CN101111729A - 太阳能收集系统的反射器和接收器 - Google Patents

Abstract

本发明提供太阳能收集系统(20)的反射器(24)。反射器(24)设置成使从太阳能收集器(22)接收到的光转向。太阳能收集器(22)设置成将所收集的光聚集在反射器(24)的伸长的聚集区域上，然后将该光进一步转向。

Description

太阳能收集系统的反射器和接收器

技术领域

本发明总体上涉及太阳能收集系统的反射器和接收器。本发明具体但并不排他地涉及用于反射和吸收来自太阳能收集器阵列的太阳能的反射器和接收器。

背景技术

在许多国家，对环境友好型能源的需求日益增长。例如，来自太阳的辐射可以转换成热能或电力。太阳能收集系统通常包括太阳能收集器阵列(例如反射器阵列)，它们收集阳光并将所收集的阳光导向位于该阵列上方的接收器。

通常，所收集的阳光聚集在接收器中的吸收器上，并将吸收器局部地加热至约350℃的温度。但已知的是，从所收集的阳光转换成电力的能量转换效率在诸如500℃-600℃等更高温度下会更好。利用目前可以使用的技术，这样的高温会引起很多问题。为了达到这样的高温，所收集的阳光必须集中在吸收器的极小面积上。但是，尤其对于巨大的太阳能收集阵列而言，来自收集器的辐射通常以极小的入射角到达吸收器，导致光束加宽并因此导致光聚损失。这可以通过将接收器极高地置于收集器阵列上方而得以避免。但是，接收器通常是沉重且复杂的装置，将吸收器置于足够高的位置对于建筑物是一种难题并且也是昂贵的。

此外，常规的接收器包括位于真空玻璃壳体中的吸收器主体，并且通常不能承受高于约350℃的温度。因此，需要一种可选的技术解决方案。

发明内容

第一方面，本发明提供一种太阳能收集系统的反射器，所述反射器设置成使从太阳能收集器接收到的辐射转向，所述太阳能收集器设置成将所收集的光聚集在伸长的聚集区域上，所述反射器包括至少一个伸长的反射面部分，所述反射面部分使从所述太阳能收集器接收到的辐射转向。

例如，所述反射器在使用时可以位于所述太阳能收集器上方，所述收集器本身可以是初级反射器，并且使辐射向下转向至所述反射器下方，从而所述伸长的聚集区域在使用时位于所述反射器下方，例如在地面上或接近地面的位置处。这种方案的显著优点在于，不必将接收器很高地置于所述太阳能收集器上方就可以获得相对较高的辐射入射角，其中所述接收器可以包括另一反射器。

所述伸长的反射面在垂直于伸长方向的平面上可以是基本上平面的，但通常具有凹横截面形状或凸横截面形状。

所述伸长的反射面部分可以具有在伸长方向上变化的横截面形状。例如，所述反射器还可以包括具有凹横截面形状的第一区域和具有凸横截面形状的第二区域。但是，通常而言，所述反射器具有在所述反射面部分的伸长方向上基本不变的横截面形状。在一个具体实施例中，所述伸长的反射面部分的横截面形状是凹的。例如，所述凹反射面部分可以包括可以被连接的多个表面部分或段。在这种情况下，所述反射面部分可以包括设置成凹形的多个基本上平面的反射部分。可选的是，所述反射面可以包括可以一体形成的凹层。

第二方面，本发明提供一种太阳能收集系统的接收器，所述接收器包括；

具有内部空间和透光窗口的壳体，所述内部空间可以抽成真空，所述透光窗口使光经所述窗口透入所述内部空间中；

位于所述壳体的内部空间中并用于吸收光的吸收器主体，

其中所述接收器设置成在所述接收器的使用中通过真空泵将所述内部空间抽成真空。

所述接收器的壳体可以设置成与所述真空泵连接。所述真空泵可以是外部泵，但也可以是内部泵，所述内部泵可以置于所述壳体中(例如抽气泵)。

所述接收器具有很多优点。由于所述内部空间在接收器的使用中可以由真空泵抽成真空，因此减小了从吸收器主体到窗口(其可以是玻璃窗口)的热传导，并且窗口在使用时通常具有远低于吸收器主体的温度。因此，所述接收器比常规的接收器适用于更高温度。

通常可以避免吸收器主体与窗口之间的直接接触。所述壳体通常包括绝热材料，并设置成减小从吸收器主体到窗口的热传导，这进一步提高了对高温的适用性。例如，所述壳体可以包括内部和外部，所述内部可以是金属的，所述外部可以包括绝热材料。

此外，支撑着所述壳体中的吸收器主体的支架(例如壁柱(pilar)型支架)可以包括绝热材料。所述绝热材料通常是陶瓷材料。

所述吸收器主体可以具有任何合适的形状，但通常的形状使得至少一部分由所述吸收器主体的一个表面部分反射的光被反射到所述吸收器主体的另一表面部分。例如，如果光被反射三次，每次有80％的光被吸收，则只有不到1％的光可以漏掉。在本发明的具体实施例中，所述吸收器主体具有基本上呈U形或V形的横截面形状。所述基本上呈U形或V形的吸收器主体的优点在于，比常规吸收器主体具有更大的表面/体积比，所述常规吸收器主体通常是具有圆横截面形状的管。因此，所述基本上呈U形或V形的吸收器主体增大了吸收效率。

所述接收器可以设置成加热任何合适的材料(例如气体或液体)。在一个实施例中，所述吸收器主体包括流体导管，所述流体在使用时穿过所述吸收器主体。例如，所述导管也可以具有基本上呈V形或U形的横截面形状。如果在使用时穿过所述吸收器主体的流体是液体并且被吸收器主体加热，则这种形状的导管具有特定优点。液体被加热时会形成气泡，这些气泡将会扩散到基本上呈V形或U形横截面形状的导管的腿部末端附近的区域。但是，导管的其他区域将会在很大程度上没有气泡并且能有效地吸收热。如果导管具有圆横截面形状，则气泡会位于通常接收主要热量的区域，这将会损害吸收效率。

所述吸收器主体可以包括任何合适的材料，但通常包括吸收性表面涂层(例如高吸收性的“黑体”型表面涂层)。所述吸收器主体也可以具有太阳光选择涂层，例如吸收阳光但是仅发射相对少量的红外辐射的涂层。所述壳体通常具有反射性的内表面部分，从而使到达所述内表面的太阳光被反射到所述吸收器主体并且减小热损失。例如，所述壳体的内表面可以包括反射性的金属材料。

所述接收器可以设置成接收由多个收集器收集的辐射，所述收集器将所收集的光聚集到伸长的聚集区域(例如线性聚集区域)上。在这种情况下，所述吸收器主体通常是伸长的，从而所述吸收器主体能接收与所述伸长的聚集区域相关的辐射。

第三方面，本发明提供一种太阳能收集系统，其包括本发明第二方面所述的反射器。

由于反射器在使用时将辐射转向接收器，因此不必将吸收器很高地置于太阳能收集器上方就可以避免相对较小的入射角。因为避免了相对较小的入射角，所以就能减小由于光束加宽而导致的光聚损失，并且能实现更高的吸收器主体温度。

本发明第三方面的太阳能收集系统通常包括接收器，例如本发明第一方面所述的接收器。反射器通常置于太阳能收集器上方并且设置成使辐射向下转向。所述接收器可以置于地面上。所述太阳能收集系统的伸长的聚集区域通常在使用时被导向所述太阳能收集系统的接收器中。

可选的是，所述太阳能收集系统可以不包括接收器而是可以设置成直接加热诸如固体材料等材料。例如，所述太阳能收集系统可以设置成加热诸如褐煤等固体燃料。澳大利亚的褐煤具有相对较大的湿度，这不利于燃烧。所述太阳能收集系统可以设置成加热褐煤，从而减小褐煤中的湿度。

所述反射器可以包括两个或更多个凹反射面部分。例如，所述反射器包括两个凹反射面部分，它们设置成使所述反射器具有包括两个凹部的横截面形状。在这种情况下，所述系统通常设置成使所述反射器位于所述接收器上方，收集器位于所述接收器的任一侧，并且各个凹反射面部分使从位于所述反射器各侧的太阳能收集器接收到的辐射转向。

通过下面对本发明具体实施例的说明将更全面地理解本发明。下面结合附图进行说明。

附图说明

图1显示了本发明具体实施例的太阳能收集系统的接收器的剖视图；

图2显示了本发明具体实施例的太阳能收集系统的剖视图；

图3显示了图2中所示太阳能收集系统的俯视图；以及

图4显示了本发明实施例的反射器的剖视图。

具体实施方式

首先参照图1，说明本发明具体实施例的太阳能收集系统的接收器10。

接收器10包括具有内部空间13的壳体12。吸收器主体14置于内部空间13中，窗口16封闭该内部空间。窗口16由诸如玻璃等透光材料构成。内部空间13在使用时由真空泵17抽成真空。

接收器10设置成通过窗口16接收太阳辐射，然后由吸收器主体14吸收该太阳辐射。在此实施例中，吸收器主体14的形状增大了对所接收太阳光的多次反射的可能性。在这一例子中，吸收器主体14具有U形横截面形状。这一例子中的吸收器主体14由具有“黑体”涂层的金属材料构成，从而增大对所接收阳光的吸收。由于吸收器主体14对所接收阳光的多次反射的可能性，因而提高了吸收效率。

在这一实施例的变型中，吸收器主体14涂布有太阳光反射涂层，例如具有相对较高的太阳光吸收效率和相对较低的红外辐射发射效率的涂层。这种层可以包括具有渐变金属含量的陶瓷材料。

支架18支撑着壳体12中的吸收器主体14。在这一例子中，支架18由诸如陶瓷材料等绝热材料构成。借助于绝热材料，减小了通过壳体12从吸收器主体14向玻璃窗口16的热传导。因此，接收器10适用于相对较高的温度。在此实施例中，壳体12包括金属的内部和绝热的外部，而且，在这一例子中，该绝热外部也由绝热陶瓷材料构成。

应该理解的是，在这一实施例的各种变型中，壳体12可以由任何合适的材料构成，例如金属材料等。此外，如果壳体12包括绝热材料，则支架18可以不必是由绝热材料构成的。

吸收器主体14可以设置成加热通过吸收器主体14输送的流体。吸收器主体14通常包括合适的导管(图未示)，以便通过吸收器主体14输送流体或固体材料。

接收器10在平行于窗口16的截面上可以具有任何基本上呈方形、圆形或矩形的横截面形状。但是在这一实施例中，吸收器10和吸收器主体14的形状沿着窗口16的平面并且在垂直于图1所示图的平面方向上伸长。这样，接收器10被设置成从具有线性延伸的聚集区域的太阳能收集系统接收所收集的太阳辐射。

应该理解的是，在这一实施例的各种变型中，吸收器主体14可以具有任何合适的形状。例如，吸收器主体14可以是传输流体的管，其可以具有诸如圆形或矩形等任何横截面形状。

图2和图3显示了本发明具体实施例的太阳能收集系统。系统20包括太阳能收集器22的阵列，该收集器经由反射器24将所收集的阳光导向接收器26。为了清楚起见，图3没有显示反射器24。在此实施例中，每个收集器22都是反射器，而且，反射器24具有凹反射面。由于反射器24的原因，可以使由接收器26接收的辐射维持相对较高的入射角，而不必将吸收器很高地置于太阳能收集器上方。

在图2所示的实施例中，将收集器22所收集的辐射导向反射器24的各个部分。

例如，上述反射面可以是沉积在凹面基底上的膜。可选的是，反射器24可以由反射材料构成。此外，反射器24可以包括可被连接的多个反射面部分。在这种情况下，每个表面部分可以是平面的，并且多个反射部分可以被连接，从而使反射器24具有凹反射面。

在此实施例中，接收器26置于地面上。例如，接收器26可以是上述图1中示出的接收器10。反射器24通常包括金属的反射面涂层，但可选的是，可以包括任何其他合适的反射涂层，或者可以由反射材料构成。在此实施例中，反射器24在垂直于图2所示图的平面方向上伸长，接收器26具有在图3中也示出的对应伸长形状。

虚线30是为了说明对这一实施例作出的变型。虚线30代表反射器24和接收器26的对称平面。在这种情况下，反射器24包括两个凹面反射部分，这在图4中用反射器32作进一步说明。太阳能收集器22排列在虚线30的任一侧，反射器24的各个凹面部分使从系统各侧接收到的太阳辐射转向。图4显示了具有两个凹面反射部分34和36以及支架38的反射器32。

在图2和图3所示实施例的另一变型中，太阳能收集系统可以不包括接收器，而是设置成直接加热诸如燃料(例如褐煤)等材料。

尽管已经参照具体例子说明了本发明，但本领域技术人员应该清楚，本发明可以以许多其他形式实施。例如，应该理解的是，收集器22可以不必是面镜，其也可以是诸如菲涅耳透镜等透镜。此外，收集器22可以不按阵列排列。在上述的实施例中，反射器24具有凹反射面。应该理解的是，在对此实施例作出的变型中，反射器24也可以具有凸反射面。在这种情况下，需要调节收集器22的位置，使得所收集的阳光可以聚集在吸收器上。

另外，本领域技术人员应该清楚，反射器24可以用合适的面镜代替，该面镜可以与诸如菲涅耳透镜等透镜相结合，从而具有类似于凹面或凸面反射器24的光学性能。

此外，太阳能收集系统的聚集区域可以不必是线性的，而是可选地具有任何其他形状，包括部分弯曲或成角的形状。接收器的形状也可以从具有任何形状的聚集区域的太阳能收集系统接收阳光。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

19.如权利要求8至18任一项所述的接收器，其被设置成接收由多个收集器收集的辐射，所述收集器将所收集的光聚集到伸长的聚集区域上。

20.一种太阳能收集系统，包括：

太阳能收集器，所述太阳能收集器一起设置成将所收集的光聚集到伸长的聚集区域上；以及

权利要求1至7任一项所述的反射器，其使所收集的光转向接收器。

21.如权利要求20所述的太阳能收集系统，其中所述反射器位于所述太阳能收集器上方并设置成使辐射向下转向。

22.如权利要求20或21所述的太阳能收集系统，其包括权利要求8至19任一项所述的接收器。

23.如权利要求22所述的太阳能收集系统，其中所述太阳能收集系统的伸长的聚集区域被导向所述接收器中。

24.如权利要求22或23所述的太阳能收集系统，其中所述接收器在使用时位于所述反射器下方。

25.如权利要求24所述的太阳能收集系统，其中所述接收器在使用时位于地面上。

26.如权利要求22至25任一项所述的太阳能收集系统，其被设置成直接加热材料。

27.如当从属于权利要求2或4时的权利要求22至26任一项所述的太阳能收集系统，其中所述反射器包括两个或更多个凹反射面部分。

28.如权利要求26所述的太阳能收集系统，其中所述系统设置成使所述反射器位于所述接收器上方，收集器位于所述接收器的任一侧，并且各个凹反射面部分使从位于所述反射器各侧的太阳能收集器接收到的辐射转向。

Claims (28)

1.一种太阳能收集系统的反射器，所述反射器设置成使从太阳能收集器接收到的辐射转向，所述太阳能收集器一起设置成将所收集的光聚集在伸长的聚集区域上，所述反射器包括至少一个伸长的反射面部分，所述反射面部分使从所述太阳能收集器接收到的辐射转向。

2.如权利要求1所述的反射器，其中所述伸长的反射面在垂直于伸长方向的平面上具有凹横截面形状。

3.如权利要求1所述的反射器，其中所述伸长的反射面在垂直于伸长方向的平面上具有凸横截面形状。

4.如权利要求1所述的反射器，其包括具有凹横截面形状的第一区域和具有凸横截面形状的第二区域。

5.如权利要求1至3任一项所述的反射器，其中所述伸长的反射面部分具有在所述反射面部分的伸长方向上基本不变的横截面形状。

6.如权利要求1至5任一项所述的反射器，其中所述反射面部分包括多个表面部分。

7.如权利要求1至6任一项所述的反射器，其中所述反射面包括凹层。

8.一种太阳能收集系统的接收器，所述接收器包括：

具有内部空间和透光窗口的壳体，所述内部空间可以抽成真空，所述透光窗口使光经所述窗口透入所述内部空间中；

位于所述壳体的内部空间中并用于吸收光的吸收器主体，

其中所述接收器设置成在所述接收器的使用中通过真空泵将所述内部空间抽成真空。

9.如权利要求8所述的接收器，其被设置成与所述真空泵连接。

10.如权利要求8或9所述的接收器，其中设置有支架形式的绝热材料，所述支架支撑着所述壳体中的吸收器主体。

11.如权利要求8至10任一项所述的接收器，其中所述壳体的至少一部分包括绝热材料。

12.如权利要求8至11任一项所述的接收器，其中所述吸收器主体的形状使得至少一部分由所述吸收器主体的一个表面部分反射的光被反射到所述吸收器主体的另一表面部分。

13.如权利要求8至12任一项所述的接收器，其中所述吸收器主体具有基本上呈U形的横截面形状。

14.如权利要求8至12任一项所述的接收器，其中所述吸收器主体具有基本上呈V形的横截面形状。

15.如权利要求8至14任一项所述的接收器，其被设置成加热流体。

16.如权利要求8至15任一项所述的接收器，其中所述吸收器主体包括流体导管，所述流体在使用时穿过所述吸收器主体。

17.如权利要求16所述的接收器，其中所述导管具有基本上呈V形的横截面形状。

18.如权利要求16所述的接收器，其中所述导管具有基本上呈U形的横截面形状。

19.如权利要求8至18任一项所述的接收器，其被设置成接收由多个收集器收集的辐射，所述收集器将所收集的光聚集到伸长的聚集区域上。

20.一种太阳能收集系统，其包括权利要求1至7任一项所述的反射器。

21.如权利要求20所述的太阳能收集系统，其中所述反射器位于所述太阳能收集器上方并设置成使辐射向下转向。

22.如权利要求20或21所述的太阳能收集系统，其包括权利要求8至19任一项所述的接收器。

23.如权利要求22所述的太阳能收集系统，其中所述太阳能收集系统的伸长的聚集区域被导向所述接收器中。

24.如权利要求22或23所述的太阳能收集系统，其中所述接收器在使用时位于所述反射器下方。

25.如权利要求24所述的太阳能收集系统，其中所述接收器在使用时位于地面上。

26.如权利要求22至25任一项所述的太阳能收集系统，其被设置成直接加热材料。

27.如当从属于权利要求2或4时的权利要求22至26任一项所述的太阳能收集系统，其中所述反射器包括两个或更多个凹反射面部分。

28.如权利要求26所述的太阳能收集系统，其中所述系统设置成使所述反射器位于所述接收器上方，收集器位于所述接收器的任一侧，并且各个凹反射面部分使从位于所述反射器各侧的太阳能收集器接收到的辐射转向。

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