用于太阳能收集器反射镜的夹层结构单元的制作方法

用于太阳能收集器反射镜的夹层结构单元的制作方法
【专利摘要】本发明公开了被成形诸如被弯曲并具有夹层结构的太阳能板反射镜单元（1），所述夹层结构包括预期作为太阳反射层并因此具有反射涂层的最外前反射层（2）、具有蜂窝结构且为夹层结构的芯的中间层（4），以及由具有第二热膨胀系数的第二材料组成的最内后层（5），所述最外前反射层（2）由具有第一热膨胀系数的第一材料组成，其中所述第一和第二热膨胀系数相等或基本相等。
【专利说明】用于太阳能收集器反射镜的夹层结构单元

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种成形的例如弯曲的太阳能板反射镜单元（solar panel mirror unit)。 技术背景
[0002] 弯曲的太阳能板反射镜早已是公知的。例如，US4124277公开了一种凹面镜结构 及一种制造(特别是大的焦距的)凹面镜的方法。由粘结到其的基本上尺寸稳定的材料的保 持层在其弹性限度内的弯曲应力下将通常平坦的刚性玻璃反射镜保持在凹形结构中。保持 层由夹在柔韧尺寸稳定的材料层和可凝固尺寸稳定的材料层之间的一层开放式可扩展蜂 窝材料形成。保持层接合到玻璃反射镜，同时将反射镜在其弹性限度内的弯曲应力下机械 地保持在凹形结构中。保持层可就地固化为固体的和尺寸稳定的状态，其将玻璃反射镜保 持在凹形结构中。
[0003] 此外，US7077532公开了一种太阳能收集器，它包括玻璃反射镜，以及复合板，其中 反射镜的后面固定到复合板的正表面。复合板包括固定到芯材料的表面的前片(优选地芯 材料包括蜂窝结构)，以及固定到芯材料的相反表面的后片。本发明还可以包括设置在玻璃 反射镜和复合板的前表面之间的密封条，优选地包括EPDM。前片和后片优选地由碳钢制成。
[0004] 此外，US4238265公开了一种制造弯曲的玻璃太阳能收集器的方法。该方法包括以 下步骤：（1)从玻璃熔体中吸出微型薄片的玻璃；（2)反射层，例如银，被沉积在微型薄片的 一个表面上；（3)第一柔性背衬层，例如玻璃纤维，被粘附到反射层；（4)在优选地为抛物线 圆柱形式的心轴上形成具有反射层的微型薄片和第一背衬层的组合；以及（5)具有第二玻 璃纤维背衬层的蜂窝状层然后连接到第一背衬层。步骤1-5所生产出的产品然后被固化， 使得它在其从心轴移去时保持所希望的结构，即抛物线圆柱形。
[0005] US4422893中公开了另一种生产方法，该专利公开了一种制造反射镜的方法，该方 法包括以下步骤：选择与所需的反射镜表面的形状互补的形状的成形器，将每个由在其的 一个面部上具有反射涂层的玻璃元件构成的多个反射镜元件应用于该成形器，并且将预成 型的、基本刚性的、整体的结构支撑直接地应用并粘附性地粘结到此类反射镜元件。所公开 的反射镜具有涂布有金属例如铝或银的外玻璃层、例如包括胶或硅酮的粘合剂层和一片可 膨胀玻璃。根据一个实施方式，示出了由胶层的聚酯粘结到蜂窝结构的蜂窝载体的涂有银 的玻璃层。
[0006] 此外，EP1397621公开了阳光反射面板，其具有带有由玻璃制成的反射表面的夹层 结构、蜂窝状中央铝芯和两层高电阻材料的薄外皮，其中所述两外皮是由钢或铝制成，并且 其中另一玻璃纤维层被插在铝皮的凹侧与薄反射镜面之间，这样的布置避免了反射镜的热 膨胀系数和铝皮的热膨胀系数之间存在大的差异。
[0007] 本发明的一个目的在于提供最佳弯曲的太阳能板反射镜单元，其提供高精度，并 且因此在太阳能板中使用时也产生低损耗，且其反射镜单元相比于其它高精度板反射镜单 元也是成本有效的。此外，本发明的另一个目的在于提供一种太阳能板反射镜单元，其对于 在将其用在太阳能板中时所获得的产量是非常经济的，即其生产成本相对低廉但是仍然给 出了高精度，不管太阳能何时有可能产生。
[0008] 发明概述
[0009] 上面提出的目的是通过一种太阳能板反射镜单元来实现的，所述太阳能板反射镜 单元被成形，例如被弯曲，并具有夹层结构，所述夹层结构包含以下材料层：
[0010]-最外前反射层，其预期作为太阳反射层并因此具有反射涂层，所述最外前反射层 由具有第一热膨胀系数的第一材料组成；
[0011]-中间层，其具有蜂窝结构并为所述夹层结构的芯；以及 [0012]-最内后层，其由具有第二热膨胀系数的第二材料组成；
[0013] 其中，所述太阳能板反射镜显示出了在所述中间层的两侧上的相对于层材料的对 称横截面并且其中所述第一和第二热膨胀系数相等或基本相等。
[0014] 该表达"显示出了在所述中间层的两侧上的相对于层材料的对称横截面"暗指所 述材料在芯层的两侧上是相同的，逐个计数。例如，如果金属层被直接施加在中间层的一侧 上，那么这样的金属层也直接施加在中间层的另一侧上。
[0015] 在W08501725中公开了一种弯曲面部层叠的反射器的制造方法，所述反射器反射 辐射能量，特别是太阳能。如在第三页第19-35行所述的，这种反射器可具有两个至少基本 上相同的抛物线截面的玻璃板、由辐射可穿透且通过热硬化的两层粘合剂材料、装配在粘 合剂材料的各层之间的组合薄膜，所述薄膜包括柔性芯层且包括沉积在所述芯层上的反射 薄金属层。芯层由聚酯薄膜制成且金属层优选地由已经沉积到芯层上的铝制成。
[0016] 在W08501725中并未揭示并入了不同的芯结构，例如根据本发明的蜂窝状芯。如 下所公开，进一步讨论了根据本发明的蜂窝结构的重要性。此外，进一步讨论了涉及"显示 出了在所述中间层的两侧上的相对于层材料的对称横截面"的本发明的方向及还没有在 W08501725中提出的本发明的优点。
[0017] 此外，在US5151827中示出了用于太阳光线的反射镜，其包括在其一个侧面上设 置反射层并在其另一侧上设置保护覆盖物的芯。将单独的保护覆盖物在反射层和芯之间施 加到芯。反射层是被施加到后面的保护覆盖物的金属薄片。同样在这种情况下，未暗示或 甚至讨论蜂窝状芯结构。根据US5151827所述的芯是塑料泡沫。此外，虽然已提到，如果覆 盖物由金属制成，那它们应当为相同材料并具有相同的厚度，但是进一步所述的是，覆盖物 可具有不同的热膨胀系数，也就是说由不同的材料类型组成，并且在这种情况下，覆盖物的 厚度可以相对于彼此变化。从该说明书可以理解，根据本发明完全不预期或希望该后者的 方向，因为清楚地指出了本发明仅限于显示出了在所述中间层的两侧上的相对于层材料的 对称横截面且并且其中所述第一和第二热膨胀系数相等或基本相等的太阳能板反射镜。
[0018] 根据本发明的一个优选实施方式，其后侧上的前反射层直接粘附到中间层，并且 其中中间层粘附到后层，以便形成总共只具有三层的成形的(弯曲的）太阳能板反射镜单 元。可以理解，如果使用了更少的层，那么可以将生产成本保持较低。关于表达"仅三层"， 这应被解读为材料层而不是例如可能的胶或例如背面上的着色涂层，这两者都在下面进一 步公开。此外，表达"直接粘附到"不应被看作是生产方法中的有效步骤，而是相反被看作 各层相对于彼此的定位的清楚地陈述。换句话说，根据本发明的该优选实施方式，没有附加 层被放置在前反射层和中间层之间或被放置在中间层和后层之间。此外，这还暗示着生产 过程中的实际粘附实际上可由许多不同方式来执行，并且也以不同的顺序相对于相互粘结 的各层来执行。例如，该粘附也可以同时进行。
[0019] 此外，前反射层应理解为夹层结构的最外层，并且可能不存在设置在前反射层的 外侧的任何层。这同样适用于最内后层，即可能不存在设置在后层的顶部上的任何另外的 材料层。然而，应该注意到，后层可以在那层的内侧或外侧上用白色涂料或其它颜色进行涂 覆，以防止在那侧上的任何阳光反射。此外，后层例如可以包括两玻璃层，然而这不是优选 的，因为其增加了反射镜单元生产过程中的处理。
[0020] 从上面可以理解，根据本发明的反射镜单元具有由一种材料制成的外反射层，所 述材料具有与内层的材料相同或基本相同的热系数。除了这些层，反射镜单元还具有芯层。 在本发明的一个优选实施方式中，反射镜单元除了这些层不包括任何附加材料层。除了这 些层的唯一附加物是在反射层的内侧上的反射涂层，施涂在各层之间的粘合剂以及还有被 施加到后玻璃层的内部或外部上的可能涂料。
[0021] 没有这样的构造示出或暗示在上面公开的专利文献中的任何一个文献中。在现有 技术中所公开的产品中没有任何一个具有夹层结构，该夹层结构仅包括直接设置在中间芯 层的每一侧上的两个类似的材料层。例如US4124277、US7077532和EP1397621公开了具有 附加层的结构，在这些情况下具有附加金属层。在US4238265和US4422893的情况下，还存 在并入所公开的各结构中的附加层，然而其并非具体地为金属层。
[0022] 根据本发明的结构的好处有几个。首先，夹层结构通常只包括两种不同的材料(例 如如下所述的玻璃和芯)，其使该结构与其它结构相比是成本有效的。其次，该结构在将其 用于太阳能板反射镜中时赋予高的精度。第三，根据本发明的反射镜单元在太阳能板中也 能赋予高产率，当在日照时间，即在产生太阳能的时间期间使用它们时独立地打开。通过该 结构可实现这些积极属性或特征。由于在芯的每一侧上的这两种材料均具有相同的热膨胀 系数，例如通过两者均由玻璃制成，所以没有得到双金属效应，并且当这种夹层结构暴露于 温度差时在芯的两侧上实现了相同的热引起的膨胀或收缩。这是在用于太阳能板的夹层结 构中能够实现高精度的重要的特性。这例如当在夹层结构中在芯的不同侧面上提供了不同 材料时是非事实的。
[0023] 相对于上文所述的内容，应当再次指出的是，本发明体现了在比较芯（中间层）的 两侧上的层材料时显示出了对称的横截面的夹层结构。这意味着例如在芯的两侧上的两层 (例如如钢层的一个第一金属层和设置在金属层的上面的一个第二玻璃材料层）制成的结 构也为本发明的具体体现。这样的夹层结构显示出预期的性质，但是由于该结构包括两个 附加层，所以它比根据本发明的优选反射镜单元制造起来更昂贵。然而，例如在芯的任一侧 上具有一个附加材料层而使其具有不对称的横截面的结构，例如在以上所公开的已知构造 中的，则不是本发明的具体体现。
[0024] 附图简述
[0025] 图1示出了根据本发明的夹层反射镜单元。
[0026] 图2也示出了根据本发明的夹层反射镜单元。
[0027] 发明【具体实施方式】
[0028] 从以上可以理解，根据本发明的夹层结构的基本性质尤其在于热膨胀被保持较低 且在反射镜单元的两个侧面上是相同的，所以防止了双金属效应，且所述单元相比是便宜 的。
[0029] 根据本发明的一个优选实施例，最外前反射层由玻璃材料构成，且最内后层由玻 璃材料构成。由于两侧材料都是玻璃，并且没有其它材料层被附加设置在夹层结构中，因此 本发明的结构是非常不受气候影响的，这样该使用期限将大大超过十年。这是根据本发明 的反射镜单元的一个实质性的特征，无论最外前反射层和最内后层的材料选择。由于用于 太阳能生产的最理想位置的特征在于干燥且晴朗气候，如沙尘，所以这些位置在一天也提 供非常大的温度偏差。在早上温度低于〇°C而在下午达到40_50°C并不是不常见的。利用 根据本发明的玻璃层，天气和温度影响被最小化。例如，由于金属呈现与玻璃材料不同的热 膨胀，金属或复合材料在温度改变时可能产生问题。这种热膨胀差异是不希望出现的，因为 这会产生高的内在张力，该高的内在张力会降低可用寿命及减少精度，并且因此减少所产 生的太阳能的产率。
[0030] 关于上面的描述，应注意，本发明包括除玻璃以外的其它材料，然而玻璃是优选 的。一个例子是在芯的两侧上的涂覆钢板。本发明的重要概念特征是使外部材料和内部材 料显示相同（或基本相同）的热膨胀系数，以除外层、芯层和内层以外没有进一步的材料层， 以便保持低的生产成本并且提供在高精度(所有日照时间）方面显示增强的性质、高耐候性 和长的工作寿命的太阳能反射镜单元。
[0031] 根据本发明的一个特定实施例，最外前反射层和最内后层由相同类型的玻璃材料 组成。
[0032] 根据本发明，可以将最外前反射层的反射涂层应用在其外层或内层上。然而，应该 注意到，可能难以提供表现出长时的耐候性的反射涂层。因此，根据本发明的一个优选实施 例，反射涂层被施加在最外前反射层的后侧上。在这种情况下，反射涂层受到保护而不受外 部影响。
[0033] 芯不能具有任何结构或由任何类型的材料组成。芯必须能使整个夹层结构可以成 形，而不会使玻璃层弯曲回到其原始形状。应该认识到，总是存在力用于玻璃层在其成形后 返回到其初始平面外观，以及中间体芯层必须抵抗这种力。用于承受这些力的非常合适的 结构是所谓的蜂窝结构。蜂窝结构对于接管和传递在成形或弯曲夹层结构时形成的剪切应 力以及在必要时例如在刮风天或类似的天气传输层与层之间的不同负载是有效的。而且， 这种结构可对于增加在成形过程中重要的板的截面模量以及对于传输层与层之间的负载 的可能性是有效的。此外，芯即蜂窝的厚度对于根据本发明的夹层结构单元的性能也是重 要的。蜂窝状芯的厚度不应超过50毫米。优选地，蜂窝状芯的厚度在5-30毫米范围内，例 如在10-20毫米范围内更好。优选的范围可以是大约15毫米的厚度，例如在12-18毫米的 范围内。
[0034] 对于性能所关注的其它这样的参数尤其是太阳能板反射镜单元的重量以及还有 平均太阳能反射率。该单元的重量显然应尽可能低，即假定没有其它性能参数会受到消极 影响。优选地，太阳能板反射镜单元的重量不超过10千克/平方米。一种可能令人感兴趣 的重量范围是2_8千克/平方米，例如在2_6千克/平方米的范围内，如6千克/平方米或 3千克/平方米更好。
[0035] 平均太阳能反射率优选为高于80%，有利地至少为90%，例如优选高于93%，如95% 或99%当然是高的和优选的值。
[0036] 另一个令人感兴趣的参数是形状偏差，所述形状偏差被定义为垂直于与夹层结 构反射镜单元相交的平面的局部法向量偏差。该形状偏差不应超过+/-2mrad (毫弧度)， 优选地不高于+/-lmrad，如不高于+/-〇· 75mrad。在例如从+/-〇· 75mrad及至少降至 +/-0. 25mrad的范围中的值有可能获得并且是优选的。
[0037] 此外，根据本发明的一个实施方案，中间层是由铝或铝合金构成，例如如为由铝制 成的蜂窝结构。铝是一种具有优选的性能的材料，这是由于它是一种轻金属，以蜂窝结构， 因而同时提供了稳定性以及成形(弯曲）的可能性。根据本发明的再另一个具体的实施方 式，中间层是由复合材料制成，例如，但不限于，纤维增强的蜂窝结构。然而，存在不适合用 于芯的材料，例如塑料材料。
[0038] 根据本发明的夹层结构的成形可通过不同方法执行，例如如通过压缩模制或通过 真空成形。其它技术也可以是可能的。
[0039] 此外，彼此不同的层的组合也可以以不同的方式执行。根据本发明的一个特定实 施方式，每一层借助于粘结物质被粘附到相邻层。这类粘结物质的类型和量可以变化，取决 于例如打算被粘附到芯的玻璃层的厚度。粘结物质的类型例如可以是交联聚合物物质，例 如如交联环氧胶水或聚氨酯聚合物。
[0040] 玻璃层的玻璃类型也可以变化。根据本发明的一个实施方式，前反射层是薄玻璃。 薄玻璃通常被用于太阳能结构中，并且是通常最多为约2. 0毫米的厚度。用于太阳反射镜 的薄玻璃背面上设有反射涂层，例如由银或铜或其合金等制成的涂层。对于前部层，由于这 是接收太阳光束的层，因此使用高精度的玻璃类型是重要的。
[0041] 根据本发明的另一实施方式，后层也是薄玻璃。对于后层，玻璃类型和厚度选择相 比对于精确性能是直接相关的，更多的是产品的生产和成本的问题。由于该玻璃层不会与 太阳光束作用，因此精度不是直接受该类型的玻璃的影响。然而，玻璃的类型和厚度为间接 地重要。首先，玻璃材料的选择确保与前侧相比在反射镜的这侧上不存在热膨胀上的差别。 其次，该玻璃的厚度可能影响成形，同样基于中间层的选择。例如，事实是使用较厚的玻璃 类型可以是更成本有效的，因为这种玻璃比薄玻璃更廉价。另一方面，为了生产的原因，可 更加方便地使用薄玻璃在中间层的两侧上。因此，根据本发明的一个实施方式，后玻璃为比 前反射层厚的玻璃。此外，可以将后玻璃层的外面涂漆以防止阳光在那侧上的反射。
[0042] 此外，成形类型可以是不同的。根据一个具体的实施方式，太阳能板反射镜单元是 双弯曲的。双弯曲的表面是在两个不同的方向上弯曲的表面。因此，单弯曲的表面是仅在 一个方向上进行弯曲的表面。示例性的例子是与圆柱形相比的球体，其中，该球体具有双弯 曲的表面，而该圆柱形仅为单弯曲的。应当注意的是，根据本发明的太阳能板反射镜单元还 可以是单弯曲的。
[0043] 根据本发明的太阳能板反射镜单元与太阳能板反射镜中的其它此类单元一起使 用。这些单元在彼此旁边连接在一起以构建单元的整个板。前反射层当然是面向从其接收 并反射太阳光束的方向。板单元可具有任何适当的形状，用于促进这些单元与彼此的接合。 合适的形状例如是正方形或矩形形状的。此外，放在一起的单元数量可以变化，而高达例如 数百以上是完全可能的。如从以上考虑，本发明还体现了包括根据本发明的若干太阳能板 反射镜单元的太阳能板反射镜。
[0044] 附图的详细说明
[0045] 图1示出了本发明的一个第一实施方式。太阳能板反射镜单元1，其是弯曲的，包 括最外前反射层2,其预期为太阳反射层，由例如约1. 0毫米厚的薄玻璃制成，且具有带(如 银的）太阳反射层的后侧面3。此外，为中间层4的蜂窝状芯是优选地由铝制成，并且为例 如15毫米厚，但也可以更厚或更薄以提供所需的稳定性。最内后层5也由玻璃材料制成， 在这种情况下为具有与反射层2约相同的厚度的薄玻璃。后层5可以具有外部6,外部6适 当地被涂覆以防止日光反射。在这个意义上，应该注意的是，可以涂刷或涂漆后层5的内部 而非外部6。
[0046] 图2示出了根据本发明另一个实施方式，其中后层5显著地厚于前反射层2。在 这种情况下，后层5可以由玻璃制成或具有非常相似的热膨胀的材料制成，且可例如具有 1.5-5毫米的厚度。
【权利要求】
1. 一种太阳能板反射镜单元（1)，其被成形并具有夹层结构，所述夹层结构包括以下 的材料层： -最外前反射层（2)，其预期作为太阳反射层并因此具有反射涂层，所述最外前反射层 (2) 由具有第一热膨胀系数的第一材料组成； -中间层（4)，其具有蜂窝结构并为所述夹层结构的芯；和 -最内后层（5)，其由具有第二热膨胀系数的第二材料组成； 其中，所述太阳能板反射镜呈现出在所述中间层（4)的两侧上相对于层材料的对称横 截面并且其中所述第一热膨胀系数和所述第二热膨胀系数相等或基本相等。
2. 根据权利要求1所述的太阳能板反射镜单元（1)，其中所述前反射层（2)在其后侧面 (3) 上被直接粘附到所述中间层（4)，并且其中所述中间层（4)被粘附到所述后层（5)，以便 形成总共仅具有三层的成形的太阳能板反射镜单元（1)。
3. 根据权利要求1或2所述的太阳能板反射镜单元（1)，其中所述最外前反射层（2)由 玻璃材料组成且所述最内后层（5)由玻璃材料组成。
4. 根据权利要求3所述的太阳能板反射镜单元（1 )，其中所述最外前反射层（2)和所述 最内后层（5)由相同类型的玻璃材料组成。
5. 根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能板反射镜单元（1)，其中所述反射涂层被 施加在所述最外前反射层（2 )的后侧面（3 )上。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述的太阳能板反射镜单元（1)，其中所述中间层（4)由 错或错合金制成。
7. 根据权利要求1-5中任一项所述的太阳能板反射镜单元（1)，其中所述中间层（4)由 复合材料制成。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的太阳能板反射镜单元（1)，其中每一层借助于粘 结物质被粘附到相邻层。
9. 根据权利要求8所述的太阳能板反射镜单元（1 )，其中所述粘结物质是交联聚合物。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的太阳能板反射镜单元（1)，其中所述前反射层 (2)为薄玻璃。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的太阳能板反射镜单元（1)，其中所述后层（5)为 薄玻璃。
12. 根据权利要求1-11中任一项所述的太阳能板反射镜单元（1)，其中所述太阳能板 反射镜单元（1)是双弯曲的。
13. 根据权利要求1-11中任一项所述的太阳能板反射镜单元（1)，其中所述太阳能板 反射镜单元（1)是单弯曲的。
14. 一种太阳能板反射镜，包括多个根据前述权利要求中任一项所述的太阳能板反射 镜单元（1)。
【文档编号】G02B5/08GK104067068SQ201280048646
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2012年10月4日 优先权日:2011年10月7日
【发明者】托拜厄斯·布洛姆贝格 申请人:卡波尼尔复合材料公司