CN102725593A - 太阳能盘集光器系统及相关方法 - Google Patents

Abstract

一种太阳能盘集光器系统包括用于反射阳光的太阳能盘集光器面板以及邻近太阳能盘集光器面板的导管。所述导管包括供应管以及返回管，所述供应管用于提供由经反射的阳光加热的液体，所述返回管用于返回经加热的液体。集光器关闭供应管及返回管的开口端、且被放置用于接收来自太阳能盘集光器面板的经反射的阳光。来自供应管的液体至少部分地填充集光器、且在集光器中循环时由经反射的阳光加热。然后，经加热的液体经由返回管返回。

Description

太阳能盘集光器系统及相关方法

相关申请

本发明主张于2009年10月16日提交的美国临时申请案序号61/252,372的优先权，其全部内容并入本文作为参考。

技术领域

本发明涉及太阳能集光器系统的领域，特别是涉及太阳能盘集光器系统及相关方法。

背景技术

有各种可用于将太阳能转换为能够更容易使用或储存的其它形式能量的太阳能集光器系统。举例来说，集中式集光器将太阳的辐射能聚焦或集中到特定区域。

集中式集光器的一种形式为抛物面槽式集光器(parabolic trough collector)。抛物面槽式集光器使用具有抛物线剖面的延长反射槽，以沿着延伸通过槽的抛物面组件焦点的焦点线而集中太阳辐射。导管是沿着焦点线设置，热转换液体通过导管而循环，热转换液体将在其中由太阳能加热。从这些集光器可获得高温下的良好流速。

在追踪系统的协助下，当抛物面槽式集光器跟随太阳移动时能变得非常有效率。当使用并入抛物面式集光器的太阳能集光器系统来满足较大能量需求时，它们在物理上变得较大。当抛物面槽式太阳能集光器面板的尺寸增加时，与支撑及旋转所述面板相关的费用以及重量也会增加。

另一个对于费用起作用的因素是沿着穿过太阳能集光器面板的抛物面焦点线放置的导管。导管典型地包括易碎的玻璃极光器管，并具有与其相关的高成本。即使考虑到抛物面槽式太阳能集光器造成的优点，还是需要一种低成本、轻量且有效的太阳能集光器系统。

发明内容

鉴于前述背景，因此本发明的目的是提供一种克服抛物面槽式太阳能集光器不足的太阳能集光器系统。

根据本发明的上述和其它目的、优点及特征是由一种太阳能盘集光器系统提供，所述太阳能盘集光器系统包括用于反射阳光的太阳能盘集光器面板以及与太阳能盘集光器面板邻接的导管。所述导管可包括供应管以及返回管，供应管用于提供将由经反射的阳光加热的液体，返回管用于返回经加热的液体。

集光器可关闭供应管及返回管的开口端，且集光器可被设置以用于接收来自太阳能盘集光器面板的经反射的阳光。来自供应管的液体可以至少部分地填充集光器、且在集光器中循环时被经反射的阳光加热。经加热的液体可经由返回管而返回。

太阳能盘集光器面板可被配置用于将阳光反射至焦点，且集光器可位于焦点处。导管可在太阳能盘集光器面板下延伸，且导管的供应管及返回管可向上延伸通过太阳能盘集光器面板。

太阳能盘集光器面板可耦合至导管。太阳能盘集光器系统还可包括耦合至导管的至少一个致动器，用于枢轴旋转导管，使得太阳能盘集光器面板追踪太阳的位置。

导管有益地做为液体转移装置，支持太阳能盘集光器面板、且可根据太阳的位置旋转，使得太阳能盘集光器面板接收最大阳光。由于集光器接收反射的阳光来加热在其内循环的液体，导管不需要是玻璃管。玻璃管的成本高且易碎。相反地，导管可以是例如绝缘管或绝缘软管。

集光器可被配置为球状，其两侧可包含透明材料，用于接收经反射的阳光，且在其顶部包含不透明涂层，用于避免经反射的阳光漏出。供应管及返回管的开口端可在集光器中彼此隔开，供应管的开口位于返回管的开口下方。这允许流入的液体在集光器中循环，来自底部而从顶部离开。

举例来说，集光器可包括玻璃。在这个实施例中，太阳能盘集光器系统还可包括位于集光器之上用于保护集光器的保护顶部。此外，太阳能盘集光器系统还可包括在集光器中用于产生电力的光伏电池。

为了增加集光器中的太阳能消耗量，太阳能盘集光器系统还可包括位于集光器中的内部集光器，用于接收经反射的阳光、并用于直接接触液体。举例来说，内部集光器可以是不透明的。内部集光器的外表面可包括凹窝及皱折外表面至少其中之一，来提供增加的表面积以用于接触在集光器中循环的液体。而且，内部集光器可以是中空的且包括穿过其中的多个开口，来进一步增加接触在集光器中循环的液体的表面积。

太阳能盘集光器面板可包括反射表面，所述反射表面包括反射薄膜及反射涂层至少其中之一。太阳能盘集光器系统还可包括与至少一个致动器耦合的至少一个倾斜装置，用于调整所述至少一个导管相对于地面的纬向(latitudinal)角度。

另一方面是关于一种使用以上定义的太阳能集光器系统收集太阳能的方法。所述方法可包括使用太阳能盘集光器面板反射阳光。可将导管放置为邻近太阳能盘集光器面板，导管包含供应管以及返回管，供应管用于提供由经反射的阳光加热的液体，返回管用于返回经加热的液体。所述方法还可包括使用集光器关闭供应管及返回管的开口端，集光器被放置用于接收来自太阳能盘集光器面板的经反射阳光。来自供应管的液体可至少部分地填充集光器、且在集光器中循环时由经反射的阳光加热。然后，经加热的液体经由返回管而返回。

附图说明

图1是根据本发明的太阳能盘集光器系统的示意图。

图2是图1中所示的集光器的部份示意图。

图3是图1中所示的太阳能盘集光器系统具有额外特征的示意图。

图4是根据本发明太阳能盘集光器系统的另一实施例的示意图。

图5是根据本发明串联连接的太阳能盘集光器系统的示意图。

图6是说明用于使用根据本发明太阳能盘集光器系统收集太阳能方法的流程图。

具体实施方式

下面通过参考附图来充分描述本发明，其中显示本发明的优选实施例。然而，本发明可以许多不同形式实施，且不应建构为受到在此提出的实施例的限制。更确切地说，这些实施例是提供使得本揭露内容更全面而完整，且能将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。在全文中类似的数字代表类似的组件，且撇号用来指出替代实施例中的类似组件。

如图1所示，太阳能盘集光器系统10包括由底部14所承载的太阳能盘集光器面板12。底部14上装设导管16，所述导管16运载将被从太阳能盘集光器面板12反射的阳光加热的液体。所述液体可以是例如油或水。

太阳能盘集光器面板12以反射性材料涂覆，用于引导阳光至中心点。在所示的太阳能盘集光器系统10中，阳光被引导至位于中心点的集光器18。来自导管16的液体传递通过集光器18以进行加热。示例的集光器18是耦合至导管16的透明球状。虽然集光器18被示为球状，可使用其它形状。

如图2所示，导管16经由供应管20引导液体至集光器18。液体经由返回管22返回导管16。当液体经由供应管20进入集光器18，液体在集光器中循环。一旦液体充满集光器18且达到返回管22的开口，液体接着返回导管16。

当在集光器18中循环时，液体由从太阳能盘集光器面板12反射的阳光加热。为了增加集光器18中的太阳能消耗量，可在集光器中放置深色的内部集光器24。内部集光器24放置在返回管22附近、且可为黑色，以确保从太阳能盘集光器面板12反射的阳光保持在集光器18中以用于加热液体。在其它实施例中，内部集光器24可与返回管22分开放置。

由于阳光从集光器18的侧面进入，集光器的顶部26可以是黑色，以防止进入的阳光漏出。接着，黑色的顶部26反射阳光。为了将反射的阳光保持在集光器中，集光器18的侧面可以是银色。单独地或者除了黑色与银色涂层之外，单向薄膜可应用在集光器18。单向膜薄的功能是允许阳光进入但不使它离开。这些特征有益地增加集光器18的太阳能吸收。

虽然内部集光器24被示为球状，可使用其它形状。内部集光器24可为中空的并包括多个穿过其中的开口28。这提供内部集光器24能够接触液体以进行加热液体的较大表面积。举例而言，代替开口28，内部集光器24可以是凹窝及皱折的。

如图3所示，返回管22也可以具有与其关联的光伏电池29。举例来说，光伏电池29可以具有平面或圆形设计。在此配置中，太阳能盘集光器系统10不只加热导管16内的液体，也产生电力。接触集光器18内的液体的光伏电池29的一个增加的好处是，当它被太阳能盘集光器面板12所放大的阳光加热时，液体冷却光伏电池29。

在一个实施例中，集光器18是玻璃。如本领域技术人员所轻易理解的，集光器18可使用其它类型的透明材料。当集光器18是玻璃或其它易碎材料时，包含非易碎材料的透明伞盖31可被放在集光器18的顶部，用来防止强风与飘散的碎片。在一个实施例中，盖31直接接附在集光器18的顶部26。在其它实施例中，盖31可连接至太阳能盘集光器面板12或者供应管20与返回管22之一或者两者。

如本领域技术人员所轻易理解的，导管16可以是隔热管。举例来说，虽然可轻易使用其它形式的材料，所述管可以是生铁或塑料。隔热管的好处是较便宜且与一般关联于抛物面式集光器的玻璃导管相比更耐用。在抛物面式集光器中，玻璃导管延着焦点线运作，其延伸抛物面式集光器的长度。相反地，玻璃集光器18位于太阳能盘集光器系统10的焦点处。

由于太阳能盘集光器系统10的底部14上装设导管16，导管的旋转导致太阳能盘集光器面板12被旋转。换句话说，导管16是枢轴点。底部14在连接点40及42上装设导管16。连接点40及42也包括用来举起导管16超过地面的导管支撑44及46。

仍然参照图3，致动器30耦合至臂32，所述臂32耦合至导管16。当致动器30移动臂32时，太阳能盘系统10被旋转。为了确保供应管20与返回管22一起旋转，可将它们耦合在一起。连结33是供应管20及返回管22从导管16分开的地方。除此之外或替代地，供应管20及返回管22的不同连结37可在太阳能盘集光器面板12本身之中，靠近集光器18。

太阳能盘系统10被旋转来追踪太阳的位置。使用一或更多传感器41来确定太阳能盘集光器系统10相对于太阳的位置。来自各传感器41的输出讯号被施加到致动器30。由于太阳能盘系统10上装设导管16，不需要与抛物面式集光器一样的链或带驱动马达。这也有益地减少重量及成本。

如本领域技术人所轻易理解的，底部14与太阳能盘集光器面板12可以由包含热塑材料或热固材料的模塑材料组成。模塑材料可以高分子或弹性体为基础。高分子也可以是强化纤维。如本领域技术人员所轻易理解的，可使用其它形式的塑料组合物。此外，底部14与太阳能盘集光器面板12可以由金属组成。

太阳能盘集光器面板12具有用于引导阳光朝向透明集光器16的反射表面。反射薄膜或涂层位于反射表面上。举例来说，该涂层可以是反射性油漆。避免使用镜子，其会明显增加太阳能盘集光器系统10的重量与成本。

太阳能盘集光器系统10的尺寸依据想要的应用而改变。所选择的尺寸典型地允许轻易携带。用于说明目的，举例来说，太阳能盘集光器系统10可为8英尺宽8英尺深及4英尺高。

为了使太阳能盘集光器面板12从地平线到地平线追踪太阳，如图1所示，底部14具有三角形形状。此外，与长方形相比，底部14使用较少的材料，其依序有益地减少重量及成本。

螺旋千斤顶或倾斜装置51可被每一个导管支撑44及46所承载，用于调整太阳能盘集光器系统10的角度，以补偿太阳的季节性旋转。举例来说，此旋转限制在正负10度内。如本领域技术人员所轻易理解的，控制器35连接至螺旋千斤顶或倾斜装置51以用于其控制，使得每个导管支撑44及46被递增地调整来提供想要的旋转。一个控制器35可控制组成太阳能盘集光器系统10的多个太阳能盘集光器面板12的螺旋千斤顶或倾斜装置51。这有益地使通过太阳能盘集光器系统10从太阳收集的太阳能最大化。

在另一个实施例中，如图4所示，太阳能盘集光器系统10’的底部14’是长方形。举例来说，当太阳能盘集光器系统10’放置于有角度的屋顶上且不需要从地平线至地平线的旋转时，长方形是合适的。

为了达到某些应用所需要的收集面积，多个太阳能盘集光器系统10’可以并排放置。如图5所示，三个太阳能盘集光器系统10’连接至同一个导管16’。三个太阳能盘集光器系统10’是为了说明目的，太阳能盘集光器系统10’的实际数目是依据所希望的应用而定。如本领域技术人员所轻易理解的，即使具有长方形底部14’的太阳能盘集光器系统10’被显示为串联连接，也可使用具有三角形底部14的太阳能盘集光器系统10。

本发明的另一方面是关于使用以上定义的太阳能盘集光器系统10收集太阳能的方法。现在参照图6所示的流程图100，从(框102)开始，该方法包括在框104处，使用太阳能盘集光器面板12反射阳光。在框106处，将导管16放置为邻近太阳能盘集光器面板12。导管16包括供应管20以及返回管22，供应管20用于提供由经反射的阳光加热的液体，返回管22用于返回被加热的液体。

在框108处使用集光器18关闭供应管20及返回管22的开口端，所述集光器18被放置用于接收来自太阳能盘集光器面板12的经反射阳光。在框110处，来自供应管20的液体至少部分地填充集光器18，且当液体在集光器18中循环时，以经反射的阳光加热所述液体。在框112处，经加热的液体接着可经由返回管22而返回。该方法结束于块114。

本领域技术人员会了解本发明的许多修改与其它实施例具有前文叙述及相关附图呈现的教示的好处。因此，应了解本发明不受所揭露的特定实施例的限制，且希望将改变与实施例包括在前文叙述的范围内。

Claims (34)

1.一种太阳能盘集光器系统，包括：

用于反射阳光的太阳能盘集光器面板；

导管，所述导管邻近所述太阳能盘集光器面板且包含供应管以及返回管，所述供应管用于提供要由经反射的阳光加热的液体，所述返回管用于返回所述经加热的液体；以及

集光器，所述集光器关闭所述供应管及所述返回管的开口端，且被放置用于接收来自所述太阳能盘集光器面板的所述经反射的阳光，其中来自所述供应管的所述液体至少部分地填充所述集光器、且在所述集光器中循环时被所述经反射的阳光加热，且所述经加热的液体经由所述返回管返回。

2.根据权利要求1所述的太阳能盘集光器系统，其中所述太阳能盘集光器面板被配置用于将所述阳光反射至焦点，且其中所述集光器位于所述焦点。

3.根据权利要求1所述的太阳能盘集光器系统，其中所述导管在所述太阳能盘集光器面板下延伸，且其中所述导管的所述供应管及所述返回管向上延伸通过所述太阳能盘集光器面板。

4.根据权利要求3所述的太阳能盘集光器系统，其中所述太阳能盘集光器面板耦合至所述导管；且所述太阳能盘集光器系统还包括耦合至所述导管的至少一个致动器，用于枢轴旋转所述导管，使得所述太阳能盘集光器面板追踪所述太阳的位置。

5.根据权利要求4所述的太阳能盘集光器系统，还包括太阳传感器，用于追踪所述太阳的位置；且其中所述至少一个致动器基于所述太阳的所述位置旋转所述太阳能盘集光器面板。

6.根据权利要求1所述的太阳能盘集光器系统，其中所述供应管及所述返回管的所述开口端在所述集光器中彼此隔开，所述供应管的所述开口位于所述返回管的所述开口下方。

7.根据权利要求1所述的太阳能盘集光器系统，其中所述集光器被配置为球状。

8.根据权利要求1所述的太阳能盘集光器系统，其中所述集光器在其两侧包含透明材料以用于接收所述经反射的阳光、且在其顶部包含不透明涂层以用于避免所述经反射的阳光漏出。

9.根据权利要求1所述的太阳能盘集光器系统，还包括位于所述集光器中的内部集光器，用于接收所述经反射的阳光、并直接接触所述液体，从而增加所述集光器中的太阳能消耗量。

10.根据权利要求9所述的太阳能盘集光器系统，其中所述内部集光器是不透明的。

11.根据权利要求9所述的太阳能盘集光器系统，其中所述内部集光器的多个外表面包含凹窝及皱折外表面至少其中之一。

12.根据权利要求9所述的太阳能盘集光器系统，其特征在于，所述内部集光器是中空的且包括穿过其中的多个开口。

13.根据权利要求1所述的太阳能盘集光器系统，其中所述太阳能盘集光器面板包含反射表面，所述反射表面包含反射薄膜及反射涂层至少其中之一。

14.根据权利要求4所述的太阳能盘集光器系统，还包括至少一个倾斜装置，用于调整所述至少一个导管相对于地面的纬向角度。

15.根据权利要求1所述的太阳能盘集光器系统，还包括在所述集光器之上用于保护集光器的保护顶部。

16.根据权利要求1所述的太阳能盘集光器系统，还包括在所述集光器中用于产生电力的光伏电池。

17.一种太阳能盘集光器系统，包含：

至少一个用于反射阳光的太阳能盘集光器面板；

导管，所述导管在所述至少一个太阳能盘集光器面板下延伸、且包括供应管以及返回管，所述供应管向上延伸通过所述至少一个太阳能盘集光器面板以提供要由所述经反射的阳光加热的液体，所述返回管向上延伸通过所述至少一个太阳能盘集光器面板以返回所述经加热的液体；以及

至少一个集光器，所述至少一个集光器关闭所述供应管及所述返回管的开口端、且被放置用于接收来自所述至少一个太阳能盘集光器面板的所述经反射的阳光，从而加热于其中循环的所述液体。

18.根据权利要求17所述的太阳能盘集光器系统，其中，来自所述供应管的所述液体至少部分地填充所述集光器。

19.根据权利要求17所述的太阳能盘集光器系统，其中所述太阳能盘集光器面板被配置用于将所述阳光反射至焦点，且其中所述集光器位于所述焦点。

20.根据权利要求17所述的太阳能盘集光器系统，其中所述至少一个太阳能盘集光器面板耦合至所述导管；且所述太阳能盘集光器系统还包括耦合至所述导管的至少一个致动器，用于枢轴旋转所述导管，使得所述至少一个太阳能盘集光器面板追踪所述太阳的位置。

21.根据权利要求17所述的太阳能盘集光器系统，其中所述供应管及所述返回管的所述开口端在所述集光器中彼此隔开，所述供应管的所述开口位于所述返回管的所述开口下方。

22.根据权利要求17所述的太阳能盘集光器系统，其中所述集光器被配置为球状。

23.根据权利要求17所述的太阳能盘集光器系统，还包括位于所述集光器中的内部集光器，用于接收所述经反射的阳光、并直接接触所述液体，从而增加所述集光器中的太阳能消耗量。

24.根据权利要求23所述的太阳能盘集光器系统，其中所述内部集光器的多个外表面包含凹窝及皱折外表面至少其中之一。

25.根据权利要求23所述的太阳能盘集光器系统，其中所述内部集光器是中空的且包括穿过其中的多个开口。

26.根据权利要求17所述的太阳能盘集光器系统，还包括位于所述集光器之上用于保护所述集光器的保护顶部。

27.根据权利要求17所述的太阳能盘集光器系统，还包括在所述集光器中用于产生电力的光伏电池。

28.一种使用太阳能集光器系统收集太阳能的方法，所述方法包含：

使用太阳能盘集光器面板反射阳光；

将导管放置为邻近所述太阳能盘集光器面板，所述导管包含供应管以及返回管，所述供应管用于提供由所述经反射的阳光加热的液体，所述返回管用于返回所述经加热的液体；以及

使用集光器关闭所述供应管及所述返回管的开口端，所述集光器被放置用于接收来自所述太阳能盘集光器面板的所述经反射阳光，其中来自所述供应管的所述液体至少部分地填充所述集光器、且在所述集光器中循环时由所述经反射的阳光加热，且所述经加热的液体经由所述返回管返回。

29.根据权利要求28所述的方法，其中所述太阳能盘集光器面板被配置用于将所述阳光反射至焦点，且其中所述集光器位于所述焦点。

30.根据权利要求28所述的方法，其中所述导管在所述太阳能盘集光器面板下延伸，且其中所述导管的所述供应管及所述返回管向上延伸通过所述太阳能盘集光器面板。

31.根据权利要求30所述的方法，其中所述太阳能盘集光器面板耦合至所述导管，且所述太阳能集光器系统还包括耦合至所述导管的至少一个致动器，用于枢轴旋转所述导管，使得所述太阳能盘集光器面板追踪所述太阳的位置。

32.根据权利要求28所述的方法，其中所述集光器被配置为球状。

33.根据权利要求28所述的方法，其中所述集光器在其两侧包含透明材料以用于接收所述经反射的阳光、且在其顶部包含不透明涂层以用于避免所述经反射的阳光漏出。

34.根据权利要求28所述的方法，其中所述太阳能集光器系统还包括位于所述集光器中的内部集光器，用于接收所述经反射的阳光、且直接接触所述液体，从而增加所述集光器中的太阳能消耗量。

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