CN102084191B - 用于太阳能发电装置的槽式集热器 - Google Patents

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Abstract

用于太阳能发电装置的槽式集热器(1)，包括压力传感器(25)，包含用于载热流体的吸热管(42)，还包含同样安装在压力传感器(25)中的辅助聚能器。因此，可以降低压力传感器(25)的高度，从而消除了对以构架结构形式强化压力传感器(25)的需求，否则，就需要这种强化。

Description

用于太阳能发电装置的槽式集热器
技术领域
本发明涉及一种用于太阳能发电装置的槽式集热器。
背景技术
一段时间以来，太阳能热力发电站业已能够以工业规模生产电力，其价格与光致电压相比，接近目前常见的以常规方式生产的电力的价格。
在太阳能热力发电站，太阳的辐射是利用聚能器反射的，通过集热器并且以定向方式聚焦在产生高温的位置。所聚集的热能可以被带走，并且用于运转热机，如涡轮机，后者再驱动发电机发电。
目前使用的太阳能热力发电站包括三种基本形式：碟式/斯特拉(等温等容)系统，太阳塔发电装置系统和抛物面槽式系统。
抛物面槽式发电装置具有大量的集热器，它具有长形聚能器，这些聚能器具有小的横向尺寸，因此不具备焦点，但是具备焦线，这是这种发电装置与碟式斯特拉和太阳塔发电装置在设计上的根本区别。目前，所述线性聚能器的长度为20m-150m，而宽度可以达到3m，5m和更高。用于聚集的热能(高达400℃左右)的吸热管沿所述焦线分布，由吸热管将热能传输给发电装置。在所述吸热管中循环的、诸如热油或过热水蒸气的流体可以作为传热介质。
尽管槽式集热器优选被制作成抛物面槽式集热器，具有球面或仅接近抛物面形式的聚能器的槽式集热器是常用的，因为具有上述尺寸的完全的抛物面聚能器只能以很高的成本生产，因此经济上是不合算的。
在南加州，9个SEGS槽式发电装置一起能够传输大约350MW的电力；在内华达州，额外的发电装置目前被并入电网，并且输送超过60MW电力。槽式发电装置的另一个例子是正在安达卢西亚建造的Andasol1，聚能器面积为510,000m2，功率为50MW，吸热管内的温度可以达到400℃左右。用于在这种发电装置中循环传热流体的管路系统的长度可以达到100km或以上，如果未来的大型发电站构想得以实现的话。据估计，Andasol1的造价为几亿欧元。
根据粗略估算，可以确定的是所述太阳能发电装置的比例日益增加的总成本，例如，目前为65％或以上是因为槽式集热器和用于所述传热流体的管路系统。
考虑到所述槽式集热器的高造价和高维护成本，早期的设计中就减少了反射聚能器表面的污染，并因此降低了维修费，还降低了集热器本身的造价。
因此，FR-PS 1,319,144披露了上述类型的用于太阳能发电装置的管或槽式集热器，它具有圆柱形压力传感器，包括具有透明区和反射区的柔性膜。由于内压的增加，所述圆柱形压力传感器保持其形状，以便通过所述透明区的太阳辐射入射达到所述球形弯曲的反射区，并且从这里聚集到分布在所述压力传感器中的吸热管。
采用上述结构，基本上可以对沿其长度方向通过上述圆柱形压力传感器分布的吸热管进行加热，吸热管受到所述压力传感器的保护免受污染，并且通过风力冷却。因此，消除了所述吸热管的清洗费用，特别是对冷却的保护在以工业规模生产太阳能时是不可低估的价格因子。
常规吸热管，例如，露天分布的吸热管，由于散热和通过环境空气冷却损失高达100W/m，这相当于100km(或以上)的管长损失了10MW。因此，这种损失的任何减少，例如，防止风冷是重要的，并且是追求的目标。
具有低重量的柔性膜形式的聚能器的制作，进一步提供了制作所述集热器的更简单、因此更有利的整体支撑结构的可能性，因为与常规固态镜子相比，需要安装和旋转(根据太阳的位置)的重量明显更小。最后，与常规聚能器相比，由柔性膜组成的聚能器同样更有利于生产，并且更容易运送到建筑工地(由于其特殊性质，工地可能位于偏远地区，例如沙漠)，并且更容易安装。
不过，目前制作具有圆柱形压力传感器的上述尺寸的槽式集热器是无法实现的。风力的极大的工作面，例如，通过所述圆柱形膜主体形成的工作面，需要用牢固的构架加固所述圆柱形主体的压力传感器，如在所述法国专利说明书中业已提到的，有关加强所述圆柱形主体的“nervures annulaires”。所述圆柱的除了所述支撑结构之外的上述构架，本来就更轻，并且更便于制作，损失了在所述法国专利说明书中披露的实施方案和最初提到的与明显更轻和更有利于制作相关的优点。
FR-PS 2362347示出了具有可充气集热器主体的槽式集热器的相同的设计。该专利考虑到了入射在所述膜的透明部分的太阳辐射由于入射角而被部分反射的因子；实际上，太阳辐射垂直入射在所述透明部分的比例很小，更多的情形是倾斜入射。
因此，圆柱形压力传感器具有的特性是(从太阳辐射的方向看)：入射在其边缘的太阳光线基本上被反射，即仅有小部分能到达所述聚能器。
因此，在FR-PS 2363347中提供的圆柱形槽式集热器具有反射层，反射层没有覆盖在所述圆柱套管可能的一半上，而是仅覆盖所述一半圆柱的一段。
结果，对于相同的聚能器面积来说，获得了比FR-PS 1319144的设计更大的圆柱直径，这是相当有利的。通过在一定程度上“切掉”在所述圆柱形主体中平行于太阳辐射分布的套管部分寻求帮助；因此获得了双凸面、透镜状的结构，与具有相同入射或非反射阳光比值的圆柱直径相比，其厚度或高度降低。
作为所述双凸面结构的替代，还可以采用这样一种结构，其中，所述透明的膜被固定的(透明)平板取代，该平板的取向垂直于入射阳光，其优点是实际上不再有太阳辐射被反射，其缺点是所述槽式集热器的造价增加，使用膜时的优点(轻质结构同样允许集热器构架的更有利的结构等)至少在某种程度上再次失去。
另外，本领域技术人员可以确定的是所披露的实施方案同样是双凸面即透镜状的构造，实际上仍然具有相当的高度，因为其焦线区位于所述压力传感器内部，因此所述聚能器的曲率半径相当小，对于宽度为5或10m的槽式集热器来说，会导致相当大的压力传感器体积。其工作面即使对于横向进入的风来说(例如，对于静止位置的强风来说)与以前一样如此强劲，以致这里同样必须将能在风力作用下稳定所述压力传感器的额外构架附在所述压力传感器本身的支撑结构上，即不能够省略。
所述压力传感器的支撑结构大体上可以由简单的矩形构架组成，其中，所述压力传感器沿其纵向边缘分布。
WO 90/10182(相当于US 5365920)的图1示出了一种槽式集热器，与圆柱形构造相比，其高度减少，不过，尽管如此，可以获得较大长度的球形弯曲的聚能器2。这种大长度对于高度聚集的辐射来说意味着吸热管6距离不会比聚能器2截面的曲率半径小太多。考虑到聚能器2的球面弯曲，所述焦线区进而以如下方式延伸，使得所述只能通过聚能器2不充分聚集的辐射必须进行″再聚集″，再聚集是借助于辅助聚能器5完成的，根据提到过的文献，它是圆柱形的。不过，本领域技术人员很好理解的是，对于圆柱形辅助聚能器5来说，这实际上是不可能的：实际上，对于辅助聚能器5上的反射来说，所述辐射的入射角与射出角相同，所述角度是相对垂直于辅助聚能器5的相应表面部位的方向测量的。该垂线随后从吸热管7的纵轴上落下，落在所述辅助聚能器的表面上。因此，实际上对于在聚能器2上反射的所有射线来说，由于大的焦线区其偏离吸热管7一定距离(并因此使其射在辅助聚能器5上)，在其反射到圆柱形辅助聚能器上时，它们必须偏离相同的距离。因此，本领域技术人员几乎不能理解的是，图1所示结构，以及所述优选的实施方案不需要上面的文献中所提到的辅助聚能器(第9页)。上述实施方案示出了具有足够大的聚能器54的曲率半径的压力传感器。因此，这种类型的压力传感器具有需要的优选的小的高度，不过，吸热管50必须安装在所述压力传感器外部。
DE OS 2733915(相当于FR PS 2398982)披露了一种具有刚性聚能器的常规槽式集热器(就是说没有压力传感器)，它是按照将聚能器保持在相对太阳的正确方向，并且防止吸热管冷却(在夜间)的目标制作的。为此，将辅助聚能器安装在位于聚集的辐射的焦点f后面的焦线区，它将聚集的辐射反射到相对聚能器的旋转运动固定的吸热管中。所述固定的吸热管在夜间可以通过门与外界隔离，以防热量损失。由于没有压力传感器，没有必要降低该结构的高度。所述焦线区的高度或距离，以及辅助聚能器离聚能器的距离相当于吸热管50距离所示出的压力传感器的聚能器的高度或距离(按照上述WO 90/10182)。
因此，这种具有槽式集热器的类型的太阳能发电装置，现在正被建造或规划具有这样的没有压力传感器的常规类型，因此不会获得所述固有的可能的优点(节省成本的轻质结构，由于聚能器不受污染，简化了维护，不用风冷却吸热管等)。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种具有压力传感器的槽式集热器，它不仅能够以常规宽度实现，而且还能够以8m，10m或以上的宽度实现。
为了实现这一目的，本发明提出一种用于太阳能发电装置的槽式集热器，具有安装在压力传感器中的聚能器，以便它能够加载压力，并且制作成柔性膜，所述聚能器能在工作压力下聚集射入压力传感器的太阳辐射，射向在压力传感器外部延伸的焦线区，并且具有用于吸收聚集的太阳辐射的吸热管，其特征在于所述吸热管安装在压力传感器中，并且在所述压力传感器中还设置有辅助聚能器，它位于所述聚集的辐射的路径上，并且是以如下方式制作的：所述聚集的辐射朝向位于所述吸热管的辅助焦线区或辅助焦线进一步聚集。
由于所述聚能器能够将入射的太阳辐射朝向分布在所述压力传感器外侧的焦线区聚集，可将其设计成扁平形式，即具有较大的曲率半径，它提供了保持所述压力传感器的高度较小的基础；由于在最初的聚集辐射的通道上，即所述焦线区的上游提供了辅助聚能器，所述吸热管可以安装在所述压力传感器中的合适位置而不增加其高度，其结果是，例如，所述压力传感器现在可以建造成没有自身的加强构架，因此可以实现其廉价轻质构造方案的优点。
除了上述目的之外，另一个目的是提供用于生产所述辅助聚能器的方法，该方法不依赖于实验，并且同样适合作为本领域技术人员在实践中快速简便设计用于集热器的辅助聚能器的工具，因此能够生产它，以正确的、改进的或校正的方式设计，如果需要甚至可以现场设计。后一种情况还可考虑用于改装常规集热器。
本发明的方法可以简单地并且不费事地计算所述辅助聚能器的反射表面曲率，在任何情况下都具有需要的精度，以便所述辅助聚能器能够按照槽式集热器的设计方便地正确设计，并且在实际上生产。
附图说明
下面将结合附图对本发明做更详细地说明。其中：
图1示意性地表示本发明槽式集热器的示意图，
图2表示通过所示图1槽式集热器的剖视图，具有辅助聚能器第一种结构，
图3表示通过所示图1槽式集热器的剖视图，具有辅助聚能器第二种结构，
图4表示本发明槽式集热器的优选的实施方案，
图5表示通过具有两个的压力室的槽式集热器的压力传感器的剖视图，
图6表示通过吸热管的剖视图，和
图7表示放入图4所述结构的坐标系统，具有用于本发明方法的矢量。
具体实施方式
图1表示本发明槽式集热器1的示意图，具有支撑结构2，由安装在旋转装置4上的矩形构架3组成，所述旋转装置又安装在合适的支撑装置5上。旋转装置4允许槽式集热器1按照相应的太阳位置对准。矩形构架3优选用混凝土制作，这有利于现场，就是说在建造现场简化生产。
该附图还示出了在工作压力下，即在充气状态下的压力传感器10，具有用辅助线11表示的缓冲垫样形状。这种槽式集热器1的长度可能超过250m，宽度可能超过10m。压力传感器10的高度取决于所述宽度，但是，任何情况下都比该宽度小。
吸热管12通过反射的太阳辐射加热；所述聚能器位于压力传感器10中，因此，附图中看不到。吸热管12安装在合适的支撑装置13上，以便它位于所述聚能器的焦线区。
在下面的附图中，将相同的附图标记用于相同的部件。
图2示意性表示通过槽式集热器1的第一种实施方案20的剖视图。旋转装置4是由在旋转驱动装置7中移动的弓形转环6形成的，它通过滚轮8调节转环6，以便使构架3对准正确位置。
压力传感器25安装在构架3上(因此通过该构架张紧)，压力传感器由柔性膜部分26，27形成，这里是由两个膜部分形成，它们是沿其边缘28，29连接的。在这里，其中的一个部分，即上膜部分26对于通过射线30，31表示的入射阳光来说至少是部分透明的；另一部分，即下膜部分27是由反射涂层32形成的，作为聚能器33朝向太阳的射线30，31。
在工作压力下，膜部分26，27用压力加载，因此是球形弯曲的，以便聚能器33在构架3中调适其槽式形状，这种类型的太阳能集热器也由此得名。
与真正的抛物面弯曲相比，由于所述球面弯曲，通过聚能器33反射的射线30′，31′被聚集到焦线区34而不是聚集到焦线上。焦线区34通过虚线示意性表示。要建造的槽式集热器20的设计，即长度，宽度等，还有曲率半径36的设计，是由本领域技术人员根据具体目的完成的。
对聚能器33的曲率半径36选择的足够大，以便焦线区34位于压力传感器25外部，其优点是它被设计成扁平的，即具有小的高度。由于高度小，在遇到强风时，可以通过旋转驱动装置7使压力传感器25对准，仅使其窄的一侧受到风的作用。因此，省略了用于稳定压力传感器25的构架(或用于稳定压力传感器25的其他设计措施)。具有聚能器33的压力传感器25与具有常规牢固结构的聚能器相比重量较轻，其结果是构架3以及具有支撑装置5的旋转装置4可以具有较小的尺寸。这种轻质结构的结果是，不仅从材料方面节省了成本，而且还明显简化了生产和组装，这特别适合于偏远地区，如沙漠地区。
在压力传感器25上还提供了辅助聚能器40和吸热管42，后者通过具有用虚线表示的支撑装置44的支撑构架悬挂在构架3的固定板45上。尽管聚能器33具有大的曲率半径，它仍然具有以下优点，即太阳辐射30，31不必两次通过透明的膜26；其结果是由于膜26老化造成的损失同样相应保持较小：膜26透明度损失1％(例如，污染或刮擦其表面)，在太阳辐射30，31两次通过膜26的情况下，总是会造成2％的加倍的能量损失。
上述支撑构架的制作和尺寸可以由本领域技术人员轻易应用于要特制的槽式集热器1。
带走由入射聚集的辐射30，31产生的热能的传热流体以已知的方式在吸热管42中循环。
辅助聚能器40和吸热管42的维修费用较小，因为二者(与聚能器33本身类似)都不会受到压力传感器25的污染。另外，它还可以用，例如，氮气取代环境空气填充，这能够额外预防或延缓聚能器33的反射层以及辅助聚能器40(如果它是由金属薄板组成的话，例如，参见下文)的腐蚀。另外，压力传感器25中的空气可进行除湿。
与此同时，辅助聚能器40被安装在通过聚能器33聚集的辐射30′，31′的路径上，并且以如下方式制作：聚集的辐射30’，31’进一步聚集到位于吸热管42部位的辅助焦线区41。获得了一种结构，其中，辅助聚能器40与聚能器33相对安装，并且靠近透明的膜部分26，吸热管42分布在聚能器33和辅助聚能器40之间，由于聚能器33的曲率对于特定宽度的槽式集热器1是微小区别的(大曲率半径36)，焦线区34仅有很小的延伸，其优点是：辅助聚能器40仅有窄的结构并且仅产生很少的阴影。
吸热管42不受诸如风力的外部影响，因此，在工作时损失较少的热能。
在附图中示出的本发明槽式集热器的基本布置是相对沿通过聚能器33形成的槽形的中央分布的对称平面对称的，该对称线通过虚线43表示。
图3表示本发明槽式集热器1的第二种实施方案。支撑结构50将聚能器51划分成多个，这里是两个纵向分布区52，53，它们彼此相对以v形方式倾斜，当它们受到压力作用时，分布呈球形弯曲。聚集的太阳光线30′，31′分别落在相应制作的辅助聚能器54的相关部位55，56，并且以射线30″，31″的形式通过它进一步聚集到吸热管42。因此，聚能器51和辅助聚能器54各自被划分成两个纵向分布的相互对称的部分52，53和55，56。
当压力传感器25仅有没有明显放大的结构高度时，该结构的优点是少有或没有阴影落在聚能器表面52，53上，吸热管42本身是通过太阳辐射照明的。
图4表示本发明集热器1的另一种优选的实施方案。聚能器60具有两个纵向分布的反射区61，62，在它们之间包括中央条63，该条优选属于所述槽式集热器的支撑结构，并因此是可行走的。因此，分布在中央条63上的吸热管64可方便地接近，用于组装和维护，同样在中央条63上延伸的、并且安装在透明的膜部分26下面的辅助聚能器65也是这样，该辅助聚能器本身具有两个部分66，67，它们分别将分配给它们的来自聚能器60的部位61，62的太阳辐射30′，31′进一步聚集到吸热管64。与图2所示结构相比，该结构具有不变的小的总体高度，这有利于组装和维护，但是对所述辅助聚能器的阴影投射额外不敏感，因为阴影不能到达或勉强到达聚能器60的两个部分61，62，因为它们彼此是被中央条63隔开的。
原则上希望将所述焦线区设计的尽可能小，这会导致高温，并因此使所述太阳能发电装置的热机具有改进的效率。另一方面，在接近理想焦线的焦线区，可能产生高温，这会导致由金属组成的常规吸热管局部发光。
吸热管42，64上的温度分布同样基本上是通过辅助聚能器40，54，65的设计确定的，因为膜形式的所述聚能器在压力的作用下一直是球形弯曲的。在一个具体例子中，吸热管42，64上理想的温度分布是通过辅助聚能器40，54，65或其垂直于长度方向的部分55，56或66，67的相应的弯曲实现的。本领域技术人员可方便地确定所述弯曲的合适的型面，例如，通过实验。因此，可以在导轨上平行移动例如小型激光灯(用它模拟太阳射线)，所述聚能器的焦线区可以通过反射窄条(具有所述聚能器的弯曲)表示，通过平行移动所述激光灯使该窄条垂直于所述射线。在所述辅助聚能器的位置上，存在第二个反射窄条(同样垂直于所述射线安装)，其曲率可以连续改变，直到获得所述辅助焦线区的理想结果或形成焦线。
在这里，要补充说明的是，由于太阳的直径，基本上不可能形成理想焦线。除了上述目的之外，对于本发明的构造来说，通过将辅助聚能器40，54，65用在聚集的射线30′，31′上，产生了明显的优点，聚能器33，60，65和吸热管42，64之间的光程小于没有辅助聚能器40，54，65的相当构造的光程；因此，可以获得较小的散焦，并且焦线更接近理想焦线。
辅助聚能器40，54，65优选由金属薄板构成的型面组成(或由两个这样的型面形成所述辅助聚能器的部分55，56或66，67)，该金属薄板是长形的，并且相对其长度方向弯曲，在其凹面一侧具有反射层。本领域技术人员随后确定(如上文所述，必要时通过实验确定)所述型面的理想曲率，以便在聚能器33，60，65和辅助聚能器40，54，65的预定的相对位置形成理想的焦线区。另外，根据吸热管64的构造(参见下文，图6)，自然可以寻求焦线而不是焦线区。
所述预定的曲率还可以通过多个追随所述弯曲的型面的直线部分接近；如果使用金属薄板型面，要生产的型面形状就容易通过一次或多次弯边形成。
另一方面，所述需要的型面形状可以通过在压机中对金属薄板进行成型方便地形成，它使得所述焦线区(或焦线)能够精确地确定。可以在所述成型工艺之前或之后将反射层涂覆在金属薄板上或涂覆在所述金属薄板型面的凹面一侧。
换句话说，事实上辅助聚能器40，54，65还具有简单而且牢固的结构，并且具有较小的重量；另外，它还便于输送和必要时在现场生产。
图5表示通过用于槽式集热器1的压力传感器70的另一个实施方案的剖视图，该传感器被聚能器71划分成第一压力室72和第二压力室73。聚能器71的反射太阳辐射30，31的侧面74朝向至少部分透明的膜部分26的透明区。该图还示出了聚能器71远离太阳辐射的侧面75。在第一压力室72中的压力超过了第二压力室71中的压力，以便所述聚能器在工作压力下是球形弯曲的，并且辐射30，31聚集到辅助聚能器上。
这种结构的优点在于：压力室72，73中的工作压力差可以保持非常小，这使得聚能器71能够以相应的薄壁形式制作，从而能够提供质量非常高的反射涂层。相反，膜部分26和75可以牢固制作。
在第一压力室72中，工作压力是通过流体管线施加的，该管线优选被制作成空气管线77，其中，优选提供风扇78作为流体泵。第二压力室73是通过溢流管79供压的，该溢流管将两个压力室72，73连接在一起。压力室72，73之间的(小的)压力差是通过被制作成风扇80的另一个流体泵产生的。该压力小于0.5毫巴，优选在0.05-0.2毫巴的范围内，特别优选在0.05-0.1毫巴的范围内。
通过以上措施，如果压力室72，73中的一个或两个的体积在诸如风压的外部因子作用下发生改变时，在压力室72，73的每一个中有效产生并且维持预定水平的压力。特别是当膜部分26或26的弯曲由于阵风作用被推入或以其他方式变形时就是这种情况。通过提供的所述措施，所述压力差一直保持大体上稳定，以便薄壁构造的聚能器能保持其球形形状，并且还不会过载：如果所述压力室的体积变小，必要时封闭的空气还能够沿与风扇的工作方向相反的方向快速流出。具有连接的风扇78，80的构造扩展了本发明的压力传感器25的有利特性，就是说，允许使用具有高质量反射涂层的聚能器，而所述压力传感器不必提供其自身的构架(或其他装置)支撑。具有两个上述类型的压力室72，73的压力传感器70披露于相同申请人的申请PCT/CH2007/000480中，该申请内容被收入本申请，特别涉及本发明的可实施性和保护范围。
图6表示具有套管77的吸热管70，套管减少了向外散热，不过，具有在它上面纵向延伸的热开口72，该开口允许通过辅助聚能器40，54，65聚集的太阳辐射30″，31″通过，经过套管77进入吸热管70的内部73。结果，由所述吸热管聚集的热能是从内部输送的，以便套管77能够简单而且完美地隔热。传热的流体在内部73和套管77之间形成的环形空间75中循环。内壁76优选以波形方式制作，它通过多次反射将局部入射的太阳辐射扩散到其整个表面上，直到被完全吸收。
与现有技术的吸热管相比，这种结构对于热损耗具有改进的隔热作用，并且在此方面拓展了通过本发明获得的优点。如果所述辅助聚能器的弯曲与尽可能小的热开口72匹配，通过本发明的槽式集热器可以获得最佳的热利用效果。
图7表示放入图4所示结构中的x-y坐标系统，将其矢量用于本发明的方法中，使该坐标系统位于横截面上，这里是位于辅助聚能器65的横截面上。当然，还可以放入通过槽式集热器20(图2)或具有理想结构的集热器的截面。
在图7中示出的中央条63是用于说明目的的，不是要在下面披露的计算方法中发挥任何作用。可以看出所给出的聚能器32，62在所示出的截面图中具有圆弧形状，因为此时它受到压力的作用，并且要确定用于它的辅助聚能器40，65。还可以看见太阳光线31、在聚能器32，62上反射的太阳光线31′，以及在辅助聚能器上反射的太阳光线31″(用虚线表示)，后者入射在用虚线表示的吸热管42，64上，并且被后者吸收。在该图中，吸热管42，64是通过焦点或焦线F上的点表示的。因此，吸热管42，64是以与聚能器32，62相同的方式预定的，就是说用于所述计算过程。
在下面披露的辅助聚能器40，65的生产方法步骤中，矢量是通过加下划线方式表示的。
C(xc；yc)表示预定的聚能器32，62的曲率中心点。表示聚能器32，62(或所述聚能器表面)上的普通点；RM表示通过点 的聚能器32，62的曲率半径，其中，是RM相对y轴的角度。
换句话说，聚能器32，62上所有将太阳辐射31反射到吸热管42，64中的点都给予角度
矢量 和是相应太阳光线路径上的单位矢量(为简明起见，下面不再作为的函数明确示出)：s位于所述太阳光线31的路径上，s′位于在所述聚能器32，62上反射的射线31′的路径上，s″位于在所述辅助聚能器上反射的射线31″的路径上。
RM作为曲率半径形成了在点上垂直于聚能器的垂线。入射和反射的射线形成了与所述垂线相同的射线，相应地，RM和射线31，以及RM和s′之间的角度彼此相等，并且等于
反射的射线31′在点处于辅助聚能器40，65会合，作为s′的伸长因子k值是未知数。
是在点处与辅助聚能器40，65相切的切线。
单位矢量s′和s″之间形成了角2α。由于t SM是在点处与辅助聚能器40，65的切线，因此，它还是s′和s″之间的角平分线，按照上述原理，入射和反射的射线与所述垂线形成相同的角度。(作为切线，t SM在点处垂直于所述垂线)。
如果未知因子k现在是这样定义的，s″通过焦点F(或吸热管42，64)，则是已知的。因此，辅助聚能器40，65的反射表面的形状是已知的，因为每一个值(就是说，所述聚能器表面上的每一个辐射点)可以在辅助聚能器40，65的表面上确定一个相应的点，这相当于这些点共同形成了寻找的辅助聚能器40，65的表面。
总之，矢量的矢量总和等于矢量这相当于在所述相应点的坐标系统中对应于角的辅助聚能器40，65的反射表面上的那个点。
在本发明方法的优选的实施方案中，k是这样定义的：标量积和等于因为在每一种情况下形成的角α相等。在该优选的实施方案中，计算公式如下：
所以
并且
参见上文，辅助聚能器32，62方程式为：
因此，作为以上公式的推导，切线 变成
s″是：
有关s″的公式的分母的根，简写为不再进行分析运算。
现在计算了s′，s″和并且可以代入
其结果是
并且
如果将上面获得的有关和的值代入公式 并且按照分解该公式，由于′而得到一个椭圆公式，该公式只能用复杂的方法进行积分分析。
因此，上面得到的函数
在另一个优选的实施方案中以数字方式定义为本领域技术人员可以利用mathsoft公司提供的程序mathcad轻易地完成上述任务。
然后，可以将所得到的的值代入并因此可以通过这些点组成的线确定辅助聚能器40，65的形状。例如，随后最小平方方法可以产生连续的形状，随着确定的点的数量增加(或随着的区间缩小)，会越来越接近理想形状。
本领域技术人员现在可以选择上述点的线是用较大或较小的确定，就是说，这些点是紧密或不太紧密接近，以便在吸热管42，64的位置产生焦线区或确切的焦线。这意味着，在真实场合下，能够以希望的方式影响结合图3所述吸热管上的温度分布。
由于日轮的直径，太阳光线31不仅能平行到达聚能器32，62，而且具有大约0.5度的光束发散度。因此，上述方法可用于，例如确定辅助聚能器40，65的形状，用于平行于y轴的每一种单位矢量，并且用于向y轴的左侧或右侧倾斜0.25度的单位矢量。由此产生了辅助聚能器40，65的三种形状，或它的表面所处的部位，在这里可以进行最优化。
在一种优选的实施方案中，为了简明起见，假设所述入射射线是平行的，特别优选的是，它们平行于聚能器32，62的中央对称平面。
上述方法可以确定即使不是圆弧形状的聚能器的单位矢量s′，例如，即使它是以抛物面形式制作的。不过，在另一种优选的典型实施方案中，假设聚能器32，62具有圆弧截面。
在本发明生产方法的另一种优选的实施方案中，假设所述坐标系统的原点是聚能器32，62的曲率中心点C。
一旦确定了辅助聚能器40，65的反射表面的形状，即可将其转移到所述辅助聚能器，优选转移到一块由适当的泡沫组成的板上，该泡沫板形成了所述辅助聚能器的主体，此后，按照所述泡沫的曲线加工过的表面用反射箔覆盖，并由此生产出能够制作成槽式集热器的辅助聚能器40，65。特别优秀的是，所述泡沫块具有统一的长度，例如，2m，然后对于要装配的槽式集热器来说，以组装的方式安装。
由此生产出了现成的辅助聚能器40，65，它与预定的聚能器32，62以及预定的吸热管42，64匹配。尽管所述辅助聚能器40，65特别适合安装到压力传感器中，当然，它还可以用在没有压力传感器的常规槽式集热器上(例如，涉及上述缩短的射线路径)。本发明的方法同样可用于，例如，具有圆形(以及非槽形)聚能器的碟式/斯特拉集热器，如果要聚集的辐射通过所述聚能器上的一个孔聚集在位于所述聚能器之后的一个点上的话。

Claims (21)

1.用于太阳能发电装置的槽式集热器，具有安装在压力传感器(10，25，70)中的聚能器，以便它能够加载压力，并且所述聚能器被制作成柔性膜，所述聚能器能在工作压力下聚集射入压力传感器(10，25，70)的太阳辐射(30，31)，所述太阳辐射射向在压力传感器(10，25，70)外部延伸的焦线区(34)，并且所述槽式集热器具有用于吸收聚集的太阳辐射(30″，31″)的吸热管(42，64)，其特征在于所述吸热管(42，64)安装在压力传感器(10，25，70)中，并且在所述压力传感器(10，25，70)中还设置有辅助聚能器(40，54，65)，它位于所述聚集的太阳辐射(30′，31′)的路径上，并且是以如下方式制作的：所述聚集的太阳辐射(30′，31′)朝向位于所述吸热管(42，64)的辅助焦线区或辅助焦线进一步聚集。
2.如权利要求1所述的用于太阳能发电装置的槽式集热器，其中，至少部分由柔性膜形成的所述压力传感器(10，25，70)具有用于要反射的太阳辐射(30，31)的透明区，所述聚能器(33，60，71)具有朝向所述透明区并且反射所述太阳辐射(30，31)的侧面(74)，和背离所述辐射(30，31)的侧面(75)，同时，将所述压力传感器(10，25，70)细分成第一压力室(72)和第二压力室(73)，其中，设有制作成风扇(78，80)的装置，以便在运行中当压力室(72，73)中的一个或两个的体积通过外部作用而改变时，在所述压力室(72，73)中可操作地产生压力，并且维持在预定的水平。
3.如权利要求2所述的用于太阳能发电装置的槽式集热器，其中，所述第一压力室和第二压力室之间的预定压力差小于0.5毫巴。
4.如权利要求2所述的用于太阳能发电装置的槽式集热器，其中，所述第一压力室和第二压力室之间的预定压力差在0.05-0.2毫巴的范围内。
5.如权利要求2所述的用于太阳能发电装置的槽式集热器，其中，所述第一压力室和第二压力室之间的预定压力差在0.05-0.1毫巴的范围内。
6.如权利要求2所述的用于太阳能发电装置的槽式集热器，其中，所述辅助聚能器(40，54，65)是相对所述聚能器(33，60，71)靠近具有对于太阳辐射(30，31)透明的区的膜(26)安装的，其中，所述吸热管(42，64)在所述聚能器(33，60，71)和辅助聚能器(40，54，65)之间延伸。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的用于太阳能发电装置的槽式集热器，其中，所述吸热管(64)具有套管(77)，它能减少向外部散热，并且具有在所述套管(77)中纵向延伸的热开口(72)，所述热开口(72)允许太阳辐射(30，31)通过，通过所述辅助聚能器(40，54，65)进一步聚集，通过所述套管(77)进入所述吸热管(42，64)的内部(73)，其中，所述吸热管(64)是以如下方式进一步制作的：传热流体能够在所述套管(77)和内部(73)之间循环，以便将通过所述热开口(72)入射的辐射热输送走。
8.如权利要求1所述的用于太阳能发电装置的槽式集热器，其中，所述聚能器(33，51，60，71)和辅助聚能器(40，54，65)分别分成两个纵向分布的相互对称的部分。
9.如权利要求1-8中任意一项所述的用于太阳能发电装置的槽式集热器的辅助聚能器(40，54，65)，其特征在于由金属薄板构成的长形型面形成了聚能面，该金属薄板被反射层覆盖，其中，所述型面是相对其长度横向弯曲的，以便在相对聚能器(33，60，71)的预定的相对位置上，它能聚集从所述聚能器中接收的辐射(30′，31′)，使其进一步朝向预定的焦线或预定的焦线区。
10.一种用于生产如权利要求9所述的辅助聚能器的方法，其特征在于长形金属薄板是在压力机中成型的，以便它是以预定的方式相对其长度横向弯曲的，这样，当所述金属薄板安装在相对所述聚能器(33，60，71)的预定的相对位置时，从聚能器(33，60，71)中接收的辐射(30′，31′)进一步朝向预定的焦线或预定的焦线区聚集。
11.如权利要求10所述的方法，其中，在成型之前为所述金属薄板设置反射层。
12.一种用于生产用于太阳能集热器的辅助聚能器的方法，包括用于确定所述辅助聚能器的反射表面的形状的以下步骤：
·假设所述辅助聚能器的至少一个横截平面，其中，执行以下操作，其中：
·定义入射的太阳光线的单位矢量
·定义在聚能器上反射的所述太阳光线的单位矢量
·假定在所述辅助聚能器上反射的所述太阳光线的单位矢量
·通过矢量在所述辅助聚能器上定义多个点其中，位于所述聚能器上，其中，其中，表示所述聚能器表面上的普通点
·以如下方式定义因子k，使得通过由所述聚能器和辅助聚能器组成的装置的预定的焦点或焦线F
·定义曲线，并因此定义通过所获得的多个点的反射表面的寻求的形状
·利用以上步骤将获得的曲线转移到所述辅助聚能器上，以便形成其反射表面。
13.如权利要求12所述的方法，因子k是通过以下标量积公式定义的
其中，是针对所述辅助聚能器的点的正切。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述公式
是按照分解的，并且，k值是根据所得到的椭圆积分数字定义的。
15.如上述权利要求12-14中任意一项所述的方法，其中，为了简化起见，假设所述入射太阳光线(31)是平行的。
16.如权利要求12所述的方法，其中，假设所述聚能器具有弓形截面。
17.如权利要求12所述的方法，其中，假设坐标系统的原点位于所述聚能器的曲率中心点。
18.如权利要求12所述的方法，其中，所述曲线是通过最小平方方法，通过所述获得点定义的。
19.如述权利要求12所述的方法，其中，所述曲线被转移到泡沫块上，由此产生的弯曲表面被反射箔所覆盖。
20.如权利要求12-19中任意一项所述的方法生产的辅助聚能器。
21.用于太阳能发电装置的槽式集热器，其特征在于辅助聚能器是通过如权利要求12-19中任意一项所述的方法生产的。
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