一種基于雙穩(wěn)態(tài)電潤濕技術(shù)的自追蹤太陽光反射聚光裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙穩(wěn)態(tài)電潤濕效應(yīng)的能夠自動跟蹤太陽光的反射聚光裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球經(jīng)濟的迅速發(fā)展和人口的不斷增加，以石油、天然氣和煤炭等為主的化石能源正被逐步消耗，能源危機成為世界各國共同而臨的課題。而太陽能資源是最豐富的可再生能源之一，它分布廣泛，可再生，不污染環(huán)境，是國際上公認的理想替代能源。但是太陽能的利用還遠遠不夠，究其原因，主要是太陽能利用率不高。為了提高太陽能的接收效率以及降低太陽能使用成本，高效率的太陽能聚光系統(tǒng)顯得尤為重要。
[0003]影響太陽能系統(tǒng)效率的因素很多。其中，太陽能電池板與入射光的角度是關(guān)鍵因素之一，由于太陽光斜入射太陽能電池板時的轉(zhuǎn)換效率低于太陽光垂直照射太陽能電池板的轉(zhuǎn)換效率，且隨著太陽光傾斜角度增大，轉(zhuǎn)換效率降低。因此，太陽能的跟蹤與非跟蹤，使得能量的接收率相差很大，精確的跟蹤裝置可提高太陽能利用率，拓寬其利用領(lǐng)域。
[0004]現(xiàn)階段國內(nèi)外使用的跟蹤方式可分為單軸跟蹤和雙軸跟蹤兩種。單軸系統(tǒng)由于自身結(jié)構(gòu)的限制，瑋度低于30°的地區(qū)才適合使用單軸跟蹤系統(tǒng)；而雙軸跟蹤系統(tǒng)具有兩個獨立的動力執(zhí)行體，相比較單軸復(fù)雜的控制系統(tǒng)，機械復(fù)雜程度和投資成本都高出不少。目前的跟蹤方式主要采用的方式有以下幾種:程序控制式跟蹤；時鐘式跟蹤；視日軌跡跟蹤；光電式跟蹤。程序控制式跟蹤存在累計誤差，并且自身不能消除。時鐘式跟蹤屬于被動式跟蹤，需要定期校正。視日軌跡跟蹤存在許多局限性，主要是在開始運行前需要精確定位，出現(xiàn)誤差后不能自動調(diào)整等。光電式跟蹤則不同，其使用光敏感初始定位，在運行當中，以程序控制為主，角度傳感器瞬時測量作為反饋，對程序進行誤差修正，比較可靠且可以最大限度利用太陽能。
[0005]太陽能跟蹤技術(shù)也可分為主動跟蹤系統(tǒng)和被動跟蹤系統(tǒng)兩種。目前世界上通用的太陽能主動跟蹤控制系統(tǒng)都需要根據(jù)安放點的經(jīng)瑋度等信息計算一年中的每一天的不同的時刻太陽所在的角度，并將其存儲到PLC、單片機或電腦軟件中，也就是靠計算太陽位置以實現(xiàn)跟蹤。主動跟蹤采用的控制方法也稱為時空控制法?；赑C機的太陽位置式跟蹤方法，其成本也相對比較昂貴，但由于PC機具有強大的數(shù)據(jù)存儲及計算能力，可用來完成精確的太陽光追蹤。太陽能被動跟蹤系統(tǒng)主要采用光強控制法，利用光敏元件和傳感器進行信號跟蹤調(diào)節(jié)，被動地跟隨太陽轉(zhuǎn)動。Lynch等設(shè)計了一種被動式雙軸跟蹤器，該跟蹤器應(yīng)用了 2個光電傳感器。一個傳感器安裝在跟蹤面上；另一個傳感器固定在朝南的方向。跟蹤控制的精度為0.1°。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種微流控光學(xué)技術(shù)，使得太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)更具經(jīng)濟競爭力和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展力。基于一種創(chuàng)新的微流控光學(xué)設(shè)計方式的太陽能聚光器是由雙穩(wěn)態(tài)介質(zhì)電潤濕(EWOD)控制，并且無需機械運動部件。這種高性能的自適應(yīng)微流控光學(xué)太陽能跟蹤系統(tǒng)集成了具有高效率的CPV光伏電池和新型液體棱鏡跟蹤系統(tǒng)，可以得到較寬的跟蹤范圍進而產(chǎn)生最大的能量。
[0007]本發(fā)明提供了具有由電介質(zhì)材料制成的基板的液體棱鏡單元，由透明導(dǎo)電材料制成的電極將會被附著到或涂覆在四個基板的內(nèi)部，基板之間含有兩種不相溶的介質(zhì)，其中一種在另外一種介質(zhì)之上，反射薄膜將介于兩種介質(zhì)之間。
[0008]本發(fā)明提供了一種太陽能反射裝置，其包括液體棱鏡單元的陣列，一個目標物體(拋物面反射鏡)，一個電源和一個控制器。每一個反射裝置包含液體棱鏡陣列，每個液體棱鏡單元具有至少四個由電介質(zhì)材料制成的基板，基板內(nèi)部將由透明導(dǎo)電材料制成的電極覆蓋，其中有兩種不可溶的介質(zhì)分為上下兩層，反射薄膜將介于兩種介質(zhì)之間。太陽能接收裝置對準以接收來自反射鏡陣列反射的太陽光?？刂破髋c電源以及反射裝置上各電極相連接?？刂破魍ㄟ^控制應(yīng)用在反射裝置電極上的電壓來單軸或雙軸地改變液體棱鏡上反射薄膜的傾斜角度。
[0009]本發(fā)明的有益效果和創(chuàng)新之處在于:
[0010]1.本發(fā)明所述的跟蹤裝置無需任何機械轉(zhuǎn)動裝置就能實現(xiàn)對太陽光的單軸或雙軸追蹤和聚焦，系統(tǒng)消除了笨重的跟蹤硬件和無需機械的操作將使其可廣泛應(yīng)用到住宅區(qū)以用來太陽能發(fā)電。
[0011 ] 2.與傳統(tǒng)的基于硅結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池相比，實現(xiàn)自追蹤的電潤濕技術(shù)將多產(chǎn)生70%的綠色能源且降低50%的成本(?$1/瓦)，該計劃的成功具有巨大的市場沖擊力，將使得聚光光伏電池完成在全球能源市場的角色轉(zhuǎn)變。
【附圖說明】
[0012]以下，結(jié)合附圖來詳細說明本發(fā)明的實施例，其中:
[0013]圖1反射鏡單元的橫截面圖
[0014]圖2反射鏡單元側(cè)壁電極的示意圖
[0015]圖3組裝液體棱鏡單元(模塊)的示意圖
[0016]圖4太陽能反射鏡系統(tǒng)的示意圖
【具體實施方式】
[0017]以下將對本發(fā)明的制造和使用進行詳細介紹。本發(fā)明提供了一種可以在很多特定背景下借鑒的發(fā)明思路。本文僅僅對本發(fā)明的具體制作以及特定使用加以說明，但并不限定本發(fā)明的使用范圍。
[0018]本發(fā)明提供了一種微流控光學(xué)技術(shù)，使得太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)更具經(jīng)濟競爭力和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展力?；谝环N創(chuàng)新的微流控光學(xué)方法的太陽能聚光器是由雙穩(wěn)態(tài)介質(zhì)電潤濕(EWOD)控制，并且無需機械運動部件。這種高性能的自適應(yīng)微流控光學(xué)太陽能跟蹤系統(tǒng)集成了具有高效率的CPV光伏電池和新型液體棱鏡跟蹤系統(tǒng)，可以得到較寬的跟蹤范圍進而產(chǎn)生最大的能量。電潤濕反射裝置也可以用于太陽能集熱系統(tǒng)，而且其可以被耦合到光纖中用于建筑內(nèi)部的自然采光或促進生物燃料的光合作用。
[0019]液體棱鏡是將兩種互不相溶的液體介質(zhì)置于透明容器中形成，沿著液-液-固體三結(jié)線形成的接觸角可以通過在容器側(cè)壁施加合適的電壓進行控制。高反射率薄膜將置于兩種液體介質(zhì)之間。此種動態(tài)反射裝置可以應(yīng)用于太陽能跟蹤以及太陽光轉(zhuǎn)向中。當太陽光入射到液體棱鏡的反射膜上時，將會被反射至拋物面反射鏡上，隨后再次反射至置于基底的聚光型光伏電池(CPV)上。基于其獨特的設(shè)計，電潤濕反射裝置使得設(shè)備能夠自適應(yīng)地同時追蹤太陽光的日常以及季節(jié)性軌道變化(雙軸跟蹤)，而不再使用笨重、昂貴且低效率的機械運動部件。與傳統(tǒng)的基于硅結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池相比，實現(xiàn)自追蹤的電潤濕技術(shù)將多產(chǎn)生70%的綠色能源且降低50%的成本(?$1/瓦)。
[0020]圖1給出了一個根據(jù)本
【發(fā)明內(nèi)容】
所述的日光反射裝置100的橫截面實例示意圖。一個反射裝置單元100包括至少四個由介電材料(例如，玻璃，塑料，石英等)制成的基壁104的容積結(jié)構(gòu)102 (例如，皿池等)。容積結(jié)構(gòu)102的橫截面可以是方形(如圖3)或多邊形。容積結(jié)構(gòu)102的四個基壁104上將涂覆著由透明導(dǎo)電材料(例如，銦錫氧化物(ITO)等)制成的電極106。容積結(jié)構(gòu)102中有兩種互不相溶的介質(zhì)(108及110)，其中介質(zhì)110將置于介質(zhì)108的上方。如圖所示，第一種介質(zhì)108可以是水或其它極性介質(zhì)，第二種介質(zhì)110可以是油或其它非極性介質(zhì)。反射體112，例如一個高反射率薄膜，安置于容積102之內(nèi)，并介于第一種介質(zhì)108和第二種介質(zhì)110 (即液-液彎曲面)之間。透明側(cè)壁114由透明導(dǎo)電材料106