本發(fā)明涉及一種線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行方法，其中，傳熱介質(zhì)流動經(jīng)過具有至少一個接收器的管線環(huán)路，該傳熱介質(zhì)具有使得在管線環(huán)路內(nèi)不會出現(xiàn)不被允許的溫差的流速。這通常因管線環(huán)路中的流動是湍流而獲得。此外，本發(fā)明涉及一種線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備，其具有帶至少一個接收器的至少一個管線環(huán)路，其中，流動經(jīng)過所述管線環(huán)路的傳熱介質(zhì)被太陽能輻射加熱。

背景技術(shù)：

線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備例如是拋物面槽式太陽能發(fā)電設(shè)備或菲涅耳太陽能發(fā)電設(shè)備。這些發(fā)電設(shè)備一般包括供傳熱介質(zhì)流動經(jīng)過的多個管線環(huán)路。管線環(huán)路配有接收器，太陽輻射能在拋物面槽式太陽能發(fā)電設(shè)備的情況下通過拋物面反射鏡集中在接收器中或者在菲涅耳太陽能發(fā)電設(shè)備的情況下通過菲涅耳反射鏡集中在接收器中，并被引導(dǎo)到管線上，從而管線內(nèi)的傳熱介質(zhì)能夠被太陽能加熱。

所用的傳熱介質(zhì)優(yōu)選具有高沸點及低蒸氣壓力，從而即使在太陽能發(fā)電設(shè)備中出現(xiàn)的溫度下，傳熱介質(zhì)也不會在接收器內(nèi)蒸發(fā)。合適的傳熱介質(zhì)例如為熔融鹽、例如所知的太陽鹽，即比例為60:40的硝酸鈉和硝酸鉀的混合物。尤其使用熔融鹽來獲得更高的運(yùn)行溫度和因此在線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備中的更高的效率。

除了使用太陽鹽以外，目前，聯(lián)苯和二苯醚的混合物也被用作太陽能發(fā)電設(shè)備中的傳熱介質(zhì)，但由于在約400℃的溫度下的分解，它們的最高運(yùn)行溫度受到限制。由于太陽能發(fā)電設(shè)備的效率隨運(yùn)行溫度的降低而降低，因此目的在于使用一種即使在400℃以上的溫度下也仍能穩(wěn)定運(yùn)行的傳熱介質(zhì)。

然而，與使用聯(lián)苯和二苯醚的混合物相比，在使用熔融鹽時，也存在這樣的缺陷，即其通常會在室溫以上的溫度下固化。因此，例如，硝酸鈉和硝酸鉀混合物在共晶時即在44:56的混合比例下，在218℃的溫度下熔融。因此，在長的管線系統(tǒng)中，例如在太陽能發(fā)電設(shè)備中出現(xiàn)的長管線系統(tǒng)中，當(dāng)熔點高時，熔融鹽難于穩(wěn)定運(yùn)行。熔融鹽的凝固可能會導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)上的嚴(yán)重?fù)p失，因為當(dāng)熔融鹽熔融時會發(fā)生極大膨脹。結(jié)果，配件和管線可能被沖開，造成嚴(yán)重?fù)p失。

原則上，熔融鹽的凝固可能在太陽能發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行時間以外發(fā)生，也就是說，可在太陽的輻射時間以外或在太陽輻射因天氣狀況而不存在時發(fā)生。凝固會導(dǎo)致體積收縮，這可能導(dǎo)致根據(jù)管線系統(tǒng)和運(yùn)行狀態(tài)的不同狀態(tài)的固化。預(yù)期，固化的熔體在管線系統(tǒng)的低處區(qū)域內(nèi)匯聚為較大或較小尺寸的單元，而未填充鹽的空間形成在系統(tǒng)的高處區(qū)域內(nèi)。在再熔融期間，由于在體積膨脹的熔融位置與未填充鹽的空間之間可能存在較長的空間距離，體積補(bǔ)償可能不足以降低升高的壓力。

由于太陽不會持續(xù)照射，必須使太陽能發(fā)電設(shè)備以兩種方式運(yùn)行。一方面，在白天，能量通過太陽輻射吸收，并且另一方面，在夜間或是在例如因烏云遮蔽而導(dǎo)致太陽光被嚴(yán)重遮擋時，如若太陽輻射低，則熱能從熱的太陽能電池陣列被輻射出。太陽能發(fā)電設(shè)備的技術(shù)布局以及其運(yùn)行不得不被設(shè)計用于兩種類型的運(yùn)行并設(shè)計用于在兩種運(yùn)行類型之間平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。

太陽能熱輻射的吸收是在波動的能量流動下運(yùn)行的。在白天，太陽能輻射從早晨和晚上的實際上為零到中午的最高值之間波動。被云層遮擋也可能導(dǎo)致太陽能熱輻射的降低。同時，使傳熱介質(zhì)在約熱儲罐的設(shè)計溫度下轉(zhuǎn)移至儲熱系統(tǒng)是必要的。這目前因傳熱介質(zhì)經(jīng)太陽能發(fā)電設(shè)備的管線環(huán)路的通流被設(shè)定成使得在管線環(huán)路的末端達(dá)到滿足規(guī)格要求的即足夠高的溫度而得以確保。

在白天運(yùn)行期間，當(dāng)熱輻射低時，傳熱介質(zhì)液的通流的截流是有限的，因為太陽能電池陣列的管線環(huán)路中的最小流速不應(yīng)該被降低。精確地說，流動必須是湍流，以使得流動經(jīng)過的管線的溫度保持足夠一致。在非常低的流速和因此層流的情況下，存在在管線系統(tǒng)中形成不同的溫度層的可能性。如果管線中溫差太大，則可能發(fā)生不被允許的彎曲，這可能導(dǎo)致供流動經(jīng)過的接收器的損壞。

為此，在接收器內(nèi)需要保證湍流的最低流速。

此外，在夜間運(yùn)行中，必須放空管線系統(tǒng)或者替代地使流體經(jīng)過管線系統(tǒng)，以便防止傳熱介質(zhì)在管線內(nèi)固化。

WO 2010/138606A2描述了一種太陽能發(fā)電設(shè)備，其中，流速被設(shè)定以獲得最大的電能。其記載了合適的傳熱介質(zhì)，尤其是水、乙二醇、水/醇混合物、水/乙二醇混合物以及導(dǎo)熱油。然而，這些傳熱介質(zhì)具有上述的缺點，即不能在非常高溫下運(yùn)行。此外，使用這些傳熱介質(zhì)，也不會出現(xiàn)在熔融鹽的情況下出現(xiàn)的問題，更確切說，在低流速下可能會形成層流，這導(dǎo)致管線彎曲。

在CN-A 101354191中記載了另一種線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備。該設(shè)備具有在不同溫度下運(yùn)行的區(qū)段。這里，也使用了水，水已經(jīng)在太陽能電池陣列中被蒸發(fā)。由于使用了水，即便是在這里，效率也無法達(dá)到利用允許高很多的運(yùn)行溫度的傳熱介質(zhì)例如熔融鹽運(yùn)行的線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備中可能達(dá)到的效率。

US-A 2013/0199517記載了一種具有豎向布置的接收器的塔式太陽能發(fā)電設(shè)備，在此情況下，傳熱介質(zhì)在流經(jīng)接收器后可經(jīng)由旁路被再循環(huán)回接收器上游的混合裝置，以便在混合裝置中與提供的傳熱介質(zhì)混合，并被再次引導(dǎo)經(jīng)過接收器。與其中接收器水平串聯(lián)連接且通過長管線環(huán)路串聯(lián)連接的線形聚光太陽能發(fā)電設(shè)備相比，傳熱介質(zhì)在塔式發(fā)電設(shè)備中可被加熱的有效長度是非常短的，并且因此與線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備相比，這里不可能對傳熱介質(zhì)進(jìn)行高度加熱。因此不同的接收器布置使得整個太陽能發(fā)電設(shè)備的外圍及構(gòu)建需要有完全不同的要求。而且，在塔式發(fā)電設(shè)備中，凝固問題可相對簡單地避免，因為豎向延伸的接收器管線和短的管線距離導(dǎo)致能快速放空。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是提供一種線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行方法，該方法允許即便是在早晨和晚上的轉(zhuǎn)換期間也能可靠運(yùn)行，并且其中，還確保了傳熱介質(zhì)不會在夜間運(yùn)行期間在管線內(nèi)凝固。

這一目的借助這樣一種線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行方法實現(xiàn)，即其中，傳熱介質(zhì)流動經(jīng)過具有至少一個接收器的管線環(huán)路，傳熱介質(zhì)具有使得在管線環(huán)路內(nèi)不會發(fā)生不被允許的溫差的流速，并且在離開管線環(huán)路時，至少部分的傳熱介質(zhì)被抽取并再循環(huán)回管線環(huán)路中。

在管線內(nèi)不存在不被允許的溫差例如是由于管線內(nèi)的流動是湍流而實現(xiàn)的。如果傳熱介質(zhì)可例如因合適布置反射鏡而被全方位均勻加熱，則也可避免不被允許的溫差。

通過在傳熱介質(zhì)離開管線環(huán)路時將至少部分的傳熱介質(zhì)抽取并通過將該部分再循環(huán)回管線環(huán)路，從而即便在熱輻射低且因此傳熱介質(zhì)加熱較低時，也確保有足夠大量的傳熱介質(zhì)一直流經(jīng)管線系統(tǒng)，以確保湍流。因此可避免傳熱介質(zhì)在管線內(nèi)的分層和因此對管線造成的損壞。此外，以這種方法能獲得傳熱介質(zhì)的足夠高溫。另一方面，在夜間運(yùn)行中也能獲得足夠的通流，以避免傳熱介質(zhì)在管線內(nèi)固化的情況，尤其是在使用熔融鹽時。特別地，可借此避免太大的量從熱儲罐被泵送至冷儲罐的情況，因為在任何情形下，僅部分的傳熱介質(zhì)被傳送或排出，而其余部分在環(huán)路內(nèi)。被傳送的傳熱介質(zhì)的量或者被排出的傳熱介質(zhì)的量必須簡單地確保管線內(nèi)傳熱介質(zhì)的溫度保持足夠高以便不會發(fā)生固化。

傳熱介質(zhì)可靠地不會發(fā)生固化的溫度也被稱為太陽能電池陣列的固化控制溫度。該固化控制溫度高于傳熱介質(zhì)的固化溫度，并且以實用性要求和太陽能電池陣列的管線的隔熱質(zhì)量為基礎(chǔ)而確定。在這種情況下，固化控制溫度可正好在具有冷的傳熱介質(zhì)的儲罐的設(shè)計溫度以下。如果傳熱介質(zhì)從用于冷的傳熱介質(zhì)的儲罐直接被引入太陽能電池陣列，則太陽能電池陣列在低的固化控制溫度下至少部分地不運(yùn)行，而是在具有冷的傳熱介質(zhì)液的儲罐的較高的設(shè)計溫度下運(yùn)行。由于太陽能電池陣列的熱損失隨溫度的增加急劇升高，導(dǎo)致在太陽能電池陣列中因輻射導(dǎo)致的熱損失要大于當(dāng)太陽能電池陣列完全在固化控制溫度下運(yùn)行時的熱損失。借助根據(jù)本發(fā)明的方法，由于傳熱介質(zhì)在管線環(huán)路中循環(huán)，溫度可保持明顯更接近固化控制溫度，以便可借此使熱損失最小化。

由于采用根據(jù)本發(fā)明的方法，太陽能電池陣列的管線環(huán)路中的溫度在白天運(yùn)行中和夜間運(yùn)行中可基本保持不變，管線系統(tǒng)消除了危害的交變應(yīng)力。

在一個優(yōu)選實施例中，被再循環(huán)回管線環(huán)路的那部分傳熱介質(zhì)在引入管線環(huán)路之前與向管線環(huán)路輸送的傳熱介質(zhì)混合。借此避免了兩股傳熱介質(zhì)以不同的溫度進(jìn)入管線環(huán)路中的情況。替代地，當(dāng)然也能通過旁路將再循環(huán)的傳熱介質(zhì)引入管線環(huán)路內(nèi)，從而由于湍流而在管線環(huán)路內(nèi)進(jìn)行充分混合。然而，優(yōu)選地例如使用混合器，被再循環(huán)的這部分傳熱介質(zhì)與新輸送的傳熱介質(zhì)在該混合器內(nèi)進(jìn)行混合。為了將被再循環(huán)回管線環(huán)路的那部分傳熱介質(zhì)與送向管線環(huán)路的傳熱介質(zhì)進(jìn)行混合，例如可使用這樣的儲罐，即再循環(huán)的那部分傳熱介質(zhì)和被輸送的傳熱介質(zhì)被引入該儲罐，并且再循環(huán)的傳熱介質(zhì)與被輸送的傳熱介質(zhì)的混合物離開該儲罐并進(jìn)入管線環(huán)路中。

在本發(fā)明的一個實施例中，再循環(huán)的那部分傳熱介質(zhì)與向管線環(huán)路輸送的傳熱介質(zhì)在其內(nèi)混合的儲罐是連接至通向管線環(huán)路的管線的放空罐。使用放空罐的優(yōu)點是可省掉額外的設(shè)備部件，例如混合罐。

為了在電力中斷而被迫需要放空太陽能電池陣列的情況下或在太陽能電池陣列需要被放空的其它情況下具有傳熱介質(zhì)在放空期間可流入的可得的足夠的放空體積，優(yōu)選的是，在線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行期間，放空罐是被部分填充的，并且未被填充的體積的大小被設(shè)定成使得管線環(huán)路中包含的傳熱介質(zhì)能流入該放空罐內(nèi)。這在放空罐被用作再循環(huán)的那部分傳熱介質(zhì)與送向管線環(huán)路的傳熱介質(zhì)在其內(nèi)混合的混合罐時是尤其有利的。

作為使用放空罐來將再循環(huán)的那部分傳熱介質(zhì)與被送向管線環(huán)路的傳熱介質(zhì)進(jìn)行混合的替代，還能使用中央混合罐，待送入多個管線環(huán)路的傳熱介質(zhì)以及來自多個管線環(huán)路的被再循環(huán)的傳熱介質(zhì)被輸送至該中央混合罐，并且被再循環(huán)的傳熱介質(zhì)與待輸送的傳熱介質(zhì)在該中央混合罐內(nèi)充分混合并離開該中央混合罐而進(jìn)入管線環(huán)路。特別地，這具有這樣的優(yōu)勢，即管線環(huán)路中的從混合罐送入的傳熱介質(zhì)具有相同的溫度和相同的壓力。。特別地，使用中央混合罐具有這樣的優(yōu)勢，即需要更少的部件，并且因此還尤其可省掉在任何情況下均會導(dǎo)致泄露的法蘭連接件和密封件。

如上所述，由于優(yōu)選在夜間運(yùn)行中在盡可能低的溫度下運(yùn)行傳熱介質(zhì)，當(dāng)向白天運(yùn)行轉(zhuǎn)換時，必須將傳熱介質(zhì)加熱至最低運(yùn)行溫度。為了盡可能快地加熱傳熱介質(zhì)，例如，能夠在從夜間運(yùn)行向白天運(yùn)行轉(zhuǎn)換的期間內(nèi)將從管線環(huán)路的出口抽取的所有傳熱介質(zhì)送回管線環(huán)路中，直至傳熱介質(zhì)已經(jīng)被加熱至最低運(yùn)行溫度。這避免了被送向管線環(huán)路的傳熱介質(zhì)的溫度因與溫度較低的新鮮傳熱介質(zhì)混合而被再次降低的情況。這允許被引導(dǎo)經(jīng)過管線環(huán)路的傳熱介質(zhì)被更快地加熱至最低運(yùn)行溫度。只要達(dá)到最低運(yùn)行溫度，則溫度較低的傳熱介質(zhì)可被再次輸送并可被加熱。之后未被抽取和再循環(huán)的、由此被加熱的傳熱介質(zhì)從管線環(huán)路被引入用于熱的傳熱介質(zhì)的儲罐。為了利用傳熱介質(zhì)的能量，傳熱介質(zhì)之后從用于熱的傳熱介質(zhì)的儲罐中抽取，并且例如在熱交換器中，熱量可傳遞至蒸汽回路，在該蒸氣回路中水首先被蒸發(fā)并且蒸汽隨后達(dá)到過熱。然后，傳熱介質(zhì)從熱交換器中被引出并返回至用于冷的傳熱介質(zhì)的儲罐。蒸汽可被利用，以例如通過渦輪機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電流。然后來自用于冷的傳熱介質(zhì)的儲罐的傳熱介質(zhì)被再次引導(dǎo)經(jīng)過管線環(huán)路，傳熱介質(zhì)在該管線環(huán)路中因吸收能量被太陽能輻射加熱。

一旦太陽的熱輻射已降低到不得不向夜間運(yùn)行轉(zhuǎn)換的程度，則傳熱介質(zhì)在管線環(huán)路內(nèi)被再次循環(huán)，直至達(dá)到固化控制溫度。優(yōu)選地，在夜間運(yùn)行中，則被再循環(huán)的那部分傳熱介質(zhì)的量被如此設(shè)定，以使得被送入管線環(huán)路的被再循環(huán)的傳熱介質(zhì)和被輸送的傳熱介質(zhì)的混合物的溫度(℃)比固化溫度高至多20％。傳熱介質(zhì)的溫度比固化溫度高出的合適的值例如為30℃。結(jié)果，一方面，在夜間運(yùn)行中被引導(dǎo)經(jīng)過管線環(huán)路的傳熱介質(zhì)的溫度保持盡可能低，并且，另一方面，避免了管線環(huán)路內(nèi)的溫度因熱消散而降到固化溫度以下的情況。這確保了即便在夜間運(yùn)行中，在管線環(huán)路內(nèi)也沒有傳熱介質(zhì)發(fā)生固化。

傳熱介質(zhì)具有的用以防止管線結(jié)冰的最低溫度在這種情況下也取決于傳熱介質(zhì)被引導(dǎo)經(jīng)過管線的速度以及管線和接收器的隔熱質(zhì)量。在這種情況下，較高的速度使得能夠具有距離固化溫度更短的距離。

任何合適的傳熱介質(zhì)都能夠被用作線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備的傳熱介質(zhì)。尤其優(yōu)選采用熔融鹽作為傳熱介質(zhì)。合適的熔融鹽例如是堿金屬的硝酸鹽和亞硝酸鹽，例如硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鉀或亞硝酸鈉，以及這些鹽的混合物。常規(guī)用作傳熱介質(zhì)的鹽類為硝酸鉀和硝酸鈉的混合物，例如，所知的太陽鹽，即40％重量的硝酸鉀和60％重量的硝酸鈉的混合物。

適合用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備具有帶有至少一個接收器的至少一個管線環(huán)路，流經(jīng)管線環(huán)路的傳熱介質(zhì)在所述接收器內(nèi)被輻射的太陽能加熱。此外，還包括混合裝置，流經(jīng)管線環(huán)路的至少部分傳熱介質(zhì)與待輸送的傳熱介質(zhì)在該混合裝置中混合。

在第一實施例中，混合裝置是儲罐，該儲罐被連接至通向管線環(huán)路的管線。為了在該儲罐中將已經(jīng)流經(jīng)管線環(huán)路的傳熱介質(zhì)與新流入管線環(huán)路內(nèi)的傳熱介質(zhì)進(jìn)行混合，待被引入管線環(huán)路的傳熱介質(zhì)以及被再循環(huán)的傳熱介質(zhì)均被引入混合罐內(nèi)并在此處相互混合。在這種情況下，混合例如可因合適的引入而發(fā)生。替代地，也能在該罐內(nèi)設(shè)置任何混合機(jī)構(gòu)，例如攪拌器。在這種情況下，該攪拌器可呈本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何形式。還能采用靜態(tài)混和器。

替代地，還可行的是，混合裝置是從管線環(huán)路的出口通向管線環(huán)路的入口的旁路。在這種情況下，離開管線環(huán)路的一些傳熱介質(zhì)被引入旁路中并經(jīng)該旁路流入管線環(huán)路的入口，其中，旁路并入?yún)R入管線環(huán)路的管線中并且因此，傳熱介質(zhì)從旁路被混入到新被輸送的傳熱介質(zhì)內(nèi)。之后通過湍流或借助插入管線內(nèi)的靜態(tài)混合器來在管線內(nèi)進(jìn)行混合。

在本發(fā)明的一個實施例中，在旁路中設(shè)置有泵。借助該泵，可計量待被再循環(huán)并與新輸送的傳熱介質(zhì)混合的傳熱介質(zhì)的量。此外，借助該泵，可克服因管線環(huán)路的長度而發(fā)生的壓降。

作為為每個獨(dú)立管線環(huán)路均配設(shè)混合裝置的替代方案，也可行的是，在太陽能發(fā)電設(shè)備包括多個管線環(huán)路時提供中央混合裝置，從獨(dú)立的管線環(huán)路再循環(huán)的傳熱介質(zhì)與待被輸送至管線環(huán)路的傳熱介質(zhì)被引入該中央混合裝置內(nèi)，并且被再循環(huán)的傳熱介質(zhì)與待被輸送的傳熱介質(zhì)的混合物離開該中央混合裝置并進(jìn)入管線環(huán)路。如上所述，借助中央混合裝置，可省掉多個法蘭和連接件。此外，借此提供了相同的條件，因為傳熱介質(zhì)在相同溫度下被輸送到所有的管線環(huán)路中。此外，也可行的是，將多個管線環(huán)路結(jié)合成一個太陽能電池陣列區(qū)段并且將該太陽能電池陣列區(qū)段與中央混合裝置結(jié)合。在這種情況下，之后將多個太陽能電池陣列區(qū)段結(jié)合成太陽能電池陣列。

中央混合裝置可例如是借助分隔壁分隔出的儲罐的一部分。在這種情況下，該儲罐可以是位于線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備中的任何儲罐，例如放空罐。

如在任何情況下為管線環(huán)路配設(shè)的混合裝置那樣，還可行的是，在中央混合裝置的情況下提供額外的混合機(jī)構(gòu)，例如，攪拌器。替代地，這里也可以使用靜態(tài)混和器。

尤其當(dāng)提供的混合裝置是還同時用作放空罐的儲罐時，必須將該儲罐設(shè)置在整個管線系統(tǒng)的最低點，以使得傳熱介質(zhì)能夠僅在重力的作用下便流入放空罐內(nèi)。對于抽取，則有利的是提供浸入管，傳熱介質(zhì)借助該浸入管從儲罐或該儲罐的被分隔出來的部分抽取。使用浸入管可確保所有的傳熱介質(zhì)能夠從儲罐中被抽取。在這種情況下，浸入管設(shè)置有液下泵，傳熱介質(zhì)可借助該液下泵從儲罐中被吸出并送入管線環(huán)路。如果該儲罐也用作放空罐，則即便在管線系統(tǒng)全部放空以后，傳熱介質(zhì)也能通過浸入管被再次引回管線系統(tǒng)。

附圖說明

本發(fā)明的示例性實施例在附圖中被示出并且在下方說明中被更為詳盡地解釋。

在圖中：

圖1示出了線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備的示意圖；

圖2示出了聯(lián)接至中央儲存裝置的分段式太陽能電池陣列的示意圖；

圖3示出了被聯(lián)接至帶有插入式混合器的中央儲存裝置的分段式太陽能電池陣列的示意圖；

圖4示出了被聯(lián)接至帶有多個插入式混合器的中央儲存裝置的分段式太陽能電池陣列的示意圖；

圖5示出了帶有泵的混合裝置的示意圖；

圖6示出了被設(shè)計成帶有液下泵的混合罐的混合裝置；

圖7示出了帶有多個放空區(qū)段、且每個區(qū)段各自配設(shè)有放空罐和混合器的線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備的示意圖。

具體實施方式

在圖1中示意性示出了線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備。

線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備1包括太陽能電池陣列3，傳熱介質(zhì)在該太陽能電池陣列中被入射的太陽能輻射5加熱。為實現(xiàn)這一目的，太陽能電池陣列3通常包括多個串聯(lián)連接的接收器，傳熱介質(zhì)經(jīng)由接收器被引導(dǎo)。接收器在任何情況下均包括入射的太陽能輻射5在其中聚集并被轉(zhuǎn)向到傳熱介質(zhì)上的多個反射鏡。在這種情況下，所述反射鏡可例如被設(shè)計為呈拋物面槽式反射鏡或菲涅耳反射鏡形式。

傳熱介質(zhì)通常從太陽能電池陣列3中流出并首先進(jìn)入儲熱系統(tǒng)9的熱儲罐7內(nèi)。傳熱介質(zhì)從熱儲罐7中流出并進(jìn)入熱交換器11中，傳熱介質(zhì)在該熱交換器中將熱量傳遞至水回路。水回路中的水因此被蒸發(fā)和過熱。該過熱蒸汽驅(qū)動渦輪機(jī)13，渦輪機(jī)13驅(qū)動發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。在這種情況下，發(fā)電方式與傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備的發(fā)電方式是相同的。電能的產(chǎn)生在此通過箭頭15示出。

通過驅(qū)動渦輪機(jī)13，蒸汽損失能量。這以熱17的形式消散。在這種情況下，部分蒸汽可能會冷凝。冷卻的蒸汽流回?zé)峤粨Q器11，冷卻的蒸汽在該熱交換器中再次從傳熱介質(zhì)吸收熱量并被蒸發(fā)和過熱。為簡化處理而未示出在發(fā)電設(shè)備中常用的蒸汽冷凝器。借此被冷卻的傳熱介質(zhì)流回儲熱系統(tǒng)的冷儲罐19內(nèi)。傳熱介質(zhì)從冷儲罐19中流出并進(jìn)入太陽能電池陣列3中，傳熱介質(zhì)在該太陽能電池陣列中被再次加熱。使用帶有熱儲罐7和冷儲罐19的儲熱系統(tǒng)9具有這樣的優(yōu)勢，即如此大量的傳熱介質(zhì)可被加熱并被中間儲存，以使得即便是在太陽不照射并且因此傳熱介質(zhì)未被加熱的情況下，熱量也能被傳遞至蒸汽回路以用于產(chǎn)生能量。

如圖1所示的示意圖，儲熱系統(tǒng)9在這種情況下包括熱儲罐7和冷儲罐19。作為替代，也能使用分層儲存的儲熱系統(tǒng)，其中，冷的傳熱介質(zhì)位于下部區(qū)域內(nèi)而熱的傳熱介質(zhì)位于上部區(qū)域內(nèi)。在這種情況下，熱的傳熱介質(zhì)從上部區(qū)域被抽取并被送至蒸汽回路，并且冷的傳熱介質(zhì)從下部區(qū)域被抽取并送入太陽能電池陣列3中。

圖2示意性示出了聯(lián)接至中央儲存裝置的分段式太陽能電池陣列。

圖2示出了線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備1的細(xì)節(jié)，其中，太陽能電池陣列3被分成多個獨(dú)立的太陽能電池陣列區(qū)段21。為了向太陽能電池陣列區(qū)段21提供供給，傳熱介質(zhì)從冷儲罐19被引入分配管線23中。傳熱介質(zhì)從分配管線23流出并進(jìn)入所述獨(dú)立的太陽能電池陣列區(qū)段21中。在這種情況下，每個獨(dú)立的太陽能電池陣列區(qū)段21均包括設(shè)置有接收器的一個或多個管線環(huán)路，入射的太陽能輻射5通過所述接收器被捕集并被轉(zhuǎn)移、匯聚至傳熱介質(zhì)，以便對傳熱介質(zhì)進(jìn)行加熱。加熱后的傳熱介質(zhì)從所述獨(dú)立的太陽能電池陣列區(qū)段21中流出并進(jìn)入收集管25。收集管25被連接至儲熱系統(tǒng)9中的熱儲罐7，從而加熱后的傳熱介質(zhì)可從收集管25流出并進(jìn)入熱儲罐7中。

圖3示出了聯(lián)接至帶有插入式混合器的中央儲存裝置的分段式太陽能電池陣列。

如圖3所示，線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備1的布局與圖2中所示的布局大致相同。與圖2所示的實施例相比，圖3中所示的太陽能發(fā)電設(shè)備具有混合裝置27，該混合裝置置于儲熱系統(tǒng)9和分配管線23或收集管25之間?；旌涎b置27提供了將一部分傳熱介質(zhì)從收集管25再次輸送到分配管線23的可能性，以便借此可以在例如在從夜間運(yùn)行模式向白天運(yùn)行模式轉(zhuǎn)變并且太陽開始再次照射時的線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備的啟動期間將傳熱介質(zhì)加熱到更高程度。在這種情況下，部分傳熱介質(zhì)被引回太陽能電池陣列3中以便對其進(jìn)一步加熱。在這種情況下，也存在將所有的傳熱介質(zhì)從收集管25中輸出并進(jìn)入混合裝置27中以及將傳熱介質(zhì)再次輸送至分配管線23中的可能性。傳熱介質(zhì)由此可被加熱至達(dá)到規(guī)定的最低溫度的程度。當(dāng)達(dá)到最低溫度時，一部分傳熱介質(zhì)可被引入熱儲罐7，并且，相應(yīng)地，一部分可從冷儲罐19中抽取并被送入混合裝置27中。在混合裝置27中，冷的傳熱介質(zhì)可與一部分加熱后的傳熱介質(zhì)混合。由此，被引導(dǎo)經(jīng)過太陽能電池陣列3的獨(dú)立的太陽能電池陣列區(qū)段21的傳熱介質(zhì)的量可保持如此之大，以使得可形成湍流。結(jié)果，可避免可導(dǎo)致對管線造成損害的傳熱介質(zhì)在管線中的分層。

將已被加熱的傳熱介質(zhì)混合到混合裝置27中的冷的傳熱介質(zhì)中在入射的太陽能輻射5不足以將流經(jīng)太陽能電池陣列區(qū)段21的所有體積的傳熱介質(zhì)加熱至傳熱介質(zhì)可完全被抽取并送入熱儲罐7中的程度時是尤其有利的。

混合裝置的替代布置如圖4所示。與圖3所示的實施例相比，在圖4所示的實施例中，每個獨(dú)立的太陽能電池陣列區(qū)段21均配設(shè)混合裝置27。混合裝置27在這種情況下位于收集管25或分配管線23與獨(dú)立的太陽能電池陣列區(qū)段21之間。通過對每個獨(dú)立的太陽能電池陣列區(qū)段21均配設(shè)混合裝置27，存在了這樣的可能性，即彼此獨(dú)立地調(diào)節(jié)各太陽能電池陣列區(qū)段21以便在熱輻射不同或傳熱介質(zhì)的加熱不同的情況下被送入混合裝置27中的冷的傳熱介質(zhì)中的加熱后的傳熱介質(zhì)的量可在任何情況下均獨(dú)立設(shè)定的可能性。

此外，也可為太陽能電池陣列區(qū)段21中的每個管線環(huán)路配設(shè)單獨(dú)的混合裝置27。

帶有泵的混合裝置的實施例在圖5中被示意性示出。

在圖5所示的混合裝置27中，借助旁路29實現(xiàn)完全混合，加熱后的傳熱介質(zhì)可借助該旁路從離開太陽能電池陣列區(qū)段的管線被導(dǎo)入?yún)R入太陽能電池陣列區(qū)段21并運(yùn)送冷的傳熱介質(zhì)的管線中。為了能設(shè)定被引導(dǎo)經(jīng)過旁路29的傳熱介質(zhì)的量，在圖5所示的實施例中，在旁路29中布置有泵31。借助泵31，傳熱介質(zhì)能從運(yùn)送熱的傳熱介質(zhì)的管線33中輸出并進(jìn)入運(yùn)送冷的傳熱介質(zhì)的管線35。

尤其是當(dāng)例如在從夜間運(yùn)行向白天運(yùn)行轉(zhuǎn)換期間而要將所有的傳熱介質(zhì)從運(yùn)送熱的傳熱介質(zhì)的管線33泵送至運(yùn)送冷的傳熱介質(zhì)的管線35中時，借助泵31來輸送傳熱介質(zhì)。

除了圖5所示的旁路29外，也可以采用混合裝置，例如，借助儲罐。這例如在圖6中被示出。

如圖6所示的混合裝置27的實施例包括儲罐37，從運(yùn)送熱的傳熱介質(zhì)的管線33分支出的管線39被引入儲罐37中。管線39設(shè)置有截流裝置41，借助該截流裝置可防止低于儲罐37中的最小填充高度及防止超過儲罐37中的最大填充高度。因此，例如，當(dāng)儲罐中的填充高度接近最小填充高度時必須打開截流裝置41，而另一方面，當(dāng)達(dá)到最大填充高度時必須關(guān)閉截流裝置41，以避免更多的傳熱介質(zhì)能流入儲罐37中的情況。

在圖6所示的實施例中，借助液下泵將傳熱介質(zhì)從儲罐37中抽取。在這種情況下，液下泵43被連接至匯入運(yùn)送冷的傳熱介質(zhì)的管線35的管線45。為了避免液下泵43抽干的情況，儲罐37必須總是包含最小填充量。

通過使用儲罐37，能夠避免在流經(jīng)混合裝置期間出現(xiàn)壓力損失，例如，如圖5所示的那樣。相應(yīng)的壓力損失會額外地引起不期望的可觀的能量損失。

如圖6所示，除了用作混合裝置以外，儲罐37還可用作放空罐，傳熱介質(zhì)在必要時流入該放空罐內(nèi)以例如放空所述獨(dú)立的太陽能電池陣列區(qū)段21并進(jìn)入針對該獨(dú)立的太陽能電池陣列區(qū)段配設(shè)的混合裝置27中。如果設(shè)置有中央混合裝置27，也同樣能將儲罐37用作放空罐，但是在這種情況下，放空罐必須被設(shè)計成足夠大到儲罐37可容納來自所有太陽能電池陣列區(qū)段21的傳熱介質(zhì)。因此，當(dāng)每個太陽能電池陣列區(qū)段21各自配設(shè)有獨(dú)立的混合裝置27時，使用呈儲罐37形式的混合裝置27作為放空罐是優(yōu)選的。

圖7中示出了帶有多個各自配設(shè)有放空罐的太陽能電池陣列區(qū)段的線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備。

如圖7所示的線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備1包括多個太陽能電池陣列區(qū)段21，每個太陽能電池陣列區(qū)段21具有多個管線環(huán)路47。在獨(dú)立的管線環(huán)路47中布置有接收器，傳熱介質(zhì)在接收器內(nèi)被入射的太陽能輻射加熱。管線環(huán)路47在任何情況下均被連接至分配支管49和收集支管51，傳熱介質(zhì)經(jīng)由分配支管49被引入管線環(huán)路47中，并且已流動經(jīng)過管線環(huán)路47的傳熱介質(zhì)在收集支管51中匯流。在這種情況下，分配支管49被連接至分配管線23，而收集支管51被連接至收集管25。在這種情況下，分配管線23被連接至儲熱系統(tǒng)9的冷儲罐19而收集管25被連接至儲熱系統(tǒng)9的熱儲罐7。為了將冷的傳熱介質(zhì)從冷儲罐19中抽取，在此處所示的實施例中，在冷儲罐19中設(shè)置有液下泵。相應(yīng)地，傳熱介質(zhì)也借助液下泵從熱儲罐7中被抽取，熱的傳熱介質(zhì)從熱儲罐7中被送入熱交換器11中。

在圖7所示的實施例中，每個太陽能電池陣列區(qū)段21均配設(shè)有放空罐53。在這種情況下，放空罐53的構(gòu)建與圖6所示的儲罐27的構(gòu)建相對應(yīng)。因此，放空罐53也可同時被用作混合裝置27。

當(dāng)有必要放空太陽能電池陣列區(qū)段21時，通氣閥55被打開。則傳熱介質(zhì)由分配支管49經(jīng)管線環(huán)路47進(jìn)入收集支管51并從收集支管51流出進(jìn)入放空罐53中。為使傳熱介質(zhì)即便在電力中斷的情況下也能流入放空罐53，分配支管49、收集支管51和管線環(huán)路47在任何情況下均具有落差，該落差被如此取向以使得放空罐53位于最低點。通過打開通氣閥55來進(jìn)行壓力補(bǔ)償，以使得傳熱介質(zhì)能流入放空罐53內(nèi)。

此外，為了協(xié)助放空，能夠?qū)Ψ趴展?3進(jìn)行抽真空，以便將傳熱介質(zhì)吸入放空罐53內(nèi)。然而，當(dāng)放空罐53同時也被用作混合裝置27時是不可行的。然而，在這種情況下，存在在通氣閥55處施加超壓以將傳熱介質(zhì)從分配支管49、管線環(huán)路47和收集支管51中壓出并進(jìn)入放空罐53內(nèi)的可能性。尤其當(dāng)傳熱介質(zhì)例如能夠與來自空氣的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，優(yōu)選采用惰性氣體例如氮?dú)鈦碛糜谕?。在這種情況下，通氣閥55被連接至儲存相應(yīng)氣體的儲氣裝置。

為了在放空后向太陽能電池陣列區(qū)段21再次填充傳熱介質(zhì)，借助液下泵43將傳熱介質(zhì)從放空罐53引入分配支管49中。傳熱介質(zhì)然后從分配支管流出而再次流入管線環(huán)路47和收集支管51中并由收集支管流入收集管25中。

附圖標(biāo)記列表

1 線性聚光太陽能發(fā)電設(shè)備

3 太陽能電池陣列

5 太陽能輻射

7 熱儲罐

9 儲熱系統(tǒng)

11 熱交換器

13 渦輪機(jī)

15 電能

17 熱消散

19 冷儲罐

21 太陽能電池陣列區(qū)段

23 分配管線

25 收集管

27 混合裝置

29 旁路

31 泵

33 運(yùn)送熱的傳熱介質(zhì)的管線

35 運(yùn)送冷的傳熱介質(zhì)的管線

37 儲罐

39 管線

41 截流裝置

43 液下泵

45 管線

47 管線環(huán)路

49 分配支管

51 收集支管

53 放空罐

55 通氣閥