專利名稱：太陽能轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
太陽能轉(zhuǎn)換器
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是關(guān)于一種太陽能裝置，特別是關(guān)于一種太陽能轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
再生能源的利用為近年來世界各國所重視的問題，尤其在石油能源即將短缺，能 源物料不斷攀升的今天，再生能源為能源來源的極重要的一個考量，其中太陽能為取之不 盡用之不竭的能量來源，亦為再生能源的最主要部分，因此太陽能為目前能源開發(fā)的一個 很重要領(lǐng)域，已成熟的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主要包括了太陽能電池與太陽能加熱系統(tǒng)兩大類。 請參閱圖1A，為太陽光全頻譜所對應(yīng)的穿透率示意圖。通常太陽光在穿過大氣層 的過程中，會被大氣分子如03、 H20或C02所吸收，因此某些頻段的太陽光其穿透率極低，如 圖IA所示，波長低于O. lum的太陽光其穿透率極小，幾乎完全被大氣所吸收，而落在1 1000um頻段的紅外光其低穿透率大致也是偏低。 請繼續(xù)參閱圖1B，為短波長太陽光頻譜所對應(yīng)的穿透率示意圖，其是針對圖1A再 進一步說明，不同物質(zhì)所主要吸收的波長狀態(tài)。從圖1B可以看出大氣中的水分子(H20)對 短波長太陽光(波長<=15um)的吸收狀態(tài)，其中0. 8um 2um、3. 3um、6. 2um與11. 8um等 波長的太陽光可被水分子大量吸收。 請繼續(xù)參閱圖2，為各溫度的黑體輻射頻譜圖。太陽表面溫度約為6000K，其輻射 頻譜分布如圖2所揭示，從其中可看出，前述可被水分子大量吸收的波長頻段，如0. 8um 2um的頻段，已經(jīng)是6000K輻射頻譜的末端，占有輻射能量的極小部分，據(jù)此可知事實上水 分子所能吸收的太陽能所占比例明顯偏低，也就是，前述的太陽能加熱系統(tǒng)，特別是太陽能 加熱水的系統(tǒng)上，太陽能的利用效率事實上是非常低的。而從黑體輻射輻射頻譜圖可看出， 當(dāng)黑體的溫度為400K以上時，其輻射能量的波長頻段則涵蓋了可被水分子大量吸收的頻 段。

實用新型內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中太陽能利用效率低落所產(chǎn)生的種種缺失，本實用新型提供一種
「太陽能轉(zhuǎn)換器」，能夠克服上述缺點，以下為本實用新型之簡要說明。 由于O. 8um 2um、3. 3um、6. 2um與11. 8um等波長的太陽光可被水分子大量吸收，
再配合圖2可得知，從溫度400K至1500K的范圍，都是提供水分子可吸收波長的極佳操作
溫度，因此如果先使某種材料吸收太陽光，再將其溫度提升至400K至1500K的范圍之間，則
該材料所輻射出能量，將可有效率地被水所吸收，如此即可提高能量的轉(zhuǎn)換效率。 由于鴇絲可大量吸收入射表面的電磁波，因此鴇絲將非常適合作為將太陽光的溫
度提升到400K以上的媒介，故本實用新型提出一種太陽能轉(zhuǎn)換器，其主要是透過鎢絲將入
射太陽光的溫度轉(zhuǎn)換到400K以上，而使得所有的入射太陽光均可轉(zhuǎn)換為波長可被水分子
吸收的能量，如此可極有效地提升太陽能利用效率，特別是太陽能加熱水系統(tǒng)的太陽能利
用效率。[0009] 因此根據(jù)本實用新型的第一構(gòu)想，提出一種太陽能轉(zhuǎn)換器用以將一太陽光轉(zhuǎn)換為 熱能并輸出至一待加熱物質(zhì)，其包括一腔體其中具有一空間；一聚焦元件是固定于該腔體， 該聚焦元件具有一焦點，該太陽光透過該聚焦元件而入射至該空間中并聚焦于該焦點；以 及至少一鎢絲是固定于該腔體中并被定位于該焦點。 較佳地，本實用新型所提供的太陽能轉(zhuǎn)換器，其中該鎢絲直接地或間接地與該待 加熱物質(zhì)接觸。 較佳地，本實用新型所提供的太陽能轉(zhuǎn)換器，其中該腔體的內(nèi)表面上具有一反射 膜，該反射膜的一反射焦點與該焦點重合。 較佳地，本實用新型所提供的太陽能轉(zhuǎn)換器，其中該腔體為圓筒狀、矩形或方形。 較佳地，本實用新型所提供的太陽能轉(zhuǎn)換器，其中該腔體的材質(zhì)為強化玻璃或壓 克力。 較佳地，本實用新型所提供的太陽能轉(zhuǎn)換器，其中該聚焦元件為一聚焦透鏡。 較佳地，本實用新型所提供的太陽能轉(zhuǎn)換器，其中該空間為一真空。 較佳地，本實用新型所提供的太陽能轉(zhuǎn)換器，其中該空間中填充有一惰性氣體。 較佳地，本實用新型所提供的太陽能轉(zhuǎn)換器，其中該惰性氣體為氦氣、氖氣、氬氣、
氪氣、氙氣或氡氣。 較佳地，本實用新型所提供的太陽能轉(zhuǎn)換器，其中該待加熱物質(zhì)為一液體、一氣 體、一油或一水。 因此根據(jù)本實用新型的第二構(gòu)想，提出一種太陽能轉(zhuǎn)換器用以將一太陽光轉(zhuǎn)換為 熱能，其包括一支架；一聚焦元件是固定于該支架，該聚焦元件具有一焦點，該太陽光透過 該聚焦元件而聚焦于位于該焦點；以及一鎢絲是固定于該支架，該鎢絲被定位于該焦點。 較佳地，本實用新型所提供的太陽能轉(zhuǎn)換器，其中還包含一槽體設(shè)置于該鎢絲下 方，用以容置一待加熱物。 較佳地，本實用新型所提供的太陽能轉(zhuǎn)換器，其中該支架是固定于該槽體上。 本實用新型的太陽能轉(zhuǎn)換器可極有效地提升太陽能利用效率，提高能量的轉(zhuǎn)換效率。


圖1A為太陽光全頻譜所對應(yīng)的穿透率示意圖； 圖1B為短波長太陽光頻譜所對應(yīng)的穿透率示意圖； 圖2為各溫度的黑體輻射頻譜圖； 圖3為本實用新型的太陽能轉(zhuǎn)換器的第一實施例側(cè)視圖； 圖4為本實用新型的太陽能轉(zhuǎn)換器的第二實施例側(cè)視圖；以及 圖5為本實用新型的太陽能轉(zhuǎn)換器的第三實施例示意圖。
30 :太陽能轉(zhuǎn)換器 31 :腔體 32 :聚焦透鏡 33 :鎢絲 34:反射膜 35:透光區(qū) 36 :待加熱物質(zhì) SL :太陽光 V :真空[0034] 40 :太陽能轉(zhuǎn)換器 50 :太陽能轉(zhuǎn)換器 51 :槽體 52 :支架
具體實施方式
本實用新型將可由以下的實施例說明而得到充分了解，使得熟習(xí)本技藝的人士可 以據(jù)以完成之，然而本實用新型的實施并非可由下列實施例而被限制其實施型態(tài)。 請參閱圖3，為本實用新型的太陽能轉(zhuǎn)換器的第一實施例側(cè)視圖。圖3中的太陽能 轉(zhuǎn)換器30主要是由腔體31、聚焦透鏡32以及鎢絲33等所構(gòu)成。腔體31的外觀較佳是圓 筒狀、矩形或方形，但腔體31并非因此而被限制其實施型態(tài)，其軸向的方向是垂直于圖3的 紙面，腔體31中的氣體可被抽出而在腔體31中形成真空V，或者在腔體31中預(yù)充入惰性氣 體，如氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣或氡氣，腔體31較佳是由透明玻璃或壓克力所制成的 或由其他可承受真空V所形成的負壓力的材料所制成。 而腔體31的側(cè)壁上涂布有反射膜34，反射膜34僅涂布至腔體31下方為止，而在 腔體31的底部處留下部分區(qū)域不涂布反射膜34，以形成至少一個透光區(qū)35，使得光線仍可 經(jīng)由透光區(qū)35自由進出腔體31，其中，反射膜34可涂布于腔體的內(nèi)部或外部。由于腔體 31的外形為圓筒狀，因此反射膜34具有反射焦點，聚焦透鏡32設(shè)置在腔體31上方，聚焦透 鏡32較佳為凸透鏡并具有聚焦點。 腔體31中還設(shè)有鎢絲33，鎢絲33是透過設(shè)置在腔體31兩端的支架(未示于圖 中)而固定在腔體31當(dāng)中，鎢絲33所設(shè)置的位置應(yīng)落在聚焦透鏡32的聚焦點以及反射膜 34的反射焦點上，且較佳的狀況是聚焦透鏡32的聚焦點與反射膜34的反射焦點重合。 當(dāng)太陽能轉(zhuǎn)換器30工作時，首先太陽光SL透過聚焦透鏡32而入射至腔體31中 并聚焦在鎢絲33上，但聚焦在鎢絲33上的太陽光SL隨即會隨機地散射至反射膜34上，但 立刻又會被反射膜34反射而聚焦至反射焦點上，由于聚焦點、反射焦點與鎢絲33都是在同 一位置，所述散射后的太陽光SL最后仍將被重新再聚焦至鎢絲33。 因此無論所入射的太陽光SL在腔體31中是如何的被散射或反射，大部分的太陽 光SL最后都還是會被多重聚焦至鎢絲33，而被鎢絲33所吸收，如此可非常有效率地將太陽 光SL集中在焦點上而提高鎢絲33的溫度，由于鎢絲33可以非常有效率吸收落在紅外光頻 段的太陽光能量，因此鴇絲33的溫度將迅速上升至超過400K。由于腔體31中具有真空V， 可以有效防止鎢絲33的氧化。為了進一步提升太陽能轉(zhuǎn)換器30的效能，可以采用多條鎢 絲33。 鎢絲33所吸收的熱能最后會經(jīng)由透光區(qū)35而輻射至待加熱物質(zhì)36，最后被待加 熱物質(zhì)36所吸收，待加熱物質(zhì)36較佳可為液體、氣體、水、油、高比熱物質(zhì)或其他可吸熱的 物質(zhì)，由于鎢絲33的溫度已經(jīng)升高至超過400K，因此待加熱物質(zhì)36可以極有效率地吸收由 鎢絲33所輻射出來的熱能而被加熱。將圖3中所揭示的太陽能轉(zhuǎn)換器30放置在太陽光可 照射到的場地，即可有效地將入射的太陽光SL轉(zhuǎn)換為熱能，并由待加熱物質(zhì)36所吸收。 請參閱圖4，為本實用新型的太陽能轉(zhuǎn)換器的第二實施例側(cè)視圖。圖4中的太陽能 轉(zhuǎn)換器40主要是對第一實施例中所揭露的架構(gòu)進行變化，太陽能轉(zhuǎn)換器40的腔體31，在除 了設(shè)有聚焦透鏡32的位置以外，其側(cè)壁上均涂滿了反射膜34而不留下任何的透光區(qū)，而且太陽能轉(zhuǎn)換器40的腔體31中并不預(yù)制作為真空，而是將大氣保留在腔體31中，此時腔體 31中并可同時填入惰性氣體，再者待加熱物質(zhì)36是直接填充在腔體31的部分空間中。 當(dāng)太陽能轉(zhuǎn)換器40工作時，大部份的太陽光SL最后仍是聚焦在鎢絲33上，但由 于太陽能轉(zhuǎn)換器40不具有第一實施例的透光區(qū)35，因此鎢絲33將吸收到更多落在紅外光 頻段的太陽光能量，因此鎢絲33的溫度可以更迅速的上升，直至超過400K，此時鎢絲33所 吸收的熱能，就可以輻射至待加熱物質(zhì)36，而被待加熱物質(zhì)36所吸收，但值得注意的是，填 充在腔體31中的待加熱物質(zhì)36，并非僅限于不直接與鎢絲接觸，亦可使鎢絲33浸沒在待 加熱物質(zhì)36，則鎢絲33所吸收的熱能，就可以以輻射以及傳導(dǎo)的方式傳至待加熱物質(zhì)36， 而被待加熱物質(zhì)36所吸收。為了進一步提升太陽能轉(zhuǎn)換器40的效能，可以采用多條鎢絲 33。 請參閱圖5，為本實用新型的太陽能轉(zhuǎn)換器的第三實施例示意圖。圖5中的太陽能 轉(zhuǎn)換器50主要是由聚焦透鏡32、鎢絲33以及支架52所構(gòu)成，聚焦透鏡32以及鎢絲33是 經(jīng)由支架52而固定在槽體(或腔體)51上，亦即，支架52是可與槽體51透過任何機械方 式彼此固定連結(jié)(但不以此為限)，槽體51中填充有待加熱物質(zhì)36，鎢絲33所設(shè)置的位置 應(yīng)落在聚焦透鏡32的焦點上。 當(dāng)太陽能轉(zhuǎn)換器50工作時，太陽光SL透過聚焦透鏡32并聚焦在鴇絲33上，由于
鎢絲33可以非常有效率吸收落在紅外光頻段的太陽光能量，因此鎢絲33的溫度將迅速上
升至超過400K，由于鴇絲33直接與待加熱物質(zhì)36接觸，因此鴇絲33所吸收的熱能，可以良
好的輻射以及傳導(dǎo)至待加熱物質(zhì)36，而被待加熱物質(zhì)36所吸收，待加熱物質(zhì)36可以極有效
率地被加熱。為了進一步提升太陽能轉(zhuǎn)換器50的效能，可以采用多條鎢絲33，但值得注意
的是，填充在腔體31中的待加熱物質(zhì)36，并非僅限于直接與鎢絲接觸，亦可使使鎢絲33不
浸沒在待加熱物質(zhì)36之中，而使得鎢絲33所吸收的熱能輻射至待加熱物質(zhì)36。 小結(jié)而言，圖3、4中所揭示的太陽能轉(zhuǎn)換器30與40在使用時，鎢絲33是設(shè)置在
腔體31中而未與直接與大氣或外部環(huán)境接觸，但圖5中的太陽能轉(zhuǎn)換器50在使用時，鎢絲
33是完全自由地曝露在大氣中，而經(jīng)由圖3、4、5的揭示，也顯示了本實用新型的太陽能轉(zhuǎn)
換器其結(jié)構(gòu)雖然簡單，卻具有可以極有效率地將太陽光轉(zhuǎn)換為熱能的特殊優(yōu)點。 本實用新型實為一難得一見，值得珍惜的難得創(chuàng)作，而以上所述，僅為本實用新型
的較佳實施例而已，當(dāng)不能以此限定本實用新型所實施的范圍。即大凡依本實用新型申請
專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)仍屬于本實用新型專利涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種太陽能轉(zhuǎn)換器，用以將一太陽光轉(zhuǎn)換為熱能并輸出至一待加熱物質(zhì)，其特征在于包括一腔體，其中具有一空間；一聚焦元件，設(shè)置于該腔體上，該聚焦元件具有一焦點，該太陽光透過該聚焦元件而入射至該空間中并聚焦于該焦點；以及至少一鎢絲，固定于該腔體中并被定位于該焦點。
2. 如權(quán)利要求1所述的太陽能轉(zhuǎn)換器，其特征在于該鎢絲直接地或間接地與該待加 熱物質(zhì)接觸。
3. 如權(quán)利要求l所述的太陽能轉(zhuǎn)換器，其特征在于該腔體的內(nèi)表面上具有一反射膜， 該反射膜的一反射焦點與該焦點重合。
4. 如權(quán)利要求1所述的太陽能轉(zhuǎn)換器，其特征在于該腔體為圓筒狀、矩形或方形。
5. 如權(quán)利要求1所述的太陽能轉(zhuǎn)換器，其特征在于該腔體的材質(zhì)為強化玻璃或壓克力。
6. 如權(quán)利要求1所述的太陽能轉(zhuǎn)換器，其特征在于該聚焦元件為一聚焦透鏡。
7. 如權(quán)利要求1所述的太陽能轉(zhuǎn)換器，其特征在于該空間為一真空。
8. 如權(quán)利要求1所述的太陽能轉(zhuǎn)換器，其特征在于該空間中填充有一惰性氣體。
9. 如權(quán)利要求8所述的太陽能轉(zhuǎn)換器，其特征在于該惰性氣體為氦氣、氖氣、氬氣、氪 氣、氙氣或氡氣。
10. 如權(quán)利要求1所述的太陽能轉(zhuǎn)換器，其特征在于該待加熱物質(zhì)為液體或氣體。
11. 如權(quán)利要求10所述的太陽能轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述液體為油或水。
12. —種太陽能轉(zhuǎn)換器，用以將一太陽光轉(zhuǎn)換為熱能，其特征在于包括 一支架；一聚焦元件，固定于該支架，該聚焦元件具有一焦點，該太陽光透過該聚焦元件而聚焦 于位于該焦點；以及一鎢絲，固定于該支架，該鎢絲被定位于該焦點。
13. 如權(quán)利要求12所述的太陽能轉(zhuǎn)換器，其特征在于還包含一槽體設(shè)置于該鎢絲下 方，用以容置一待加熱物。
14. 如權(quán)利要求13所述的太陽能轉(zhuǎn)換器，其特征在于該支架是固定于該槽體上。
專利摘要一種太陽能轉(zhuǎn)換器用以將一太陽光轉(zhuǎn)換為熱能并輸出至一待加熱物質(zhì)，其包括一腔體其中具有一空間；一聚焦元件是固定于該腔體，該聚焦元件具有一焦點，該太陽光透過該聚焦元件而入射至該空間中并聚焦于該焦點；以及至少一鎢絲是固定于該腔體中并被定位于該焦點。本實用新型的太陽能轉(zhuǎn)換器可極有效地提升太陽能利用效率，提高能量的轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號F24J2/00GK201488306SQ20092014923
公開日2010年5月26日 申請日期2009年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月21日
發(fā)明者裴廷漢 申請人:瀚宇彩晶股份有限公司