CN102165269B - 太阳能收集器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能收集器。该收集器具有热调节介质，热调节介质在其中限定腔。孔与腔连通以允许入射至孔上的太阳能进入腔。能量收集装置被设置在该腔中并与热量调节介质热接触以收集进入腔的太阳能。

Description

太阳能收集器

技术领域

本发明涉及一种收集和调节太阳能的装置。

背景技术

在世界范围内存在公认的需求，即增加可再生能源的使用并减少发电所消耗的化石燃料的量。

增加可再生能源的使用存在许多障碍。主要的障碍在于，可再生能源大体上比其他能源更加昂贵，在需要的时候不可用并且具有变化的质量。因此需要一种调节系统，其能够有助于跨越可用性与需求之间的时间差距并且还保持从可再生能源产生的电力的质量。通过这种方法，可再生能源本身将变得更具有价值。通过改善可再生能源的质量并在需要的时候可用，增加可再生能源的价值，将基本有助于克服更高的系统建造成本和生产成本。这将方便增加可再生能源的使用。

当前，太阳能发电系统分为两个类别：

1)光伏(PV)系统，在光伏(PV)系统中，太阳能被吸入将太阳光直接转换为电力的材料中；

2)聚光太阳能发电(CSP)，在聚光太阳能发电(CSP)中，太阳能被用来加热流体并且该加热的流体被用来直接或间接驱动机械装置(诸如涡轮机)以将热能转换为电能。为了使太能辐射能够被用作热力循环的热量来产生生产用蒸汽或电力，其必须首先被集中以获得更高的温度，因为太阳辐射到达地球的密度太低以至于不能产生这样的温度。

当前使用的系统包括：

·槽型线性收集器系统，其包括横截面为抛物线的线性反射器，以及一个沿着每个反射器中的抛物线的焦点布置的收集器管。管包含加热的流体。该加热的流体随后被泵送至热力发动机(例如，涡轮机)，直接驱动(如果收集器流体是水/蒸汽)或通过热交换器(如果收集器流体是油)驱动热力发动机；

·“Fresnel”型线性收集器系统，其包括多个平面线性反射器，这些反射器全部处于不同角度以模拟大抛物线形状，一个收集器管组高于该多个反射器，如上所述，这些收集器同样将能量收集到管内的流体中。

这些线性系统的特征在于，可始终获得350℃内的最大温度，这意味着热力发动机运行在低效率水平，即在250℃到300℃范围内。

为了获得更高的温度，并且为了使热力发动机能够更高效地运行，使用中的系统包括：

·单个高塔，其收集从大量平面镜集中至目标的太阳能，平面镜跟踪太阳并将大量镜像聚焦在一个收集点上，在该收集点处所获得的高温被用来加热流体，该加热的流体被传送至发动机并被转换为电力。

·碟式/发动机系统，在碟式/发动机系统中，小型热力发动机被放置在抛物线碟的焦点处并由集中的太阳能直接驱动；

·多塔式太阳热能系统，在多塔式太阳热能系统中，多个较小的塔被用来以类似方式将太阳能收集至高塔，但反射镜还能够被弯曲从而集中的能量更大并且在每个塔具有更少镜子的情况下获得高温(超过1000℃)。

在这些系统的每一个中，如果未立即使用太阳能，则以其被收集时的状态或热流体形式使用，热流体被传送至基于流体的存储系统，诸如热水、蒸汽或熔盐、或基于固体的存储系统，诸如热岩、混凝土或沙。

发明目的

本发明的目的是基本克服或至少改善上述缺点中的一个或多个。

发明内容

在本发明的一个方面中，提供了一种太阳能收集器，其包括：

·热调节介质，热调节介质在其中限定腔并且具有孔，孔与腔连通以允许入射至孔上的太阳能穿过孔进入腔，以及

·能量收集装置，能量收集装置设置在腔中并与热调节介质热接触以收集进入腔的太阳能。

可以结合第一方面，或者单独地或者以任何合适的组合使用下列选项。

热调节介质可以是固体。其可包括高碳含量材料。其可以是合成石墨。其可以是非合成石墨。其可以包括嵌入热传导基体的石墨、石墨颗粒、合成石墨或合成石墨颗粒或其组合。热传导基体可包括铜、金、铝或银、或其中任何两种或更多种的混合物或合金。如果混合物或合金被使用，则其可具有任何期望比例的成分。非合成石墨或合成石墨的纯度至少约为95％。热调节介质的厚度可在约10与约1500mm之间。

能量收集装置可与热调节介质物理接触。能量收集装置可包括不锈钢或其它适于在高温下使用(例如适于在装置的工作温度下使用)的金属或合金。其可以是或呈层(例如具有约1至约10mm厚度的层)的形式。该层可基本覆盖腔的全部内表面。能量收集装置能够吸收太阳能并将其转换为热量。其能够将热量传递至热调节介质。

太阳能收集器可包括保护层，保护层位于能量收集装置邻接腔的表面上。保护层可以为约1至约200微米厚。保护层可包括金属和/或陶瓷。其可包括铝金属。其可包括氧化铝。

保护层可保护能量收集装置免受损害，例如物理损害或氧化性损害。

太阳能收集器还可包括与热调节介质热接触的热交换器。热交换器可包括能够接收传热流体的热交换管道。热交换管道可至少部分地嵌入热调节介质。其可距离能量收集装置至少约50mm。热交换管道的不同部分可在距离能量收集装置不同距离处嵌入热调节介质。热交换器管道的部分可在热调节介质的整个厚度上基本均匀地分布。

热交换管道可连接至水源或其它合适的热交换流体。在使用中，热交换器管道能够承受高达约10至约200巴(例如高达约10巴，或高达约20、30、40、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180或200巴)的内部蒸汽压力(或其它加热的热交换流体(例如液态水)的压力)。热调节介质可由多个邻接的热调节板形成。所述部分的至少一些可具有槽，因此热交换器管道设置在槽内。

太阳能收集器还可包括至少部分包围热调节介质的隔热层。隔热层可包括隔热固体，隔热固体具有细孔和/或空隙。细孔和/或空隙中可具有惰性气体。隔热层可包括纤维、粒状或颗粒隔热材料。隔热层可连接至惰性气体源。惰性气体源可被调节或控制。惰性气体源可包括压力控制装置，压力控制装置用于控制隔热层中的惰性气体的压力。压力控制装置可例如能够控制隔热层中的惰性气体的压力稍微高于大气压。这可确保没有氧气或空气被吸入隔热层内。太阳能收集器因此可包括惰性气体供给系统，惰性气体供给系统连接至隔热层以向其供给惰性气体。合适的惰性气体供给系统包括连接至隔热层的惰性气体源，控制惰性气体向隔热层的流动的可控阀，以及连接至隔热层以检测其内气体压力的气压检测器，所述检测器连接至可控阀以控制所述阀。

太阳能收集器的孔可被唇部包围，唇部包括高温唇部材料，即承受极高温度的材料。这可被称为抗高温唇部材料。孔可衬有高温孔陶瓷内衬材料。高温唇部材料可以是高温陶瓷唇部材料，即其可适于承受极高温的工作。高温唇部材料或内衬材料可以是，或可包括碳化硅、基于氧化铝的织物、钨、钼、氧化铝、二氧化锆、锆石、铝硅酸(aluminosilica)(各自独立地、可选地呈纤维或泡沫形式)或其中任何两种或更多种的混合物。

热调节介质可设置在隔热支撑装置上。隔热支撑装置可包括陶瓷材料。

热调节介质和隔热支撑装置可设置在外壳内，如果隔热层存在，则隔热层也设置在外壳内。外壳可由钢或一些其它合适材料构成。外壳可密封能量收集装置以形成基本气密的封装，基本气密的封装包围热调节介质，如果隔热层存在，基本气密的封装也包围隔热层。

太阳能收集器可包括防护装置，防护装置设置在外壳下方以保护外壳下部免受反射的太阳能的损害。防护装置应具有允许太阳能穿过防护装置进入腔的防护孔。外壳与防护装置之间可存在间隙。这可用于允许热量离开防护装置。防护装置可包括多个肋部，肋部用于改善结构强度并用于辐射来自防护装置的热量。肋部可从防护孔径向延伸。防护装置可至少部分地覆盖有陶瓷隔热纤维以保护防护装置的表面。防护装置可包括不锈钢、镀铝软钢或二者的组合。防护装置不但可设置为保护外壳下部，还可设置为防护面向腔的耐火砖。

太阳能收集器可包括限制气体流入和/或流出腔的可移除塞子。塞子可以是对太阳能不透明的。其可以是隔热的。其可以例如由钢或一些其它材料构成，可选地涂覆或部分涂覆有隔热材料，例如陶瓷(诸如陶瓷织物)。塞子可被设置和/或成形为能够插入孔，如果防护孔存在，则塞子可被设置和/或成形为能够插入孔或防护孔。其可以例如是圆形、正方形、三角形、五边形、椭圆形或一些其它合适形状。太阳能收集器可包括插入和移除塞子的塞子插入机构。可选地，塞子可以是可手动插入孔或防护孔内的。塞子插入机构可以是可手动操作的或可以是可自动操作的。其可包括例如当需要时使塞子升起到位的剪式升降机类型的机构、气动柱塞或液压柱塞。塞子插入机构可连接至模块控制器。模块控制器能够(例如可被编程以能够)控制塞子插入机构以在太阳能停止被引导至孔时插入塞子并在太阳能开始被引导至孔的前不久移除塞子。这使得太阳能能够在需要时进入腔。当不存在太阳能输入时塞子限制来自腔的传递性损失，和/或塞子用于在该时刻限制来自腔的热能的再辐射。与不具有塞子的情况相比，这使热调节介质和腔在更高温度下保持更长的时间。

在一些情况下，太阳能收集器可具有多个孔。每个孔可与热调节介质中的腔连通以允许入射至孔上的太阳能穿过孔进入腔。在一些情况下，每个孔可与热调节介质中的不同腔连通。

太阳能收集器可包括至少一个确定太阳能收集器中温度的热电偶。通常，收集器具有约10至约40个热电偶，或10至30、10至20、20至30、30至40、或25至35个热电偶，例如约10、12、14、16、18、20、30、40或50个热电偶。这些热电偶可均匀地设置或可不均匀地设置在收集器中。该热电偶或多个热电偶中的至少一个可设置在与能量收集装置上位置靠近或邻近的地方，该能量收集装置能够直接从腔外部接收太阳能。该热电偶或多个热电偶可设置在太阳能收集器下部。至少一个热电偶可与能量装置接触以测量其温度。至少一个热电偶可设置在热调节介质中以确定其温度。热电偶可设置在热调节介质内的不同深度。该热电偶或热电偶中的每个独立地，可被设置为能够在选自能量收集装置上、热调节介质的主体中、热交换管道(如果存在)外部以及隔热层(如果存在)中的位置上测量温度。贯穿本说明书，应认识到，无论是否指定使用热电偶，都可使用除了热电偶之外的适当的温度测量装置。这种合适的装置包括非接触式温度计和红外温度计。

在一个实施方式中，提供了一种太阳能收集器，其包括：

·石墨热调节介质，石墨热调节介在其中限定腔并且具有孔，孔与腔连通以允许入射至孔上的太阳能穿过孔进入腔，

·能量收集装置，能量收集装置设置在腔中并与热调节介质热接触以收集进入腔的太阳能；以及

·保护层，保护层位于能量收集装置邻接腔的表面上。

在另一个实施方式中，提供了一种太阳能收集器，其包括：

·石墨热调节介质，石墨热调节介质在其中限定腔并且具有孔，孔与腔连通以允许入射至孔上的太阳能穿过孔进入腔，

·唇部，唇部包括围绕孔的高温唇部材料；

·能量收集装置，能量收集装置设置在腔中并与热调节介质热接触以收集进入腔的太阳能；

·保护层，保护层位于能量收集装置邻接腔的表面上；以及

·热交换器，热交换器与热调节介质热接触，热交换器包括能够接收传热流体的热交换管道。

在另一个实施方式中，提供了一种太阳能收集器，其包括：

·石墨热调节介质，石墨热调节介质在其中限定腔并且具有孔，孔与腔连通以允许入射至孔上的太阳能穿过孔进入腔，

·隔热层，隔热层至少部分包围热调节介质；

·唇部，唇部包括围绕孔的高温唇部材料；

·能量收集装置，能量收集装置设置在腔中并与热调节介质热接触以收集进入腔的太阳能；

·保护层，保护层位于能量收集装置邻接腔的表面上；以及

·热交换器，热交换器与热调节介质热接触，所述热交换器包括能够接收传热流体的热交换管道。

在另一个实施方式中，提供了一种太阳能收集器，其包括：

·热调节介质，石墨热调节介质在其中限定腔并且具有孔，孔与腔连通以允许入射至孔上的太阳能穿过孔进入腔，

·能量收集装置，能量收集装置设置在腔中并与热调节介质热接触以收集进入腔的太阳能；

·热交换器，热交换器包括能够接收传热流体的热交换管道，热交换管道至少部分地嵌入热调节介质；

·隔热层，隔热层至少部分包围热调节介质，所述层可选地连接至向其供给惰性气体的惰性气体供给系统，以及

·外壳，外壳包围热调节介质和隔热层，外壳密封能量收集装置以形成包围热调节介质和隔热层的基本气密的封装。

该实施方式可包括防护装置，防护装置设置在外壳下方以保护外壳下部免受反射的太阳能的损害，防护装置具有允许太阳能穿过防护装置进入腔的防护孔。其可具有可插入孔或防护孔(如果存在)的可移除塞子，可选地具有插入和移除塞子的塞子插入机构。其可包括确定太阳能收集器内的一个或多个位置处温度的一个或多个热电偶。其可包括防护装置、塞子(可选地具有插入机构)和该一个或多个热电偶中的任何两个或全部。

在本发明的第二个方面，提供了一种太阳能收集装置，其包括：

·根据第一个方面所述的太阳能收集器；以及

·太阳能集中器，能够集中太阳能并且被设置为能够引导集中的太阳能穿过太阳能收集器的孔并进入腔。

可以结合第二方面，或者单独地或者以任何合适的组合使用下列选项。

太阳能集中器可包括至少一个反射器。其可包括反射器阵列。其还可包括跟踪装置，跟踪装置使太阳能集中器或其一个或多个部件移动以引导集中的太阳能穿过太阳能收集器的孔并进入太阳能收集器的腔。反射器可以是镜子。其可以是定日镜。

太阳能收集器的孔可朝下。反射器可设置在比孔更低的高度处。反射器可设置在太阳能收集器的侧面。反射器可设置在太阳能收集器的侧面并位于比太阳能收集器更低的高度处。

太阳能收集器可安装在地面之上约5至约20m，或约5至约30m的高度处。其可以安装在地面之上至少约15m的高度处。其可包括支撑结构(例如塔)，太阳能收集器安装在支撑结构上。支撑结构可包括塔。太阳能收集器可通过至少三个(可选地四个)基本垂直的杆安装在所述塔上。

太阳能集中器可包括反射器阵列。该阵列可包括与基本垂直的杆中的每一个相对应的一个过道。过道中可没有反射器，因此该阵列能够在杆之间引导集中的太阳能并使其穿过孔。阵列能够在杆之间引导集中的太阳能而不会将大量太阳能引导至杆上。这用于保护杆免受来自集中的太阳能的损害。每个杆可至少部分地被保护器包围以保护所述杆免受来自反射器阵列的集中的太阳能的损害。保护器可包括隔热体。可选地或附加地，杆可被处理或涂覆以保护杆免受来自集中的太阳能的损害。

杆中的至少一个可以是空心的。传热流体可穿过空心杆进入太阳能收集器的热交换器管道(如果存在)。在太阳能收集器的热交换器管道(如果存在)中形成(或加热)的蒸汽(或高温热转递流体诸如水)可穿过空心杆(优选穿过设置在空心杆中的导管)。将信号从太阳能收集器中的一个或多个热电偶传送至模块控制器的电连接可穿过空心杆。

太阳能收集装置可包括控制太阳能收集装置的工作的模块控制器。模块控制器可包括前述的跟踪装置。模块控制器能够控制至少下列之一：

(i)如果需要，控制太阳能收集装置的移动以引导集中的太阳能穿过太阳能收集器的孔并进入腔，或如果需要，以将太阳能收集装置或太阳能收集装置的至少一个反射器置于非收集方向上；

(ii)将塞子(如果存在)插入孔或防护孔(如果存在)或从孔或防护孔(如果存在)移除；

(iii)使水流入收集器；以及

(iv)使热水或蒸汽流出收集器。

该装置的太阳能收集器可包括至少一个确定太阳能收集器内部温度的热电偶。热电偶可被配置为向模块控制器提供与温度相关的信号以控制太阳能收集装置的工作。合适的热电偶已经在前面描述过。

太阳能收集装置可包括与热调节介质热接触(可选地直接接触)的热交换器。热交换器可连接至能够由加热的传热流体驱动的发电机，从而在使用中，入射至集中器的孔上的太阳能以热的形式传送至热交换器中的传热流体，热交换流体被传送至发电机以发电。可选地，如果需要工业蒸汽和/或热水应用，则可将热交换流体传送至某个位置(例如锅炉中)从而其可被使用。在本说明书中，术语“热交换流体”与术语“传热流体”是可互换使用的并且应包括相同范围的材料。

通过热交换器，蒸汽或热水可被用于预热锅炉水，但更通常的用途是用于产生生产用蒸汽。热交换器可用于产生蒸汽以加热或干燥产品。

太阳能收集装置可包括传热流体回路，传热流体回路包括与热调节介质热接触的第一热交换器和位于热调节介质外部的第二热交换器。第二热交换器可被配置为使得在使用中，传热流体从第一热交换器的出口传送至第二热交换器的入口。第二热交换器可被配置为使得在使用中，传热流体从第二热交换器的出口传送至第一热交换器的入口，因此传热流体回路是闭环系统。第二热交换器可被设计为产生蒸汽。

传热流体可以是水，在使用中，当水穿过第一热交换器时，其可以被加热至高温和/或转换为蒸汽。蒸汽可在回到第一热交换器之前被凝结以形成水。太阳能收集装置可包括在水进入第一热交换器之前净化水的水净化器，例如反渗透系统和/或去离子器。水净化器能够将水净化至按重量/体积计的至少约99％的纯度，或至少约99.9％的纯度，在一些情况下净化至99.99999％的纯度。通常反渗透系统将移除高达约98％的溶解固体。如果其后跟随有去离子器(离子交换器)，则水可被改善至约20ppb的溶解固体。

第二热交换器可连接至发电机或者产生蒸汽的锅炉，并且在产生高温水情况下可连接至调节水的温度和压力以供工业应用的装置。其可被设计为产生蒸汽。这可通过使水穿过第二热交换器的管来实现。

第二热交换器系统可以或者不可以使用还没有如上所述被净化水。

当入射至太阳能集中器上的太阳能被阻挡不超过1分钟时太阳能收集装置能够提供下降不超过1％的能量输出。当入射至太阳能集中器上的太阳能被阻挡不超过约16小时时其能够提供下降不超过10％的能量输出。热调节介质的厚度和/或热调节介质的热容量可使上述标准得到满足。该装置可被用于调节太阳能能够被用来发电或产生蒸汽或高温水以供工业或其它目的的时间。

在一个实施方式中，提供了一种太阳能收集装置，其包括：

·太阳能收集器，其包括：

·石墨热调节介质，石墨热调节介质在其中限定腔并且具有孔，孔与腔连通以允许入射至孔上的太阳能穿过孔进入腔，

·隔热层，隔热层至少部分包围热调节介质，

·唇部，唇部包括包围孔的高温唇部材料；

·能量收集装置，能量收集装置设置在腔中并与热调节介质热接触以收集进入腔的太阳能；

·保护层，保护层位于能量收集装置邻接腔的表面上；

·热交换器，热交换器与热调节介质热连通，热交换器包括能够接收传热流体的热交换管道；以及

·太阳能集中器，太阳能集中器能够集中太阳能并被设置为能够引导集中的太阳能穿过太阳能收集器的孔并进入腔。

在另一个实施方式中，提供了一种太阳能收集装置，其包括：

·太阳能收集器，其包括：

·石墨热调节介质，石墨热调节介质在其中限定腔并且具有孔，孔与腔连通以允许入射至孔上的太阳能穿过孔进入腔，

·隔热层，隔热层至少部分包围热调节介质，

·唇部，唇部包括包围孔的高温唇部材料；

·能量收集装置，能量收集装置设置在腔中并与热调节介质热接触以收集进入腔的太阳能；

·保护层，保护层位于能量收集装置邻接腔的表面上；

·热交换器，热交换器与热调节介质热接触，热交换器包括能够接收传热流体的热交换管道；以及

·太阳能集中器，太阳能集中器能够集中太阳能并被设置为能够引导集中的太阳能穿过太阳能收集器的孔并进入腔，集中器包括反射器阵列和跟踪装置，跟踪装置用于使反射器移动以引导集中的太阳能穿过太阳能收集器的孔并进入其腔。

在另一个实施方式中，提供了一种太阳能收集装置，其包括：

·根据第一个方面所述的太阳能收集器；

·塔，太阳能收集器通过至少三个基本垂直的杆安装在塔上；

·太阳能集中器，太阳能集中器能够集中太阳能并被设置为能够引导集中的太阳能穿过太阳能收集器的孔并进入腔，集中器包括反射器阵列，反射器阵列包括与基本垂直的杆中的每一个相对应的一个过道，该过道中没有反射器，因此阵列能够在杆之间引导集中的太阳能而不会将大量太阳能引导至杆上。

·模块控制器，模块控制器用于控制太阳能收集装置的工作。

在本发明的第三个方面中，提供了一种太阳能收集系统，其包括多个太阳能收集器，每个太阳能收集器是根据第一个方面所述(如上所述)的太阳能收集器；以及至少一个太阳能集中器。每个太阳能收集器被设置为能够从至少一个太阳能集中器接收集中的太阳能。

可以结合第三方面，或者单独地或者以任何合适的组合使用下列选项。

太阳能收集系统可仅包括一个太阳能集中器。该太阳能集中器可被设置为当太阳能撞击在太阳能集中器上时能够将集中的太阳能引导至太阳能收集器中的至少一个太阳能收集器的孔，可选地引导至每个收集器的孔(虽然不必要同时地)。

太阳能集中器可包括太阳能反射器阵列。

太阳能收集系统可包括多个太阳能收集装置，该装置均是根据第二个方面所述(如上所述)的太阳能收集装置。这些装置可连接以产生单个系统能量输出。

太阳能收集装置中的至少一些(可选地全部)可串联连接。太阳能收集装置中的至少一些(可选地全部)可并联连接。在一些实施方式中，太阳能收集装置中的一些串联连接，一些并联连接。

太阳能收集系统可以是这样的，每个太阳能收集装置连接至能够由加热的传热流体驱动的单独的相应发电机。在使用中，入射至每个太阳能收集装置的太阳能集中器上的太阳能以热的形式传递至传热流体，传热流体被传送至相应发电机以产生电能以供工业或其它用途。来自发电机的电能、或蒸汽、或高温热水可合并以提供单个系统能量输出。

太阳能收集系统可以是这样的，全部太阳能收集装置均连接至一个发电机，或在工业蒸汽或高温热水的情况下连接至蒸汽或热水输出。在使用中，入射至每个太阳能收集装置的太阳能集中器上的太阳能以热的形式传递至传热流体，传热流体被传送至发电机或被传送至在工业蒸汽或高温热水的情况下所用的位置(例如包括锅炉)以产生代表单个系统能量输出的电能。

该系统还可包括一个或多个跟踪装置，跟踪装置用于使太阳能集中器或其部件移动以引导集中的太阳能穿过太阳能收集器的孔并进入其腔。

该系统的每个太阳能收集装置可包括传热流体回路，传热流体回路包括与热调节介质热接触的第一热交换器和位于热调节介质外部的外部热交换器管道。外部热交换器管道可被配置为使得在使用中，传热流体从第一热交换器的出口传送至外部热交换管的入口并从第二热交换器的出口传送至第一热交换器的入口，因此传热流体回路是闭环系统。太阳能收集装置的外部热交换器管道可形成系统热交换器的一部分，以将热能从太阳能收集装置传递至第二流体。

外部热交换器管道可连接至涡轮机，涡轮机转而连接至发电机(ac或dc)以发电或在工业蒸汽或高温热水的情况下连接至使用蒸汽或热水的装置(例如锅炉)。其可连接至蒸汽产生器(例如锅炉)以将液态水转换为蒸汽。在一些示例中，产生蒸汽和高温热水的混合物。

将要在闭环系统中使用的水应具有极高的纯度。通常其通过反过滤系统被净化。其随后被传送至储罐(又称为冷凝罐)。如果还需要补充水(例如为了补充由微小泄漏、蒸发等导致的损失)，则还需要在其被添加至储罐之前对其进行净化，例如使用反过滤可选地外加去离子化。

对于发电，在涡轮机中使用的蒸汽首先到达冷凝器，冷凝器使蒸汽冷凝以形成液态水，液态水随后被送回冷凝罐以供重新使用。在一些情况下，这可经由双热交换器系统(一个在太阳能收集器中并且另一个在太阳能收集器外部)，如果双热交换器系统是管理蒸汽质量输出的期望装置。在任何一种情况中，水经由冷凝罐返回储罐以供再利用。水在使用之前，在离开冷凝罐返回第一热交换器后不久，可通过“精炼”过程以移除积累的杂质。合适的精炼过程是去离子化处理。

对于工业蒸汽或高温热水应用，太阳能收集器中的内部热交换器系统以如上所述的相同方式工作，然而第二热交换器可以或不可以用于与发电或上述蒸汽质量控制相同的目的。第二热交换器可设置在锅炉系统中，在锅炉系统中，来自第一热交换器的热水和/或蒸汽被用于加热锅炉流体(其可以是水或某些其它合适的流体)。第二热交换器可以设置在锅炉中并可包含比用于闭环的水的更不纯净的水并且第二热交换器可用作例如过程应用。其可用于高压应用中。在本发明的系统中，该水不回收。水可以是盐水或某些其他低质量水。然而第一热交换器的水的重新使用(即闭环中的高纯度水)如上所述用于发电循环。在一些情况下，因此，第二流体是水，因此系统在第二热交换器中产生蒸汽。

太阳能收集系统可包括控制太阳能收集装置和/或太阳能集中器的站控制器。该控制器可连接至太阳能集中器以根据需要增加或减少输入至太阳能收集器的总太阳能。这可例如通过调遣太阳能集中器中的一个或多个来实现。

在本发明的第四个方面中，提供了一种收集和调节太阳能的方法，所述方法包括：

a)提供根据第三个方面所述的太阳能收集装置；以及

b)允许太阳能撞击在所述装置的太阳能集中器上；因此将太阳能集中在该装置的太阳能收集器上以加热该装置的热调节介质。

可以结合第四方面，或者单独地或者以任何合适的组合使用下列选项。

该方法可包括通过跟踪装置使太阳能集中器或其一部分移动以引导太阳能穿过太阳能收集器的孔。

步骤a)(上述)可包括控制太阳能集中器以将集中的太阳能引导至孔内。太阳能集中器可包括反射器阵列，在该情况下，控制步骤可包括检测太阳能收集器位置上的温度以及，如果需要，则还包括将所述反射器中的至少一个定向至非收集方向以防止温度超过预定上限。该上限可被预定以防止对太阳能收集器的材料带来损害。其可被预定以改善收集器的效率。该方法可包括将与温度相关的信号从设置在太阳能收集器中的一个或多个热电偶传送至模块控制器。如果需要，则可在所述模块控制器中产生控制信号并将其发送至一个或多个电机。电机中的每个连接至反射器中的一个。这使得能够控制反射器的方向。

该方法还可包括当不需要收集太阳能时控制太阳能集中器以使所述集中器处于非收集方向上，并插入塞子以限制来自太阳能收集器的腔的热能损失。在太阳能集中器包括多个反射器的情况下，非集中方向可以是反射器处于基本水平方向的方向。当不使用这些反射器时，这使高强风对反射器的损害最小。塞子可插入太阳能收集器的孔或插入防护装置中的防护孔(如果存在)。

该方法还可包括当需要再次收集太阳能时移除塞子以允许集中的热能穿过孔进入腔，并控制太阳能集中器以使集中器位于收集方向上，在所述方向中，太阳能集中器引导集中的太阳能穿过孔进入腔。

该方法可包括使传热流体穿过设置在热调节介质内的热交换器管道以加热传热流体。随后可将加热的传热流体传送至第二热交换器以加热所述第二热交换器中的第二传热流体。随后使用加热的第二传热流体来发电或产生蒸汽或高温热水。

太阳能收集装置可被控制为产生基本恒定温度、压力和流速的蒸汽或高温热水。

热交换器管道和第二热交换器可形成闭环的一部分，因此传热流体从第二热交换器回到热交换器管道。可在传热流体回到热交换器管道之前净化传热流体。净化可以是例如通过离子交换等。传热流体可以是水，水在穿过热交换器管道时转换为蒸汽，并且在回到热交换管之前凝结成液态水。

热调节介质可保持在惰性气体环境中。该惰性气体可保持在稍微高于大气压的压力下。该方法可包括检测太阳能收集器中的压力，如果需要，则还包括调整收集器中的惰性气体的压力以将收集器中的压力保持在预定的压力范围内。在一个实施例中，该方法包括将与压力相关的信号从太阳能收集器中的压力传感器传送至模块控制器，如果需要则响应该与压力相关的信号以产生控制信号，以及将该控制信号(如果已产生)传送至从惰性气体的容器通向太阳能收集器的气体管路中的可控阀，以使所述阀打开足够的时间从而使太阳能收集器中的压力回到预定的压力范围。

太阳能收集装置可形成如前所述的太阳能收集系统的一部分。该系统可具有单个系统输出。该单个系统输出可包括蒸汽、高温热水，或者包括电能。该方法可包括将来自太阳能收集系统的太阳能收集装置的输出合并以形成单个系统输出。可通过站控制器控制太阳能收集系统的太阳能收集装置，站控制器能够根据需要将装置中一个或多个切换为开或关以获得期望质量的系统能量输出。该切换可包括使该装置的太阳能集中器回到非收集方向。该切换可包括插入塞子。可控制该系统以获得基本恒定质量的系统能量输出。恒定质量可包括恒定的电压和电流输出，或恒定压力和温度(可选地还有体积和流速)的蒸汽或高温热水输出。

在本发明的第五个方面，提供了一种发电方法，其包括：

·提供第二个方面所述的太阳能收集装置，所述装置包括与热调节介质热接触的热交换器，热交换器连接至能够由加热的传热流体驱动的发电机；

·允许太阳能撞击在装置的太阳能集中器上以加热该装置的热交换器中的传热流体；以及

·将加热的传热流体传送至所述装置的发电机以使发电机将加热的传热流体中的热能转换为电力。

该方法可包括通过跟踪装置使太阳能集中器或其一部分移动以引导太阳能穿过太阳能收集器的孔。

在本发明的第六个方面，提供了根据本发明用于发电和/或产生蒸汽的太阳能收集器或太阳能收集装置或太阳能收集系统的用途。其中发电和产生蒸汽可以是连续的。

在本发明的第七个方面，提供了一种热调节介质板，其包括：

上表面和下表面，所述上表面和下表面基本平行，

位于上表面与下表面之间并与上表面和下表面基本正交的基本直的能量收集装置接触边缘；以及

与能量收集装置接触边缘相反并与上表面和下表面基本正交的外边缘。

在板中，上表面和下表面均具有至在两端延伸至板边缘的、用于接收热交换器管道的至少一个槽。其可包括例如1、2、3、4、5或6个槽。槽与能量收集装置接触边缘近似平行。能量收集装置接触边缘在两端邻接有角度的边缘。该有角度的边缘与能量收集装置接触边缘成约45度角并与上表面和下表面基本正交。

板被成形以使板中的四个能够被设置以使每个有角度的表面面向相邻板的有角度的边缘以使板的能量收集装置接触边缘形成正方形。热调节介质可包括石墨或嵌入热传导基体的石墨颗粒。还可使用文中其他地方所述的其他热调节介质。

板在端部可以具有有角度凸耳以为接收器腔周围的石墨提供厚度。两个45度角边缘组合形成合适强度的装置以获得内角。由于机械强度的原因，板可朝着凸耳逐渐变尖。由于石墨是易碎的，故凸耳可能容易断裂并且钝角使应力集中效应最小。

在本发明的第八个方面，提供了一种板组件，其包括多个板组，各板组包括四个板。各板如上所述(在第七个方面)。板被设置以使板的能量收集装置接触边缘形成正方形。板组因此限定具有四个垂直矩形表面的内部空间。板组件还包括能量收集装置，能量收集装置包括四个垂直矩形面板，所述面板中的每一个与所述垂直矩形表面之一热接触，板组件还包括设置在板的槽中的热交换器管道。

能量收集装置可包括正方形顶部，正方形顶部附接至四个垂直面板的(或四个垂直面板中的每一个的)上部水平边缘，能量收集装置还可包括至少一个位于正方形顶部上方并与正方形顶部热接触的热调节介质板。

板组件还可包括各自与热交换器管道进行流体连通的入口歧管和出口歧管。在一些实施方式中，存在多于一组的在入口歧管与出口歧管之间延伸的热交换器管道，可存在例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12或多于12组热交换器管道。例如能量收集装置的各面附近可存在两组(即总共8组热交换管)。

板组件组的最低板可位于隔热材料上，隔热材料可包括一个或多个瓷砖或磁瓦层。

各板组的板之间(尤其在其板的有角度的表面之间)具有空间以允许该组件在使用中热膨胀。

在本发明的第九个方面中，提供了一种制作太阳能收集器的方法。该方法包括提供热交换器管道，以及在所述管道部分之间组装多个热调节介质板，以使热调节介质接触四个外部垂直表面和能量收集装置的顶部。热交换器管道包括设置在能量收集装置周围并安装在底座上的多个平行管道部分。能量收集装置包括设置为正方形的四个垂直矩形面板以及附接至该四个垂直面板的上水平边缘的正方形顶部。

组装步骤可以是这样的，将平行管道部分设置在形成于热调节介质板的表面中的槽内。其可包括使板从侧面滑入从而将平行管道部分设置在槽内。组装是这样的，使一个板中的半圆形槽面向相邻板中的相应半圆形槽以形成圆柱形洞，热交换器管道的管道部分设置在圆柱形洞中。

该方法还可包括将板夹紧到位。这可在组装板之后进行。该方法还可包括围绕热调节介质的外部设置隔热固体。其还可包括将能量收集装置、组装的板和隔热固体设置在外壳内并将外壳密封至能量收集装置的下沿。可将惰性气体源连接至外壳以允许惰性气体通过隔热固体扩散。该方法可包括使惰性气体穿过外壳充满隔热固体并取代其内的氧气。

该方法还可包括通过预成型于外壳和隔热介质中的孔使一个或多个热电偶穿过外壳插入热调节介质的步骤。

附图说明

现在将仅通过实施例并参考附图对本发明的优选实施方式进行描述，其中：

图1是用于太阳能收集装置的收集器的示意图；

图2和2A是根据本发明的太阳能收集装置的示意图；

图3示出太阳能收集系统的计算机示意图；

图4示出太阳能收集系统的示意图；

图5示出太阳能收集器中的温度以及对该收集器的日射的曲线图；

图6至9是文中所述的太阳能收集器的照片；

图10示出热调节材料板的图；

图11至16示出太阳能收集器的不同方面的示意图；

图17至28是收集器和其部分的照片，既有建造期间的和也有最终形式的；以及

图28和29示出本发明的应用。

具体实施方式

本发明涉及太阳能收集器，还涉及包括太阳能集中器和太阳能收集器的太阳能收集装置。具体地，本发明涉及收集集中的太阳热能并控制该热能在其被提取以供后续使用之前传递至热交换器系统的时间。集中器和收集器可被设置以使撞击在集中器上的太阳能集中在收集器的收集区域上。随后可将如此收集的能量从收集器的传热材料传递至热交换器中的传热流体。

热调节介质可以是固体。合适的热调节固体通常具有高碳含量。合适的材料包括例如石墨、嵌入热传导基体(诸如金属基体(例如铜、金、铝、银、其中任何两种或更多种的混合物或合金等)的石墨颗粒、铸铁(可选地，为块的形式)、钢、铝、铜、氧化铝、二氧化硅、铝硅酸盐、碳化硅、氮化硅、耐火砖、铬铁矿、磁铁矿、致密耐火混凝土或其中任何两种或更多种。其它合适的材料包括金属氧化物，诸如氧化铍、氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化锇、三氧化镧、三氧化钇、三氧化钪、二氧化钛、二氧化锆、二氧化铪、氧钽、五氧化二铌、氧化铝、二氧化硅、氧化镍、以及其它无机材料，诸如氮化硅、碳化硅、碳化硼、碳化钽、碳化钛、碳化钨、碳化锆、氮化铝、硼化锆、尖晶石、多铝红柱石、镁橄榄石、耐火泥、白云石、菱镁矿、高铝瓷、高氧化镁瓷(high-magnesia porcelain)、硅线石、蓝晶石、硅酸锆和上述任何两种或更多种的混合物。石墨可以是高纯度的，例如至少约95％，或至少约96、97、98、99、99.5、99.95或99.99，或约95至约99.99％或约95至99.9、95至99、99至99.99、99.9至99.99、99至99.9或99至99.5，例如约95、96、97、98、99、99.1、99.2、99.3、99.4、99.5、99.6、99.7、99.8、99.9、99.91、99.92、99.93、99.94、99.95、99.96、99.97、99.98或99.99％。其可以具有低灰分含量。灰分含量少于约3％，或少于约2、1.5、1、0.5或0.2％。热调节介质应具有高热容量，例如大于约1J.cm^-3.K^-1，或至少约1.1、1.2、1.3、1.4或1.5J.cm^-3.K^-1，或约1至5、1至3、1.5至5或1.5至3J.cm^-3.K^-1，例如约1.1、1.2、1.3、1.4或1.5J.cm^-3.K^-1。其还应具有高热传导性，例如至少约-100W/m.K、或至少约150或200W/m.K、或约100、110、120、130、140、150、160、170、180、190或200W/m.K。其还应能够承受高温(诸如该装置的使用中存在的那些高温)而不会基本降解或汽化，可选地不熔化或不断裂。其应能够承受至少约1000℃，或至少约1500至2000℃的高温，例如能够承受约1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000、2100或2200℃的温度而不会基本降解或汽化，可选地不熔化或不断裂。热调节介质可以呈层的形式。该层可以是约10至约1500mm厚，或约10至1000、10至500、10至250、10至100、10至50、10至20、20至500、100至500、200至500、50至200、50至100、500至1500、1000至1500、500至100或100至200mm厚，例如约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300、350、400、450、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400或1500mm厚。在一些实施方式中，热调节介质是液体。在这种情况下，上述热容量要求仍然适用，然而热调节介质可具有比上述热传导性更低的热传导性。单个收集器中的热调节介质可以为约2至约20吨或更重，或约2至10、2至5、5至20、10至20或5至15吨，例如约2、3、4、5、10、15或20吨。在一些情况下，尤其当收集器未位于塔上时，收集器可具有重于20吨的热调节介质，例如25、30、35、40、45、50、60、70、80、90或100吨。收集器的总重量可以是约10至约30吨、或约10至20、20至30或10至15吨，例如，约10、15、20、25或30吨。对于更大的热调节介质，总重量相应地会更大。即使在高风荷载下，支撑收集器的塔及其底脚(以及将收集器支撑在塔上的杆)也应足以支撑收集器的重量。

用于本发明的通常使用的热调节介质是石墨。该石墨可以是合成石墨。其可由石油焦炭制成。石墨自然地以片状石墨出现并由一系列以平六边形晶体结构连接的碳原子层(类似于云母的分层的片材)组成。这种产品常常不被加工为石墨块，而被用来制造类似喷嘴和坩埚的物品。

在合成石墨的形成(例如用于本发明)中，合适的方法包括加热石油沥青以去除挥发性化合物并形成石油焦炭。这种经煅烧的石油焦炭被压碎并且按照大小分级。随后按大小分级的颗粒与热的液态沥青以设定的比例重新结合。其被混合为糊状并随后被挤压或压制成具有期望形状和大小的块。被挤压的通常是类似于电极的圆块，而被压制的通常是矩形块。存在许多压制工艺，但本发明使用的等级的石墨块通常是被振动压制的。如果在压制工艺中没有采用振动，则会出现裂缝，振动压制的想法是消除裂缝。混合物中的颗粒可移动以允许裹入的空气离开并帮助加固。随后通过气体将这些块加热至约1200℃至1300℃的温度以去除挥发性化合物并烘烤块。然后冷却该块并且将热的液态沥青真空灌入。随后对块进行重新烘烤以去除沥青挥发物。

随后开始石墨化工艺。对于大块(诸如用于本发明的那些块)，该循环通常长约100小时。当温度增加时，向石墨的转变以更快的速度出现。石墨化在约1500℃下微弱地出现，并且用于本发明的块通常被加热至至少约2400℃，直至约2800℃的最大值。由于石墨化工艺在升高的温度下快速进行，故仅将块保持在最大温度约1至2小时。石墨化温度越高，晶体结构就越有序并且电阻就越低。随着电阻的降低，石墨的热传导增加。该产品的缺点是随着电阻的降低，块的机械强度降低。石墨化的温度对石墨所表现出的物理特性是至关重要的。

本发明中的热调节介质限定腔或室。换言之，太阳能收集器包括热调节器，热调节器限定腔，其中热调节器包括热调节介质或基本由热调节介质构成。热调节器具有与腔连通的孔，使得入射到孔上的太阳能穿过孔进入腔。通过这种方法，太阳能能够加热热调节器。进入腔的太阳辐射可被部分吸收以加热热调节器并被部分反射。反射的部分可被反射以撞击热调节器的不同部分，并且可再次被部分吸收和部分反射。因此多次反射使得大多数入射太阳能被有效吸收，从而仅有小部分会穿过孔离开。可能离开的入射能量少于约20％，或少于约10或5％。其余的能量将被吸收以加热热调节器。

热调节介质可通过单一部分或单块、或者多于一个部件提供。这些部件可至少部分地彼此热接触。这些部件可被设置以允许它们在不对太阳能收集器造成物理损坏的情况下热膨胀。在一些实施方式中，热调节介质的形状为立方体，其内具有立方体腔，热调节介质可包括安装在一起以形成整体立方体形状的多个不规则四边形部件(可选地连同其他形状的部件例如正方形部件)。热调节介质可分层。这可方便太阳能收集器(或热调节器)的建造。因此可方便地将热调节介质和太阳能收集器的其它部分运送至系统待坐落的位置并将它们安装在一起以形成热调节器。提供分层(或层的部分)的热调节介质还可有助于装配，特别有助于将热交换器安装至太阳能收集器中。因此当建造太阳能收集器时，可将热交换管或其部分安装在热调节介质层(或层的部分)周围，并且随后可将这些层或部分安装在一起，从而热交换管至少部分嵌入热调节介质以有助于热调节介质与热交换管中的热交换流体的有效热交换。具体地，热调节介质可以呈多个板的形式。这些板可以是约20至约200mm厚，或约20至150、20至100、50至200、100至200、50至150或50至100mm厚，例如，约20、30、40、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180或200mm厚。在该上下文中，当板被组装时，厚度代表垂直尺寸。每个板可重约50至约200kg，或约50至100、100至200、100至150、70至130、50至80、70至100或60至80kg，例如，约50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190或200kg。板在它们的上表面和/或下表面可具有槽，热交换管道可安装在槽内。槽的横截面可以是半圆形、正方形、矩形、不规则四边形或一些其它形状。在优选的实施方式中，它们是半圆形的，并且被设置以使得当被组装在太阳能收集器中时，一个板表面上的槽与邻接板表面上的相应槽形成具有适于安装热交换管道的圆柱形部分且具有圆形横截面的槽。板的深度可以是约10至约1500mm厚或约10至1000、10至500、10至250、10至100、10至50、10至20、20至500、100至500、200至500、50至200、50至100、500至1500、1000至1500、500至100或200至200mm厚，例如约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300、350、400、450、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400或1500mm厚。当板被组装时，该尺寸代表热调节介质的厚度(即，从能量收集装置到热调节介质外部的距离)。槽可沿着板的长度延伸，并且可延伸至其相反的边缘。这有助于收集器的建造，这是由于板能够从侧面滑入以将它们安装至预先存在的热交换管道内。图10示出板的合适设计的图。

太阳能收集器的整体形状可以是立方体、或长方体或圆柱体或球体或多面体(例如十二面体、二十面体、三十二面体、三十面体等)或一些其它形状。其横截面可以是圆形、正方形、矩形、五边形、六边形或一些其它合适的形状。其可具有在其整个高度上一致的横截面，或可具有可随高度变化的横截面。孔可以是圆形、正方形、矩形、五边形、六边形或一些其它合适的形状。腔可以是立方体、或长方体或圆柱体或球体或多面体或一些其它形状。其横截面可以是圆形、正方形、矩形、五边形、六边形或一些其它合适的形状。其可以具有在其整个高度上一致的横截面，或可具有可随高度变化的横截面。

热调节介质中可具有单一的腔，或可具有多于一个的腔，例如2、3、4、5、6、7、8、9或10或多于10个腔。在存在多于一个腔的情况下，可通过热调节介质或通过一些其它形式的分离材料使各腔彼此分离。可选地，至少两个腔可通过连接通道内部地连接至收集器。连接通道内可具有空气，或可具有惰性气体，例如氮、氦、氖、氩、二氧化碳或某些其它惰性气体。在本文中，术语“惰性”涉及如下特征：该气体在太阳能收集器的最大工作温度下基本不与热调节介质反应。在一些实施方式中，腔(或每个腔)具有与其连通的单个孔以允许入射至孔的太阳能穿过孔进入腔。在其它实施方式中，腔(或至少一个腔)具有与其连通的多于一个的孔(例如2、3、4、5或多于5个孔)以允许入射至孔的太阳能穿过孔进入腔。通常，虽然不是必要的，但是孔和腔被定向以使太阳能收集器的传递性热损失减小或最小。因此，由于热空气从上表面的孔上升将会造成热损失，故孔通常不与热调节介质的上表面连通。孔可与侧表面连通。孔可与下表面连通。孔可与热调节介质的下边缘和/或角落连通。侧表面中的孔可与腔连通，腔向上延伸以部分地阻碍加热的气体并限制流出腔外的加热的气体的热损失。腔可具有成角度的反射表面以限制或防止进入腔的太阳能的再辐射。

如上所述，在一些实施方式中，热调节介质被设置在地面上或接近地面，可选地至少部分埋在地下。在这种情况下，使孔处于热调节介质的上表面和/或上边缘和/或角落可能是方便的。在这种情况下，在孔中设置太阳能传送窗(例如石英)以限制传递性损失可能是方便的。这种配置的好处在于大、重的太阳能收集器更加方便且安全地设置在地面上或接近地面而不是设置在升高的位置诸如塔上。由于不需要建造支撑塔，故这还使得能建造更大的太阳能收集器。在这种情况下，一个或多个反射器可设置以能够反射来自太阳能集中器的太阳能以使其穿过孔并进入腔。可存在直接设置在孔上方的一个反射器，或可存在与自孔向上的垂直线成角度的多个反射器。这些反射器可以是平面的或可以是凹面的以使入射的太阳能进一步聚焦至腔内。这些反射器可支撑在一个或多个塔上。

在设置在地面上的太阳能收集器的一些实施方式中，孔可以是圆形的，例如球形或泪珠形。这可用来限制吸收的太阳能的再辐射。

当定日镜不进行跟踪时，太阳能收集器可用塞子封闭接收腔孔。塞子可由能够承受接收器腔中的温度的材料构成。塞子能够完全密封腔或能够仅密封接收器腔开口的95％(或约99、98、97或96％)。在孔朝上的情况下，塞子几乎可密封开口的100％。

站控制器可具有连接至其上的一个或多个天气传感器，除了其它天气数据输入，该一个或多个天气传感器将下载与直法向辐照度(direct normal irradiance，DNI)相关的数据。DNI是来自太阳的多少能量可被定日镜场(heliostat field)利用的绝对测量值。站控制器可使用DNI水平来确定定时镜场何时开始跟踪，并向定日镜发送信号(或向模块控制器发送信号，模块控制器转而可向定日镜发送信号)以将它们中的一些或全部定位在收集方向上(例如将它们打开)。一旦进行跟踪，DNI可被连续地监测以确保依靠定日镜传送至接收器腔的能量是充足的。如果DNI下降，例如由于厚云的遮盖或天气的变化，则站控制器可命令模块控制器使定日镜中的一些或全部停机(park)即回到非收集方向，并且(如果全部定日镜都被置于非收集方向)用塞子封闭接收器腔孔。

可启动定日镜场以进行逐步地跟踪。为了应付太阳的低角度，可在早上启动场西边的定日镜。一旦太阳已经升起至足够高度并且在接收器腔中能够捕捉到由这些定日镜产生的镜像，则可启动场东边的定日镜。场西边的定日镜通常是该天稍微晚些时候的第一批，因为太阳、该定日镜和接收腔之间的角度变得太大。场东边的定日镜通常是该天稍微晚些时候被停机的最后一批，因为太阳对于这些定日镜而言处于有利高度。

太阳能集中器被设置为将太阳能聚焦至太阳能收集器的孔内。当太阳能进入孔时，其应具有不宽于该孔(优选窄于该孔)的最大光线焦点直径。集中器可将太阳能光束焦点聚焦在孔处或孔的附近。该焦点可在约孔的300mm内，或在孔的约250、200、250或100mm内，并且可位于腔内或腔外。通常，由于太阳能以圆形光束的形式从一个角度进入，故其将在该孔处投射出椭圆形光束横截面。其纵横比可以是约1.5至约3、或约1.5至2、2至3、1.8至2.5、通常约2。

在本发明的一些实施方式中，太阳能收集器容易吸收来自太阳能以外的其他源的能量。例如，其可依靠一个或多个嵌入热调节介质的电阻通过电阻性加热来加热。电阻可与热调节介质电绝缘，特别在所述介质是热传导(例如石墨、金属或其组合)的情况下。到达电阻的电流可从诸如风能的可再生源获得。因此，风力涡轮机(例如，设置在太阳能收集器顶部)可在没有太阳能输入的情况下充分地加热、或至少部分加热热调节介质。根据涡轮机的设计以及风速和方向，风力涡轮机可例如提供高达10-500kW或更多的能量。该项选择使得在太阳能通量不充足的时刻(例如在阴天或夜晚)能量能够继续输入至太阳能收集器。非太阳输入可由太阳能收集器的模块控制器控制。这可减少非太阳输入(如有必要)以防止热调节介质的过度加热。

热调节介质可呈壳的形式。其限定内部腔并且腔通过孔与外部连通。孔和/或腔各自可具有位于其内的能量传送物质。合适的能量传送物质可以是气体，例如空气、氮气、氩气、氦气、二氧化碳或这些气体的混合物。附加地或可选地，在一些实施方式中，还可存在固体和/或液体的能量传送物质，例如石英。例如，孔中可存在石英窗。这在需要将惰性气体(例如氮体)保持在腔中的情况下可能是有用的。该窗可呈透镜的形式。在这种情况下，从太阳能集中器入射至透镜的太阳能可被透镜分散以在腔内撞击太阳能收集器的更大部分。透镜可以是凸透镜。其可以是平凸透镜。其可具有一些其他合适的形状。在孔中存在窗或透镜的情况下，其可密封孔或可不密封孔。密封的优点是保持腔内环境，而没有密封则防止由腔中气体的热膨胀导致的压力增强。然而在许多实施方式中，腔和孔包含空气并对大气开放。图1示出热调节介质的合适形状，稍后将在本说明书中对图1进行详细描述。热调节介质可以是约10至约1500mm厚，或约10至1000、10至500、10至250、10至100、10至50、10至20、20至500、100至500、200至500、50至200、50至100、500至1500、1000至1500、500至100或100至200mm厚，例如约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300、350、400、450、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400或1500mm厚。热调节介质的厚度可取决于收集装置的预期用途。热调节介质用来缓冲太阳能输入，从而，通过从装置输出的能量几乎没有或没有下降，向装置供给太阳能的过程中的短暂的减少或中断是能够忍受的。在一些实施方式中，这种中断大约是几秒或几分钟，例如由于云从太阳与集中器之间穿过。在其它实施方式中，这种中断大约是几小时，例如长时间的暴风或夜间。当入射至集中器上的太阳能被阻挡不超过约1分钟，或不超过约2、3、4、5、6、7、8、9或10分钟时，太阳能收集器装置能够提供下降不超过20％、或不超过10、5、2或1％的能量输出。当入射至集中器上的太阳能被阻挡不超过约2小时，或不超过约5、10、12、14、16、18或20小时时，太阳能收集器装置能够提供下降不超过25％，或不超过20、15、10或5％的能量输出。热调节介质越厚，其热质量就越大，并且因此其能够承受能量输入的中断而不遭受能量输出大中断的时间就越长。能量的阻挡可代表例如夜间(夜间代表长时间阻挡)或其可代表云或其它障碍物经过太阳与太阳能集中器或其一部分之间(代表较短时间的阻挡)。在后者的情况下，太阳能仍然可到达集中器，但由于其漫射(无方向性的)特性而可能不能聚焦在收集器上。通常的安装可包括多个定日镜模块(太阳能集中器)和调节器模块(太阳能收集器)，从而整体能量收集装置可被操作的时间增加并且保持所需的输出。因此热调节介质、太阳能收集器、太阳能收集装置和太阳能收集系统能够对太阳能能够被用来发电或产生蒸汽的时间进行调节。

在一些应用中，需要产生过热蒸汽。在一些情况下，过热蒸汽可在如文中所述的单个太阳能收集装置中产生。然而，在一些情况下，为了获得过热蒸汽，可优选地使用两个或更多个串联的这种装置。例如，第一装置可被用来加热水以产生高温水。高温水随后可被用作第二装置的输入流体，第二装置可将高温水转化为蒸汽。蒸汽可被用作第三装置的输入流体，在第三装置中，使蒸汽过热以产生过热蒸汽。在一些情况下，这可通过两个串联的装置完成——第一装置产生蒸汽并且第二装置使蒸汽过热。

收集器包括位于内部腔中的能量收集装置以增强太阳能的收集。能量收集装置可包括不锈钢或一些其它能够耐受(即不发生化学或物理降解，或熔化或汽化)装置工作温度(例如高达约1000℃，或高达约1500或2000℃，例如约1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000、2100或2200℃)的合适的热传导物质。热收集装置可以是约1至10mm厚，或约1至5、1至2、2至10、5至10、2至5或4至7mm厚，例如约1、2、3、4、5、6、7、8、9或10mm厚。其可在腔壁上呈热传导物质层的形式。其可覆盖腔壁的一部分，或其可以基本覆盖整个腔壁。其可覆盖腔的面积的至少约50％，或其面积的至少约60、70、80、90或95％。在能量收集装置与内部腔之间可存在保护层。保护层可位于能量收集装置的表面上。其可覆盖能量收集装置表面的一部分，或其可基本覆盖其全部表面。保护层可覆盖能量收集装置表面的至少约50％，或其表面的至少约60、70、80、90或95％。其可以是约1至200微米厚，或约1至100、1至50、1至20、10至200、50至200、100至200、50至100、5至20、50至150或100至150微米厚，例如约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190或200微米厚。用于能量收集装置上的表面涂层(保护层)的合适材料包括任何耐高温表面涂层。能量收集装置通常与热调节介质热接触和/或物理接触。表面涂层可以是任何耐热、耐火或等离子涂覆材料，诸如金属(例如铝、铬、钴、镍或任何这些金属的合金)、和氧化物(例如氧化铝、氧化铬、二氧化锆或其中任何两种或更多种的组合)、碳化物、或氮化物(例如氮化硅、碳化硅、碳化钨或其中任何两种或更多种的组合)。表面涂层可包括上述类别材料中的任何两种或更多种的组合。表面涂层可包括金属、陶瓷和/或金属陶瓷(一种包括陶瓷和金属的复合材料)。表面涂层可具有单层或可具有多层(例如2、3、4或5层)。各层可分别如上所述。

能量收集装置可具有能量吸收表面或涂层。涂层或表面可以是黑色的。涂层或表面可以是异形的(profiled)。涂层或表面包括多个突起，该多个突起被成形和设置为减少辐射的反射以增加入射太阳辐射的吸收。突起可以是微突起。突起的长度可以是约0.1至20微米，或约0.5至20、1至20、5至20、0.1至10、0.1至5、0.1至1、0.5至5、1至5、1至10微米，例如约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20微米。

因此在一个实施方式中，收集器呈包围腔的分层壳的形式，所述腔通过孔与外部连通。邻接腔的层可以是耐高温表面涂层或保护层。能量收集层位于表面涂层后并且与其物理连通和热连通。热调节介质位于能量收集层后并与其物理连通和热连通。通常收集器的大部分(即大于50％的体积)将是热调节介质。包围热调节介质的通常是隔热层。

热交换器可包括热交换管道，热交换管道可呈一个或多个热交换管的形式。热交换管道与热调节介质热接触，可选地嵌入热调节介质中。管道的内径的大小应该被设置为能够进行期望的传热。管的内径可以在约0.5至5cm之间，或约0.5至2、0.5至1、1至5、2至5或1至3cm之间。管道应由不在装置的工作温度下降解、软化或熔化的材料制成。管道应至少距离接收来自集中器的太阳能的接收表面约10mm，或距其至少约20、30、40、50、60、70、80、90或1000mm。这确保在传热管道与接收表面(保护层和/或能量收集层)之间存在足够的传热材料以提供所需的缓冲效果。因此所需(见上文)的能量缓冲越大，就应允许传热管道与接收表面之间的距离越大。管道中应具有传热流体。合适的传热流体相对于装置的工作温度是热稳定的，并且优选地具有高热容量。通常用于本发明的传热流体是水。在工作中，水被加热并且可挥发以形成蒸汽，蒸汽可被用作能量源(例如在发电机中)。在水被用作传热流体的情况下，水可以是高纯度水，以当其挥发时使沉积物的比例最小。水的纯度可以是至少约99％，或至少约99.5、99.9、99.95、99.99、99.995或99.999％。水可在进入热交换器之前被净化。通常的净化技术诸如反渗透、超过滤、微过滤、离子交换等是公知的。其他合适的传热流体包括任何能够承受所需的工作温度的有机或无机流体。实施例包括联苯、氧化联苯(联苯醚)、硅树脂流体(聚二甲硅氧烷)，部分氢化三联苯、二苄基甲苯流体、烷基苯、二芳基烷基二苯乙烷、烷基化芳香族化合物、二芳基醚和三芳基甲烷、以及上述任何两种或更多种的类似或相关的流体化合物或组合物。具体实例为：改性三联苯、合成烃混合物、烷基取代芳香族化合物、异丙基联苯混合物、合成芳香族化合物的混合物、三联苯/四联苯、苯基环己烷/联环己烷90∶10混合物和联苯/二苯基氧(DPO)共熔混合物。这些中的许多是在市场上可买到的，并且其他类似产品也可以用于本申请。

优选地，隔热层至少部分地包围热调节介质。这减少收集器在工作期间的热损失。隔热层可包括具有细孔和/或空隙的隔热固体。优选地，细孔和/或空隙中具有惰性或非氧化性气体，诸如氮气、氦气、氩气、氖气、或其中任何两种或更多种的混合物。该气体的存在用于减少传热装置、传热管、隔热材料等的高温氧化。合适的隔热材料能够承受装置的工作温度。隔热材料包括任何纤维或多孔或微粒的陶瓷材料。可存在管道和阀以向隔热材料供给气体并可选地地从隔热材料中移除气体。因此气体可穿过隔热材料流动。可选地，气体可被密封在隔热材料中。在一些实施方式中，隔热层包括至少部分真空以隔离热调节介质。在这种情况下，隔热层可保持在少于约0.1大气压、或少于约0.05、0.02、0.01、0.005、0.002或0.001大气压的绝对压力下。容积(即隔热层中)的大气可保持在稍微高于大气压的压力下，从而容积密封的失败导致容积大气气体的流出而不是空气的流入。氧气的排除保护太阳能收集器的高温部件免受腐蚀。太阳能收集器设置有允许保护性气体进入的进气阀和排放气体(如果容积压力上升到高于设计极限)的排气阀。通过监测容积压力并允许控制系统利用该信号设定进气阀和排气阀的位置，可实现保护性气体的准入和容积大气的排出之间的平衡。保护性(即惰性)气体可保持在隔热层中，并可选地地，保护性(即惰性)气体可保持在热调节介质中，可选地，保护性(即惰性)气体还可保持在热收集装置中。

太阳能收集器可包括包围热调节材料的外壳。外壳可密封能量收集装置以形成包围热调节介质和隔热层(如果存在)的基本气密的封装。应理解，事实上，外壳(围绕太阳能收集器的外部设置)与能量收集装置(通常覆盖孔和腔的内表面)不会形成完全密封的系统，并且可能出现小泄漏。其原因在于，惰性气体系统将外壳/能量收集装置封装内的惰性气体保持稍微高于大气压，从而任何泄漏出现从封装出来而不是进入封装。如果空气将要泄漏进入封装，这可能会与热调节介质接触。在热调节介质包括碳、或碳质材料(例如石墨)的情况下，这可能促使在收集器的工作温度下的氧化，导致热调节介质的损失和/或降解。其他合适的热调节介质，诸如碳化硅，可能同样需要被保护以免受氧气的影响。因此在通常使用的设置中，当在封装中检测到低于预设阈值的压力时，通向惰性气体源的阀被打开从而产生一阵进入封装的惰性气流。这足以将压力提升至预设阈值之上，在该阶段，阀再次关闭。一种可选的(虽然次优选)程序是维持进入封装的、足以将封装中的压力保持在期望范围内的、极低的恒定惰性气流。

收集器的孔可被包括高温唇部材料的唇部包围。该材料用于保护并包含传热材料。高温唇部材料应能够承受装置的高工作温度，并且优选是隔热体。合适的材料包括碳化硅和基于铝的织物、钨、钼、氧化铝、二氧化锆、锆石、硅铝，可选地呈纤维或泡沫形式，以及其中任何两种或更多种的混合物。

在外壳下方存在单独的防护装置以保护外壳下表面免受热能的影响。这在来自太阳能集中器的太阳辐射的聚焦不足以引导全部太阳能进入孔的情况下可以是有用的。防护装置应具有防护孔，至少防护孔的大小能够通向腔并与腔对准，以允许集中的太阳能进入腔。合适的防护装置呈具有极浅角度的圆锥截体的形式，其中圆锥体的被截去部分代表防护孔。该角度通常是约1至15度，或约1至10、5至10、10至15、7至12、1至5、1至3、3至7、5至7或3至5度，例如约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15度。防护装置与外壳下部之间的距离在其最近点可以是约2至约50cm，或约2至20、2至10、2至5、5至10、5至20、20至50或10至40cm，例如约2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45或50cm。其可以足够大以在外壳与防护装置之间允许适当的气流以防止外壳过热。其可以足够小以基本不干扰太阳能向孔内的聚焦。防护装置可具有肋部，通常为径向肋部。这些肋部有助于加固防护装置。这些肋部可用于改善防护装置的热损失以使其保持在尽可能低的温度下。防护装置可由例如钢(例如软钢)制成。防护装置上可具有隔热材料。隔热材料可以是例如陶瓷纤维隔热材料或某些其他合适的隔热材料。隔热材料可以是约10至约100mm厚(或约10至50、10至20、50至100或40至80mm，例如约10、20、30、40、50、60、70、80、90或100mm)，或如果需要可更厚。

在一些情况下，可存在内部防护装置，内部防护装置延伸至支撑热调节介质的支撑装置的上水平面周围。如文中其他地方所述，热调节介质可被支撑例如在瓷砖上。优选地，太阳能不撞击邻近这些砖的能量收集装置。因此内部防护装置可在这个区域防护能量收集装置。内部防护装置可以是例如不锈钢。内部防护装置上可具有隔热材料。隔热材料可以是例如位于如上所述防护装置上的材料。在内部防护装置与能量收集装置之间可具有空间。该空间在其最近点可以是约2至约50cm，或约2至20、2至10、2至5、5至10、5至20、20至50或10至40cm，例如约2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45或50cm。这允许内部防护装置与能量收集装置之间的空气运动以减少能量收集装置在这个区域中的热度(heatin)。内部防护装置可朝其下部向内成角度。在一些情况下，内部防护装置与防护装置在孔下方相接，以形成同时保护收集器下部和能量收集装置下部的单一防护装置。

集中器可包括透镜。其可包括反射器。其可包括多个透镜。其可包括多个反射器。其可包括反射器阵列。在集中器包括多个反射器或多个透镜的情况下，这些反射器或透镜可全部具有几乎相同的焦点，或可被设置为朝着相同区域反射和/或聚焦光。它们可被设置为朝着收集器的腔反射和/或聚焦光。该反射器或各反射器可以是平面镜，或可以是凹面反射器。反射器(各自独立地)可以是例如球形或抛物线形的凹面反射器。

装置可包括跟踪装置，跟踪装置使集中器移动以向收集器提供集中的太阳能。这种跟踪装置是公知的。由于太阳在一天中改变位置，故对集中器来说，进行相应的移动是有利的，从而无论何时太阳能都入射至集中器上，集中器朝向收集器被定向从而将太阳能引导至收集器。跟踪装置可包括检测太阳角度的检测器。其可包括一个或多个使集中器移动的电机。其可包括处理器，处理器用于根据检测器检测到的太阳角度确定集中器将太阳能引导至收集器(即进入其孔)所需的角度。处理器可根据所确定的集中器的角度产生一个或多个信号并将所述信号发送至一个或多个电机以使集中器移动，从而将太阳能引导至收集器的孔内。

在一些实施方式中，通过基于预测的太阳位置采用预定的计算，跟踪装置可使集中器移动至适于将集中的太阳能传送至接收器孔的位置。在该实施方式中，跟踪装置可包括处理器(例如计算机)，处理器用于根据太阳的预测位置(包括每天太阳升起位置)计算集中器的所需位置。处理器还能够预测太阳的位置以计算集中器的所需位置。处理器还能够逐日测量日射率并且根据该数据计算为实现系统的期望的能量输出要求需要逐日激活的集中器数量。这种计算将考虑日射率的季节性变化。

对于特定地理位置，可基于预测在一天中的给定时刻的太阳位置的算法调整镜子的位置。各定日镜，或太阳跟踪镜，具有其自己的单独路径。跟踪路径可被编程至定日镜柱上的控制器中。模块控制器可命令定日镜在它们工作循环的开始处跟踪并在工作循环的尽头处停机(即回到非收集方向)。可通过集中发布的控制指令将每个定日镜的定日镜跟踪路径可选地嵌入模块控制器中。

如果风速增加至预设水平之上，则模块控制器还可命令定日镜停机，例如移动至接近水平位置。这避免在高风速的情况下对定日镜造成损害。

定日镜以太阳能收集器的底部中的孔的中心为目标并将太阳能传送至腔内。可通过多个热电偶测量腔与热调节介质之间的界面(interface)的温度，热电偶可穿过热调节介质插入至腔壁上的能量收集装置的表面。如果热调节介质的温度增加至设计水平(例如约800℃)之上，则模块控制器可命令多个(例如以约10％的场增量)定日镜跟踪以聚焦至远离太阳能收集器的一点(例如在空中)。如果温度持续升高，则模块控制器可命令更多定日镜相似地跟踪以远离太阳能收集器。模块控制器可重复该循环直至实现控制并且温度停止升高。

使定日镜跟踪以聚焦至空中的优点在于，如果需要，它们能够快速地恢复到工作中。

模块控制器能够预测(或可被编程有)日出和/或日落时刻。这使得模块控制器能够向定日镜中的一些或全部发送信号以为日出时日射的开始做准备，或者，一旦太阳已经到达合适的高度，例如日出约1小时后，当日射率已经足够大时，模块控制器能够向定日镜中的一些或全部发送信号以收集太阳能。当日射在日落时停止时，这还使得模块控制器能够向定日镜发送信号以回到非收集方向。

收集器可安装在地面上。其可被安装在地面以上约5至约50m的高度，或地面以上至少约15m或至少约20m，或地面以上约5至10、5至7、7至20、10至20、15至20、10至15或8至12m，例如地面以上约5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或50m。这在集中器包括反射器的情况下特别方便。在这种情况下，反射器可设置在地面附近，并且收集器可安装在足够的高度，使得从全部反射器反射的太阳能能够被有效地导向收集器，尤其对于不存在一个或多个集中器遮挡一个或多个其他集中器的情况。太阳能收集装置可包括支撑结构，收集器安装在该支撑结构上。支撑结构可以是塔，或座、杆或柱。其应足够坚固以支撑收集器的重量，包括在强风条件下支撑收集器的重量。

太阳能收集器的热交换器可连接至发电机，从而，在使用中，入射至集中器上的太阳能被转换为电能。发电机可以是涡轮机。其可以是蒸汽驱动的涡轮机。蒸汽涡轮机可工作在约10至约200巴(或10至50或50至100或20至80或20至50或50至80或100至200或50至150巴)的水/蒸汽压力和高达约600℃的温度下。气体涡轮机将工作在高达1100℃的更高温度和更低的压力下。因此图2中示出了根据本发明的装置。参照图2，应用下列标号：21是定日镜阵列；22是塔/石墨块；23是STG电力岛；24是变压器和电网连接；以及25是ACC/水处理设施。因此太阳能撞击在集中器(定日镜阵列21)上，集中器将太阳热能集中至收集器(塔/石墨块22)中的孔内以分散在收集器内。随后如果热调节介质充当缓冲以克服能量输入的自然波动使热交换器输出不发生波动，则将热能保持在热调节介质中一小段时间(几秒，几分钟)，或者如果热调节介质充当按需的能量可用性的调节器，则将热能保持在热调节介质中一大段时间(几小时，几天)。热能随后加热传热流体，传热流体随后被传送至发电机(STG电力岛23)。由发电机23产生的电力可传送至变压器至电网(24)。纯水(或至少高纯度水)作为传热流体从水处理设施25提供给收集器22。

同时一个太阳能收集器和定日镜模块能够产生过热蒸汽，太阳能收集系统通常包括串联或并联连接或连接为这些设置的组合的多个这种模块。在图2A中，图2中所描绘的概念被扩展以示出代表性系统如何可以工作。

参考图2A，应用下列标号：

31：净化水存储器；

32：给水泵；

33：普通收集器；

34：普通收集器(用于过热化)；

35：温控水泵；

36：蒸汽涡轮机；

37：发电机；

38：变压器；

39：空气冷凝器。

蒸汽产生的速度取决于调节块(即热调节介质)与热交换管道中的传热流体之间的温差。如果没有能量输入至太阳能收集器，同时能量被用尽或从收集器排放(通过热交换器)，则应降低传热流体的流速以保持所产生蒸汽的质量。由于系统中通常存在多个太阳能收集器，故能够通过使更多收集器加入工作来弥补一个或多个收集器的生产量的任何短缺。

在任何给定时刻，不是收集器内全部区域都会处于相同温度并且不是全部收集器都会处于相同平均温度，因此通过控制系统的适当编程，能够使合适的调节块(收集器)加入工作以保持所需的蒸汽输出条件。

图2A中所示的太阳能收集器的合适的设置包括多个收集器，这些收集器并联连接(例如收集器33)并随后串联组合(例如收集器33和34)，并且随后所产生的各组的输出并联连接至公共的歧管34M。总的来说，这种设置被设计以为系统提供冗余。

因此在图2A的系统30中，容器31作为净化水源提供给系统的收集器。泵32连接至容器31的出口并且向入口歧管33M提供水。入口歧管33M连接至一系列模块。这些模块全部都可以具有相同结构，如图2A中所示，或可以具有不同结构。在图2A中，每个模块包括两个根据本发明的收集器33，收集器33的热交换器并联连接至歧管33M。收集器33的出口被连接以将它们的合并的输出直接引导至出口歧管34M、或者引导至收集器34的热交换器的入口。阀(未示出)可被设置为根据需要引导收集器33的输出。收集器34的出口连接至歧管34M。出口歧管34M连接至蒸汽涡轮机36，蒸汽涡轮机36连接至发电机37，发电机37转而连接至变压器38。温控泵35被设置为从容器31取水(未被加热或被加热)以使该水与来自歧管34M的加热的水或蒸汽合并。冷凝器39被设置为使来自涡轮机36的蒸汽冷凝。在图2A中，每个模块被示出为具有两个并联的收集器33。事实上，这可以是更多(例如3、4、5或多于5个)或可以是单个收集器33。类似地，图2A示出已经具有单个收集器34的每个模块，然而事实上可存在多于一个(例如2、3、4或5)并联连接的收集器34。不同模块的阀可被单独控制，阀用于将模块33的输出引导至歧管34M或者引导至收集器34。系统的各种部件(尤其包括这些阀和温控泵35)可由图2A中未示出的控制系统(包括例如计算机或可编程逻辑控制器或PLC)控制。

在系统30的工作中，随后，通过泵32将净化水从容器31泵送至歧管33M内。水从歧管33M进入收集器33的热交换器，在热交换器中，这些水接收来自热调节介质的热能以产生加热的水或蒸汽的输出。该输出被直接地引导至出口歧管34M，或者在首先穿过收集器34的热交换器以进一步加热水/蒸汽之后被引导至出口歧管34M。此举的结果是高温的水和/或蒸汽进入歧管34M。在一些情况下，蒸汽的温度将高于涡轮机36有效运行的期望温度。在这种情况下，可通过温控泵35使来自容器31的未加热的水与歧管34中的蒸汽合并。通过这种方法，最佳温度的蒸汽被用于使涡轮机36工作，涡轮机36驱动发电机37发电，电力在根据使用需要被引导之前传送至变压器38。在涡轮机36使用蒸汽之后，蒸汽被传送至冷凝器39中(合适的冷凝器39可以是空气冷凝器)以使蒸汽冷凝至液态水，液态水被存储在容器31中以再次使用。在一些情况下，管路中可存在净化器(未示出)以从水中去除污染物，这些污染物在净化水回到容器31之前可能就已经在上述过程中进入水中。显然，在系统30的多个点处，可存在调压阀以控制系统中的蒸汽压力。这使得能够根据需要控制水/蒸汽的状态。

这种设置能够运行以在蒸汽涡轮机的工作压力下产生蒸汽，或可选地可升高给水压力以使模块33产生高于100℃并且接近其在该压力下的沸点温度的水。随后所产生流体的压力可在其进入该组中的第三收集器34的热交换器之前降低。当压力降低时，流体闪蒸(flash)(即，快速挥发)以产生由加热的水和蒸汽组成的双流体。这种双流体随后被引入收集器34的热交换器以产生过热蒸汽以供生产使用或驱动蒸汽涡轮机。

系统30中的每一个收集器都可具有嵌入热调节介质中的热电偶。这使得控制系统能够确定来自特定收集器的输出温度将会是什么样的。在如图2A所示的代表性设置中，两个或更多个收集器33和34并联和/或串联连接，因此如果热调节介质的温度很高，则控制系统将预测所产生流体的参数并将热交换器工作压力设定在低压以产生蒸汽或者设定在高压以产生热水。如果产生蒸汽，则该流体能够被传送至蒸汽歧管34M以与来自并行的组的输出混合。如果需要，可通过泵35将水喷淋至蒸汽管路以对来自蒸汽歧管34M的输出蒸汽进行温控，从而获得生产用蒸汽或蒸汽涡轮机36所需的蒸汽条件。通过控制系统的适当编程，能够将收集器和蒸汽温控器的所需数量、生产所需或蒸汽涡轮机36所需的蒸汽质量(温度、压力)保持在期望的水平。

多个如上所述的太阳能收集装置可合并至太阳能收集系统中。在该系统中，装置被连接以产生单一系统能量输出。图3示出该系统的计算机可视化图。

太阳能收集装置可串联连接。因此传热流体可从第一装置被传送至第二装置和可选地传送至后面的装置。在每个装置处，更多的能量传递至传热流体，从而增加其温度或使其挥发，或者二者同时实现。因此离开最后装置的传热流体将具有大量能量，并且将适于有效的发电或其它用途。传热流体可随后被传送至发电机或热的传热流体的一些其它应用。图4中图示了两个这种系统。在图4的系统40中，装置42a至42c串联连接。每个装置42包括太阳能集中器44(包括多个反射器)，太阳能集中器44聚焦在相应的收集器46上(即44a聚焦在46a上，44b聚焦在46b上，并且44c聚焦在46c上)。水源48(例如容器)为系统提供水，净化器50被设置为净化来自源48的水。合适的净化器是公知的，并且包括例如反渗透、微过滤、超过滤、活性碳吸收、离子交换、絮凝/沉降和其它公知净化元素中的一种或多种。出口52将生产用蒸汽提供给能够使用它的装置。因此在使用中，来自源48的水被传送至净化器50，在净化器50处，水被净化至期望的纯度水平。来自太阳的太阳能撞击在集中器44上并且传送至收集器46，从而将收集器46中的热调节介质加热至期望的工作温度。当来自净化器50的水连续地穿过收集器46c、46b和46c时，水被加热以产生具有期望温度和压力的蒸汽。该蒸汽根据需要通过出口52离开系统40。

类似地，系统60包括连接串联的装置62a至62c。每个装置62包括太阳能集中器64(包括多个反射器)，太阳能集中器64聚焦在相应收集器66上(即64a聚焦在66a上，64b聚焦在66b上，并且64c聚焦在66c上)。净化器70被设置为净化系统中的水。合适的净化器在上面描述。发电机72被设置为根据来自装置62的蒸汽发电，线路(line)74被设置为将所产生的电力传递至合适的目的地。冷凝器76被设置为在净化之前冷凝来自发电机72的蒸汽。因此在工作中，来自净化器70的水被传送至收集器66c。太阳能从反射器64a至64c被反射，从而将收集器66a至66c加热至它们的工作温度，通常在600℃以上。水在穿过收集器66c的热交换器时被加热，并且加热的水被传送至收集器66b，在收集器66b处水被进一步加热。随后加热的水被传送至收集器66a，在收集器66a处水接收最后的能量输入。在一些阶段，通过该加热过程(取决于例如流体体积、流体流速、入射的太阳能、反射器的数量和效率等这些因素)，水被转换为蒸汽并且过热。所产生的过热蒸汽被传送至发电机72，在发电机71处蒸汽被用于产生电力，电力通过线路74从系统输出。蒸汽在冷凝器76中冷凝并回到净化器70以去除任何可能已进入水中的杂质。所产生的净化水随后回到如上所述的装置62a、62b、62c。在图4中，仅示出三个串联的收集器，但显然可使用其它数量的并联或串联或串并联结合的收集器。

因此在可选的设置中，装置并联连接。在这种情况下，水被传送到每个收集器内，并且所产生的加热的水(或蒸汽)可被合并并且给送至用于发电的单个发电机，或利用加热的水或蒸汽的其它合适的装置。在这种设置中，由于各装置必须单独将传热流体升高至可用的温度，故装置在加热传热流体时有效是重要的。

图5是来自发明人的测试模块的曲线图，其中太阳日射被测量为入射至水平面的日射并演示了系统的调节作用。该图表比较调节块中的其中两个热电偶的日射的响应。一个热电偶位于热调节介质与能量收集装置之间的界面处，同时另一个热电偶设置在热交换器管附近。在曲线图中的水平日射线上能够看出日射率的剧烈变化。邻近太阳能输入的位置与热交换管之间的温差代表使调节系统能够提供正确质量的蒸汽的不间断供给的手段。

本发明还提供收集并调节太阳能的方法。因此单个收集装置或者包括多个这种装置的收集系统(如先前所述)被建立以能够接收太阳能。太阳能随后被允许撞击在装置的集中器上，或撞击在系统的集中器上。该能量随后由集中器集中和/或聚焦，该集中/聚焦的能量被引导至收集器。具体地，能量被引导至收集器的孔内以通过保护层和收集层收集集中的太阳能。这些层不保持足够量的热能，然而能够收集并传送能量以加热热调节介质。随后该加热的热调节介质能够将热量传递至热交换器中的传热流体，使得能量能够在需要的时候被传递。

本发明的重要方面在于一个事实，如果需要，则大热质量的热调节介质使得入射太阳能的波动被平稳以产生加热的传热流体的相对恒定的输出。这些波动可以是短期的，例如经过太阳前面的云，或这些波动可以是长期的，诸如夜间。系统吸收并使这些波动平稳的能力取决于热调节介质的热质量。因此，传热流体的热质量越大(即其质量越大并且其热容量越高)并且热量移动速度越低(即传热流体的流速越低)，装置/系统吸收入射太阳能更急剧和/或更长波动的能力就越大。

本发明还提供发电的方法。一旦太阳能已经如上所述被收集并且经由热调节介质传递至传热流体，加热的传热流体可被传送至一个或多个发电机以使发电机将热能转换为电力。在一些实施方式中，传热流体被加热至其蒸发并可选的过热点。所产生的蒸汽可被用于驱动发电的涡轮机。将加热的流体转换为电力的各种其它方法是公知并被记载。如先前所述，收集装置可并联或串联连接，或者，一些收集装置可以是并联并且一些收集装置是串联(例如多组多于一个的并联连接的装置可随后串联连接)。合适的传热流体是水，水可转化为蒸汽。随后可使蒸汽过热，并且可在蒸汽被用来产生电力之前保持压力。蒸汽的温度可大于100℃，但可被过热至至少约150、200、250、300、350、400、450、500、600、700、800、900或1000℃，或约150至1200、200至1200、500至1200、1000至1200、150至1000、150至500、500至1000或250至1000℃，例如约150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、1000、1050、1100、1150或1200℃。蒸汽的压力可高达约200巴，或高达约150、100、50、20或10巴，或约1至约200巴，或约5至200、10至200、20至200、50至200、100至200、1至100、1至50、1至20、1至10、5至100、5至50、5至20、10至100、50至100或10至50巴，例如约1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190或200巴。在一些示例中，蒸汽的压力可高于约200巴，例如高达约300、400或500巴，或约200至500、300至500、200至400或300至400巴，例如约250、300、350、400、450或500巴。通常高达约350巴的压力被用于商业超临界设施。本发明的太阳能收集器通常被操作使得热调节介质的温度为约400至约1000℃或约400至800、400至600、500至1000、500至800或600至800℃，例如约400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950或1000℃。通常当开始工作时，腔的下部将比上部热得更快。原因如下，因为太阳能以一个角度被反射至腔内，因此太阳能将直接入射至能量收集装置的下部区域上。能量收集装置的上部区域将被加热：部分通过热调节介质和能量收集装置的热传导，部分通过腔内的太阳能的反射，以及部分通过腔内的加热气体的对流。由于热交换管道通常存在于热调节介质的整个高度上，故被传递至热交换管道中的传热流体的总热能基本上不受该现象影响。如果需要，可通过改变穿过嵌入热调节介质中的热交换管道的传热流体的流速，调整使用中的热调节介质的温度。

本发明被设计为解决太阳能仅在白天数小时可用的缺点和输出质量不一致(例如云穿过)的问题。本发明涉及太阳热力发电。其涉及太阳能转换的调节以确保以恒定的质量产生转换的能量并且还使得其能够根据需要在任何时刻产生。

文中所公开的是一种装置，其能够吸收已经被多个跟踪太阳位置的镜子反射的集中的太阳能，并允许通过嵌入该装置的蒸汽产生系统来调节用作加热或发电的太阳热能的使用时间。

在一些实施方式中，本发明使用多塔收集系统技术。然而作为每个塔上的收集器/锅炉单元(如先前已经被使用)的替代，在每个塔上设置收集器/调节器/锅炉单元。通过这种方法，热能被保持在热调节介质(通常为固体热传导热调节介质)中的收集点处，直至需要利用该热能以转换为电力或用于某些其它目的。这避免了将热能立即转换为电力或必须将其传递至基于流体的调节系统的需要。在特定实施方式中，根据本发明的太阳能收集器中的热能可被提取至与热调节介质热连通的热交换器中的工作流体中并被转换为电能，并且可利用将热能转换为工作(即电能)的兰金循环(有机或蒸汽)、布雷登循环、卡诺循环、热离子发电、热-光伏发电、磁流体发电或相似的热力学过程。在存在2个或更多个本发明的收集器(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90或100或更多)的情况下，可在单个歧管中将来自每个收集器的加热的工作流体以相同或不同比例合并以形成合并的加热的工作流体，然后将该合并的加热的工作流体中的热量转换为电能(ac或dc)。在将该合并的加热的工作流体中的热量转换为电能(ac或dc)之前，可使加热的工作流体(或该合并的加热的工作流体)穿过温控器以将其冷却至期望的温度。实施特定热力学过程的技术人员应理解，将热能转换为电能的设备可包括一个或多个涡轮机或涡轮机-发电机组合，该设备还可包括压缩机系统、冷凝器系统、和/或冷却系统。热力学过程可以是闭环过程或开环过程。在特定实施方式中，热能到电能的转换可在多于一个热力学过程中进行，然而例如一部分热能经由第一热力学过程(例如开环热力学过程诸如布雷登循环过程)转换为电能，并且来自第一过程的任何剩余热能随后可经由第二热力学过程(例如闭环热力学过程诸如兰金循环过程)转换为电能。当然，应理解，第一和任何随后的热力学过程可以是相同的过程，其中初始阶段将第一部分热能转换至电能，并且随后的第二、第三、第四等阶段可用于根据需要对来自先前阶段的任何剩余热能进行转换。

在一个示例性实施方式中，热能到电能的转换可至少最初在开环循环热力发动机设置中完成。在这种设置中，布雷登循环热力发动机包括压缩机以压缩气态开环工作流体，气态开环工作流体被传送至包括管的第二热交换器，在管中热能从管中的加热的第一工作流体传递至压缩的气态开环循环工作流体。在本发明的太阳能收集器中，第一工作流体通过与热调节介质热连通的第一热交换器被加热以回收存储在热调节介质中的热量，第一热交换器包括管以加热管内所包含的第一工作流体。压缩机可操作地连接至该热交换器以在加热之前压缩第一工作流体。加热的气态开环循环工作流体随后被传送至与发电机连接的气体涡轮机，在此处，通常通过向连接至发电机的轴提供旋转驱动的加热的气态开环循环工作流体的膨胀，加热的气态布雷登循环工作流体中的热能转换为电能。第一工作流体可以是例如或者蒸汽流体(例如蒸汽)、或者气态流体，诸如惰性气体(例如Ar、He、Ne)或非惰性气体(例如空气或氮气)。第一工作流体可以是被压缩的(例如1.1-30巴或1.1-20巴或1.1至10巴或1.1至5巴或2-10巴或3-8巴或4-8巴)或未被压缩的。开环循环工作流体可以是例如或者气态流体，诸如惰性气体(例如Ar、He、Ne)或非惰性气体(例如空气或氮气)并且是被压缩的(例如1.1-30巴或1.1-20巴或1.1至10巴或1.1至5巴或2-10巴或3-8巴或4-8巴)。开环循环工作流体中的任何剩余热量随后可传递至第二热转换阶段。例如，开环循环工作流体中的剩余热量可以可选地经由附加的热交换器提取并可选地存储在热存储介质(例如合成石墨或非合成石墨)中。附加的热交换器可连接至第二热转换阶段。在示例性设置中，第二热转换阶段可以是闭环热力学系统，诸如兰金循环热力发动机。

本发明因此延伸至发电设施，可选地在高峰时期，包括一个或多个根据本发明的太阳能收集器(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、或100或更多)，每个太阳能收集器包括热调节介质、(第一)热交换器，(第一)热交换器包括管以蒸发或加热管内所包含的(第一)工作流体，管与热调节介质热连通以回收存储在热调节介质中的热量。在电力需求的高峰时期或根据需要的其他时刻，可从热调节介质回收热量。可在单个歧管中将来自每个收集器的加热的第一工作流体以相同或不同比例合并以形成合并的加热的工作流体，然后将合并的加热的工作流体中的热量转换为电能(ac或dc)。可将来自每个收集器的加热的第一工作流体以相同或不同比例合并以输出恒定压力和温度的加热的工作流体。在将合并的加热的工作流体中的热量转换为电能(ac或dc)之前，可以使加热的工作流体(或被合并的被加热的工作流体)穿过温控器以将其冷却至期望的温度。该设施还可包括涡轮机或发动机以及发电装置，涡轮机或发动机适于由加热的工作流体或合并的加热的工作流体直接地驱动(在开放系统中)或经由操作地与第二热交换器相关联的第二工作流体间接地驱动，因此第二热交换器中的第二工作流体被第一工作流体或合并的加热的工作流体(太阳能收集器包括热调节介质、热交换器并且在后一种情况下第一工作流体位于闭环系统中)加热，发电装置适于由发电的涡轮机驱动，发电装置操作地连接(例如经由轴)至涡轮机。在一些实施方式中，工作流体(第一和第二(如果存在))可以是单独的非惰性气体或惰性气体或其可以是水/蒸汽。第一工作流体可以是压缩的或未压缩的。第二工作流体可以是压缩的或未压缩的。在工作中，第一工作流体被压缩并且随后在(第一)热交换器的管中被加热，其中(第一)热交换器的管与包括热调节介质的大量材料(例如合成石墨或非合成石墨)连通，在热调节介质中已经根据本发明存储有热量，该热量按如上所述转换为电能。在存在多于一个太阳能收集器的情况下，可在单个歧管中将来自每个收集器的加热的第一工作流体以相同或不同比例合并以形成合并的加热的工作流体，然后将合并的加热的工作流体中的热量转换为电能(ac或dc)。可将来自各收集器的加热的第一工作流体以相同或不同比例合并以输出恒定压力和温度的加热的工作流体。在将合并的加热的工作流体中的热量转换为电能(ac或dc)之前，可使加热的工作流体(或被合并的被加热的工作流体)穿过温控器以将其冷却至期望的温度。

在特定实施方式中，发电设施的使用采用蒸汽驱动涡轮机，蒸汽驱动涡轮机转而驱动发电机，发电机呈操作地连接至涡轮机(例如经由轴)的交流发电机或直流励磁机的形式。为此，在本发明的一个或多个太阳能收集器(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、或100或更多)中，通过蒸发热交换器的管中的水，可在本发明的太阳能收集器中产生蒸汽，该管与包括大量材料(例如合成石墨或非合成石墨)的热调节介质热连通，根据本发明已在该材料中存储有热量。为了改善与本发明的太阳能收集器相关联的回收装置的效率，可在同样与热调节介质(例如合成石墨或非合成石墨)热连通的过热管中使蒸汽过热。管和过热管可以是例如“单程蒸汽发电机”系统中所用的连续管。在存在多于一个太阳能收集器的情况下，可以在单个歧管中将来自每个收集器的蒸汽以相同或不同比例合并以在恒定或基本恒定的压力和温度下形成合并的输出蒸汽。

本发明因此可延伸至产生蒸汽的设施，包括一个或多个根据本发明的太阳能收集器(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、或100或更多)，包括热调节介质、(第一)热交换器，(第一)热交换器包括管以蒸发或加热管内所包含的(第一)工作流体，管与热调节介质热连通以回收存储在热调节介质中的热量。在蒸汽需求的高峰时期或根据需要的其他时刻，可从热调节介质回收或提取热量。该设施还可包括第二热交换器，第二热交换器包括管，管内包含第二工作流体，因此第二热交换器中的第二工作流体由包含在与第二热交换器的管热连通的管中的加热的第一工作流体加热(太阳能收集器包括热调节介质、热交换器并且第一工作流体位于闭环系统中)。闭环系统可包括冷却器以在第一工作流体已经离开第二交换器之后冷却第一工作流体。闭环系统可包括压缩机以在冷却后压缩第二工作流体。第二工作流体可以是水/蒸汽(当最终产品是蒸汽时或当蒸汽涡轮机被用于发电时)或惰性或非惰性气体(当气体涡轮机或无功气体涡轮机被用于发电时)。在一些实施方式中，第一工作流体可以是水/蒸汽或气体(惰性或非惰性)。在工作中，第一工作流体(当第一工作流体是气体时可以是被压缩的第一工作流体)在(第一)热交换器的管中被加热，其中(第一)热交换器与热调节介质(例如合成石墨或非合成石墨)热连通，在热调节介质中已经根据本发明存储有热量并且该热量被传递至第二工作流体，其中热量被转换为蒸汽，或者如果其已经呈蒸汽的形式，则如上所述升高该蒸汽的温度，或者如果其是气体(惰性或非惰性气体)，则升高该气体的温度。在存在多于一个太阳能收集器的情况下，可在单个歧管中将来自每个收集器的第一工作流体以相同或不同比例合并以在恒定或基本恒定的压力和温度下形成合并的第一工作流体输出以在恒定或基本恒定压力和温度下产生来自第二热交换器的蒸汽或加热的气体。

本发明可以可选地延伸至产生蒸汽或热气的设施，包括一个或多个根据本发明的太阳能收集器(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、或100或更多)，每个太阳能收集器包括热调节介质、热交换器，热交换器包括管以蒸发或加热管内所包含的工作流体，管与热调节介质热连通以回收存储在热调节介质中的热量。在蒸汽需求的高峰时期或根据需要的其他时刻，可从热调节介质回收热量。工作流体可以是水/蒸汽，因此，在工作中，工作流体在热交换器的管中被加热，热交换器与热调节介质(例如合成石墨或非合成石墨)热连通，在热调节介质中已经根据本发明存储有热量，其中热量被转换为蒸汽，或者如果其已经呈蒸汽的形式，则如上所述升高该蒸汽的温度，从而该蒸汽可从该设施被输出以在期望的应用中使用。在输出之前，可在歧管中将该蒸汽与其它地方(在例如在根据本发明的另一个太阳能收集器中或在热存储装置中，热存储装置包括热调节介质、热交换器，热交换器包括管以蒸发或加热管内所包含的工作流体，管与热调节介质热连通以回收存储在热调节介质中的热量并且一个或多个电阻操作地与热调节介质相关联以加热热调节介质-WO2005088218中描述了该热存储装置的实施例，其全部内容作为参考并入本文)产生的蒸汽以相同或不同的比例合并。来自本发明的太阳能收集器的蒸汽可与来自其它源的蒸汽以相同或不同比例合并以在恒定的压力和温度下输出蒸汽。工作流体可以是惰性或非惰性气体。本发明的太阳能收集器可包括收集器以压缩惰性或非惰性气体。本发明的太阳能收集器可包括冷却器以冷却惰性或非惰性气体。惰性或非惰性气体可在压缩之前被冷却。惰性或非惰性气体可被压缩至例如1.1-30巴或1.1-20巴或1.1至10巴或1.1至5巴或2-10巴或3-8巴或4-8巴。可通过使穿过第二热交换器的水/蒸汽与来自热调节介质中的热交换器的加热的惰性或非惰性气体热接触来产生蒸汽。在了穿过第二热交换器之后，惰性或非惰性气体可随后被冷却、被压缩并被回收至热调节介质中的热交换器。

在整个说明书和权利要求书中，术语“工作流体”与术语“传热流体”是可以互换使用的。

置于太阳能接收器与热交换器之间的热调节介质的使用有助于调节从太阳能接收器腔至热交换器的热能流动，因此抑制太阳能输入波动(诸如由穿过太阳与收集器之间的云引起)的影响并确保输出能量保持相对恒定。这提升发电设施的工作效率。根据调节介质所使用的量，调节功能能够工作几秒、几分钟、几小时或几天。

因此，本发明包含预防措施：在装置中提供对来自太阳的能量输入的短期损失或降低进行弥补的小调节能力，或者能够连续提供太阳热能输出的大调节能力，例如当整夜没有阳光时。在两种情况下，装置能够在接收能量的同时提供能量输出。

本装置的重要特征是在收集点处设置能量调节器。这提供高效率。

该系统的另一个特征是其可以是模块化的。在每个模块中，太阳能接收器/调节器/锅炉单元的大小被设置以使其能够支撑在低成本塔结构上，位于地面之上约5和约100m、或地面之上约15至约100m或约15至约50m，以吸收来自例如约1000m²的定日镜的在一天中反射的能量。为了具有特定输出需求的电力站，这些模块可被并排设置在地面上的网格阵型(grid formation)中并且在被连接至蒸汽涡轮发电机之前连接在一起。这些连接在一起的模块所能够创建的电力站的大小没有理论限制。

具有所需的太阳能集中特性和能够与本发明一起工作的跟踪控制系统的定日镜系统是市场上可买到的。

在特定实施方式中，本发明包括三个部件，这三个部件可包含在箱子内并放置在塔顶。它们是：

·太阳能接收器(太阳能收集层)，太阳能接收器在箱子底部是开放的(孔)，从而集中的太阳光能够穿过该孔，进入太阳能接收器腔并撞击在太阳能接收器的腔的侧面。

·热调节介质的固体块(solid mass)，位于箱子内部并且与太阳能接收器的内表面直接接触。

·管状热交换器，位于箱子内部并与热调节介质热接触，距离太阳能接收器腔壁一定距离，可通过管状热交换器传送流体以从固体介质提取热能。

其内设置有这些部件的箱子可由软钢制造，太阳能接收器在孔处附接至箱子从而其形成壳体的一部分，并使壳体连续，因此箱子相对于大气是密封的。可在箱子内提供惰性气体和或低压大气以抑制或优选地防止在升高的温度下可能发生的任何部件的氧化。

除了与孔内的太阳能接收器壳体直接接触的调节介质，箱子中的全部功能性部件都通过隔热材料与壳体隔热。

上面各部件的描述如下：

太阳能接收器由耐高温的特殊不锈钢合金制造。其被成形为诸如在热能已经被吸收至调节介质内之后，当该调节介质内的温度超过环境温度时，使热能穿过孔再辐射回去的效果最小。热调节介质被制造从而其形成围绕接收器腔的壳。壳的厚度决定系统的热调节能力。系统中能量的量与调节介质的质量成比例并与该介质的热容量成比例。

调节介质理想地是具有多种性质的材料，这些性质包括承受极高温度(高达1200℃)、具有高热传导性(超过100W/m²/K)、热稳定性(在高温下不改变形式)、具有低辐射率(低水平热辐射，热辐射导致存储的损失)、具有高比热(供给至单位质量的物质的热量与其温度的后续升高的比)、化学惰性的能力，从而其不与系统中的其他材料反应并且是无毒无害的，从而对工人或环境的危害最小。

拥有这些性质的材料包括具有高碳含量的材料，诸如石墨、纯碳和硬煤(无烟煤)、氧化硅、碳化硅等、或这些材料的组合，诸如基于碳的材料与高导电性金属(铜、金、铝)的混合物。其他合适的材料包括铸铁、钢、铝、铜、氧化铝、二氧化硅、铝硅酸盐、碳化硅、氮化硅、耐火砖、铬铁矿、磁铁矿、致密耐火混凝土、金属氧化物诸如氧化铍、氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化锇、三氧化镧、三氧化钇、三氧化钪、二氧化钛、二氧化锆、二氧化铪、五氧化二钽、五氧化二铌、氧化铝、二氧化硅、氧化镍、以及其它无机材料诸如氮化硅、碳化硅、碳化硼、碳化钽、碳化钛、碳化钨、碳化锆、氮化铝、硼化锆、尖晶石、多铝红柱石、镁橄榄石、耐火泥、白云石、菱镁矿、高铝瓷、高氧化镁瓷、硅线石、蓝晶石、硅酸锆和上述中的任何两种或更多种的混合物。

围绕太阳能接收器的热调节介质壳的厚度可以如40-50mm一样小，该厚度将提供从太阳能接收器传递至热交换器的能量的衰减以弥补太阳能输入的波动和短期缺口(大约几秒至几分钟)；热调节介质壳的厚度可以至200-1000mm，该厚度能够根据调节介质的总质量提供若干小时或天的输出。

热交换器系统嵌入热调节介质中，但位于调节介质材料的壳的外边缘上。热交换器可由能够承受高达1000℃的温度和200巴的压力(虽然二者不是同时需要)的高镍合金或不锈钢合金管制成。

热交换器管道被设计为通过单程蒸汽循环产生蒸汽。在这种通常用于废热发电蒸汽(cogeneration steam)设施的系统中，给水被预热并直接泵送至嵌入块中的热交换器管道内。水沸腾，经历从水到饱和水蒸汽的相变，随后全部在管道的一个长度中被过热，水在所需条件下作为过热蒸汽出现以驱动蒸汽涡轮机，通常约150℃至约550℃和约10巴至约80巴。

可选地，调节介质中的热交换器可串联连接为1、2、3、4或多于4个，其中能量被逐渐提取为极高压的热水，通常约300℃和200巴压力，并且随后在热水离开第一块之后通过降低压力使其转化为蒸汽并且随后在蒸汽到达涡轮机之前使用来自系列中的最后一块的热量使其过热。通过这种方法，可使与在存储器/锅炉与涡轮机之间传送传热流体相关联的成本和损耗最小。

如先前所述，根据本发明的系统被用于产生蒸汽。任何合适的工作流体可被用于从存储的热量中提取热能。下列描述以适当的系统为示例。

对站控制器编程以获得所需的蒸汽温度、压力和流速。站控制器控制水的输入压力并确定采用单独太阳能热调节器(太阳能收集装置)中的哪一个来产生蒸汽。站控制器将利用尽可能多的太阳能热调节器来满足所需的蒸汽温度和质量。站控制器从每个单独太阳能热调节器的模块控制器接收平均温度的信息并被编程为预测每个特定块将产生蒸汽的速度。站控制器决定哪些太阳能热调节器将投入工作并且根据块的平均温度被编程以确定蒸汽输出的下降速度。

还存在蒸汽温控器，在蒸汽被传送至过程需求装置(processrequirement)或蒸汽涡轮机之前，蒸汽温控器使用喷淋至蒸汽管路的水，并且站控制器能够对蒸汽温度作出最终调整以确保其满足要求。站控制器从每个太阳能热调节器的模块控制器和蒸汽温控器接收水流速。站控制器确定来自这些源的总流量以确认最终总蒸汽质量是满足要求的。站控制器持续评估蒸汽流量并将预测何时其将需要启动下一个太阳能热调节器。

模块控制器被编程为以一定速度将水引入太阳能热调节器的嵌入式热交换器内，从而所产生的蒸汽位于预定的蒸汽温度范围内。如果蒸汽温度太高，则水以更高速度被引入。因此每个太阳能热调节器可具有控制水流速的流速控制器。

当能量从热调节介质被提取并且热调节介质的温度下降时，将水引入热交换器的速度减小以使蒸汽的输出温度保持在预定的蒸汽温度范围内。模块控制器管理单独太阳能热调节器的蒸汽产生，通过控制将水引入嵌入式热交换器的速度以使蒸汽产生保持在预定的温度范围内。模块控制器被编程以根据热调节材料的平均温度设定将水引入的速度。模块控制器打开或关闭控制阀以确保保持所需的蒸汽温度。在流量计处测量变化的流速并且将该速度通过模块控制器发送至站控制器。

由于对于单独太阳能热调节器，蒸汽产生随着时间而减少，故为了保持整个系统的恒定输出，使用多个调节器。较高温度的调节器能够潜在地朝着预定温度范围的高温产生蒸汽，而调节器在较低温度下将潜在地在预定范围的低温产生蒸汽。单独调节器的不同输出被用于由站控制器获益。

图1示出了根据本发明的用于太阳能收集装置的收集器。图1的集中器的本质特征是：

1.能量收集层1-能量收集层1用作太阳能接收器并被成形为在太阳能收集器内限定有腔。能量收集层由不锈钢构成并涂覆有包括保护材料的保护层(未示出)。

2.固体热调节介质2，具有高比热、耐高温性、高导热性、低辐射率、热稳定性、无毒且低环境风险。

3.热交换器管道3，嵌入热调节介质基体2中。

4.隔热材料4，包围热调节介质2以降低热损失。

5.惰性气体供给和控制阀5，用于将惰性气体供给至隔热材料4以使热氧化降低或最小。

6.给水入口控制阀系统6，给水入口控制阀系统被设置为将传热流体给送至热交换器管道3。

7.蒸汽/H.T.热水出口和控制阀系统7。蒸汽/H.T.热水出口和控制阀系统被设置为允许加热的传热流体(或呈液体形式或具有蒸汽形式)离开收集器以供例如发电。

8.多孔隔热材料(例如隔热砖)8，用于支撑调节介质2。

9.通向太阳能接收器/收集器的孔9。通常集中器(图1未示出)会将能量聚焦至孔9内，从而向腔提供最大的可用能量。

10.收集器的软钢壳体10。软钢壳体包围隔热材料4。

11.热防护装置11，由围绕孔9的高温唇部材料构造。热防护装置被设置为防止因太阳能在孔处的集中而在孔周围产生的高温对周围材料的损害。

12.箱子的钢支撑结构12。钢支撑结构通过多孔隔热材料8与热调节介质2隔热，并且可用于将收集器安装在塔上。

在使用中，来自集中器的太阳能被聚焦在孔9内。其随后进入收集器，并撞击在能量收集层1上。层1上的保护层增强太阳能的吸收，并且还可抑制能量再辐射出收集器外。能量收集层1以热量的形式将太阳能传递至热调节介质2，热调节介质2加热热交换器管道3中的传热流体。如前所述，由于介质2的高热质量，使进入孔9的太阳能的波动平稳，从而可提供加热的传热流体的恒定供给。惰性气体供给5向隔热材料4供给惰性气体以防止或抑制收集器中的材料的氧化。隔热层4减少从热调节介质2向外的热损失，并且为了结构完整性而包含在软钢壳体10中。加热的传热流体经由出口7离开收集器。其随后可被直接用作加热目的，或可通过转换装置转换为电力。

图6至8示出本发明或其部分的照片。因此图6示出具有根据本发明的太阳能收集器的塔以及包括将能量集中在太阳能收集器上的镜阵列的太阳能集中器。图7和8示出在腔处向上观察得到的收集器的更近的视图。

图9示出根据本发明的太阳能收集器，具有下列规格：

尺寸2.8m*2.8m*2.8m

重量约14-15吨(总重量)；约10吨(石墨含量)

热存储容量11.5GJ(3.2MWhth)

热输出能力高达1500kW

最大热输入速度500kW1000摄℃

典型锅炉速度(可以变化)：热水产生能力(在出口处)压力150bar A(最大值200bar A)，T 280℃(最大320℃)；蒸汽产生能力(在出口处)压力40bar A(最大值50bar A)，T 400℃(最大值550℃)

本发明的特征包括：

·塔上的调节器块的高度使得能够获得高温。

·本发明提供高的热调节密度和有效的电力生产；

·完全整合的热调节系统在收集点处提供高效率；

·模块化设计提供容易的放大，简单的结构和即时的部署。

在一种形式中，本发明提供太阳能收集系统，包括：

多个石墨热调节介质板，设置在腔周围并与能量收集装置接触；

太阳能集中器，用于集中太阳光以加热能量收集装置并因此加热热调节介质；

第一热交换器，至少部分地位于热调节介质内部或靠近热调节介质，以将热能从热调节介质回收至传热流体中；以及

传热流体回路，用于将传热流体中的热量传递至第二热交换器以产生蒸汽。

在另一种形式中，本发明提供一种收集太阳能并回收热能的方法，所述方法包括：

将多个石墨热调节介质板设置在腔周围并与待加热的能量收集装置接触；

集中太阳光以加热能量收集装置并因此加热热调节介质；

将热能从热调节介质回收至传热流体中；以及

将传热流体中的热量传递至热交换器以产生蒸汽。

石墨热调节介质可以是合成石墨热调节介质。石墨热调节介质可以是非合成石墨热调节介质。图11示出根据本发明的太阳能收集器的结构。板1110(虽然该图示出大量板，但仅两个被特别指出)被示出为堆叠在正方形孔1120的全部四个侧面上，正方形孔1120内衬有能量收集装置(未示出)。为了简便，此处板1110被示出为接近矩形，然而如图10中所示，其实际形状要更为复杂。板1110的组件被设置在外壳1130内并且板1110与外壳1130之间的区域填充有隔热材料，通常是纤维或多孔隔热材料。图11A示出收集器的立体图，并且图11B示出沿X-X’的横截面。图11B示出顶部板1140(其形状和大小必然与侧面板1110不同)，其位于衬在孔1120内的能量收集装置的顶部。图11B还示出热交换器管道在板1110组件内的设置。可以看出，热交换器管道安装在腔(例如1150)内，腔由相邻板中的两个匹配的槽形成。在板组件的每个面中，存在两个平行的热交换器管道。这些热交换器管道在图11B中被标记为右侧板组的1160和1165。应理解，组件中更高的其它(未标记的)管道部分也连接至这些热交换器管道。这些管道之间的流体连接设置在组件角落处的空间中，例如在图11A中被标记为1170，虽然这些连接为了简洁而未明确示出(这些连接在后面的图中示出)。这些管道的下端连接至环形主管(ring main)(未示出)并且上端连接至经过外壳1130上方的歧管。

图12示出与图11的太阳能收集器类似的太阳能收集器的更详细的横截面。图12中的附加特征包括隔热砖1210，隔热砖1210支撑隔热介质板并从下面保护它们免受入射的太阳辐射的影响。隔热材料1220示出为位于板与外壳1225之间。监测太阳能收集器中的温度并提供用于控制收集器的数据的热电偶(例如1230)被示出为处于板内的不同深度处。与温度相关的信号通过通向模块控制器(未示出)的电连接(例如1235)从热电偶发送。板之间的热交换器管道通过管1240离开外壳并且它们合并的输出(例如蒸汽或热水)穿过歧管1245。防护装置1250被设置为保护外壳1225下部免受太阳辐射的损害并且在腔1265下部区域内延伸。防护装置1250具有防护孔，防护孔与孔1255对准以允许太阳辐射进入腔1265。防护装置1250在其部分表面上具有隔热材料1260以提供额外的防护。因此在工作中，来自太阳能集中器的太阳能穿过防护孔和孔1255聚焦到腔1265内，在腔1265内，太阳能撞击在能量收集装置1270上。因而加热装置1270，装置1270将热能传递至板，并因此传递至热交换器管道中的传热流体。在一个实施例中，传热流体转换为蒸汽，蒸汽穿过管1240到达歧管1245。因而蒸汽可被传送至外部热交换器或可用作生产用蒸汽或根据需要直接发电。

图13A示出根据本发明的太阳能收集装置的图。因此太阳能收集器1300通过垂直杆1310支撑在塔1305上。圆形防护装置1315显示为位于收集器1300下方，并且被设置为保护收集器1300免受太阳辐射的影响。太阳能集中器被设置呈反射器1320的形式。这些反射器被设置以将太阳辐射引导至腔1325内。如上所述，进入腔1325内的太阳辐射用于加热嵌入收集器1300的热交换器管道中的传热流体。该流体通过管1330离开收集器1300并进入歧管1335，歧管1335将该流体引导至其随后被使用的地方。圆形防护装置1315具有圆形孔1315a。

图13B示出图13A中所描绘的根据本发明的太阳能收集装置的图，除了防护装置1317是具有正方形孔1317a的正方形防护装置之外。能够根据需要使用可选形状的防护装置和/或孔(例如矩形、卵形、椭圆形、菱形等)。

图14示出太阳能控制装置的一些控制系统元件。装置1400包括太阳能收集器1405。模块控制器1410是处理器，例如计算机或PLC(可编程逻辑控制器)，用于控制收集器1405的工作。站控制器1415被设置为控制与装置1400相似的装置的收集，并连接至模块控制器1410以向装置1400发送控制信号并从装置1400接收数据信号。热电偶1420设置在收集器1405的热调节介质内的多个位置以监测不同位置的温度。这些热电偶根据指示向模块控制器1410发送信号，或直接向站控制器1415发送信号。阀1425控制传热流体流入收集器1405的热交换器管道，阀1430控制传热流体从热交换器管道流出到歧管1435。阀1430是可选的并可以不存在，在它们不存在的情况下，加热的传热流体能够直接进入歧管1435内。防护装置1445被设置为保护收集器1405下表面免受入射太阳辐射的影响，并且在其表面的一部分上具有隔热材料(示出但未标号)。防护装置部分地延伸至腔1453内以防护下部免受太阳辐射的影响。防护装置具有防护孔1450，防护孔允许来自反射器1455的太阳辐射进入腔1453。反射器1455安装有电机(未示出)，电机能够响应来自模块控制器1410的控制信号使反射器1455移动。塞子1460被设置为可被插入防护孔1445以当没有太阳能进入腔时限制来自腔1453的热损失。塞子1460支撑在塞子插入机构1465上，塞子插入机构能够响应来自模块控制器1410的控制信号而插入和移除塞子1460。惰性气体系统被设置为防止氧气进入收集器1405并氧化其内的材料(例如热调节介质)。因此进气阀1470控制来自惰性气体源(1475)的惰性气体的流动。在一些示例中，可存在出口阀1480以控制惰性气体流出收集器1405，虽然在一些示例中出口阀不存在，但是离开收集器1405的任何惰性气体从收集器1405的外壳中的微小的非故意的泄漏点流出收集器1405。压力传感器1485设置在收集器1405内部以监测其内的惰性气体的压力，并向模块控制器1405提供压力信号。这使得模块控制器1405能够控制进气阀1470。

在工作中，当日射充分时，模块控制器1410向塞子插入机构1465发送信号以移除塞子1460，允许太阳辐射通过防护孔1450进入腔1453内。模块控制器1410还向反射器1455的电机发送信号以引导上述太阳辐射进入腔1453。站控制器1415向阀1425发送信号以打开并允许所需量的传热流体穿过收集器1405，从而加热传热流体。在一个实施例中，该流体是水，当水穿过收集器1405时，水被转换为蒸汽。站控制器1415还向阀1430发送信号以允许蒸汽离开，并且当蒸汽进入歧管1435时控制蒸汽的压力。在收集器1405中惰性气体被保持在合适的、稍微大于大气压的压力。因此当传感器1485向模块控制器1410发送低于预定压力的压力信号时，信号被发送至阀1470，使阀1470打开足够的时间以将惰性气体的压力增加至所需的范围。该压力增加触发控制信号关闭阀1470以防止收集器1405中的压力进一步升高。热电偶1420向模块控制器1410提供恒定温度反馈信号。在图14所示的情况中，温度已经升高至上限。这已经触发模块控制器1410向右侧反射器1455发送信号，引导太阳辐射远离腔1453以避免温度进一步升高。当传热流体穿过收集器1405时，能量将会失去，导致冷却。最后这将信号触发至反射器1455以同时将太阳辐射引导至腔1453，增加能量输入。站控制器1415的功能是控制多个控制器(诸如1410)的结合的工作。因此其可根据需要关闭和开启控制器以提供所需质量和数量的输出能量(例如，以来自歧管1435的蒸汽的形式)。

在工作中，热调节介质可被加热至约500与1000℃之间的温度，或约500至700、700至1000或600至800℃(例如约500、550、600、650、700、750、800、850、900、950或1000℃)。如果温度即将超过上边界温度，则控制系统可增加穿过热交换器管道的传热流体的量以增加从介质移除的热量，或者可关闭一个或多个反射器(使其停机)以减少进入到收集器中的能量。热调节介质的加热是通过能量收集装置的传热实现的。因此面向腔的能量收集装置的至少一部分表面被穿过孔进入腔的太阳辐射加热。

图15示出太阳能收集装置，在该太阳能收集装置中，太阳能被引入太阳能收集器侧面而不是其底面的孔。因此在装置1500中，太阳能收集器1505通过四个垂直杆1515支撑在塔1510上。反射器1520阵列设置在地面上或地面附近以收集太阳辐射。通常，正如文中所述的其他太阳能收集装置，这些反射器设置在塔1510周围，虽然在一些情况下，它们可能仅在其一侧。为了简便起见，仅示出了6个反射器1520，但事实上很可能使用大得多的反射器场。反射器1520阵列将具有不包含反射器的过道-这些过道被设置为使反射器不朝向杆1515引导太阳能。升高的反射器1525被设置为朝向太阳能收集器1505反射来自反射器1520的太阳能辐射。太阳能收集器1505具有两个腔1530，这两个腔被设置为通过孔1535接收来自反射器1525的集中的太阳辐射。在一些示例中，孔1535仅允许辐射进入腔1530的下部。这有助于将加热的空气困在腔1530内。出口1540被设置为将加热的传热流体从收集器1505中的热交换器管道(未示出)传送至歧管1545。防护装置1550被设置为在使用中保护孔1535周围的材料免受来自偏离的太阳辐射的损害。

在使用中，太阳辐射撞击在反射器1520上，反射器1520已经通过控制系统(类似于结合图14所述的控制系统)被定向为将太阳辐射引导至升高的镜子1525。该图仅示出了两个升高的镜子和两个腔。在实践中，收集器1505中可存在更多的腔。每个腔可与单个升高的反射器相关联，或每个反射器能够将太阳辐射引导至多于一个的腔内(可选地在一天的不同时刻)或存在将辐射引导至每个腔的多于一个的升高的反射器。当辐射撞击在设置在腔内的能量收集装置上时，能量收集装置加热并将热能传递至收集器中的传热介质。这转而加热收集器内的热交换器管道中的传热流体。该加热的传热流体(通常为热水或蒸汽)随后通过出口1540离开收集器1505到达导管1545。

图16(A和B)示出太阳能收集装置，在该太阳能收集装置中，附加的能量源可作为能量输入来补充太阳能。因此在图16中，如上所述，太阳能收集器1600包括腔1605，腔1605接收来自反射器1610的太阳辐射。收集器1600还包括位于电阻器腔1620中的嵌入式电阻器1615。这些电阻器通常与收集器1600中的热调节介质电绝缘。WO95/25416中提供了热调节介质诸如石墨的电加热的细节，其全部内容通过引用并入本文。图16A示出电阻器腔1620是水平的情况并且图16B具有垂直的电阻器腔1620。显然，电阻器腔1620可处于任何期望的角度，并且可从收集器1600的顶部、底部或侧面穿过(或可从这些中的一个以上穿过)。可仅存在一个电阻器腔1620，或可存在如图16所示的两个，或根据需要可存在2、3、4、5或多于5个。电路1625被设置为传送来自源1630的电流。通常源1630能够从可再生能源(诸如风能等)产生电力。其可以是水力发电机。在使用中，如前所述，收集器1600吸收来自反射器1600的太阳辐射。其还能够吸收由流过电阻器1615的电流所产生的热能。这有助于使来自收集器1600的能量供应处于连续方式，因为当太阳能不可用时(例如在阴天条件或在夜间)来自源1630的能量输入能够继续加热收集器1600使其能够产生能量输出。在诸如图16A中的收集器的结构中，一个或多个板(见图11)可具有预成型的电阻器腔1620，电阻器1615安装在电阻器腔1620内，或者在组装之前，或者在组装之后。在诸如图16B中的收集器的结构中，适当的板可具有洞，当板被组装时，洞排列成行以形成电阻器腔1620。在这种情况下，优选在板组装之后插入电阻器1615。

在该系统的一些形式下，存在设置在腔上方以容纳电阻器1615的额外高度的热调节介质。因此可在收集器的建造期间增加额外的热调节介质板，那些额外的板适于容纳电阻器1615。

图17至21示出太阳能收集器的建造。在图17中，可见支撑并形成太阳能收集器的外壳的一部分的框架。可见太阳能收集器的下表面铺设有瓷砖。这些瓷砖支撑热调节介质板。在砖上方可见支撑在框架上的热交换器管道。此处仅可见一组管道，然而四侧面中的每一侧面上都存在类似的管道。在热交换器管道之后可见能量收集装置的一个表面，能量收集装置呈正方形横截面的平行六面体的形式。图18示出太阳能收集器的建造的下一阶段。收集器的每个面上的多个热调节介质板已经放置到位。可以看到，热交换器管道的弯曲部从已经组装的板端部突出。图19示出太阳能收集器的建造的早期阶段的侧视图。这提供热交换器管道的清晰视图。在本发明的一些实施方式中，存在第二热交换器管道(这将设置在图19所示的管道与图右侧可见的能量收集装置之间)。在这种情况下，这些管道可通过单个环形主管从下方给送，并且可在收集器上方被歧管化为出口歧管。图20示出建造的下一阶段，在该阶段中，大多数热调节板被放置到位。图21示出处于建造中的收集器的顶部。嵌入到热调节板组装件中的热交换器管道(大多数热交换器管道)沿着能量收集装置顶部穿过从而在使用中能够通过其内的传热流体吸收其他的能量。可以看出，热交换器管道的出口管穿过框架的近边缘从框架垂直地延伸。

图22示出收集器顶部的视图，图示出口歧管，出口管从热交换器通向出口歧管。图23示出如何将两对热交换器管道设置在组件的每个表面上，并且如何将热交换器管道安装在两个板之间的管状洞内，该管状洞由两个板中的两个互补的半圆形横截面的槽形成。还可看见，允许使用中热膨胀的板之间的角落膨胀间隙。图24示出从下方观察腔内的视图。可以看见防护装置上隔热材料。图25示出从下方观察的收集器的视图。能够容易地看到收集器下方的防护装置，同样能够看见设置在支撑收集器的四个垂直杆上的隔热材料。此外，存在塔顶部的垂直轴上存在隔热材料以保护它们免受偏离的太阳辐射的影响。图26示出能够在反射器处于非收集方向时装入防护孔内的塞子。塞子安装在塞子插入机构上，在这个示例中塞子插入机构呈剪式升降机(scissorlift)的形式。背景中可见处于非收集的基本水平方向上的反射器。图27示出一堆热调节介质板。其示出板的合适形状，并示出板表面中的槽，热交换器管道安装在槽内。图28示出太阳能收集器，太阳能收集器位于塔顶并被反射器阵列包围，反射器阵列收集太阳能并将其引导至收集器。其示出呈一系列同心圆形式的反射器并且还示出阵列中的过道，该过道不存在反射器，以避免将太阳辐射引导至在塔上支撑收集器的杆，从而降低了损害杆的可能性。

图28A描绘了作为蒸汽的加热的传热流体，该加热的传热流体从图13A和13B中描绘的太阳能收集器中的歧管1335或图15中描绘的歧管1545直接输出并进入输出管2801，该加热的传热流体从输出管2801出来之后成为可根据需要使用的蒸汽。

图28B和图28C示出加热的传热流体(可以是蒸汽或惰性或非惰性气体)，加热的传热流体从图13A和13B中描绘的太阳能收集器中的歧管1335或图15中描绘的歧管1545直接输出并进入输出管2802，输出管2802与第二热交换器2803热连通并穿过第二热交换器2803。管2802连接至冷却器2804，冷却器2804转而通过管2806连接至压缩机2805(压缩机2805可以是鼓风机或风扇)。管2807将压缩机2805连接至入口B。管2808与第二热交换器2803热连通，并穿过第二热交换器2803到达蒸汽涡轮机2809。蒸汽涡轮机2809连接至发电机2810(ac或dc)。在使用中，加热的传热流体A经由管2802进入第二热交换器2803，管2808中的水也进入第二热交换器2803。加热的传热流体A可以是惰性或非惰性气体，或者其可以是蒸汽。加热的传热流体A可处于恒定压力和温度下，或处于基本恒定的温度和压力下。这可通过必要时控制和调整进入热调节介质的传热流体的流速来实现。当管2802中的传热流体穿过第二热交换器2803时，传热流体将其热量传递至管2808中的水从而使水转化为蒸汽。因为传热流体处于恒定或基本恒定的压力和温度下，所以在管2808中从管2808中的水(其也常常在恒定压力和温度下传送)产生的的蒸汽也处于恒定或基本恒定的压力和温度下。从管2808出来的蒸汽驱动蒸汽涡轮机2809，蒸汽涡轮机2809转而经由轴2811驱动发电机2810。在穿过第二热交换器2803之后，管2802中的传热流体进入冷却器2804，传热流体在冷却器2804处被冷却并随后经由管2806进入压缩机2805，在压缩机2805处传热流体被压缩。冷却和压缩的传热流体随后经由管2807被回收至入口B。

图28D示出加热的传热流体，加热的传热流体从图13A和13B中描绘的太阳能收集器中的歧管1335或图15中描绘的歧管1545直接输出，进入管2820并被传送至蒸汽涡轮机2821。蒸汽涡轮机2821经由轴2823连接至发电机2822(ac或dc)。在使用中，加热的传热流体A在恒定的压力和温度或基本恒定的温度和压力下进入管2820。这可通过必要时控制和调整进入热调节介质(其可以是合成石墨或非合成石墨)的传热流体的流速来实现。从管2820出来的传热流体A(其是蒸汽或在其它实施方式中可以是惰性或非惰性气体)驱动蒸汽涡轮机2821(或气体涡轮机2821，当传热流体A是惰性或非惰性气体时)，蒸汽涡轮机2821转而经由轴2823驱动发电机2822。

图29A描绘了三个本发明的太阳能收集器2900、2901和2902(可以存在例如2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90或100或更多收集器)，这三个太阳能收集器2900、2901和2902分别输出分别来自歧管AA、EE和CC的加热的传热流体A、E和C。收集器2900、2901和2902均与图13A和13B中详细描述的收集器基本相同(或可选地可与参照图15详细描述的收集器相同或可以是图13A和13B和图15的塔的组合或它们的变体)。

如图29B中所描绘，来自图29A的加热的传热流体A、E和C经由输入管2911、2912和2913在歧管2910中合并以在歧管2910中形成合并的加热的传热流体。来自歧管2910的合并的加热的传热流体可与来自可选的歧管2911A中的管2913A的额外的传热流体混合，歧管2911A经由管2912A连接至歧管2910。可选地，可用来自与可选的热交换器2911A(代替可选的歧管2911A)热连通的管2913A的额外的传热流体对来自歧管2910的合并的加热的传热流体进行加热，热交换器2911A经由管2912A连接至歧管2910。管2913A中的额外的加热的传热流体可来源于热存储装置2914，热存储装置2914可包括热调节介质、热交换器，热交换器包括管以蒸发或加热管内所包含的工作流体，管与热调节介质热连通以回收存储在热调节介质中的热量，一个或多个电阻器操作地与热调节介质相关联以加热热调节介质-WO2005088218中描述了该热存储装置的实例，其全部内容作为参考并入本文。用于加热热存储装置2914的电力可以是非峰值电力或来自可再生源(诸如来自风车的风力或经由太阳能电转换设备的太阳能或水电力或来自潮汐能的电能或来源于地热源的电能)的电力。来自2911A的加热的传热流体可经由管2916穿过可选的温控器2915，在温控器2915处，可通过向加热的传热流体喷淋水液滴将其冷却至期望的温度。管2917连接至蒸汽涡轮机2918和温控器2915。蒸汽涡轮机2918经由轴2919连接至发电机2920(ac或dc)。在使用中，加热的传热流体A、E和C(其可以是气体或蒸汽)进入歧管2911、2912和2913以形成合并的加热的传热流体。合并的传热流体可以与可选的歧管2911A中的额外的加热的传热流体合并，或如果可选的第二热交换器2911A用于代替歧管2911A，则合并的传热流体可被加热至期望的温度。其后，可在温控器2915中调整合并的加热的传热流体的温度。管2917中的合并的加热的传热流体可处于恒定压力和温度下或处于基本恒定的温度或压力下。这可通过必要时根据需要控制和调整进入收集器2900、2901和2902的热调节介质的传热流体的流速来实现。从管2917出来的蒸汽驱动蒸汽涡轮机2918，蒸汽涡轮机2918转而经由轴2919驱动发电机2920(其可以是ac或dc)。

如图29C中所描绘，来自图29A的加热的传热流体A、E和C经由输入管2951、2952和2953穿过支撑块2950，经由管2955、2956和2957进入可选的温控器2954，在温控器2954处可在必要时调整(即冷却)加热的传热流体A、E和C。经温度调整的加热的传热流体A、E和C随后在管2959、2960和2961中穿过热交换器2958，管2959、2960和2961与热交换器2958热连通。当管2959、2960和2961中的传热流体穿过热交换器2958时，传热流体将其热量传递至管2962中的水从而将水转换为蒸汽。管2959、2960和2961中的传热流体可处于恒定或基本恒定的压力和温度下，在这种情况下，管2962中所产生的蒸汽(其也常常在恒定压力和温度下传送)也处于恒定或基本恒定的压力和温度下。从管2962出来的蒸汽可以被用于任何期望的用途，诸如工业用途或驱动蒸汽涡轮机(未示出)，蒸汽涡轮机可转而驱动发电机(非发电机)。在穿过热交换器2958之后，管2959、2960和2961中的传热流体可进入冷却器(未示出)，在冷却器处传热流体被冷却并随后进入压缩机(未示出)，在压缩机处传热流体被压缩。经冷却和压缩的传热流体随后可分别被回收至图29A的收集器的入口B、F和D。

如图29D中所描绘，来自图29A的加热的传热流体A、E和C经由输入管2981、2982和2983在歧管2980中合并以在歧管2980中形成合并的加热的传热流体。来自歧管2980的合并的加热的传热流体可经由管2985穿过可选的温控器2984，在温控器2984处可通过向加热的传热流体喷淋水液滴将其冷却至期望的温度。管2986连接至热交换器2987和温控器2984并与热交换器2987热连通。热交换器2987经由管2989连接至冷却器2988。压缩机2990通过管2991连接至冷却器2988。分离机2992通过管2993连接至压缩机2990。热交换器2987具有与热交换器2987热连通的管2994。在使用中，加热的传热流体A、E和C(其可以是气体或蒸汽)进入歧管2981、2982和2983以形成加热的合并的传热流体。其后，可在温控器2984中调整合并的加热的传热流体的温度。管2986中的合并的加热的传热流体可处于恒定压力和温度下或处于基本恒定的温度或压力下。这可通过必要时根据需要控制和调整进入收集器2900、2901和2902的热调节介质的传热流体的流速来实现。在热交换器2987中，热量从管2986中的合并的加热的传热流体传递至管2994中的水以形成从热交换器2987输出的蒸汽。输出的蒸汽可处于恒定的压力和温度下或处于基本恒定的温度和压力下。从管2995出来的蒸汽根据需要用作蒸汽，或其可用于驱动蒸汽涡轮机(未示出)，蒸汽涡轮机转而经由轴(未示出)驱动发电机(未示出，其可以是ac或dc)。从热交换器2987出来的合并的热交换流体经由管2989被传送至冷却器2988，在冷却器处热交换流体被冷却至期望的温度并且被传送至压缩机2990(在压缩机处热交换流体被压缩)，之后被传送至分离机2992，分离机2992将合并的传热流体分离为传热流体B、F和D，传热流体B、F和D被回收至如图29A中所示的收集器2900、2901和2902的对应入口。

Claims (145)

1.一种太阳能收集器，包括：

·热调节介质，所述热调节介质在其中限定腔并且具有孔，所述孔与所述腔连通以允许入射至所述孔上的太阳能穿过所述孔进入所述腔，所述热调节介质设置在外壳内；

·隔热层，至少部分围绕所述热调节介质；

·气体和／或低压大气，所述气体和／或低压大气位于所述隔热层内，所述气体是在所述介质的最大工作温度下基本不与所述热调节介质反应的气体；

·能量收集装置，所述能量收集装置设置在所述腔内并与所述热调节介质热接触以收集进入所述腔的太阳能；以及

·热交换器，所述热交换器与所述热调节介质热接触；

其中，所述热调节介质包括石墨、嵌入热传导基体的石墨颗粒、纯碳或其中任何两种或更多种的混合物。

2.根据权利要求1所述的太阳能收集器，其中，所述气体是非氧化性气体。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器，其中，所述热调节介质是固体。

4.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器，其中，所述热传导基体包括铜、金、铝或银、或其中任何两种或更多种的混合物。

5.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器，其中，所述热调节介质包括石墨或嵌入热传导基体的石墨颗粒，所述石墨的纯度至少为95％。

6.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器，其中，所述热调节介质的厚度在10至1500mm之间。

7.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器，其中，所述能量收集装置与所述热调节介质物理接触。

8.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器，其中，所述能量收集装置包括不锈钢。

9.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器，其中，所述能量收集装置是1至10mm厚的层。

10.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器，包括保护层，所述保护层位于所述能量收集装置邻接所述腔的表面上。

11.根据权利要求10所述的太阳能收集器，其中，所述保护层为1至200微米厚。

12.根据权利要求10所述的太阳能收集器，其中，所述保护层包括铝金属或氧化铝。

13.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器，其中，所述热交换器包括能够接收传热流体的热交换管道。

14.根据权利要求13所述的太阳能收集器，其中，所述热交换管道至少部分地嵌入所述热调节介质。

15.根据权利要求13所述的太阳能收集器，其中，所述热交换管道的不同部分在距离所述能量收集装置不同距离处嵌入所述热调节介质。

16.根据权利要求15所述的太阳能收集器，其中，所述热交换器的部分在所述热调节介质的整个厚度上基本均匀地分布。

17.根据权利要求13所述的太阳能收集器，其中，所述能量收集装置为能量收集层的形式，以及所述热交换管道距离能量收集层至少10mm。

18.根据权利要求13所述的太阳能收集器，其中，所述热交换管道连接至水源，并且在使用中，水在所述热交换管道中转换为蒸汽，所述热交换管道能够承受高达10至100巴之间的内部蒸汽压力。

19.根据权利要求13所述的太阳能收集器，其中，所述热调节介质由多个邻接的热调节板形成，所述热调节板的至少一些具有槽，因此所述热交换管道设置在所述槽内。

20.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器，其中，所述隔热层包括隔热固体，所述隔热固体具有细孔和／或空隙，所述细孔和／或空隙中具有非氧化性气体。

21.根据权利要求20所述的太阳能收集器，其中，所述太阳能收集器中的非氧化性气体选自氮气、氦气、氩气、氖气或其中任何两种或更多种的混合物。

22.根据权利要求20所述的太阳能收集器，包括气体供给系统，所述气体供给系统连接至所述隔热层以向其供给所述非氧化性气体。

23.根据权利要求22所述的太阳能收集器，其中，所述气体供给系统包括：

非氧化性气体的源，连接至所述隔热层；

可控阀，控制所述非氧化性气体向所述隔热层的流动；以及

气压检测器，连接至所述隔热层以检测其内的气压，所述检测器连接至所述可控阀以控制所述阀。

24.根据权利要求1所述的太阳能收集器，其中，所述隔热层包括能够承受所述收集器的工作温度的纤维的或多孔的或微粒的陶瓷材料。

25.根据权利要求1所述的太阳能收集器，其中，所述隔热层包括至少部分真空，以隔离所述热调节介质。

26.根据权利要求25所述的太阳能收集器，其中，所述隔热层保持在小于0.1大气压的绝对压力下。

27.根据权利要求20所述的太阳能收集器，其中，所述隔热层保持在稍微高于大气压的压力下。

28.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器，其中，所述外壳与所述能量收集装置密封以形成包围所述热调节介质和所述隔热层的基本气密的封装。

29.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器，其中，所述热调节介质由多个邻接的热调节板形成，所述板在所述板的上表面和／或下表面中具有槽，所述热交换器的热交换管道装配在所述槽内。

30.根据权利要求29所述的太阳能收集器，其中，所述槽是半圆形的，并且被设置为使得当被组装在所述收集器中时，一个板的表面上的槽与邻接板的表面上的相应槽一起形成具有圆形横截面且适于装配热交换管道的圆柱形部分的槽。

31.根据权利要求29所述的太阳能收集器，其中，所述槽沿着所述板的长度延伸，并且延伸至所述板的相反的边缘。

32.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器，其中，所述收集器具有用于吸收来自除了太阳能以外的其他源的能量的设施。

33.根据权利要求32所述的太阳能收集器，其中，所述热调节介质能够依靠嵌入所述热调节介质的一个或多个电阻器通过电阻性加热进行加热。

34.根据权利要求33所述的太阳能收集器，其中，所述一个或多个电阻器与所述热调节介质电绝缘。

35.根据权利要求32所述的太阳能收集器，其中，所述用于吸收来自太阳能以外的其他源的能量的设施由模块控制器控制。

36.根据权利要求35所述的太阳能收集器，其中，所述模块控制器能够减少非太阳输入以防止所述热调节介质的过热。

37.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器，其中，所述孔被唇部包围，所述唇部包括高温陶瓷唇部材料。

38.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器，其中，所述孔衬有高温孔陶瓷内衬材料。

39.根据权利要求37所述的太阳能收集器，其中，所述高温陶瓷唇部材料选自碳化硅、基于氧化铝的织物、钨、钼、氧化铝、二氧化锆、锆石、铝硅酸或其中任何两种或更多种的混合物。

40.根据权利要求38所述的太阳能收集器，其中，所述高温孔陶瓷内衬材料选自碳化硅、基于氧化铝的织物、钨、钼、氧化铝、二氧化锆、锆石、铝硅酸或其中任何两种或更多种的混合物。

41.根据权利要求39所述的太阳能收集器，其中，所述高温陶瓷唇部材料呈纤维、泡沫或颗粒的形式。

42.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器，其中，所述热调节介质设置在隔热支撑装置上。

43.根据权利要求42所述的太阳能收集器，其中，所述隔热支撑装置包括陶瓷材料。

44.根据权利要求43所述的太阳能收集器，其中，所述热调节介质、所述隔热层和所述隔热支撑装置设置在外壳内。

45.根据权利要求44所述的太阳能收集器，其中，所述外壳与所述能量收集装置密封以形成基本气密的封装，所述基本气密的封装包围所述热调节介质和所述隔热层。

46.根据权利要求44所述的太阳能收集器，包括防护装置，所述防护装置设置在所述外壳下方以保护所述外壳下部免受损害，所述防护装置具有允许太阳能穿过所述防护装置进入所述腔的防护孔。

47.根据权利要求46所述的太阳能收集器，其中，所述外壳与所述防护装置之间存在间隙。

48.根据权利要求46所述的太阳能收集器，其中，所述防护装置包括多个肋部，所述多个肋部用于改善结构强度并用于辐射来自所述防护装置的热量。

49.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器，包括可移除塞子，所述可移除塞子抑制来自所述腔的再辐射。

50.根据权利要求49所述的太阳能收集器，其中，所述塞子是对太阳能不透明的并且是隔热的。

51.根据权利要求49所述的太阳能收集器，其中，所述塞子被设置为插入所述孔中。

52.根据权利要求49所述的太阳能收集器，包括防护装置，所述防护装置设置在所述外壳的下方以保护所述外壳的下部免受损害，所述防护装置具有允许太阳能穿过所述防护装置进入所述腔的防护孔，其中，所述塞子被设置为插入所述防护孔中。

53.根据权利要求49所述的太阳能收集器，包括插入和移除所述塞子的塞子插入机构。

54.根据权利要求53所述的太阳能收集器，其中，所述塞子插入机构连接至模块控制器，所述模块控制器能够控制所述塞子插入机构以在太阳能停止被引导至所述孔时插入所述塞子并在太阳能开始被引导至所述孔的前不久移除所述塞子。

55.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器，具有多个孔，每个孔与所述热调节介质中的腔连通以允许入射至所述孔上的太阳能穿过所述孔进入所述腔。

56.根据权利要求55所述的太阳能收集器，其中，每个孔与所述热调节介质中的不同腔连通。

57.根据权利要求1或2所述的太阳能收集器，包括确定所述太阳能收集器内温度的一个或多个热电偶。

58.根据权利要求57所述的太阳能收集器，其中，所述一个热电偶、或所述多个热电偶中的至少一个设置在与所述能量收集装置上的位置靠近或邻近的地方，所述能量收集装置能够直接从所述腔外部接收太阳能。

59.根据权利要求58所述的太阳能收集器，其中，所述一个热电偶、或每个热电偶独立地被设置以能够测量选自所述能量收集装置上、所述热调节介质的主体中以及所述隔热层中的位置上的温度。

60.根据权利要求59所述的太阳能收集器，其中，所述热交换器包括热交换管道，并且至少一个热电偶设置成能够测量所述热交换管道外部上的温度。

61.一种太阳能收集装置，包括：

·根据权利要求1或2所述的太阳能收集器；以及

·太阳能集中器，能够集中太阳能并且被设置为能够引导集中的太阳能穿过所述太阳能收集器的孔并进入所述腔。

62.根据权利要求61所述的太阳能收集装置，其中，所述太阳能集中器包括至少一个反射器。

63.根据权利要求62所述的太阳能收集装置，其中，所述太阳能集中器包括反射器阵列。

64.根据权利要求61所述的太阳能收集装置，还包括跟踪装置，所述跟踪装置使所述太阳能集中器或其一个或多个部件移动以引导集中的太阳能穿过所述太阳能收集器的孔并进入所述太阳能收集器的腔。

65.根据权利要求61所述的太阳能收集装置，其中，所述太阳能收集器安装在地面之上5至50m的高度处。

66.根据权利要求61所述的太阳能收集装置，包括支撑结构，所述太阳能收集器安装在所述支撑结构上。

67.根据权利要求66所述的太阳能收集装置，其中，所述支撑结构包括塔，所述太阳能收集器通过至少三个基本垂直的杆安装在所述塔上。

68.根据权利要求67所述的太阳能收集装置，其中，所述太阳能集中器包括反射器阵列，所述阵列包括与所述基本垂直的杆中的每一个相对应的一个过道，所述过道中没有反射器，因此所述阵列能够在所述杆之间引导集中的太阳能并使其穿过所述孔。

69.根据权利要求67所述的太阳能收集装置，其中，所述杆中的每一个被保护器至少部分地包围以保护所述杆免受来自反射器阵列的集中的太阳能的损害。

70.根据权利要求67所述的太阳能收集装置，其中，所述杆中的至少一个是空心的。

71.根据权利要求70所述的太阳能收集装置，其中，下列中的至少一个穿过空心杆：

进入所述太阳能收集器的所述热交换器的热交换管道中的传热流体；

形成于所述太阳能收集器的所述热交换器的热交换管道中的蒸汽或热水；

将信号从所述太阳能收集器中的一个或多个热电偶传送至模块控制器的电连接；以及

将信号传送至塞子插入机构以插入或移除所述塞子的连接。

72.根据权利要求61所述的太阳能收集装置，包括模块控制器，所述模块控制器控制所述太阳能收集装置的工作。

73.根据权利要求72所述的太阳能收集装置，其中，所述模块控制器能够控制下列中的至少一个：

控制所述太阳能集中器的移动，以引导集中的太阳能穿过所述太阳能收集器的孔并进入所述腔或者将所述太阳能集中器或所述太阳能集中器的至少一个反射器置于非收集方向上；

使塞子插入所述孔或从所述孔移除；

使水流入所述收集器；以及

使热水或蒸汽流出所述收集器。

74.根据权利要求73所述的太阳能收集装置，其中，所述太阳能收集器包括至少一个确定太阳能收集器内部温度的热电偶，因此所述热电偶被配置为向所述模块控制器提供与温度相关的信号以控制所述太阳能收集装置的工作。

75.根据权利要求61所述的太阳能收集装置，所述装置包括与所述热调节介质热接触的热交换器，所述热交换器连接至能够由加热的传热流体驱动的发电机，从而在使用中，入射至所述集中器的孔上的太阳能以热的形式传递至所述热交换器中的传热流体，热交换流体被传送至所述发电机以发电。

76.根据权利要求61所述的太阳能收集装置，所述装置包括传热流体回路，所述传热流体回路包括：

所述热交换器，与所述热调节介质热接触，

第二热交换器，位于所述热调节介质外部，并被配置以使得在使用中传热流体从所述热交换器的出口被传送至所述第二热交换器的入口。

77.根据权利要求76所述的太阳能收集装置，其中，所述第二热交换器被配置以使得在使用中所述传热流体从所述第二热交换器的出口被传送至所述热交换器的入口，因此所述传热流体回路是闭环系统。

78.根据权利要求77所述的太阳能收集装置，其中，所述传热流体是水，在使用中，所述水在穿过所述热交换器时转换为蒸汽，所述蒸汽在重新进入所述热交换器之前凝结以形成水。

79.根据权利要求78所述的太阳能收集装置，包括在所述水进入所述热交换器之前净化所述水的水净化器。

80.根据权利要求79所述的太阳能收集装置，其中，所述水净化器包括反渗透装置。

81.根据权利要求79所述的太阳能收集装置，其中，所述水净化器能够产生按重量／体积计至少为99.9％纯度的水。

82.根据权利要求76所述的太阳能收集装置，其中，所述第二热交换器被设计为产生蒸汽。

83.根据权利要求61所述的太阳能收集装置，当入射至所述太阳能集中器上的太阳能被阻挡不超过1分钟时，所述装置能够提供下降不超过1％的能量输出。

84.根据权利要求61所述的太阳能收集装置，当入射至所述太阳能集中器上的太阳能被阻挡不超过约16小时时，所述装置能够提供下降不超过10％的能量输出。

85.根据权利要求61所述的太阳能收集装置，所述装置能够调节太阳能能够用来发电或产生蒸汽的时间。

86.一种太阳能收集系统，包括：

多个太阳能收集器；以及

至少一个太阳能集中器；

其中，每个太阳能收集器包括：

·热调节介质，所述热调节介质在其中限定腔并且具有孔，所述孔与所述腔连通以允许入射至所述孔上的太阳能穿过所述孔进入所述腔，所述热调节介质设置在外壳内；

·隔热层，至少部分围绕所述热调节介质；

·气体和／或低压大气，所述气体和／或低压大气位于所述隔热层内，所述气体是在所述介质的最大工作温度下基本不与所述热调节介质反应的气体；

·能量收集装置，所述能量收集装置设置在所述腔内并与所述热调节介质热接触以收集进入所述腔的太阳能；以及

·热交换器，所述热交换器与所述热调节介质热接触；

其中，所述热调节介质包括石墨、嵌入热传导基体的石墨颗粒、纯碳或其中任何两种或更多种的混合物；以及

其中，每个太阳能收集器被设置为能够从至少一个太阳能集中器接收集中的太阳能。

87.根据权利要求86所述的太阳能收集系统，仅包括一个太阳能集中器，所述太阳能集中器被设置为当太阳能撞击在所述太阳能集中器上时能够将集中的太阳能引导至至少一个所述太阳能收集器的孔。

88.根据权利要求87所述的太阳能收集系统，其中，所述太阳能集中器包括太阳能反射器阵列。

89.根据权利要求86所述的太阳能收集系统，包括多个太阳能收集装置，该装置均是根据权利要求61所述的太阳能收集装置并且该装置被连接以产生单个系统能量输出。

90.根据权利要求89所述的太阳能收集系统，其中，所述太阳能收集装置中的至少一些串联连接。

91.根据权利要求90所述的太阳能收集系统，其中，所述太阳能收集装置中的至少一些并联连接。

92.根据权利要求89所述的太阳能收集系统，其中，每个太阳能收集装置连接至能够由加热的传热流体驱动的单独的相应发电机，从而在使用中，入射至每个太阳能收集装置的太阳能集中器上的太阳能以热的形式传递至所述传热流体，所述传热流体被传送至相应发电机以产生电能，来自所述发电机的电能被合并以提供单个系统能量输出。

93.根据权利要求89所述的太阳能收集系统，其中，全部太阳能收集装置均连接至一个发电机，从而在使用中，入射至每个太阳能收集装置的太阳能集中器上的太阳能以热的形式传递至传热流体，所述传热流体被传送至所述发电机以产生代表单个系统能量输出的电能。

94.根据权利要求89所述的太阳能收集系统，其中，每个太阳能收集装置包括传热流体回路，所述传热流体回路包括：

所述热交换器，与所述热调节介质热接触；

外部热交换管道，位于所述热调节介质外部，并被配置以使得在使用中，传热流体从所述热交换器的出口被传送至所述外部热交换管道的入口并且从外部热交换管道的出口被传送至所述热交换器的入口，因此所述传热流体回路是闭环系统；

其中，所述太阳能收集装置的外部热交换管道形成系统热交换器的一部分，以将热能从所述太阳能收集装置传递至第二流体。

95.根据权利要求94所述的太阳能收集系统，其中，所述第二流体是水，因此所述系统在外部热交换管道中产生蒸汽。

96.根据权利要求86所述的太阳能收集系统，包括控制所述太阳能收集装置的站控制器。

97.根据权利要求96所述的太阳能收集系统，其中，所述控制器连接至所述太阳能集中器以根据需要增加或减少输入至所述太阳能收集器的总太阳能。

98.一种收集和调节太阳能的方法，所述方法包括：

a)提供根据权利要求61所述的太阳能收集装置；以及

b)允许太阳能撞击在所述装置的太阳能集中器上；

从而使所述太阳能集中在所述装置的太阳能收集器上以加热所述装置的热调节介质。

99.根据权利要求98所述的方法，其中，步骤a)包括控制所述太阳能集中器以将集中的太阳能引导至所述孔内。

100.根据权利要求99所述的方法，其中，所述太阳能集中器包括反射器阵列，并且控制步骤包括检测所述太阳能收集器的位置处的温度，以及还包括将所述反射器中的至少一个定向至非收集方向以防止所述温度超过预定上限。

101.根据权利要求100所述的方法，包括：将与温度相关的信号从设置在所述太阳能收集器中的一个或多个热电偶传送至模块控制器，以及在所述模块控制器中产生控制信号并将所述控制信号发送至一个或多个电机，以控制所述反射器的方向，其中每个电机连接至所述反射器中的一个。

102.根据权利要求98所述的方法，还包括步骤：

当不需要收集太阳能时，

c)控制所述太阳能集中器以使所述集中器位于非收集方向上；以及

d)插入塞子以限制来自所述太阳能收集器的腔的热能损失。

103.根据权利要求102所述的方法，其中，所述太阳能集中器包括多个反射器，并且所述非集中方向是使所述反射器处于基本水平方向的方向。

104.根据权利要求102所述的方法，其中，所述塞子插入所述太阳能收集器的孔中。

105.根据权利要求102所述的方法，其中存在防护装置，并且所述塞子插入所述防护装置的防护孔中。

106.根据权利要求102所述的方法，还包括步骤：

当需要再次收集太阳能时，

e)移除所述塞子以允许集中的热能穿过所述孔进入所述腔；以及

f)控制所述太阳能集中器以使所述集中器位于收集方向上，在该收集方向上，所述太阳能集中器引导集中的太阳能穿过所述孔进入所述腔。

107.根据权利要求98所述的方法，包括使传热流体穿过所述热交换器的热交换管道，所述热交换管道设置在所述热调节介质内以加热所述传热流体。

108.根据权利要求107所述的方法，包括将加热的传热流体传送至第二热交换器以加热所述第二热交换器中的第二传热流体。

109.根据权利要求108所述的方法，包括使用加热的第二传热流体来发电或产生蒸汽。

110.根据权利要求109所述的方法，包括控制所述太阳能收集装置以产生具有基本恒定温度和压力的蒸汽。

111.根据权利要求108所述的方法，其中，所述热交换管道和第二热交换器形成闭环的一部分，因此所述传热流体从所述第二热交换器回到所述热交换管道。

112.根据权利要求111所述的方法，包括在所述传热流体回到所述热交换管道之前净化所述传热流体。

113.根据权利要求108所述的方法，其中，所述传热流体是水，所述水在穿过所述热交换管道时转换为蒸汽，并且在回到所述热交换管道之前凝结成液态水。

114.根据权利要求98所述的方法，包括将所述热调节介质保持在非氧化性气体的环境中。

115.根据权利要求114所述的方法，其中，所述非氧化性气体保持在稍微高于大气压的压力下。

116.根据权利要求114所述的方法，包括：检测所述太阳能收集器中的压力，以及调整所述收集器中的非氧化性气体的压力以将所述收集器中的压力保持在预定的压力范围内。

117.根据权利要求116所述的方法，包括：

将与压力相关的信号从所述太阳能收集器中的压力传感器传送至模块控制器；

响应所述与压力相关的信号产生控制信号；以及

将所述控制信号传送至从所述非氧化性气体的的容器通向所述太阳能收集器的气体管路中的可控阀，以使所述阀打开足够的时间从而使所述太阳能收集器中的压力回到所述预定的压力范围。

118.根据权利要求98所述的方法，其中，所述太阳能收集装置形成根据权利要求86所述的太阳能收集系统的一部分，所述系统具有单个系统输出。

119.根据权利要求118所述的方法，其中，所述单个系统输出包括蒸汽或电能。

120.根据权利要求118所述的方法，包括合并来自所述太阳能收集系统的太阳能收集装置的输出以形成单个系统输出。

121.根据权利要求118所述的方法，包括通过站控制器控制所述太阳能收集系统的太阳能收集装置，该控制步骤包括根据需要将打开或关闭所述装置中一个或多个以获得期望质量的系统输出。

122.根据权利要求121所述的方法，其中，所述控制步骤被执行以获得基本恒定质量的系统输出。

123.一种发电的方法，包括：

·提供根据权利要求75所述的太阳能收集装置；

·允许太阳能撞击在所述装置的太阳能集中器上以加热所述装置的热交换器中的传热流体；以及

·将加热的传热流体传送至所述装置的发电机以使所述发电机将所述加热的传热流体中的热能转换为电力。

124.一种根据权利要求1或2所述的太阳能收集器、或根据权利要求61所述的太阳能收集装置、或根据权利要求86所述的太阳能收集系统的用于发电的用途。

125.根据权利要求124所述的用途，其中，所述发电是连续的。

126.一种制作根据权利要求1或2所述的太阳能收集器的方法，所述方法包括：

提供热交换管道，所述热交换管道包括设置在能量收集装置周围和安装在底座上的多个平行管道部分，所述能量收集装置包括布置为正方形的四个垂直矩形面板以及附接至所述四个垂直面板的上部水平边缘的正方形顶部；以及

在所述管道部分之间组装热调节介质的多个板，使得所述热调节介质接触所述能量收集装置的顶部和四个外部垂直表面；

因此，所述热交换管道形成所述太阳能收集器的热交换器的至少一部分。

127.根据权利要求126所述的方法，其中，组装步骤使得所述平行管道部分置于在所述热调节介质的板的表面中形成的槽内。

128.根据权利要求127所述的方法，其中，组装步骤使得所述热调节介质的多个板之一的半圆形槽面向相邻调节介质的板的相应半圆形槽以形成圆柱形洞，所述热交换管道的管道部分置于所述圆柱形洞中。

129.根据权利要求126所述的方法，还包括将所述调节介质的多个板夹紧到位。

130.根据权利要求129所述的方法，还包括围绕所述热调节介质的外部设置隔热固体。

131.根据权利要求130所述的方法，还包括将所述能量收集装置、组装的所述调节介质的多个板、和隔热固体置于外壳内并将所述外壳密封至所述能量收集装置的下沿。

132.根据权利要求131所述的方法，还包括将非氧化性气体的源连接至所述外壳以允许所述非氧化性气体通过所述隔热固体扩散。

133.根据权利要求132所述的方法，包括使所述非氧化性气体穿过所述外壳以充满所述隔热固体并取代其内的氧气。

134.根据权利要求131所述的方法，包括通过预成型于所述外壳和热调节介质中的孔使一个或多个热电偶穿过所述外壳插入热调节介质的步骤。

135.一种用于权利要求126所述的方法的热调节介质板，所述热调节介质板具有上表面和下表面，所述上表面和所述下表面基本平行，每个表面中具有至少一个槽，因此所述槽被设置为使得当两个板被堆叠以使下板的上表面与上板的下表面接触时，所述上板中的槽与所述下板中的槽相对以形成能够容纳热交换器管道的管状洞，所述两个板的每个都是根据本权利要求所述的板，所述热调节介质包括石墨、嵌入热传导基体的石墨颗粒、纯碳或其中任何两种或更多种的混合物。

136.根据权利要求135所述的板，包括：

基本直的能量收集装置接触边缘，位于所述上表面与所述下表面之间并与所述上表面和所述下表面基本正交；以及

外边缘，与所述能量收集装置接触边缘相反并与所述上表面和所述下表面基本正交；

因此，

所述上表面和所述下表面均具有至少一个槽，所述至少一个槽在两端延伸至所述板的边缘以接纳热交换管道，所述槽与所述能量收集装置接触边缘近似平行；以及

所述能量收集装置接触边缘在两端邻接有角度的边缘，所述有角度的边缘与所述能量收集装置接触边缘成45度角并与所述上表面和所述下表面基本正交。

137.根据权利要求136所述的板，所述板被成形以使所述板中的四个能够被设置以使每个有角度的边缘面向相邻板的有角度的边缘以使所述板的能量收集装置接触边缘形成正方形。

138.根据权利要求136所述的板，其中，所述热调节介质包括石墨或嵌入热传导基体的石墨颗粒。

139.一种板组件，所述板组件包括：多个板，每个板是根据权利要求135所述的板，所述板被垂直堆叠；热交换管道，设置在形成于所述板的板对之间的管状洞中。

140.根据权利要求139所述的板组件，包括：

多个板组，每个板组包括四个板，每个板是根据权利要求135所述的板，所述板被设置以使所述板的能量收集装置接触边缘形成正方形，因此所述板组限定具有四个垂直矩形表面的内部空间；

能量收集装置，包括四个垂直矩形面板，所述面板中的每一个与所述垂直矩形表面之一热接触；以及

热交换管道，设置在所述板的槽中。

141.根据权利要求140所述的板组件，其中，所述能量收集装置包括：

正方形顶部，附接至所述四个垂直面板的上部水平边缘，

至少一个热调节介质板，位于所述正方形顶部上方并与所述正方形顶部热接触。

142.根据权利要求140所述的板组件，包括均与所述热交换管道流体连通的入口歧管和出口歧管。

143.根据权利要求140所述的板组件，其中，最下面的板组位于隔热材料上。

144.根据权利要求143所述的板组件，其中，所述隔热材料包括一个或多个瓷砖或瓷瓦层。

145.根据权利要求140所述的板组件，每个板组的板之间具有空间以允许使用中所述组件的热膨胀。

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