專利名稱：太陽(yáng)能收集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能熱電站，并且具體地涉及設(shè)計(jì)用于這種電站以從其收集太陽(yáng)能的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
基于對(duì)全球變暖的考慮以及對(duì)于非可再生能源枯竭和動(dòng)力需求增加的預(yù)測(cè)，能量供應(yīng)商越來(lái)越多地尋求替代性一次能源。一種這樣的能源是太陽(yáng)能，并且一種利用太陽(yáng)能的方式是采用太陽(yáng)能熱電站。一種太陽(yáng)能發(fā)電站利用“輻射集中收集器”，其通過(guò)使得太陽(yáng)輻射聚焦到較小面積(例如使用鏡面或透鏡)來(lái)集中太陽(yáng)輻射。在這種系統(tǒng)中，通常是拋物線型的反射 器接收進(jìn)入的太陽(yáng)輻射并將其反射(聚焦)到被形成為管的輻射吸收器上。管式輻射吸收器被經(jīng)處理的玻璃外罩管同心地圍繞以便限制熱損。收集器系統(tǒng)還包括跟蹤太陽(yáng)的裝置。為了最小化通過(guò)對(duì)流和傳導(dǎo)損失的熱并且提高太陽(yáng)輻射收集效率，管式輻射吸收器和玻璃外罩管之間的空間被排空到非常低的壓力。管式輻射吸收器由金屬制成且具有涂層，該涂層具有大的太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)以便最大化從反射器反射的太陽(yáng)輻射所施加的能量傳遞。構(gòu)成傳熱介質(zhì)的傳熱流體(通常是例如油的液體)在管式輻射吸收器中流動(dòng)。熱流體傳輸?shù)臒崮苤蟊挥糜诮o蒸汽-電力發(fā)電站提供動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)其一個(gè)或更多個(gè)渦輪機(jī)，以便以常規(guī)方式產(chǎn)生電力，例如通過(guò)將每個(gè)渦輪機(jī)的軸桿聯(lián)接到發(fā)電機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)當(dāng)前公開的主題的一方面，提供被構(gòu)造成用于太陽(yáng)能熱電站的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)，太陽(yáng)能收集系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成促進(jìn)從中流過(guò)的傳熱流體(HTF)對(duì)入射太陽(yáng)輻射的熱能的捕獲，并且包括
-縱向延伸的集中器，其可以水平延伸(即平行于平地延伸)，被設(shè)計(jì)成朝向其焦線反射入射太陽(yáng)輻射的至少一部分；以及
-熱收集元件(HCE)，其與焦線一致并且包括承載HTF的管以及圍繞管的透明外罩；
其中所述集中器包括被構(gòu)造成鏡面反射入射太陽(yáng)輻射并且增加其仰角的光整流設(shè)置。光整流設(shè)置可以包括在面向HCE的集中器的內(nèi)表面上形成的多個(gè)齒，所述齒包括前方的面向太陽(yáng)輻射的前表面以及后表面。前表面可以被構(gòu)造成增加從其反射的撞擊太陽(yáng)輻射的仰角。后表面可以被設(shè)計(jì)成不與前表面反射的太陽(yáng)輻射干涉。 后表面可以基本垂直于集中器延伸的方向來(lái)設(shè)置。集中器可以在與其延伸的方向垂直的方向上具有拋物線型橫截面，所述齒沿拋物線延伸。集中器可以被構(gòu)造成沿單個(gè)跟蹤軸線跟蹤太陽(yáng)，該跟蹤軸線垂直于集中器延伸的方向，所述齒在包含跟蹤軸線且與HCE垂直(B卩與集中器延伸的方向垂直)的平面內(nèi)延伸。集中器可以被構(gòu)造成通過(guò)繞與跟蹤軸線垂直的樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)而跟蹤太陽(yáng)。HCE的透明外罩可以由玻璃制成。HCE的管和透明外罩可以被設(shè)置成同心圓筒。HCE的管和外罩之間的空間可以被排空。HTF可以從由熱油、蒸汽/水、熔融鹽、二氧化碳和氦構(gòu)成的組中選擇。集中器可以包括具有拋物線型橫截面的反射表面。根據(jù)當(dāng)前公開的主題的另一方面，提供包括熱-電發(fā)電站和上述太陽(yáng)能收集系統(tǒng)的太陽(yáng)能熱電站，該太陽(yáng)能收集系統(tǒng)與熱-電發(fā)電站連通以便向其提供驅(qū)動(dòng)其運(yùn)轉(zhuǎn)的熱。


為了理解本發(fā)明并且了解可以實(shí)際上怎么樣實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，現(xiàn)在參考附圖僅通過(guò)非限制性示例的方式描述實(shí)施例，附圖中
圖I是根據(jù)本公開的太陽(yáng)能熱電站的示意 圖2是圖I所示太陽(yáng)能熱電站的太陽(yáng)能收集器的示意性立體 圖3是圖2所示太陽(yáng)能收集器的熱收集元件的示意性立體 圖4是沿圖3中的線VI-VI截取的熱收集元件的部分橫截面 圖5是示出處于各種入射角的入射角損失的曲線 圖6A是圖2所示太陽(yáng)能收集器的集中器的示意性立體 圖6B是沿圖6A中的線VI-VI截取的集中器的部分放大橫截面；
圖6C是根據(jù)一種改型的沿圖6A中的線VI-VI截取的集中器的部分放大橫截面；以及圖7示出了入射太陽(yáng)輻射的示例，其具有穿過(guò)圖2所示太陽(yáng)能收集器的光整流器的大仰角。
具體實(shí)施例方式如圖I示意性所示，提供一種太陽(yáng)能熱電站，其大致由10標(biāo)號(hào)。電站10包括太陽(yáng)能收集系統(tǒng)12和蒸汽-電力發(fā)電站14。電站還包括加熱電路16。太陽(yáng)能收集系統(tǒng)12被構(gòu)造成利用撞擊太陽(yáng)輻射來(lái)加熱傳熱流體(HTF)。被加熱的HTF經(jīng)由加熱電路16被攜帶到蒸汽-電力發(fā)電站14，其中被加熱的HTF被用于產(chǎn)生蒸汽來(lái)驅(qū)動(dòng)該電站的渦輪機(jī)，從而產(chǎn)生電力。這樣的系統(tǒng)是本領(lǐng)域已知的并且尤其地由SiemensConcentrated Solar Power, Ltd 提供。太陽(yáng)能收集系統(tǒng)12包括一個(gè)或更多個(gè)太陽(yáng)能收集器18(圖I中僅示意性示出其中一個(gè))，每個(gè)太陽(yáng)能收集器18包括HCE 20 (其構(gòu)成加熱電路16的一部分)以及一個(gè)或更多個(gè)縱向延伸(即伸長(zhǎng)的)集中器22。HCE 20攜帶HTF，該HTF可以是熱流體，例如油(苯基)，且其是商業(yè)可獲得的，例如商標(biāo)Therminor VP-I名下的。替代性地，HTF可以是蒸汽/水、熔融鹽、二氧化碳和氦中的一種。根據(jù)任意實(shí)施例，熱流體在其暴露于太陽(yáng)輻射時(shí)在HCE 20中被加熱。如圖2所示，集中器22各自具有拋物線型橫截面，即在與集中器延伸的方向垂直的橫截面上是拋物線型，從而在其端部26之間限定進(jìn)入?yún)^(qū)域24。每個(gè)集中器的內(nèi)(面向HCE)表面22a是高反射的，并且可以為此目的被形成為或設(shè)有鏡。其與HCE 20置于一起以使得HCE位于其焦線并且沿其焦線延伸。與其垂直地進(jìn)入集中器22的太陽(yáng)輻射被反射朝向 HCE 20。為了保持到達(dá)集中器22的撞擊太陽(yáng)輻射的正確取向以使其將被正確地反射朝向HCE 20，提供跟蹤裝置(未示出)，其被構(gòu)造成使得集中器繞與HCE平行(即平行于集中器的焦線)的軸線樞轉(zhuǎn)。因此，集中器被認(rèn)為是沿跟蹤軸線T跟蹤太陽(yáng)，該跟蹤軸線T垂直于集中器的HCE/焦線。如圖3所示，HCE 20包括透明外罩28，該透明外罩28可以由例如玻璃制成且圍繞承載HTF的管30。隨著HTF流動(dòng)通過(guò)HCE 20，該HTF就是在這些管內(nèi)被加熱。外罩28和管30可以被形成為同心設(shè)置的圓筒。外罩28和管30之間的空間被排空，因此將管熱絕緣于周圍大氣。管可以設(shè)有一個(gè)或更多個(gè)涂層，其被設(shè)計(jì)成增加吸收太陽(yáng)輻射并且限制由其輻射的熱的量。如圖4所示，撞擊在外罩28上的太陽(yáng)輻射從其穿過(guò)，在其每個(gè)表面處折射(入射角 90度時(shí)折射角是O度)，并且從其穿過(guò)，如線A所示。在每個(gè)表面處，有些輻射被反射走并且因而損失，如線A’所示。這種被反射的輻射不被回收，并且導(dǎo)致了入射太陽(yáng)輻射中被用于生成有用能量的能量減少(即通過(guò)將HTF加熱到較低溫度，從而導(dǎo)致了太陽(yáng)能熱電站10生成的電力量的降低)。被反射的輻射的量關(guān)聯(lián)于輻射入射到外罩的入射角。具體地，越偏離于90度入射角，則這些損失就越大。類似地，當(dāng)太陽(yáng)輻射從集中器22的鏡面內(nèi)表面22a反射出時(shí)損失一些光。與鏡面內(nèi)表面22a有關(guān)的損失量也隨著距其橫截面呈90度入射角的偏離角增大而增加。這兩種損失(被稱為入射角損失)能夠一起被量化為入射角修正(IAM)，其取決于集中器22和外罩28的物理特性，包括但不限于尺寸、材料等。此外，其隨著撞擊在太陽(yáng)能收集器18各元件上的太陽(yáng)輻射的仰角而減小(雖然其不必然隨仰角線性減小)?？紤]到這些損失(與不存在這些損失時(shí)撞擊的量相比)，撞擊在HCE 20的管30上的太陽(yáng)輻射通量(且因而由太陽(yáng)能熱電站10最終產(chǎn)生的電量)與IAM相關(guān)(即較小的IAM關(guān)聯(lián)于撞擊在HCE的管上的較小的太陽(yáng)輻射通量)。如圖5所示，在太陽(yáng)具有非常大的入射角的情況下(且因此，因?yàn)槿肷浣呛陀腔パa(bǔ)，所以具有小的仰角)，這通常是在冬天，則入射角損失且因此太陽(yáng)能熱電站10產(chǎn)生的能量的量的減小是顯著的。為了減少入射角損失，太陽(yáng)能收集器18可以設(shè)有被設(shè)計(jì)成增加撞擊太陽(yáng)輻射的仰角(即減少偏斜角)的裝置。如圖6A和圖6B所示，一些或全部集中器22可以包括這樣的裝置。根據(jù)一種示例，其內(nèi)表面22A可以被形成為具有齒32，從而構(gòu)成光整流設(shè)置。如圖6B最佳示出，每個(gè)齒32包括前表面34和后表面。齒32被形成為使得它們垂直于集中器22的長(zhǎng)度(沿拋物線的長(zhǎng)度)延伸，即垂直于HCE 20延伸的方向延伸。因此，齒32在與跟蹤軸線T垂直且垂直于HCE 20和集中器22延伸的方向的平面內(nèi)延伸。前表面34被設(shè)置成面向撞擊太陽(yáng)輻射并且構(gòu)造成鏡面反射撞擊在其上的太陽(yáng)輻射。后表面36被設(shè)置成背離撞擊太陽(yáng)輻射，并且可以被形成為垂直于集中器22的長(zhǎng)度(SP垂直于其延伸的方向)或者稍成角度。在任意情況下，齒32被設(shè)計(jì)成不與前表面34反射的太陽(yáng)輻射干涉，即，使得從一個(gè)齒32的前表面反射離開的入射太陽(yáng)輻射不撞擊到相鄰齒的后表面36上。如圖6B所示，以仰角Ct1撞擊在集中器22的傾斜部分32上的入射太陽(yáng)輻射(以A標(biāo)示)以增大的仰角Φ2從其反射。(為了參考和圖釋目的，射線Α’示出了在從“平坦”集中器反射離開之后入射太陽(yáng)輻射A將遵循的路徑，即在沒(méi)有任何光整流設(shè)置的情況下的路徑)。因?yàn)槠苯铅ù笾率茄鼋堑难a(bǔ)角，所以將意識(shí)到仰角的這種增加將減少入射角損失。設(shè)計(jì)者考慮到太陽(yáng)在一年中的仰角及其他因素來(lái)確定傾斜部分32的幾何形狀，包括形成其前和后表面34、36所處的角度、其尺寸等等。根據(jù)一種改型，如圖6C所示，集中器22的內(nèi)表面22a可以是平坦的，且光整流設(shè)置在其下方。根據(jù)這種改型，例如由玻璃、PMMA或任意其他適當(dāng)材料制成的透明蓋35被置于齒32上。其頂側(cè)35a是平坦的，而其底側(cè)35b被形成為接觸齒32。根據(jù)這種改型，光整流設(shè)置操作成執(zhí)行其功能，而內(nèi)表面22a是平坦的，從而例如有助于其簡(jiǎn)單的清潔。 如圖7所示，參考圖6A和圖6B在上文所述的光整流設(shè)置，在冬天該光整流設(shè)置反射撞擊太陽(yáng)輻射以使得其取向更靠近豎直線并且因此減少此時(shí)的入射角損失(從而導(dǎo)致太陽(yáng)能熱電站10產(chǎn)生的電量增加)，在夏天該光整流設(shè)置會(huì)“過(guò)度反射”太陽(yáng)輻射，即，將其反射成使得其離開光整流設(shè)置(且因此撞擊在集中器22上)時(shí)具有的偏斜角Θ 2大于太陽(yáng)輻射從“平坦”集中器反射離開時(shí)的偏斜角(其偏斜角由Θ i標(biāo)示；將意識(shí)到僅為了清楚的目的就偏斜角方面展開本討論，并且較大偏斜角等同于較小仰角)，盡管其成角度地偏離開太陽(yáng)福射撞擊的方向。設(shè)計(jì)者可以通過(guò)考慮并設(shè)計(jì)以便減少一年中的總體入射角損失來(lái)解決參考圖7在上文描述的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)回圖I，如上所述在HCE 20中被加熱的HTF流動(dòng)到蒸汽電力發(fā)電站14。該HTF在其中被使用，例如在一個(gè)或更多個(gè)熱交換器38中使用，以便加熱工作流體，該工作流體驅(qū)動(dòng)一個(gè)或更多個(gè)渦輪機(jī)40以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)42來(lái)生成電，如本領(lǐng)域所公知的。本發(fā)明涉及領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易地意識(shí)到在不背離本發(fā)明范圍的情況下可以做出大量修改、變化和改型。
權(quán)利要求
1.一種被構(gòu)造成用于太陽(yáng)能熱電站的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)，所述太陽(yáng)能收集系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成促進(jìn)從中流過(guò)的傳熱流體(HTF)對(duì)入射太陽(yáng)輻射的熱能的捕獲，并且包括 縱向延伸的集中器，其被設(shè)計(jì)成朝向其焦線反射所述入射太陽(yáng)輻射的至少一部分；以及 熱收集元件(HCE)，其與所述焦線一致并且包括承載所述HTF的管以及圍繞所述管的透明外罩； 其中所述集中器包括光整流設(shè)置，其被構(gòu)造成鏡面反射所述入射太陽(yáng)輻射并且增加其仰角。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)，其中所述集中器水平延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I和權(quán)利要求2中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)，其中所述光整流設(shè)置包括在集中器的面向所述HCE的內(nèi)表面上形成的多個(gè)齒，所述齒包括前方的面向太陽(yáng)輻射的前表面以及后表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)，其中所述前表面被構(gòu)造成用于增加從其反射的撞擊太陽(yáng)輻射的仰角。
5.根據(jù)權(quán)利要求3和權(quán)利要求4中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)，其中所述后表面被設(shè)計(jì)成不與所述前表面反射的太陽(yáng)輻射相干涉。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)，其中所述后表面基本垂直于所述集中器延伸的方向來(lái)設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)，其中所述集中器在與其延伸的方向垂直的方向上具有拋物線型橫截面，所述齒沿所述拋物線延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)，其中所述集中器被構(gòu)造成沿單個(gè)跟蹤軸線跟蹤太陽(yáng)，所述齒在包含所述跟蹤軸線且與所述HCE垂直的平面內(nèi)延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)，其中所述集中器被構(gòu)造成通過(guò)繞與所述跟蹤軸線垂直的樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)來(lái)跟蹤太陽(yáng)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)，其中所述HCE的透明外罩由玻璃制成。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)，其中所述HCE的所述管和所述透明外罩被設(shè)置成同心圓筒。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)，其中所述HCE的所述管和所述透明外罩之間的空間被排空。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)，其中所述HTF選自由熱油、蒸汽/水、熔融鹽、二氧化碳和氦構(gòu)成的組。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)，其中所述集中器包括具有拋物線型橫截面的反射表面。
15.一種太陽(yáng)能熱電站，包括熱-電發(fā)電站和與其連通以向其提供驅(qū)動(dòng)其運(yùn)轉(zhuǎn)的熱的根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)。
全文摘要
提供被構(gòu)造成用于太陽(yáng)能熱電站的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)。太陽(yáng)能收集系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成促進(jìn)從中流過(guò)的傳熱流體(HTF)對(duì)入射太陽(yáng)輻射的熱能的捕獲，并且包括縱向延伸的集中器，其被設(shè)計(jì)成將入射太陽(yáng)輻射的至少一部分朝向其焦線反射；熱收集元件(HCE)，其與焦線一致并且包括承載HTF的管以及圍繞管的透明外罩。所述集中器包括被構(gòu)造成鏡面反射入射太陽(yáng)輻射并且增加其仰角的光整流設(shè)置。
文檔編號(hào)F24J2/14GK102869928SQ201180012909
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2011年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者G.科亨, R.埃澤爾 申請(qǐng)人:西門子聚集太陽(yáng)能有限公司