CN105393064A - 用于太阳能设备的接收器和太阳能设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于布置在具有线形地聚焦的反射镜元件(3)的太阳能收集器(1)的聚焦线中的接收器(4)。接收器(4)具有伸长的、带有载热流体的输送管道(11)的空心型材(10)和布置在空心型材(10)的一侧上的、用于将太阳辐射转换成电能的太阳能电池(12)。太阳能电池(12)和空心型材(10)在此导热地连接和布置在透明的套管(13)中。在套管(13)和太阳能电池(12)之间布置至少一个光束操纵元件,其中,接收器(4)的空心型材(10),太阳能电池(12),套管(13)和光束操纵元件的位置相互间是固定的。本发明此外涉及一种太阳能设备(1),具有线形地聚焦的光学元件(3),在它的聚焦线中布置接收器(4),其中,接收器(4)按照本发明构造成并且如此地布置,即接收器(4)的太阳能电池(12)面对线形地聚焦的反射镜元件(3)。
Description
本发明涉及一种用于布置在具有线形地聚焦的反射镜元件的太阳能收集器的聚焦线中的接收器以及一种具有相应的接收器的太阳能设备。
已知太阳能收集器,其中入射的太阳辐射通过光学元件被聚焦到一条线上。相应的光学元件的典型示例是抛物面槽。沿着相应的太阳能收集器的聚焦线布置接收器,它将通过光学元件聚焦的太阳辐射转换成有用能。
作为接收器,一方面已知热接收器,其中线形地聚焦的太阳辐射入射到吸收器管上,它被载热流体通流。载热流体在此情况下被加热并且由此获得的热能可以接着被利用。为了提高相应的接收器的效率,已知双壁地构造的吸收器管。在此情况下内管壁如此地构造,即它具有针对太阳辐射的高的吸收度,而外管壁具有针对太阳辐射的高的透射度。在两个管壁之间的间隙是抽真空的。载热流体通过它流动的内管壁由此与环境是热绝缘的。
此外已知双接收器,其中线形地聚焦的太阳辐射投射到光伏电池上,借此太阳辐射至少部分地被转换成电能。在光伏电池的背侧上布置被载热流体通流的冷却管在,用于将光伏电池的温度保持在允许的范围中。在此产生的对载热流体的加热可以作为热能利用。
本发明基于的任务是创造一种改进的、用于布置在具有线形地聚焦的反射镜元件的太阳能收集器的聚焦线中的接收器以及一种改进的太阳能设备。
该任务通过一种按照主权利要求的接收器和一种按照并列的权利要求的太阳能设备来解决。有利的扩展方案是从属权利要求的内容。
因此本发明涉及一种用于布置在具有线形地聚焦的反射镜元件的太阳能收集器的聚焦线中的接收器,它包括伸长的、用于输送载热流体的空心型材和布置在空心型材的一侧上的用于将太阳辐射转换成电能的太阳能电池其中,太阳能电池和空心型材导热地连接,并且空心型材与布置在其上的太阳能电池一起以这样的方式布置在透明的套管中,即在套管和太阳能电池之间布置至少一个光束操纵元件,其中,接收器的空心型材,太阳能电池,套管和光束操纵元件的位置相互间是固定的。
本发明此外涉及一种具有线形地聚焦的反射镜元件的太阳能设备,在它的聚焦线中布置接收器,其中,接收器按照本发明构造成并且如此地布置,即太阳能电池面对线形地聚焦的光学反射镜元件。
“光束操纵元件”是指一种光学元件,它折射、反射或衍射光束。
在按照本发明的接收器中太阳辐射不仅被转换成电能也被转换成热能。本发明认识到,在具有由载热流体通流的空心型材和布置在其上的太阳能电池的相应地组合的接收器中,当光束操纵元件,套管和空心型材以及太阳能电池相互间被固定地定位时,在透明的套管中的布置特别有利地起作用。在此情况下,与专家们的偏见相反,其认为太阳辐射应该以尽可能小的干扰投射到太阳能电池上以便达到尽可能高的效率,一个对于将太阳辐射聚焦（聚集成束）到太阳能电池上不需要的元件–即套管的壁–被插入到在太阳和太阳能电池之间的光路中。由此导致的在通过太阳能电池产生电能中的效率的降低将通过在热能获取中的热损失的降低和由此效率的提高以及通过布置在那里的光束操纵元件的作用被更多地补偿。此外套管具有优点,即位于内部的太阳能电池和光束操纵元件被保护防止受到有害的环境影响例如通过水并且简化了在脏污情况下对接收器的清洁。
这些优点与接收器的简单的结构相结合,其中可以完全取消活动的元件。接收器的维护,其例如要求完全地或者部分地拆卸、打开套管或设置维护检修口,等等,可以由此被避免。具有光束操纵元件的相应的接收器此时特别适用于具有双轴的跟踪的,即涉及到高度和方位角的,太阳能设备。
最好该光束操纵元件在套管和空心型材之间作为光学集中器元件实施,借此线形地聚焦地投射到接收器上的太阳光束被聚集（聚焦）在沿着聚焦线的各单个的聚焦点上。在聚焦点上此时布置太阳能电池。通过太阳辐射从聚焦线至各单个的聚焦点的相应的第二聚焦,在这些点处的辐射强度被如此地提高,即集中器光伏电池可以作为太阳能电池使用,用于将太阳辐射转换成电能。作为光学集中器元件可以设置线性的菲涅耳透镜,它们垂直于空心型材的伸展进行定向。各单个的太阳能电池最好分别被单独地用旁路二极管保护。
但是也可以规定,光束操纵元件作为分束器实施,它与波长相关地分裂入射的太阳辐射并且转向到针对相应的波长被优化的太阳能电池上。因此此时设置了不同的类型的太阳能电池。分束器可以尤其是作为分束器立方体,作为分束器板或(透射)光栅构造。入射的太阳辐射的相应的分裂可以实现使用成本更有利的太阳能电池。
应该注意,上述一方面光束集中和另一方面光束分裂也可以组合地设置。
在空心型材和套管之间的区域可以是抽真空的。由此实现空心型材的良好的热绝缘。但是尤其是与真空有关联地在空心型材和套管之间的区域中在其他的实施方式中也优选的是,空心型材和/或套管是由玻璃制成的。在空心型材和套管之间的区域中的真空可以由此持久地保持。此外玻璃相对于许多材料和尤其是许多载热流体是抗腐蚀的。在布置空心型材和套管之间的区域中的元件,例如太阳能电池,优选放气体析出地构成。也可以规定,在空心型材和套管之间的区域用惰性气体填充。
为了使套管气密地相对于污染物密封,可以规定,在套管的两个端部处设置气体接头。由此在空心型材和套管之间的区域可以以简单的和有效的方式进行冲洗,尤其是惰性气体。
在空心型材与太阳能电池背离的一侧上可以在空心型材和套管之间设置至少一个反射器。它构造成,将源于空心型材的热辐射反射到其上,由此可以进一步减少热损失。它此外构造成,将源于光束操纵元件的光辐射,其未击中空心型材,尤其是由于错误聚焦,反射到空心型材上。该至少一个反射器可以直接地安装在套管上(例如气相沉积)或由金属膜(例如铝膜)制成,其最好多层地构造成和具有在各单个的膜之间耐热的分离层。
光束操纵元件可以与套管一体地构造成。光束操纵元件例如可以铣切到套管中。它也可以压入套管中。由此可以减少用于按照本发明的接收器的各单个的构件的数量。也可以规定,光束操纵元件持久地与套管连接,例如它直接地粘接在套管上或用硅酮模制在其上。通过这种组合方便了现场安装并且此外以简单的方式实现在光束操纵元件和套管之间的精确的定位。
空心型材最好半圆柱体形地或马蹄形地实施。马蹄形地是指一种形状,其类似于半圆柱体地构造,但是其中,割线不象在半圆柱体中那样通过中心点延伸,而是或较高或较低。这通过该割线提供一个平的正面用于容纳太阳能电池,而约半圆地构造的背面套管的内壁一致地成形并且如此地在那里负责可靠的和稳定的支承。由此实现一种最佳最大横截面,用于在空心型材中流动的载热流体。在此特别有利的是,平的正面是被滚光的,例如通过平面铣削。由此太阳能电池大面积地支承在空心型材上,这改善传热和由此提高效率。
有利地,在空心型材的正面上例如可以设置铣削的空隙或条式的突起,以便形成用于太阳能电池,尤其是多个太阳能电池组成的板,的大面积的容纳槽。
空心型材有利地通过至少一个(在多个的情况下相互相间隔的)保持盘固定在套管中。保持盘通过其外轮廓与套管的内部相匹配并且由此负责将空心型材可靠地无间隙地定位在套管中。有利地,保持盘以两个部分的方式实施,由此它为了更容易地安装可以被简单地插到空心型材上和然后相互连接起来。已经证明有效的是,保持盘在其上部的、面对反射镜元件区域中设置切口,其一直延伸到太阳能电池。此时,即使当方位角定向反射镜或接收器不是最佳的并且光因此从侧面斜着入射时,仍然保证通向太阳能电池的无遮盖的光路。
为了改善加热时的特性,空心型材最好关于它的热线膨胀被如此地调整,及它在数值上大约等于套管的热线膨胀。这尤其是可以通过选择由制造空心型材的材料来进行。使用一种这样的合金,它在预计的运行温度下使空心型材通过热的长度改变与套管膨胀一样的程度。由此将应力减小到最小,这对于密封性是极其有利的并且尤其是在抽真空的套管情况下极大地提高运行安全性。有利地,空心型材至少部分地由石墨制成。
为了保证在太阳能电池和空心型材之间的有效的传热,优选设置至少一个张紧元件,它如此地夹持空心型材和至少一个太阳能电池,即至少一个太阳能电池被压紧在空心型材上。条板有利的是,张紧元件实施成夹持元件。夹持元件例如可以由弹簧钢制成。张紧元件最好具有多个指状体,并且是在它的作用于太阳能电池上的区域中。由此即使在不利的情况下也实现太阳能电池在空心型材上的可靠的和传热技术上有利的耦联,例如在空心型材上用于容纳太阳能电池的不是完全光滑的定位面的情况下。
在一个特别优选的实施方式中,太阳能电池在其正面(即与空心型材相背的一侧)通过透明的压板跨越。压板此外是抗弯曲的。由此在通过张紧元件进行保持时,太阳能电池在空心型材上在超过几乎其整个表面上实现均匀的压紧。由此进一步改善传热,并且即使是在空心型材上的容纳面不是完全光滑时。
已经证明有效的是,在至少一个横向的边缘(沿着聚焦线延伸的边缘)处在一个安装太阳能电池的衬底的外部处设置加宽部,它起着张紧元件的定位面的作用。它的宽度如此地选择,即与光线比例无关地没有阴影从张紧元件投射到太阳能电池的有效表面上。通过该加宽部可以由此一方面实现机械上非常可靠的保持,另一方面也实现无阴影的和由此对效率有利的保持。
另外优选的是,设置至少一个反射镜板,它构造成用于至少一个太阳能电池的光挡。“构造成光挡”在这一点上意味着,反射镜板如此地布置,基本上垂直于至少一个太阳能电池的表面地投射到反射镜板上的太阳辐射被转向到至少一个太阳能电池上。
此外可以在太阳能电池布置在空心型材上的区域中在用于空心型材的载热流体的输送管道中设置翅片。这些翅片优选流线形地构造成,由此尽可能小地增大空心型材中的载热流体的流动阻力。通过相应的翅片在空心型材和载热介质之间的传热精确地在这样的点处被提高,在此处热量从太阳能电池被输入到空心型材中。特别优选的是,翅片是间断地布置的,并且是在载热流体的流动方向上,经沿着空心型材。有利的实施例为刺的形状或梳子样的。由此实现在载热流体中的流动的涡旋,由此在翅片和载热流体之间产生更好的传热。在翅片上布置的太阳能电池由此被更好地冷却。
太阳能电池可以是集中器光伏电池和/或热伏电池。
太阳能电池最好相对于空心型材和可能时太阳能电池与其处于接触的其他的部件是电绝缘的。各单个的太阳能电池可以连接成模块条。对于各单个的或多个太阳能电池或对于各单个的或多个模块条,可以设置旁路二极管。接收器的太阳能电池可以优选被串联。这具有优点,通过接收器产生的电压被提高,由此可以减小线路损失。
布置在接收器的纵向延伸的横向上的两个或更多个太阳能电池最好成对地并联连接并且如此形成的对被串联。这些对分别包括两个或更多个太阳能电池。通过这种组合的连接,利用较小的和由于双金属效应而倾向于不容易分解的太阳能电池也可以形成效率高的太阳能电池板。在成对的并联情况下,并联的太阳能电池在电气上在很大程度上与唯一的、大多倍的太阳能电池具有一样的特性。这种并联具有优点,即在串联的太阳能电池的阴影下并联的太阳能电池对的出现的较弱的辐射不会导致本身已知的缺点(电压极性转换,反向电流,热点)。通过成对的并联由此提高牢固性。通过随后进行的串联达到高的电压,由此在高的功率下可以最小化要传递的电流强度。
成对地并联的太阳能电池有利地配有旁路二极管。它用于跨接可能失灵的太阳能电池并且由此将太阳能电池的上一级的串联电路继续保持可工作状态。特别优选的是,旁路二极管布置在具有两个成对并联的太阳能电池的公共的衬底上。旁路二极管最好无壳体地实施,其中,它此外最好通过在旁路二极管和套管之间安装的和不与旁路二极管连接的反射器保护。旁路二极管然后在热上最佳地耦联在载热流体上。这具有优点,即该时常承受非常高的热负荷的旁路二极管以这种方式被很好地冷却,因为它获得至实际的太阳能电池的冷却面的通道(如上所述通过布置翅片的附加的冷却)。由于这种布置,不再存在旁路二极管的过热的危险和由此旁路二极管的失灵(这随后可能导致整个板的失灵)。
按照本发明的接收器优选在一种太阳能设备中使用,它包括线形地聚焦的反射镜元件,在它的聚焦线上如此地布置按照本发明的接收器,即接收器的太阳能电池面对反射镜元件。相应的太阳能设备是并列的权利要求的内容。为了解释太阳能设备,参阅上面的说明。
优选的是,太阳能设备包括斯特林发动机,有机朗肯循环(ORC)设备或热式制冷机,它通过在接收器中加热的载热流体运行。
太阳能设备优选可单轴地(关于高度)或双轴地(关于高度和方位角)跟踪太阳。由此可以保证,接收器在每日进程中位于线形地聚焦的反射镜元件的聚焦线上和在接收器中的光学集中器元件的情况下,太阳能电池位于各单个的聚焦点上。
如果太阳能设备具有两个或更多个接收器,它们可以优选并联地连接,例如通过Tichelmann(蒂歇尔曼)连接。由此可以实现载热流体的均匀的温度,即使在短时间的和/或部分的阴影情况下,例如由于云彩。
载热流体可以优选是氯化钙溶液。
现在借助于实施例在参见附图示例性地描述本发明。附图所示:
图1是按照本发明的太阳能设备的一个实施例;
图2是按照本发明的接收器的第一实施例;
图3是按照本发明的接收器的第二实施例;
图4是按照本发明的接收器的第三实施例;
图5是按照本发明的接收器的第四实施例;
图6是按照本发明的接收器的第五实施例;
图7a-c是空心型材中的翅片的细节图;
图8a-b是具有并联和串联式的连接线路的太阳能电池的侧视图和俯视图;和
图9是固定地布置空心型材,电池和光束操纵元件的细节图。
在图1中示出按照本发明的太阳能设备1。太阳能设备1包括收集器单元2,其具有线形地聚焦的反射镜元件3和伸长的接收器4。接收器4沿着线形地聚焦的反射镜元件3的聚焦线布置和借助于支承臂5保持在那里。
线形地聚焦的反射镜元件3涉及一种半抛物面反射镜槽。接收器4是按照本发明的接收器4,它例如可以按照图2,3或4构造成。接收器4的构造后面借助于这些图进行解释。
包括线形地聚焦的反射镜元件3和接收器4的收集器单元2可以围绕回转轴线6回转地支承,其中,回转轴线6沿着线形地聚焦的反射镜元件3的一个棱边延伸。通过驱动元件7可以使收集器单元2围绕回转轴线6回转。收集器单元2由此可以在高度方面跟踪太阳的位置。
收集器单元2此外布置在回转机构8上。借助于该回转机构8可以使收集器单元2围绕垂直于收集器单元2的回转轴线5的轴线9转动。通过一方面收集器单元2的回转和另一方面其围绕回转机构8的转动轴线的转动,实现双轴的跟踪,即在高度和方位角方面上进行跟踪。
在图2中示出接收器4的第一实施例,如它可以在图1的太阳能设备1中使用的那样。接收器4包括伸长的空心型材10,它具有用于载热流体,例如氯化钙溶液,的输送管道11。在空心型材10的一侧上布置太阳能电池12。利用该太阳能电池12可以将太阳辐射转换成电能。在将图2的接收器4在图1的太阳能设备1中使用的情况下,太阳能电池12面对线形地聚焦的反射镜元件3并且沿着它的聚焦线布置。在反射镜元件3和太阳能电池12之间的光路中布置光束操纵元件(在图2中没有示出,参见图3)。此外太阳能电池12被串联连接。
太阳能电池12与空心型材10导热地连接。除了电能以外在太阳能电池122产生的热量此时可以通过空心型材10输送到输送管道11中的载热流体中。在载热流体储存的热量然后可以在接收器4外部加以利用,例如在斯特林发动机（Stirlingmotor）或ORC设备中使用。
由空心型材10和太阳能电池12构成的结构布置在透明的套管13中。在示出实施例中套管13是由玻璃制成的并且是抽真空的。由此实现空心型材10相对于环境的良好的热绝缘。此外对空心型材10的外侧面能够容易地进行清洁。
在空心型材10与太阳能电池12背离的一侧上在套管13内侧上布置反射器14。反射器14由多层金属膜制成。借助于该反射器14由套管13射出的热辐射被反射回到该套管上。热损失可以由此进一步减小。
为了保证在太阳能电池12和空心型材10之间的良好的传热,太阳能电池12被结合成模块板,其中,这种模块板的至少一个太阳能电池12通过弹簧钢制成的夹持元件15压紧在空心型材10上。由于在模块板的各单个的太阳能电池12之间的机械连接,相邻的太阳能电池12也被压紧在空心型材10上。在太阳能电池12和空心型材10之间此外设置导热膏,由此进一步改善传热。
此外设置反射镜板16,其作用为用于太阳能电池12的光挡。在接收器4上聚焦的太阳辐射,其投射到该反射镜板16上,被转向到太阳能电池12上并且可以在那里转换成电能。反射镜板16由此实现对在接收器的定位,跟踪等等中的不精确性进行补偿,其中它们将没有直接地被聚集在太阳能电池12上的太阳辐射转向到其上。
反射镜板16也可以与夹持元件15一体地构造成。
在空心型材10与太阳能电池12背离的一侧上设置电缆引导机构18。在该电缆引导机构18中布置用于连接太阳能电池12的电缆19。也可以在电缆引导机构18中布置用于太阳能电池12的旁路二极管。
在空心型材10的内侧上,在太阳能电池12将热量注入到空心型材10中所处于的位置上设置翅片20。翅片20以有利于流动的方式构造成和被载热流体环绕流动,由此可以进一步改善从空心型材10到载热流体上的传热。
在图3中示出按照本发明的接收器4的第二实施例。图3的接收器4也可以在按照图1的太阳能设备1使用。在图3的实施例中,与图2的实施例相当的元件具有相同的附图标记。为了解释这些元件也参阅针对图2的说明。
图3的包括接收器4布置在套管13中的伸长的空心型材10,其具有用于载热流体的输送管道11。在空心型材10的一侧上并且由此也在套管13中布置太阳能电池12。借助于该太阳能电池12可以将太阳辐射转换成电能。在此情况下出现的热量可以借助于通过空心型材10流动的载热流体排出并且被利用。
太阳能电池12是集中器光伏电池,它们不是连续地沿着空心型材10布置,而是布置在分散的点上。为了将例如通过按照图1的太阳能设备1将线形地聚焦在接收器4上的太阳辐射集中（聚焦成束）到太阳能电池12上,光束操纵元件,设置作为集中器元件21。集中器元件21涉及到线性的菲涅耳透镜,其将线形地聚集地投射到接收器4上的太阳辐射分段地分别再聚焦到一个太阳能电池12上。
在空心型材10上设置反射镜板16,它们作为用于太阳能电池12的光挡起作用。不是直接地聚焦在太阳能电池12上的太阳辐射可以被转向到太阳能电池12上。太阳能电池12各具有一个旁路二极管(没有示出)。
空心型材10与太阳能电池和反射镜板16一起布置在软管形的透明的膜22中,它又完全地布置在套管13中。在它的端部处,软管形的透明的膜22密封地贴紧在空心型材10上,由此在空心型材10和膜22之间的区域是密封地封闭的。在空心型材10和膜22之间所述的区域中,在运行中存在比在膜22和套管13之间的区域中更大的压力,由此软管形的透明的膜22在最大程度上形状稳定地保持布置在空心型材10和套管13之间。由于该膜22,可以减小由于对流造成的热损失。
在图4中示出按照本发明的接收器4的另一个实施例。该接收器4也可以在按照图1的太阳能设备中使用。在图4的实施例,与图2和3的实施例相当的元件具有相同的附图标记。为了解释这些因此也参阅上述说明。
在图4的接收器4中在套管13内部布置具有在其上安装的太阳能电池12的空心型材10。空心型材10在此具有用于载热流体的输送管道11,它用于排出在太阳能电池12处产生的热量并且对其加以利用。
太阳能电池12分别针对不同的太阳辐射波长被优化。为了各单个的太阳能电池12以尽可能最佳的辐射线谱运行,在套管10的壁中加工有分束器23,它将投射到分束器上的,例如在按照图1的太阳能设备1中线形地聚焦的太阳辐射相应于波长进行分束并且转向到相应的波长被优化的太阳能电池12上。这通过举例示出的光路90表示。
在套管13和空心型材10之间的区域被填充气凝胶24。在此气凝胶24在分束器23和太阳能电池12之间的区域中,即在被线形地聚集的太阳辐射的光路的区域中,是透明的,而在其余的区域中设置由不透明材料构成的衬入体。由不透明材料构成的衬入体用于将从空心型材10射出的热辐射反射回到空心型材10上。热损失可以由此减少。
在图5中示出按照本发明的接收器4的另一个实施例。该接收器4l也可以在按照图1的太阳能设备中使用。在图5的实施例中,与图3的实施例相关的元件具有相同的附图标记。因此为了解释这些元件也参阅上述说明。
在按照图5的接收器4中空心型材10半圆柱体形地实施。在示出的实施例中它是严格半圆柱体形的,即由半圆柱体的割线形成的平的、用于容纳太阳能电池12的顶面10'延伸通过半圆柱体的中点。也可能的是,将顶面向下或向上错开,由此空心型材获得在横截面上马蹄形的形状。在顶面10'上设置两个平行延伸的条26。在它们之间形成用于太阳能电池12的容纳槽27。此外在空心型材10上方布置用于起光学集中器元件作用的菲涅耳透镜21的保持架28。由此形成一种特别紧凑的并且刚性的结构,具有菲涅耳透镜21固定的定位,起此外在制造和安装上是简单的。
在图6中示出按照本发明的接收器4的另一个实施例。该接收器4也可以在按照图1的太阳能设备中使用。在图6的实施例中,与图2至5的实施例相对的元件具有相同的附图标记。因此为了解释这些元件也参阅上述说明。
空心型材10在该实施例中借助于保持盘25保持在套管13中。保持盘25是以两个部分的方式实施的。在安装状态下,保持盘25的半体插在空心型材10的横向侧面上和借助于螺纹件29锁止。保持盘25以其外轮廓与套管13的内壁匹配和由此位置准确地将空心型材10固定在套管中。在上部的区域中,保持盘25具有圆弓形的切口。它负责通过套管13入射的光和热辐射到太阳能电池12和空心型材10上的自由的光路。
保持盘25通过它们上部的、紧邻该切口的区域25'指状地包围空心型材10的上侧。尺寸如此地选择,即形成与空心型材的压配合。由此保持盘的上部的区域起用于太阳能电池12的夹持元件的作用。此外作为透明的压板30设置玻璃盘,其放置在太阳能电池12上并且跨越它的正面。它被夹持元件,在此次为保持盘25的指状式的区域25'的形状,压紧在太阳能电池12上并且将其压在空心型材10上,由此负责在太阳能电池12和空心型材10之间的良好的和可靠的传热。Z为了避免应力,最好在压板30和太阳能电池12之间设置同样透明的填料31。应该指出的是,透明的压板30不限于该实施例,而是也可以在其他的实施例中设置。
在图7a-c中示出翅片20的其他的细节实施例。在图7a中在图3中示出的第二实施例的示例下示出空心型材10的俯视图,而图7b示出纵截面图和图7c示出通过空心型材10的横截面图。可以看见布置在圆形缺口27'中的太阳能电池12。翅片20实施成圆弧段和梳子样地在各太阳能电池12的下面的位置处向突入到空心型材10中。翅片20在载热流体11的流动方向上看间断地布置。在它们之间存在没有翅片的区域。此外翅片20在其末端区域中具有侧面的凸起20'。通过该内腔流动的载热流体11通过间断地布置的翅片20形成漩涡。此外通过侧面的凸起20'产生附加的紊流。由此产生载热流体11的混合,其与常规地形成的层流相比,显著改善传热和排热。通过由此改善的排热,不仅提高效率而且实现太阳能电池12的更好的冷却。应该明白,翅片20也可以在其他的实施方式中设置。
在图8a,b中示出具有多个太阳能电池12的板的侧视图以及俯视图。太阳能电池12布置在由铜材料制成的传导结构32上。它负责太阳能电池12的电接触和有利的传热以便进行冷却。传导结构32经由一个薄的绝缘层33布置在衬底34上,衬底最好由导热好的金属制成,如铜或铝或耐热的陶瓷材料。
·太阳能电池12双排地布置在底板34上,在这些排之间具有分离条35。在分离条35上方的和与其直接相对置地在分离条35下方各有一个太阳能电池12,它们各组合成一对(参见在图8b中的虚线)。各形成一对的太阳能电池(在此处两个)被并联起来,而这些对在超过太阳板的长度上被串联起来。为了电连接,由此在每个端部处设置连接极（连接端子）36。由于成对地并联,实现大的遮荫公差（耐荫性）。由此也可以由可以成本有利地制造的并且简单加工或安装的较小的太阳能电池形成有效的大的太阳能板。太阳能板在至少一个侧面上具有加宽部40。它用作夹持元件16或它的指状体25'的支承面,以便更好地压紧在空心型材10上。
在图9中示出空心型材,电池和光束操纵元件(菲涅耳透镜21)的固定的布置。示出的三个菲涅耳透镜21被支撑在多个柱子37上,它们通过其脚部布置在空心型材10上。设置三个集中器-太阳能电池,它们分别具有一对并联的太阳能电池12。为每对太阳能电池12设置一个旁路二极管38。它构造成用于,在两个太阳能电池12的不均匀的照射情况下防止被较弱照射的太阳能电池12的反向电流负载。为了在此情况下可靠地排出产生的热损失功率,旁路二极管38布置在与该对太阳能电池12相同的载体衬底上。最好为此无壳体地安装上旁路二极管。为了针对入射光辐射进行保护,可以设置盖板39或旁路二极管布置在离开焦点的地方,在此处只需要考虑很小的辐射(散射光)。由此形成紧凑的并且牢固的布置。
Claims (24)
1.用于布置在具有线形地聚焦的反射镜元件(3)的太阳能收集器(1)的聚焦线中的接收器(4),它包括伸长的、带有用于载热流体的输送管道(11)的空心型材(10)和布置在空心型材(10)的一侧上的、用于将太阳辐射转换成电能的太阳能电池(12),其中,太阳能电池(12)和空心型材(10)导热地连接,
其特征在于,
空心型材(10)与布置在其上的太阳能电池(12)一起以这样的方式布置在透明的套管(13)中,即在套管(13)和太阳能电池(12)之间布置至少一个光束操纵元件,其中,接收器(4)的空心型材(10),太阳能电池(12),套管(13)和光束操纵元件的位置相互间是固定的。
2.根据权利要求1所述的接收器,
其特征在于,
作为光束操纵元件,设置集中器元件(21),其用于将线形地聚焦地射到接收器(4)上的太阳辐射集中到沿着聚焦线的各单个的聚焦点上。
3.根据权利要求1所述的接收器,
其特征在于,
作为光束操纵元件,设置分束器(23),它将入射的太阳辐射分裂成不同的波长并且分别转向到关于该不同的波长被优化的太阳能电池(12)上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的接收器,
其特征在于,
在空心型材(10)和套管(13)之间的区域是抽真空的或用惰性气体填充,其中,空心型材(10)和/或套管(13)最好是由玻璃制成的。
5.根据前述权利要求中任一项所述的接收器,其特征在于,
在套管(13)的两个端部处设置用于用气体冲洗的接头(41)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的接收器,其特征在于,
在空心型材(10)的与太阳能电池(12)背离的一侧上在空心型材(10)和套管(13)之间设置反射器,用于将源于空心型材(10)的热辐射和/或光束操纵元件的泄漏辐射反射到套管(10)上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的接收器,其特征在于,
至少一个光束操纵元件与套管(13)一体地构造成。
8.根据前述权利要求中任一项所述的接收器,其特征在于,
空心型材(10)的热线膨胀被如此调整,即它在数值上约等于套管(13)的热线膨胀,其中,作为用于空心型材的材料最好使用石墨。
9.根据前述权利要求中任一项所述的接收器,其特征在于,
空心型材(10)半圆柱体形地或马蹄形地构造成。
10.根据前述权利要求中任一项所述的接收器,其特征在于,
设置至少一个用于将空心型材(10)定位在套管(13)中的保持盘(25),其外轮廓匹配于套管(13)的内壁,其中,保持盘(25)最好在其指向反射镜元件(3)的一侧处具有一个切口。
11.根据前述权利要求中任一项所述的接收器,其特征在于,
在空心型材(10)处构造有凹部(27)或凸起(26),用于形状配合连接地容纳太阳能电池(12)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的接收器,其特征在于,
设置至少一个张紧元件,最好为夹持元件(15)的结构形状,该张紧元件如此地抓持空心型材(10)和至少一个太阳能电池(12),即至少一个太阳能电池(12)被压紧在空心型材上。
13.根据权利要求12所述的接收器,
其特征在于,
张紧元件在其作用于太阳能电池(12)上的区域中具有多个指状体(25'),借此指状体将太阳能电池(12)压向空心型材(10)。
14.根据权利要求12或13所述的接收器,
其特征在于,在张紧元件和太阳能电池(12)之间布置透明的和抗弯的压板(30),它跨越太阳能电池(12)的正面。
15.根据前述权利要求中任一项所述的接收器,其特征在于,在安装太阳能电池(12)的衬底的至少一个横向边缘的外部设置加宽部(40),其中,加宽部(40)如此地构造成,即它形成用于张紧元件的不遮荫的定位面。
16.根据前述权利要求中任一项所述的接收器,其特征在于,
在太阳能电池(12)布置在空心型材(10)上所处于的区域中,在用于空心型材(10)的载热流体的输送管道(11)中设置翅片(20)。
17.根据权利要求16所述的接收器,
其特征在于,
翅片(20)间断地沿着载热流体(11)的流动方向布置,其中,它们最好刺样地或梳子样地实施。
18.根据前述权利要求中任一项所述的接收器,
其特征在于,
太阳能电池(12)是集中器光伏电池和/或热伏电池。
19.根据前述权利要求中任一项所述的接收器,
其特征在于,
布置在接收器的纵向延伸的横向上的两个或更多个太阳能电池(12)是成对地并联的并且这些对被串联起来。
20.根据权利要求19所述的接收器,
其特征在于,
为各一对太阳能电池(12)设置一个旁路二极管(38)。
21.根据权利要求20所述的接收器,
其特征在于,
旁路二极管(31)与所述太阳能电池(12)对一起最好直接地布置在一个公共的衬底上,其中,旁路二极管(38)最好无壳体地实施,其中,它此外最好通过在旁路二极管(31)和套管(13)之间安装的并且不与旁路二极管(31)连接的反射器(39)进行保护。
22.太阳能设备(1),具有线形地聚焦的反射镜元件(3),在它的聚焦线中布置接收器(4),其中,接收器(4)根据权利要求1至21中任一项构造成和如此地布置,即接收器(4)的太阳能电池(12)面对线形地聚焦的反射镜元件(3)。
23.根据权利要求22所述的太阳能设备,
其特征在于,
太阳能设备(1)包括斯特林发动机,有机朗肯循环(ORC)设备或热制冷机,其通过在接收器(4)中被加热的载热流体运行。
24.根据权利要求22或23所述的太阳能设备,
其特征在于,
太阳能设备(1)可单轴地或双轴地跟踪。
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