透光太陽能收集器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能收集器并且更具體地涉及熱太陽能收集器。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能收集器將太陽光轉(zhuǎn)換為熱能、電能、或化學(xué)能、或這些多種能量的組合。為此，太陽能收集器使用對接收到的太陽輻射中的全部或一些進(jìn)行吸收或轉(zhuǎn)換的材料。該吸收取決于使用的吸收材料且取決于太陽輻射的波長。理想地，黑體可吸收大部分太陽輻射并將其轉(zhuǎn)化為熱，這提高了收集器的溫度。
[0003]利用該原理的熱太陽能板通常是不透光的，因為它們吸收可見光范圍內(nèi)的波長，并且也吸收紫外線和紅外線范圍中的波長。
[0004]然而，在某些應(yīng)用中使用對可見光透光并只收集太陽光譜的紫外線和/或紅外輻射的太陽能收集器可能是有利的。這特別是在需要能量來調(diào)節(jié)房間或溫室的溫度，同時在這些空間中需要自然光的建筑和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的情況。
[0005]為了簡化語言，用語“透光”隨后將被用于表示讓可見光透過的透光元件，與其在其他波長范圍內(nèi)的性能無關(guān)。
[0006]已存在具有反射紅外輻射的性質(zhì)的透光玻璃嵌板，但該輻射不是被收集來用于加熱目的的，或者它雖然被收集但是效率非常低。
[0007]也存在稱為“頂動態(tài)(parietodynamic) ”的玻璃嵌板，其由透光的三個玻璃制品(glazing)組成，通過溫室效應(yīng)而被加熱的空氣流在其內(nèi)流動，也就是說，該玻璃保持其接收到的紅外福射的一部分，同時形成朝外的隔熱屏障。在不同玻璃壁(glazed wall)之間被加熱的空氣被迫使進(jìn)入臨近的房間以加熱其，同時使外部的光能夠透過玻璃嵌板。由于普通的透光玻璃嵌板只吸收少量紅外輻射，故該設(shè)備的效率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的
[0009]本發(fā)明主要的目的是通過光學(xué)裝置來改善透光熱太陽能收集器的效率，該光學(xué)裝置將提高不可見太陽能(主要是紅外輻射)的收集度，同時為所述收集器保持對可見光的良好透光度。
[0010]本發(fā)明的另一個目的是提出一種用于收集太陽能的設(shè)備，其是透光或半透光的，并且其透光度和紅外輻射的收集度可通過適當(dāng)?shù)剡x擇使用的材料來容易地調(diào)節(jié)。
[0011]本發(fā)明的另一個目的是提出一種用于收集太陽能的設(shè)備，其簡單且經(jīng)濟(jì)，并且可容易地集成到各種支撐結(jié)構(gòu)中，以使該太陽能收集器能夠用在多種應(yīng)用環(huán)境中，不管是特別地用于建筑、運(yùn)輸裝置還是其他環(huán)境。
[0012]本發(fā)明的概述
[0013]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備由一個或更多個透光玻璃壁(也簡單地稱為玻璃嵌板)構(gòu)成，該透光玻璃壁或者被循環(huán)空氣空間隔開，或者互相黏附地接合并靠近空氣空間，它們可通過該空氣空間來執(zhí)行熱能的傳遞。
[0014]各玻璃嵌板或玻璃壁包括兩個面，即稱為外面的一個面和稱為內(nèi)面的一個面，已知外面將被限定為暴露于入射光，特別是太陽光，且內(nèi)面面向相反方向。
[0015]第一玻璃壁接收外部太陽光。根據(jù)本發(fā)明，該第一玻璃壁已在表面處或其主體內(nèi)經(jīng)歷光學(xué)處理，以便使透過其的光(例如圓形地)偏振。該圓偏振可以在如下方向上實現(xiàn)，該方向按照慣例或者對于左側(cè)偏振平面是“左旋”的，或者對于右側(cè)偏振平面是“右旋”的。該第一玻璃壁的旋轉(zhuǎn)能量是由于包括在其表面上或其主體內(nèi)的不對稱微觀結(jié)構(gòu)，諸如例如如下原子排列，該原子排列形成分子或晶體的不對稱空間幾何圖形，以至于該幾何圖形不可與其鏡象疊加(superimpose)。這兩個不對稱微觀結(jié)構(gòu)(互相是彼此的鏡像但不能夠疊加)具有使光波的電場沿相反方向旋轉(zhuǎn)的已知性質(zhì)。該旋轉(zhuǎn)性質(zhì)由用語“旋光性(opticalactivity) ”和/或“圓雙折射”定義。其通過使用特定的有機(jī)化合物例如糖(鹿糖，果糖，葡萄糖)而獲得。
[0016]使得可能給予玻璃嵌板該圓雙折射特性的技術(shù)對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的，并且不會詳細(xì)描述。將簡單地提及這些技術(shù)中的一個，例如如下一個技術(shù):其在于使兩個旋光性表面疊加，第一表面具有使光以線性方式偏振的特性，且另一個表面具有使光波的電分量減慢四分之一波長的特性。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，反射裝置在入射光的光學(xué)路徑上布置在偏振裝置的后面。這些反射裝置例如布置在在表面上或者其本體內(nèi)本身也已經(jīng)歷光學(xué)處理的第二玻璃壁上，以便反射入射的紅外輻射，同時讓可見光的更多或更少部分透過。
[0018]眾所周知，被第二玻璃嵌板反射的偏振紅外輻射在其反射期間將看到其偏振平面變化。特別地，以下為波動光學(xué)的特性:當(dāng)被反射表面(特別是玻璃表面或金屬表面)反射的時候，偏振平面為右旋的電磁波變?yōu)樽笮?，并且反之亦然。被第二玻璃嵌板反射且因此具有例如左旋偏振平面的偏振紅外福射朝具有右旋偏振的第一玻璃嵌板前進(jìn)，然后第一玻璃嵌板將停止并吸收該紅外輻射，因為它具有相反的偏振。
[0019]然而，暴露的玻璃嵌板的偏振過濾器對紅外線的吸收將升高其溫度，并通過傳導(dǎo)和對流對其附近，并且特別對鄰近包含該偏振裝置的玻璃嵌板的空氣放出其熱量。因此被加熱的該空氣然后能夠被引導(dǎo)，以循環(huán)到待加熱或待冷卻的房間，該冷卻能夠通過例如用于轉(zhuǎn)化熱能的眾所周知的過程來執(zhí)行。因此產(chǎn)生的熱空氣或冷空氣然后可以可選地儲存在為該目的而提供的空間中。
[0020]結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的太陽能收集器對于正常地通過它的可見光可以保持非常透光，但是對于已由偏振過濾器吸收的紅外輻射的大部分已變得不透光。該紅外線因此已轉(zhuǎn)化為熱能，該熱能已實現(xiàn)偏振過濾器、支撐它的玻璃嵌板、和與其接觸的空氣空間的溫度升尚O
[0021]本發(fā)明的原理可容易地適用于玻璃壁的若干構(gòu)造，例如偏振裝置和反射裝置集成到單個玻璃壁中的構(gòu)造，或偏振裝置集成到第一玻璃壁中且反射裝置集成到第二玻璃壁中的構(gòu)造。
[0022]在單個玻璃壁的情況中，該壁被空氣空間或填充有其他流體的空間包圍，該其他流體使得可能回收由于紅外輻射的吸收而在玻璃嵌板中形成的熱量，而且這些空氣空間可由用作隔離雙重玻璃制品的透光玻璃嵌板簡單地限定。
[0023]類似地，當(dāng)使用兩個不同的玻璃壁時，它們可由設(shè)置在它們之間的空氣空間或填充有另一傳熱介質(zhì)的空間隔開，并且它們可以朝向外側(cè)可選地具有隔離和透光的雙重玻璃制品。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，可選地處理以便獲得偏振裝置和反射裝置的兩個玻璃嵌板不由空氣空間分隔開，而是直接彼此接合，以便確保它們之間的熱接觸，這不會改變偏振紅外輻射的反射然后吸收、以及由此導(dǎo)致的吸收性玻璃嵌板的加熱的連續(xù)光學(xué)效應(yīng)。在該情況下，通過利用第三和第四透光玻璃嵌板(它們簡單地作用為圍繞兩個接合的偏振和反射玻璃嵌板的結(jié)構(gòu)的雙重玻璃)的簡單限定，與熱的玻璃嵌板接觸的一個或更多個空氣空間可重建在兩個接合的玻璃嵌板的任一側(cè)上。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的透光太陽能收集器也可以在其表面的一部分上提供有用于集中入射太陽光的裝置，和/或用于集中透過收集器的可見光的裝置。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的原理，根據(jù)本發(fā)明的透光太陽能收集器也可以在其表面的一部分上提供透光或不透光的光伏電池，該光伏電池使得可能從入射太陽輻射的一部分生成電能，同時紅外輻射被用于加熱收集器的玻璃壁。這使得可能從一個且同一個、然而最少部分地透光的太陽能收集器生成熱和電。
[0027]以詳細(xì)的方式，且為了執(zhí)行上述原理，本發(fā)明的一個主題是用于收集太陽能的設(shè)備，該設(shè)備包括至少一個透光或半透光的玻璃壁，該玻璃壁具有暴露于來自太陽的入射光的一個面，其特征在于，其在入射光線的路徑上包括光偏振裝置，后面跟著反射裝置，該反射裝置適于朝所述暴露的面反射偏振光中的全部或一些，并且給予其修正的偏振，以便反射光由所述偏振裝置吸收，并引起所述玻璃壁的發(fā)熱。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述偏振裝置被選擇成以圓(左旋或右旋)、橢圓或直線的方式偏振入射光并且/或者具有圓雙折射性質(zhì)，并且該反射裝置被選擇成逆轉(zhuǎn)由偏振裝置傳送的偏振光的偏振。
[0029]反射裝置可以被選擇成以便反射接收到的光波長的光譜中的僅一部分。
[0030]作為變形，該反射裝置可以選擇成僅反射接收到的偏振光的紅外分量中的全部或一些，且讓接收到的偏振光的可見光分量中的全部或一些透過。
[0031]在一個具體實施例中，用于偏振入射光的偏振裝置由定位在玻璃壁的暴露面上或集成到玻璃壁的主體中的偏振過濾器構(gòu)成。
[0032]根據(jù)本發(fā)明，用于反射偏振光的裝置由固定到玻璃壁背面或集成到玻璃壁主體中的反射過濾器構(gòu)成。
[0033]根據(jù)第一實施例，所述偏振裝置和所述反射裝置集成到單個玻璃嵌板中，該單個玻璃嵌板意圖在從反射裝置接收到的紅外輻射的吸收作用下被加熱，并將吸收的熱傳送到由至少一個透光玻璃嵌板限定的至少一個空氣空間。
[0034]根據(jù)另一個實施例，所述偏振裝置集成到第一玻璃嵌板中，并且所述反射裝置集成到在入射光線的路徑中置于所述第一玻璃嵌板后面的第二玻璃嵌板中