法一樣，可以在無需針對每種尺寸建立不同的工具系統(tǒng)的情況下生產(chǎn)出不同尺寸的反射器。
[0087]有利的是，該夾層式結(jié)構(gòu)的剛性和在形成它的每塊板，即反射板和加強板之間的較大接觸表面使得能夠制造出其尺寸明顯大于當(dāng)前安裝在定日鏡上的反射鏡尺寸的自支撐反射元件。另一個優(yōu)點在于，這種反射器可以具有的較大尺寸一旦在本領(lǐng)域安裝則不會妨礙其耐久能力，因為它可以設(shè)有如上所述在定日鏡的承載結(jié)構(gòu)上所需一樣多的支撐點。
[0088]有利的是，為了增強組件的機(jī)械強度并且最小化在反射玻璃板上的拉伸應(yīng)力，可以想到采用金屬網(wǎng)格結(jié)構(gòu)作為加強件，其作用類似于它在鋼筋混凝土中所起的作用。所述網(wǎng)格將在注入可發(fā)泡材料之前布置在玻璃板和加強板之間，并且將嵌入在所述夾層式結(jié)構(gòu)中，從而形成其一部分。
[0089]除了制造具有較大尺寸并且輕型的反射自支撐元件的可能性之外，該系統(tǒng)的優(yōu)點還在于，由于玻璃板形成夾層結(jié)構(gòu)的一部分，所以其后部沒有暴露出，并且最小化了在太陽能領(lǐng)域維護(hù)操作期間破裂的風(fēng)險。在安裝操作期間最常見的意外破裂的情況下，也可以最小化對于人們的實際危險。優(yōu)選的是，如果它在其使用壽命期間破裂，則反射元件將繼續(xù)執(zhí)行其反射輻射的功能，因為反射鏡板即使在破裂的情況下也保持與插入材料接觸。
[0090]有利的是，本發(fā)明的反射元件可以直接安裝在熱太陽能設(shè)備的承載結(jié)構(gòu)上，而無需中間支撐底架。
[0091]所要求保護(hù)的制造方法和所采用的材料的特性使得能夠明顯減小組裝和安裝時間，并且可以制造出具有明顯大于目前以高反射率值和光學(xué)精度制造的反射元件的表面的反射元件。
[0092]在第四發(fā)明方面中，本發(fā)明涉及包括至少一個根據(jù)第一發(fā)明方面的反射元件的定日鏡。
[0093]在第五發(fā)明方面中，本發(fā)明涉及包括至少一個根據(jù)第三發(fā)明方面的定日鏡的太陽能設(shè)備。
[0094]在該申請文件(包括權(quán)利要求書、說明書和附圖)中所述的所有特征和/或所述方法的所有步驟可以任意組合，除了這些相互排斥的特征和/或步驟的組合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0095]為了更好的理解本發(fā)明及其目的和優(yōu)點，說明書附有以下附圖，其中:[0096]圖1顯示出根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合反射元件的平面實施方式；
[0097]圖2顯示出根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合反射元件的彎曲實施方式；
[0098]圖3A-3C顯示出本發(fā)明反射元件的三個實施方式的橫截面；
[0099]圖4A-4C顯示出圖3A的細(xì)節(jié)A的三個實施方式；
[0100]圖5A-5B顯示出圖3A的細(xì)節(jié)B的兩個放大視圖；并且
[0101]圖6A-6C顯示出其中加強板自身用作反射元件的外周保護(hù)罩的實施方式的視圖。【具體實施方式】
[0102]圖1顯示出根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合反射元件的平面實施方式，其包括鏡面玻璃板1、加強板2 (例如金屬板等)和泡沫層3 (例如聚氨基甲酸酯等)。雖然在這些附圖中沒有清楚顯示出，但是玻璃板I具有適當(dāng)?shù)姆瓷渫繉?。圖2顯示出具有相同結(jié)構(gòu)的反射元件，其唯一差別在于它具有一定的曲率，這在反射元件的某些用途中是合適的。
[0103]在兩個實施方式中，可以看到，加強板2呈現(xiàn)出一定的波紋狀外形。加強板2的波紋狀外形提高了反射元件的抗彎剛度，并且最小化了在反射玻璃板I上的拉伸應(yīng)力。
[0104]圖3A-3C顯示出本發(fā)明反射元件的三個實施方式的橫截面。在圖3A中，觀察到，加強板2呈現(xiàn)平面輪廓，而在圖3B和3C中，加強板2呈現(xiàn)出波形輪廓，具有沿著與圖面垂直的方向延伸的一系列肋條，這些肋部在圖3B的情況下比在圖3C的情況更加相互靠近。
[0105]另外，分別在圖4和5中放大的兩個細(xì)節(jié)在圖3A中采用虛線表示出。
[0106]圖4顯示出放大的圖3A的細(xì)節(jié)A的不同實施方式，對應(yīng)于在玻璃板的邊緣區(qū)域中的反射元件的方案。
[0107]在圖4A中看到反射元件的玻璃板I和泡沫層3的一部分。在該實施方式中，反射涂層4設(shè)在玻璃板I的背面上，并且在反射涂層4上設(shè)有一層或多層涂料5。為了保護(hù)在反射涂層4的區(qū)域中的玻璃板I的邊緣，反射元件具有邊緣保護(hù)側(cè)層7。圖4B的實施方式顯示出具有與圖4A的相同的層結(jié)構(gòu)的反射元件。在該情況下，反射元件具有用來保護(hù)邊緣的保護(hù)凸緣8。圖4C顯示出這樣的實施方式，其中作為保護(hù)元件，泡沫層3不僅在玻璃板I和加強板2之間延伸，而且還沿著玻璃板I的邊緣延伸。
[0108]圖5A和5B顯示出兩個視圖，即在圖3A中所示的細(xì)節(jié)B的截面圖和剖面視圖。在該實施方式中，泡沫層3包括具有M8內(nèi)螺紋11的機(jī)械緊固元件6，例如圓柱襯套、鉚釘?shù)?。所述元件可以在反射元件的制造時在可發(fā)泡材料中導(dǎo)入，從而一旦泡沫已經(jīng)硬化則它們保持嵌入。該實施方式的加強板具有與緊固元件6對應(yīng)的鉆孔9，這使得能夠?qū)肼葆敾蚵菟ㄒ匀菀椎貙⒎瓷湓^固在定日鏡的支撐結(jié)構(gòu)上。如果需要，可以通過在泡沫、緊固元件6和加強板2之間用于加強固定的連接中的焊接或粘接位置點10來實施嵌入在泡沫中的緊固元件6的布置。
[0109]在這些附圖中示意性所示的反射元件可以通過下述的方法制造出。
[0110]將玻璃板I安放在第一接近或支撐裝置，例如第一模具上，加熱至溫度Tl。該模具必須進(jìn)行精確的機(jī)械加工，從而確保玻璃板I的尺寸和幾何形狀?？梢源_保玻璃板I的位置，并且可以用布置在模具中的側(cè)面止動件系統(tǒng)來調(diào)節(jié)其不同的尺寸。當(dāng)布置在支撐裝置中時玻璃板I可以設(shè)有反射涂層4，或者反射涂層4可以設(shè)在已經(jīng)形成的夾層式結(jié)構(gòu)的玻璃板的暴露表面上。[0111]然后將外周框架安放在板I的外周以防止在注入時可發(fā)泡材料泄漏，加強板2布置成其彎曲端部與外周框架接觸，并且將第二接近裝置或模具加熱至與Tl不同的溫度T2，從而加強板也獲取所述溫度T2。第二模具的加工公差也必須確保加強板2的尺寸要求。模具的側(cè)面止動件系統(tǒng)使得加強板2定位并且能夠調(diào)節(jié)其不同的尺寸。
[0112]模具通過壓機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)并且在系統(tǒng)保持在該位置中的情況下相互靠近運動，如此注入可發(fā)泡材料，從而它完全填充在兩塊板1、2之間的間隙，從而使它們受到壓力。最后，讓泡沫變得緊致并且完全粘接在兩塊板1、2上，直到它完全安置好，從而形成插入泡沫層3。
[0113]在一個實施方式中，反射板I為設(shè)有反射涂層的玻璃基板和具有相同防腐性的保護(hù)件。Tl和T2之間的溫度差為I至30°C，優(yōu)選為5至20°C，并且固化時間為5至30分鐘，并且優(yōu)選為10至18分鐘。
[0114]當(dāng)這些模具分開時，通過兩塊板1、2和插入泡沫形成的組件將形成具有適用于執(zhí)行其功能的光學(xué)反射性能、機(jī)械性能(剛性、輕型等)和尺寸性能的單個復(fù)合反射元件組件。
[0115]如果期望反射元件像在太陽輻射聚集應(yīng)用中常見的呈現(xiàn)一定的曲率，其上布置有第一板的支撐裝置具有所期望的曲率就足夠了，另外或者可選的是，第一板I在注入和壓制過程之前可以具有一定的曲率。
[0116]如果需要更大的曲率，則用于支撐加強板2的支撐裝置也可以具有彎曲的幾何形狀，和/或甚至加強板2自身在壓制過程之前可以具有曲率。
[0117]在圖6A-6C中所示的一個實施方式中，反射元件包括作為框架的外周保護(hù)罩，用來防止紫外線輻射到達(dá)泡沫層3。所述外周保護(hù)罩由加強板2自身制成，從而它在其尺寸方面具有延伸部，這使得在外周中能夠以覆蓋夾層邊緣所需的最小長度形成彎曲部。
[0118]加強板2具有彎曲U形邊緣、覆蓋著反射元件邊緣，即反射元件的厚度的大部分的第一部分15和在前面一個之后用來通過密封繩13封閉反射元件的外周的第二部分14。
[0119]有利的是，反射元件包括用來注入可發(fā)泡材料的孔12。在【具體實施方式】中，所述孔12位于反射元件的邊緣處，具體位于由加強板2自身形成的外周保護(hù)罩的第一部分15中。
[0120]從力學(xué)角度出發(fā)，已經(jīng)進(jìn)行了計算以相對于在使用期間的外部應(yīng)力將本發(fā)明的反射元件的機(jī)械強度量化。
[0121]由于在所選參數(shù)方面的可能性范圍較大(不同玻璃厚度、不同金屬板和泡沫厚度、不同金屬板幾何形狀等)，所以如所示一樣已經(jīng)考慮了平均情況。它由復(fù)合板構(gòu)成，其具有2_厚的玻璃板、0.5mm厚的加強板和總厚度為40_的反射元件。該面板的組成元件的基本數(shù)據(jù)如下:
[0122]玻璃:
[0123]彈性模量(E)= 70000MPa
[0124]容許拉伸力:IOMPa
[0125]在牽引下的極限抗拉強度:40MPa
[0126]在壓縮下的極限抗拉強度:IOOOMPa
[0127]密度:每毫米厚度2.5kg/m2
[0128]聚氨酯泡沫體:[0129]彈性模量(E)= 3MPa
[0130]容許可壓縮/拉伸應(yīng)力:0.1MPa
[0131]容許剪切應(yīng)力:0.025MPa
[0132]密度:40kg/m3
[0133]鋼板(鍍鋅或涂漆的)
[0134]平面幾何形狀
[0135]彈性模量(E)= 2IOOOOMPa
[0136]容許應(yīng)力(屈服):240MPa
[0137]重量(來源:商業(yè)數(shù)據(jù)):4.7kg/m2
[0138]計算包括確定所有材料的當(dāng)量截面以獲得組件的中心軸。在這方面之后，通過納唯葉(Navier)定律獲得每種材料的最大彎曲力矩(根據(jù)其閾值應(yīng)力)。隨后，通過獲得在
2.4米支撐件(等同于當(dāng)前定日鏡設(shè)計的支撐件)之間的距離，獲得該組件可以承受的最大負(fù)載，然后將所述負(fù)載轉(zhuǎn)變成等同的動壓力(以及因此風(fēng)速)。
[0139]所有這些計算都是在線性考慮條件、微小變形理論和持續(xù)時間較短并且逐漸施加的負(fù)載并且采用彈性和非彈性支撐件的情況下進(jìn)行的。已經(jīng)估計出玻璃和泡沫在牽引和壓縮下的限制，同時在缺乏粘性粘接的情況下估計出泡沫的剪切應(yīng)力。但沒有考慮粘接。
[0140]這種具體情況的結(jié)果在于能夠抵抗超過104Km/h的風(fēng)，并且組件中沒有任何破裂，暴露在最糟糕的情況場景(風(fēng)在金屬板的側(cè)面上，并且受風(fēng)角完全垂直于風(fēng)的方向)。顯然，在設(shè)計幾何形狀或材料方面的任何變化將改變結(jié)果，這在加強板的幾何形狀為該部分提供更大的慣性的情況下甚至?xí)?。在該情況中該組件的重量為11.2kg/m2。
【權(quán)利要求】
1.一種具有夾層式結(jié)構(gòu)的反射元件，包括適用于反射太陽輻射的反射板(I)、加強板(2)和布置在所述反射板(I)和所述加強板(2)之間的泡沫層(3)。
2.如權(quán)利要求1所述的反射元件，其特征在于，所述反射板(I)為設(shè)置有反射涂層(4)的玻璃板。
3.如權(quán)利要求2所述的反射元件,其特征在于,所述玻璃板(I)的厚度為0.8mm至4mm,優(yōu)選為1.6mm至3_。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的反射元件，其特征在于，所述加強板(2)由金屬制成。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的反射元件，其特征在于，所述加強板(2)的厚度為0.5mm 至 1.5mm,優(yōu)選為 0.5mm 至 Imnin
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的反射元件，其特征在于，所述加強板(2)呈現(xiàn)出波形輪廓。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的反射元件，其特征在于，所述泡沫層(3)的厚度為20mm至200mm,優(yōu)選為40mm至80mm或者為30mm至40mmη
8.如前述權(quán)利要求中任一項所述的反射元件，其特征在于，所述泡沫層(3)的密度為30 kg/m3 至 80kg/m3,優(yōu)選為 40 kg/m3 至 60kg/m3。
9.如前述權(quán)利要求中任一項所述的反射元件，其特征在于，所述泡沫層(3)為硬質(zhì)聚氨基甲酸酯泡沫，優(yōu)選為具有閉孔結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)聚氨基甲酸酯泡沫。
10.如前述權(quán)利要求中任一項所`述的反射元件，其特征在于，所述反射板(I)和/或所述加強板(2)與所述泡沫層(3)接觸的表面具有涂層以增加附著性。
11.如前述權(quán)利要求中任一項所述的反射元件，其特征在于，包括用于局部或完全保護(hù)所述反射元件的邊緣的外周保護(hù)罩(7、8)。
12.如權(quán)利要求11所述的反射元件，其特征在于，所述外周保護(hù)罩通過加強板(2)自身形成，其優(yōu)選在外周中具有U形彎曲部(15、14)，并且具有覆蓋所述反射元件的邊緣所需的長度以及密封繩(13)。
13.—種包括至少一個如前述權(quán)利要求中任一項所述的反射元件的定日鏡。
14.一種包括如權(quán)利要求13所述的至少一個定日鏡的太陽能裝置。
15.一種在壓機(jī)系統(tǒng)中制造反射元件的方法，該壓機(jī)系統(tǒng)包括第一接近裝置和第二接近裝置，所述方法包括以下步驟: 將所述第一接近裝置加熱至溫度Tl ； 將第一反射板(I)布置在所述第一接近裝置上，所述反射板(I)獲取所述溫度Tl ； 將分離裝置布置在所述反射板(I)的外周； 將加強板(2)布置成與所述分離裝置接觸； 將所述第二接近裝置加熱至與Tl不同的溫度T2 ； 使得所述第一接近裝置和第二接近裝置相互靠近運動，從而所述第二接近裝置接觸所述加強板并且它獲取溫度T2 ;并且 如此設(shè)置可發(fā)泡材料，從而它完全填充在所述第一板(I)和所述加強板(2)之間的間隙，從而使它們受到壓力，所述可發(fā)泡材料獲取其最終的密度并且形成粘附在兩塊板上的基本上剛性的泡沫層(3);并且一旦所述泡沫層(3)固化的過程結(jié)束，則抽出所述反射元件(I)并且在室溫下冷卻。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，包括在所述反射元件的第一板(I)的暴露表面上設(shè)置反射涂層。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，在Tl和T2之間的溫度差為I至30°C，優(yōu)選為5至20°C。
18.如權(quán)利要求15至17中任一項所述的方法，其特征在于，所述第一接近裝置和/或第二接近裝置包括彎曲裝置，優(yōu)選為模具，用來給所述第一板(I)和/或第二板(2)提供曲率。
19.如權(quán)利要求15至18中任一項所述的方法，其特征在于，所述第一板(I)為具有反射涂層的玻璃板。
20.一種用于制造反射元件的壓機(jī)系統(tǒng)，包括: 第一接近裝置，適用于支撐第一反射板(I); 第一加熱裝置，用于將所述第一接近裝置加熱至溫度Tl，從而所述第一反射板(I)也獲取所述溫度Tl ； 分離裝置，適用于一旦將所述板布置在所述第一接近裝置上則布置在所述反射板(I)的外周中，并且用于與加強板(2)接觸； 第二接近裝置； 加熱裝置，用于將所述第二接 近裝置加熱至與Tl不同的溫度T2 ； 驅(qū)動裝置，用于使得所述第一接近裝置和第二接近裝置相互更靠近運動至由所述分離裝置限定的距離；以及 注入裝置，用于提供可發(fā)泡材料，從而它完全填充在所述第一板(I)和所述加強板(2)之間的間隙，從而使得它們受到壓力，所述發(fā)泡材料獲取其最終的密度并且形成粘附在兩塊板上的基本上剛性的泡沫層(3);和抽出裝置，適用于抽出所述反射元件。
21.如權(quán)利要求20所述的用于制造反射元件的壓機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一接近裝置和/或第二接近裝置包括彎曲裝置，優(yōu)選為模具，用于給所述第一板(I)和/或第二板(2)提供曲率。
【文檔編號】F24J2/10GK103518103SQ201280023224
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月14日
【發(fā)明者】費利克斯·艾因斯·伊瓦龍多 申請人:里奧玻璃太陽能有限公司