具有非常大集束比的校正全反射反射器的混合式光致电压集束系统

摘要

本发明涉及具有弯曲矩形全反射棱镜的新型抛物型全反射反射器，它消除常规抛物型TRR中常规矩形棱镜的漫射缺陷，因此，可以实现精确的聚焦和高的集束比(500至1500个太阳或更多)。此外，本发明还涉及具有全反射壁，具有弯曲矩形全反射棱镜的新型太阳能波导，它消除常规空心太阳能波导中常规矩形棱镜处的漫射现象(和损耗)，并在相同损耗水平下增大一个或多个数量级，和太阳能波导的范围。本发明还涉及混合式集束太阳能系统，它利用有上述弯曲矩形全反射棱镜的校正抛物型反射器，并可以实现太阳能加热，冷却能和电能的适当价格，本发明还涉及一种混合式太阳能系统，它能够在上述的太阳能波导中建立窄光束，利用太阳能照明替换建筑物照明以及生产热能，冷却能和电能。

主权项

1.一种用于太阳能照明、太阳能空调和太阳能水浴加热的单点聚焦的第一太阳能系统S/S(500_A)，其特征是，它配置校正的主抛物型全反射反射器(501_A)和次全反射反射器以及校正的第一太阳能波导(551_A)和太阳能波导第一附件(571_A)及太阳能波导第二附件(581_A)，其中相应地为主抛物型全反射反射器(007_A)配置第一弯曲矩形棱镜CRP，为次全反射反射器(007′_A)配置第二弯曲矩形棱镜CRP，并且为校正的第一太阳能波导(551_A)配置第三弯曲矩形棱镜CRP，其中，该第一太阳能系统S/S(500_A)是为在建筑物内提供太阳能照明同时产生冷却和热能而设计的，且其中实现的第一太阳能系统S/S(500_A)结构元件的结构，有如下描述的特征：主抛物型全反射反射器PTRR(501_A)包含抛物型反射器中的一个部分，且该部分可以理解为完整反射器中的任何一个部分和包括完整的反射器，主抛物型全反射反射器PTRR(501_A)包含1、2、3、4或更多个建立在合适抛物型基片上的第一全反射瓦片TTR(131_A)，每个瓦片的尺寸为20×20cm；主抛物型全反射反射器(501_A)和第一全反射瓦片(131_A)的材料包括：没有氧化铁的水透明玻璃或自撑式或支撑在合适基片上的透明塑料，特征还在于：第一全反射瓦片TTR(131_A)的第一前表面(113_A)有光滑的抛物型形状，而第一后表面(113_Γ)也是抛物型和浅浮雕形状，并包含第一校正矩形棱镜(114_A)，其第一顶点(115_A)会聚并交于完整抛物型全反射反射器(101_A)的第一顶点(102_A)，在这里与主抛物型全反射反射器PTRR(501_A)重合，而第一校正矩形棱镜的截面H′₁Θ′H′₂的侧面H′₁Θ′和Θ′H′₂不是直线，但它们是所述第一校正矩形棱镜的校正曲线，由此成功地实现精确的聚焦，其中所述第一校正矩形棱镜的截面H′₁Θ′H′₂，是作为完整抛物型全反射反射器的第一外表面(002_A)与垂直于第一校正矩形棱镜(007_A)的第一顶点(102_A)切线的第一平面(013_A)在点Θ′上的截面而得到的，其中第一平面(013_A)在点O₁与完整抛物型全反射反射器的内表面(004_A)相交，且它在点O₁区域中与第一内表面(004_A)的交线，近似于半径为的圆的第一内圆周II₁(013_A)，其中E位于完整抛物型全反射反射器的第一轴(003_A)上，因为它是与第一平面(013_A)的截点，且为简单起见，E₀是在第二内圆周(005_A)的面上通过点O₁来的主抛物型全反射反射器PTRR(501_A)的焦点，并垂直于完整抛物型全反射反射器的第一轴(003_A)，特征还在于：所述第一太阳能系统S/S(500_A)还有指向太阳的第一对称轴(511_A)和第一水平旋转轴(512_A)及第一垂直旋转轴(512_Γ)，其中，指向太阳的第一对称轴(511_A)是主抛物型全反射反射器PTRR(501_A)和次全反射反射器STRR(201_A)的对称轴，第一水平旋转轴(512_A)是旋转的水平轴，而第一垂直旋转轴(512_Γ)分别是系统的抛物型全反射反射器PTRR(501_A)和次全反射反射器STRR(201_A)旋转的垂直轴，特征还在于：主抛物型全反射反射器PTRR(501_A)建立在金属第一支撑架(505_A)上，该金属第一支撑架(505_A)建立在第一垂直旋转机构(508_A)上，该第一垂直旋转机构(508_A)建立在第一水平旋转机构(508_B)上，并借助两个轴承(508_Γ)的帮助，使第一水平旋转机构(508_B)建立在第一支撑底座(510_B)上，特征还在于：次全反射反射器STRR(201_A)包含设计成有适当尺寸的旋转椭球型的反射器的一部分，其中该一部分是指包括整个椭球型反射器的任何形状的一部分，特征还在于：次全反射反射器STRR(201_A)包含1、2、3、4或更多建立在金属第二支撑架(507_A)上的第二全反射瓦片TTR(231_A)，该金属支撑架建立在所述第一支撑架(505_A)上，特征还在于：具有校正的第一弯曲矩形棱镜的主全反射反射器(501_A)建立宽光束射线(052_A)，它入射并被配置有校正的第二弯曲矩形棱镜(214_A)的次反射器(201_A)反射回去，该次反射器(201_A)放在第一焦点(504_A)或第二焦点(104_A)之后，以便使太阳的像收缩到需要的等级，并据此产生有需要光束角在±5°范围的窄光束(053_A)，它还有如下特征：该第一太阳能系统S/S(500_A)在它聚焦在第三焦点(504′_B)之前，具有窄光束射线(053_A)的第一反射媒体(231_C)，该反射媒体构造成有平行后表面全反射棱镜的全反射反射器，以45°角朝向窄光束轴(053_A)放置，非常接近第三焦点(504′_B)和非常接近第一太阳能波导(551_A)的入口，因此它把窄光束(053_A)反射进所述第一太阳能波导(551_A)，该第一太阳能波导(551_A)以它的开口接近被反射的窄光束(053_A)的第三焦点(504′_B)放置，且所述第一太阳能波导(551_A)的第二轴(553_A)与窄光束(053_A)之一平行，当建筑物内不需要太阳能照明的情况或白天的时间中，可以移开第一反射媒体TRR(231_Γ)或它们中的一些，从而窄光束将直接聚焦在选择的黑吸收剂表面(562_A)，该黑吸收剂表面(562_A)放在第三焦点(504′_B)上，该焦点(504′_B)将把窄光束(053_A)的热能转移进工作流体(502_E)，利用该工作流体(502_E)作为热水，特征还在于：通过第一太阳能波导(551_A)的太阳光谱的射线的窄光束(053_A)，被传送到建筑物内部，通过第一太阳能照明器材(591_A)，用于自然的太阳能照明，其特征是，第一太阳能照明器(591_A)包括用调光器校正的荧光灯照明器件，其中太阳能光通过小直径的第一太阳能波导(551_A)或通过大直径的光纤释放，且其中进入房间的恒定照明强度的获得，由采用的调光器保证，该调光器按第一太阳能照明器材(591_A)释放的相对于太阳能通量增减的相反的关系，通过降低或增大荧光灯的光通量，保持照明强度的恒定，特征还在于：第一校正弯曲矩形棱镜的侧面H′₁Θ′和Θ′H′₂，仅在每一第一校正弯曲矩形棱镜的角度H′₁Θ′H′₂的第一顶点Θ′周围的小区域dz中必须是矩形，且特征还在于：在侧面H′₁Θ′和Θ′H′的任何其他点，侧面H′₁Θ′和Θ′H′₂必须给出等于角度的1/2的曲率角度其中是第一内圆周(013_A)在点K′₁的切线与第一内圆周(013_A)在中心点O₁的切线形成的角度，这意味着，它必须在第一校正弯曲矩形棱镜的侧面中侧面H′₁Θ′的每个点K₁上和在侧面Θ′H′₂的每个有关点K₂上，是有效的，其中有关的每个时间点K₁，对应于垂直入射于基准太阳能射线(006_A)的第一内圆周(013_A)上的矢量分量AK′₁与第一校正弯曲矩形棱镜有关侧面H′₁Θ′相交的每一时间点，而有关的每个时间点K₂，则对应于从点K₁反射的矢量分量K₁K₂与第一校正弯曲矩形棱镜有关侧面Θ′H′₂相交的每一时间点，这里的分析对第一内圆周(013_A)的面上的基准光线(006_A)的矢量分量AK′₁和K₁K₂有效，特征还在于：透明介质制成的第一弯曲矩形棱镜H′₁Θ′H′₂的每个侧面Θ′H′₁和Θ′H′₂，将给出随离第二顶点Θ′的距离增大的曲率它在Θ′H′₁和Θ′H′₂的每个时间点K₁或K₂的曲率角等于第一内圆周(013_A)每个时间点K′₁或K′₂上对应角的一半，而在第二顶点Θ′上，我们将有Θ′H′₁和Θ′H′₂的直角相交，特征还在于：通过使用合适的计算机程序，能够制作有关的玻璃压力铸模，并通过实现最可能地逼近值的获得最精确的聚焦，是取决于每次必需的聚焦精度对应角的一半，校正主抛物型全反射反射器(501_A)的再一个特征是，校正主抛物型全反射反射器(501_A)利用第一弯曲矩形棱镜(007_A)来校正常规未校正的抛物型全反射反射器(501_a)的不良聚焦，使之精确地聚焦，从而能够实现非常大的集束比，数量级是500-1000个太阳或更多，其中用折射率的透明材料制作校正主抛物型全反射反射器(501_A)，其中校正主抛物型全反射反射器(501_A)包含1、2、3、4或更多个建立在合适抛物型基片上的第一全反射瓦片TTR(131_A)，它们由第一浮雕外表面(002_A)构成，该浮雕外表面(002_A)承载第一弯曲矩形棱镜，该校正主抛物型全反射反射器(501_A)有第一对称轴(003_A)、光滑的第一抛物型内表面(004_A)、第二内圆周(005_A)、基准入射光线(006_A)、出射光线K′₂₀Δ₀″、焦点E₀、第一内圆周(013_A)水平上的辅助焦点E、第一校正弯曲矩形棱镜、第一高度(008_A)的校正弯曲矩形棱镜(007_A)、第一宽度(009_A)的校正弯曲矩形棱镜(007_A)、第一直径(010_A)的第二内圆周(005_A)，所述第一太阳能系统S/S(500_A)的又一个特征是，它配备包含第二全反射瓦片(231_A)的校正次全反射反射器(201_A)，其第二前表面(213_A)有光滑的旋转椭球型，而其第二后表面(213_Γ)也是椭球型和浮雕式，并包含校正的第二弯曲矩形棱镜(214_A)，它的第二顶点(215_A)会聚到次全反射反射器(201_A)的第二顶点，同时，被垂直于各自第二顶点(215_A)的平面校正的第二弯曲矩形棱镜(214_A)剖面构成的第二侧面(233_C)，不是直线，但它们是校正的曲线，其中的第二弯曲矩形棱镜(214_A)，是作为第一校正弯曲矩形棱镜(007_A)构造的，但它们以如下事实为特征，它们是代替抛物面的旋转椭球面，且它们有结构元件，这些结构元件有相同码名并以第一弯曲矩形棱镜描述，但这里，它们的结构元件的所有码名表示为第二对称轴、第二内圆周、第二弯曲矩形棱镜的第二高度、第二弯曲矩形棱镜的第二宽度和第三内圆周的第二直径，其中，所述第一太阳能系统S/S(500_A)特征还在于，它配备有第三校正弯曲矩形棱镜(556_A)的第一校正太阳能波导(551_A)，这是有小辐射损耗或小辐射泄漏到外部的空心太阳能波导，再一个特征是，包括校正的第三弯曲矩形棱镜(556_A)，特征还在于：该第一校正的太阳能波导(551_A)包含有第一薄壁(554_A)的第一空心管道(551_A)，由非常低的吸收太阳能辐射因子的透明材料制成，特征还在于：第三管道(551_A)的第三内表面是光滑的圆柱形，直径在几个厘米至几十个厘米或更大的范围，特征还在于：第一太阳能波导(551_A)的第一薄壁(554_A)有光滑的第三圆柱形内表面，同时，它们的第三外表面也有平行于校正的第三弯曲矩型棱镜(556_A)的圆柱形浮雕，它们的第三顶点(557_A)平行于第一太阳能波导的第三轴(553_A)，且它们的第三顶点角(558_A)仅在第三顶点(557_A)附近的小区域内是90°，特征还有，该第三弯曲矩型棱镜H′₁Θ′H′₂的每一侧面Θ′H′₁和Θ′H′₂，将给出随离第三顶点(557_A)的距离增大的曲率，它在Θ′H′₁和Θ′H′₂每一点K₁或K₂上的曲率角，将等于其中是上述第三内圆周(555_A)在点K′₁的切线与第四内圆周(555_A)在中心点O₁的切线形成的角，而n是第一太阳能波导材料的折射率，特征还在于：用第三弯曲矩形棱镜(556_A)对横向角度下入射的光线施加的校正不是100％的，即，出射光线不是完全平行于入射光线，特征还在于：第三弯曲矩型棱镜(556_A)的第三外表面被覆盖合适的透明保护层(562_A)，最后还受外部的塑料层(563_A)保护，还有的特征是，第一太阳能波导(551_A)的直径使得当我们从该第一太阳能波导(551_A)的部分的第三内圆周(555_A)向第三中心(552_A)观看时，使第一太阳能波导(551_A)接近焦点一端的聚焦窄光束(053_A)将在约10°-20°的光学角度的圆内一取决于第一波导壁(554_A)的透明材料折射率，为的是使该窄光束(053_A)在第三弯曲矩型棱镜(556_A)的全反射角内，也在配备第二全反射反射器(571_A)和(581_A)的太阳能波导元件(571_A)和(581_A)的有关全反射角内，特征还在于：第一太阳能波导(551_A)与第一角度元件(571_A)及第一集束或分布元件(581_A)的组合，允许向建筑物内相应的第一太阳能照明器件(591_A)建立第一收集网络(590_A)和第一分布网络(590_B)，其中也可以给第一照明器件(591_A)提供有调光器的常规灯，以便每天补偿太阳能光在夜间的减少，特征还在于：第一太阳能波导(551_A)是直的部件，以便最大利用输入窄光束(053_A)，其中，太阳能波导(551_A)也可以接受它们的路由轴的角度变化，直到每次实现全反射所允许的极限，其中沿路由方向要求大的方向变化-高达90°-则由第一角度元件(571_A)实施，该角度元件由输入和输出第一太阳能波导(551_A)一围绕它们的轴固定和旋转，和一个常规第三反射器(574_A)构成，该反射器对角度的宽光束(052_A)或对角度的窄光束(053_A)有高的反射率，这是借助有平行矩形棱镜(576_A)的第一全反射反射器(575_A)实现的，这些矩形棱镜(576_A)的第四顶点线(577_A)平行于定义第一输入部分(572_A)和第一输出部分(573_A)的第五轴(578_A，579_A)的水平线，其中的第三反射器(574_A)或第一反射器TRR(575_A)，与第一太阳能波导的第三轴(553_A)成45°角放置，为的是使发送的窄太阳能光束(053_A)的方向改变90°，特征还在于：为了来自一个更大太阳能波导中各种小的第一太阳能波导(551_A)的许多窄光束(053_A)的输入，利用多角度元件(581_A)，它有由许多第一全反射反射器(575_A)构成的多边形反射面(582_A)，每个全反射反射器与相对的第一太阳能波导(551_A)的第三轴(553_A)成45°角，被适当地支撑在多孔的坚实外壳(583_A)上，以便来自各个小直径的第一太阳能波导(551_A)的窄光束(053_A)，进入较大的第二太阳能波导(561_A)，或相反，以便来自较大的第二太阳能波导(551′_A)的光束的出射，并在与第二太阳能波导(551′_A)的第五轴(553′_A)成90°角的情况下，被分配进许多排列成圆形的较小的第一太阳能波导中，特征还在于：为了使太阳能辐射从较大的第二太阳能波导缩小到较小的第一太阳能波导，使用了减法角度元件(571′_A)，该减法角度元件(571′_A)由第三圆形的常规反射器或全反射反射器构成，以45°角放置在较大的第二太阳能波导(551′_A)内部，并以90°拐角通过横向圆形开口(562_A)，把反射的窄太阳能光束(053_A)发送进较小的第一太阳能波导(551_A)中，该较小太阳能波导(551_A)开始的直径等于开口(562_A)的直径。