CN117917995A - 太阳能光学收集系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种包括光接收器和光集中器的集中器装置。光集中器被布置用于将光朝向光接收器上的第一焦点和第二焦点全方向集中。光集中器包括具有在光接收器上的第一焦点的第一聚光透镜和具有在光接收器上的第二焦点的第二聚光透镜，其中，第一和第二聚光透镜在光接收器周围圆周地间隔。公开了一种集中器装置，其包括限定流体路径的管道和能量收集系统，公开了能量收集系统与管道相关联并且被配置成集中从管道上的多个方位角和高度接收的热能并且加热流体路径的流体。还公开了一种用于将能量供应给传送介质的方法。集中器装置能够用于风力涡轮机、冷藏卡车和运输集装箱。

Description

太阳能光学收集系统

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2020年12月23日提交的标题为“太阳能光学收集系统(SOLAROPTICAL COLLECTION SYSTEM)”的美国临时申请No.63/130,187的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

所描述的实施例一般涉及用于收集太阳能的系统和技术，并且更具体地，涉及辐射集中和热收集系统。

背景技术

太阳能热系统能够收集太阳辐射以便将能量存储在传送介质中。传统的太阳能热系统体积庞大，并且严重依赖镜，由于镜上的退化和污染物积聚，该镜会损失反射和折射效率。传统系统可能不适合在太阳穿过日弧时捕获太阳辐射，如果不使用能量密集型跟踪设备的话。此外，这种系统的体积和重量会限制系统的安装和适应性。

发明内容

本发明的示例涉及太阳能光学收集系统，包括具有聚光透镜布置的光集中器装置、及其组件和制造方法。

在一个示例中，公开了一种集中器装置。集中器装置包括光接收器。集中器装置还能够包括光集中器，该光集中器被布置用于将光朝向光接收器上的第一焦点和光接收器上的第二焦点全方向集中。

在另一示例中，光集中器能够包括第一聚光透镜以引起第一焦点。此外，光集中器能够包括第二聚光透镜以引起第二焦点。在一些情况下，第一和第二聚光透镜能够在光接收器周围圆周地间隔。第一聚光透镜的第一侧能够比第一聚光透镜的第二侧更接近第一焦点。附加地，第二聚光透镜的第一侧能够比第二聚光透镜的第二侧更接近第二焦点。

在另一示例中，光集中器能够包括至少部分地围绕光接收器的透明材料。光接收器能够包括限定流体路径的管道。透明材料能够沿着流体路径定位。透明材料能够与在管道周围布置的多个折射表面相关联。在一些情况下，透明材料能够限定至少一个聚光平面。该至少一个聚光平面能够包括中点。多个折射表面能够协作以引起第一焦点和第二点，使得第一焦点或第二焦点中的一个或两个的焦轴与至少一个聚光平面的中点形成非直角。

在另一示例中，公开了一种集中器装置。集中器装置包括光接收器。集中器装置还包括第一聚光透镜，其第一焦点在光接收器上。聚光装置还包括第二聚光透镜，其第二焦点在光接收器上。第一和第二聚光透镜在光接收器周围圆周地间隔。

在另一示例中，集中器装置包括在光接收器周围的容纳第一聚光透镜和第二聚光透镜的透明材料。透明材料能够在光接收器与第一和第二聚光透镜之间限定部分真空空间。

在另一示例中，集中器装置能够包括第三聚光透镜，其第三焦点在光接收器上。第三聚光透镜能够与第一和第二聚光透镜在光接收器周围圆周地间隔。在一些情况下，第一、第二和第三聚光透镜协作以将光朝向光接收器全方向集中。

在另一示例中，第一和第二焦点在光接收器的不同位置上。此外，第一或第二聚光透镜中的一个或两个能够包括柱面杆透镜。例如，光接收器能够包括具有纵向轴线的管道并且柱面杆透镜沿着纵向轴线延伸。在一些情况下，柱面杆透镜包括多个折射表面，其适于共同引起第一或第二焦点中的一个或两个。

在另一示例中，公开了一种集中器装置。该集中器装置包括限定流体路径的管道。该集中器装置还包括能量收集系统，该能量收集系统与管道相关联并且被配置成集中从管道上的多个方位角和高度接收的热能并且加热流体路径的流体。

在另一示例中，能量收集系统能够包括透明材料。透明材料能够包括透明材料的光接收表面。透明材料还能够包括与光接收表面相对的透明材料的光出射表面。透明材料还能够包括并入光接收表面和光出射表面中的至少一个的多个折射表面。透明材料还能够包括连接光接收表面和光出射表面的第一侧。透明材料还能够包括与第一侧相对和对准的第二侧，第二侧连接光接收表面和光出射表面。

在另一示例中，多个折射表面能够将穿过透明材料的光引导到共同焦点。透明材料的第一侧能够比透明材料的第二侧更接近共同焦点。透明材料能够是至少半透明的。在一些情况下，多个折射表面的至少子集能够包括从透明材料的第一侧到透明材料的第二侧逐渐不同的折射角。

在另一示例中，能量收集系统能够包括布置在管道周围的第一部分。能量收集系统还能够包括可相对于第一部分移动的第二部分。能量收集系统还能够包括在第一部分与第二部分之间的聚光透镜的布置，其适于将从管道上的多个方位角和高度接收的热能集中。

在另一示例中，能量收集系统还能够包括在与管道相对的第一部分周围设置的获取机构。获取机构能够适于接收用于相对于第二部分移动第一部分的机械输入。在一些情况下，获取机构能够包括多个空气动力学叶片。第一和第二部分能够与管道的纵向轴线基本同心。

在另一示例中，公开了一种系统。该系统包括风力涡轮机。该系统还包括集中器装置，诸如本文描述的集中器装置中的任一个。集中器装置与风力涡轮机一起安装。

在另一示例中，公开了一种系统。该系统包括冷藏卡车。该系统还包括集中器装置，诸如本文描述的集中器装置中的任一个。集中器装置与冷藏卡车一起安装。

在另一示例中，公开了一种系统。该系统还包括集中器装置，诸如本文描述的集中器装置中的任一个。集中器装置与运输集装箱(shipping container)一起安装。

在另一示例中，公开了一种用于向传送介质供应能量的方法。该方法包括传导流体通过光接收器。该方法还包括通过以下方式将热能传送给流体：(i)将光从第一方向集中到光接收器上的第一焦点；(ii)当光从第一方向转变到第二方向时，将光从第二方向集中到光接收器上的第二焦点。

在另一示例中，流体能够包括传热介质。例如，流体能够包括水、乙二醇/水混合物、烃油、制冷剂/相变流体、有机硅、熔盐、分子太阳能热能存储、或基于沸石的热存储中的一个或多个。

在另一示例中，传导的操作能够包括使用泵建立通过光接收器的流体的压力梯度。

在另一示例中，第一焦点能够由第一聚光透镜引起。第二焦点能够由第二聚光透镜引起。第一和第二聚光透镜能够在光接收器周围圆周地间隔。

在另一示例中，该方法能够包括从与光接收器相关联的环境收集风能。收集能够包括使用风能引起能量收集系统的第一部分的运动。在一些情况下，第一部分能够包括在光接收器周围布置的透明材料。光能够在第一方向和第二方向穿越透明材料，从而使得光从第一方向集中到第一焦点并且光从第二方向集中到第二焦点。

除了上述示例性各方面和实施例之外，通过参考附图并通过研究以下描述，另外的方面和实施例将变得显而易见。

附图说明

图1示出了现有技术菲涅耳透镜的顶视图。

图2示出了根据本公开的聚光透镜的示例的侧视图。

图3示出了根据本公开的聚光装置的示例的侧视图。

图4示出了根据本公开的聚光装置的示例的侧视图。

图5示出了根据本公开的聚光装置的示例的侧视图。

图6示出了根据本公开的聚光透镜的示例的侧视图。

图7示出了根据本公开的聚光透镜装置的示例的侧视图。

图8示出了其上形成有超光学器件的表面的示例扫描电子显微镜图像。

图9示出了包括太阳能光学收集系统的集中器装置的示例系统的等距视图。

图10示出了沿图9的线10-10截取的图9的集中器装置的剖视图。

图11A示出了图10的集中器装置的透镜的详细视图11A-11A。

图11B示出了聚光透镜的一部分和透镜的相关联焦点的等距视图。

图12示出了包括传热介质的太阳能光学收集系统的示例集中器装置的剖视图。

图13示出了示例能量收集系统。

图14示出了包括集中器装置和风力涡轮机的示例系统。

图15示出了包括集中器装置和卡车的示例系统。

图16示出了包括集中器装置和运输集装箱的示例系统。

图17示出了用于向传送介质供应能量的流程图。

具体实施方式

以下描述包括体现本公开的各种元素的样本系统、方法和装置。然而，应当理解，所描述的公开内容能够以除了本文描述的那些形式之外的多种形式来实践。

以下公开内容描述了促进太阳辐射的收集和集中到传送介质中的系统和技术。能够提供包括集中器装置的太阳能光学收集系统以收集太阳辐射并且将热能传送到传热介质。样本传热介质能够包括水、乙二醇/水混合物、烃油、制冷剂/相变流体、有机硅、熔盐、分子太阳能热能存储、或基于沸石的热存储。集中器装置能够包括在传热介质周围布置的聚光光学透镜的布置。聚光透镜能够适于收集太阳辐射并且将辐射朝向传热介质引导和聚焦。传热介质接收聚焦的辐射并且将辐射存储为热能。传统的太阳能热系统通常受到太阳位置的限制，或者以其他方式包括用于物理操纵和移动整个传统系统的笨重、能量密集型的跟踪系统。

本公开的集中器装置能够通过提供能够收集与太阳的位置基本上无关的太阳辐射的系统来减轻这样的障碍。例如，集中器装置能够适于在太阳沿着日弧或穿过天空的其他路径行进时收集太阳辐射。能够在不移动收集太阳辐射的透镜或其他结构的情况下收集太阳辐射。

为了促进前述内容，集中器装置能够包括在传热介质周围定位的聚光透镜的布置。在一些情况下，聚光透镜的布置能够在传热介质周围圆周地间隔定位。当太阳位于第一位置时，该布置能够允许聚光透镜的第一子集收集太阳辐射。该布置还能够允许聚光透镜的第二子集在太阳沿着日弧行进并且进入到第二位置时收集太阳辐射。因此，透镜的布置能够被配置用于将光朝向传热介质全方向集中。因此，聚光装置能够有效地跟踪太阳，而无需移动收集和集中太阳辐射的设备的部件。因此能够减小聚光装置的体积和功耗。

在一个示例性实现方式中，热传送介质能够被保持在管道、管或其他导管内。管道能够限定用于传热介质的流体路径，诸如在接收基本上冷的传送介质的介质入口与发送基本上更热的传送介质的介质出口之间延伸。集中器装置的流体路径能够是流体循环系统的一部分，其中传热介质连续地循环以用于由装置加热，并且用于由系统的其他热部件(诸如热交换器)提取热量。能量收集系统能够与管道相关联以便将热能集中在管道上并且加热流体路径中的流体。能量收集系统能够将透镜的布置在流体路径周围定位和保持以便集中从太阳日弧的多个方位角和高度接收的热能。例如，能量收集系统能够包括第一部分和第二部分，该第一部分和第二部分将透镜的布置保持为基本上与流体路径同心。透镜能够被保持在第一和第二部分之间的环形空间中。

在一些情况下，第一和第二部分中的一个或两个能够适于相对于流体路径移动。例如，第二部分能够是允许相对于内部、第一部分自由旋转的外部部分。叶片、翅片和/或其他空气动力学部件能够附接到第二部分的外部表面。叶片能够共同限定获取机构，该获取机构能够便于外部、第二部分在接收到风时移动。由风引起的外部、第二部分的运动能够用于结合太阳能来捕获和存储能量。

通过使用光学透镜来收集和集中太阳辐射能够部分地促进集中器装置的基本上轻质的设计。光学透镜的重量比传统太阳能热系统中使用的笨重的镜轻。对于给定的占地面积，光学透镜还能够比镜将更集中的太阳辐射传送到传热介质。这能够允许减小集中器装置的总体尺寸。进而，本公开的集中器装置能够适于安装在更广泛的位置，包括将集中器装置安装在建筑物或其他预先存在的结构的屋顶上，这能够有利于现有基础设施的实现。集中器装置还能够适于与多种其他应用一起安装，包括与风力涡轮机、卡车和/或运输集装箱一起安装。

与集中器装置一起使用的一种示例性透镜包括马多克斯杆/透镜。该透镜能够实现折射光学器件设计以捕获太阳能并且将其聚焦到热传送介质上。如下文更详细描述的，还能够使用菲涅耳透镜及其变体。透镜能够被聚焦为双非球面凸/平面圆柱以便在接收介质中产生扩展的焦深(EDOF)效果。在一些情况下，透镜的焦距能够调整为15毫米至25毫米。此外，能够使用大气吸收后的太阳光光谱针对通过基本上在400nm至1,600nm之间的可见光和IR范围的各种太阳光入射角和波长来校准焦距。例如，能够将透镜调整为对于给定的太阳光波长具有期望的焦距，诸如调整为对于543nm波长具有15.0mm的有效焦距。这能够允许集中器装置被校准到特定的波长值并且适合于捕获跨宽范围的波长和入射角的太阳能。

应当理解，多种不同的透镜能够与本文描述的集中器装置一起使用。作为一个示例，菲涅耳透镜能够用于太阳能收集器以通过折射来集中光线。传统的菲涅耳透镜近似于曲面透镜，但材料较少。因此，菲涅耳透镜的重量小于对应的曲面透镜。在一些情况下，菲涅耳透镜将平行射线聚焦到焦点。通常，菲涅耳透镜包括平坦侧和倾斜侧。倾斜侧包括形成折射表面的倾斜小面，其近似于透镜的曲率。通常，小面越多，曲面透镜的近似度就越好。

一般来说，所有通过菲涅耳透镜的光都会集中到单个点。因此，菲涅耳透镜的表面积越大，越多的光会集中到单个点。表面积较大的菲涅耳透镜通常具有较长的焦距，因为穿过菲涅耳透镜的侧面的光线将聚焦到与穿过菲涅耳透镜中心部分的光线所经过的焦点相同的焦点，但是穿过侧面的光线必须比穿过中心的光线行进更长的距离。因此，作为一般规则，菲涅耳透镜的表面积越大，到焦点的焦距越长。这部分是由于菲涅耳透镜的对称性导致的。根据这个一般规则，随着表面积的增加，菲涅耳透镜被放置在距焦点更远的距离，占用更多的空间。

出于本公开的目的，术语“对准”意味着平行、基本上平行或形成小于35.0度的角度。出于本公开的目的，术语“横向”意指垂直、基本上垂直或形成55.0度与125.0度之间的角度。此外，出于本公开的目的，术语“长度”是指物体的最长尺寸。此外，出于本公开的目的，术语“宽度”是指物体从一侧到另一侧的尺寸。通常，物体的宽度横向于物体的长度。为了本说明书的目的，聚光平面通常指平行于轴的射线被偏离以集中到焦点的平面。为了本说明书的目的，焦轴是穿过聚光平面和共同焦点的中点的轴线。

现在将参考附图，附图有助于说明本公开的各种特征。以下描述是为了说明和描述的目的而提出的。此外，描述并不旨在将发明各方面限制于本文所公开的形式。因此，与以下教导以及相关领域的技术和知识相称的变化和修改在本发明各方面的范围内。

图1描绘了菲涅耳透镜100的现有技术示例。这里，菲涅耳透镜100包括大体平坦的光接收表面102。菲涅耳透镜100的光出射侧104与光接收表面102相对并且与其对准。光出射表面104包括形成折射表面的多个斜面106。大致垂直于平坦光接收表面102的光进入光接收表面而没有大量的折射(如果有的话)。光出射表面104上的折射表面将光折射向焦点110。菲涅耳透镜100大体对称，其中透镜的第一侧112和第二侧114与焦点110基本上等距。通过菲涅耳透镜的侧区域116传输的折射光比在菲涅耳透镜110的中心区域118处的未折射光具有行进到焦点110的更远的距离。

菲涅耳透镜100的表面积由菲涅耳透镜100的长度和宽度确定。在现有技术菲涅耳透镜的描述中，仅示出了菲涅耳透镜100的宽度120。

图2描绘了聚光透镜200的实施例。在一些示例中，聚光透镜是菲涅耳透镜，但是图2中描绘的原理能够适用于其他类型的聚光透镜。

聚光透镜200包括光接收表面202和光出射表面204。光接收表面202通常是平坦的，并且光出射表面204包括多个斜面206，这些斜面206形成影响射出透镜200的光线的方向的折射表面。每个折射表面被聚焦以将光引导到单个焦点210。

聚光透镜200的第一侧212将光接收表面202与光出射表面204连接。聚光透镜200的第二侧214与第一侧212相对并且将光接收表面202与光出射表面204连接。在该示例中，第一侧212比第二侧214更接近焦点210。在该示例中，聚光透镜200具有基本平坦的光接收表面202；因此，聚光透镜200倾斜一定角度。此外，第一侧212位于比聚光透镜200的第二侧214距焦点更大的垂直距离或仰角处。

聚光透镜200能够相对于水平面倾斜任何适当的角度。例如，聚光透镜200能够倾斜至少5度、至少10度、至少15度、至少20度、至少25度、至少30度、至少35度、至少40度、至少45度，至少50度、至少55度、至少60度、至少65度、至少70度、至少75度、至少80度、至少85度的角度，或至少另一个适当的角度，或其组合。

聚光透镜200能够由至少部分透明的材料形成。在一些示例中，聚光透镜200的材料能够具有以下特性：具有至少20％的总透射率、至少30％的总透射率、至少40％的总透射率、至少50％的总透射率、至少60％的总透射率、至少70％的总透射率、至少80％的总透射率、至少85％的总透射率、至少90％的总透射率、至少95％的总透射率、另一个适当的总透射率、或其组合。在一些示例中，聚光材料能够是玻璃、塑料、树脂、金刚石、蓝宝石、陶瓷、另一种类型的材料、或其组合。

当光进入接收表面202时，当进入或接收到的光不垂直于光接收表面204时，光会被折射。由于入射光与光接收表面202之间的相对角度，通常朝向焦点行进但未聚焦在焦点上的基本平行的光线能够被折射。在光接收表面202处发生的这种折射能够是使自然光线218弯曲成部分折射光线220的光线的第一折射角216。斜面206与部分折射光线220的相对角度能够使部分折射光线220弯曲成在焦点上的聚焦光线222。因此，光能够在多个点处折射，同时仍然在朝向焦点的大致方向上行进。

对于进入平坦光接收表面202的那些大致平行的光线，光以相同的角度折射以形成部分折射光线。部分折射光线穿过透明材料并且被包含在透明材料内。当这些部分折射光线离开透明材料时，部分折射光线被折射成被引导到焦点的聚焦光线。从部分折射光线到聚焦光线的转变形成第二折射角224。第二折射角224能够基于透明材料的光出射表面上的斜面的角度形成。从光透明材料的第一侧到光透明材料的第二侧，斜面的角度能够逐渐增大以将沿着聚光透镜的长度的每条光线聚焦到焦点。因此，折射角能够根据光线相对于聚光透镜的横截面长度的位置而不同。对于一些斜面206，第二折射角224能够大体上垂直于部分折射光线220，从而仅导致较小的折射以形成聚焦光射线222。然而，在光出射表面204的其他部分中，斜面206与部分折射光线220之间的相对角度能够是锐角或钝角以强制更大的折射校正以形成聚焦光射线222。附加地，斜面206的相对角度能够相对于光接收表面202相对于水平面的总体所需角位置进行调节以将接收到的光引导到所需焦点210。

在所描绘的示例中，接近聚光透镜200的第一侧212的第一斜面226提供较小的折射调整以形成聚焦光射线222。每个斜面206在方向上从第一侧212到第二侧214逐渐形成更明显的角度，这引起部分折射光线220与聚焦光线222之间更大的角度变化。例如，接近聚光透镜200的第二侧214的最远斜面228能够形成与部分折射光线220的陡峭锐角230，导致更大的第二折射角224。在一些示例中，接近聚光透镜的第一侧的斜面具有与聚光透镜的第二侧的斜面不同的折射表面角，但这些斜面中的每一个都将聚焦光线引导到相同的焦点210。

第一折射角216能够是任何适当的角度。例如，能够与第一折射角兼容的角度的非详尽列表能够包括小于90度、小于60度、小于50度、小于45度、小于40度、小于35度、小于30度、小于25度、小于20度、小于15度、小于10度、小于5度、或小于另一个适当角度的角度。

任何单个斜面的第二折射角224能够是任何适当的角度。例如，能够与斜面的折射角兼容的角度的非详尽列表能够包括小于90度、小于60度、小于50度、小于45度、小于40度、小于35度、小于30度、小于25度、小于20度、小于15度、小于10度、小于5度、或小于另一个适当角度的角度。

第二折射角224能够受到第一折射角216和每个斜面206相对于焦点所预期的相对横向距离的影响。例如，许多斜面能够在部分折射光线220与聚焦光射线222之间形成负角。另一方面，其他斜面能够被定向成在部分折射光线220与聚焦光射线222之间形成正角。

在所描绘的示例中，聚光透镜200的第一侧212比聚光透镜200的第二侧214更接近焦点210。结果，聚光透镜200关于焦点偏移或不对称地定向。因此，每个斜面206都成一定角度以将每条光线不对称地聚焦到偏心的焦点210。

使聚光透镜200相对于焦点以一定角度定向的一个优点是能够将更多具有相同表面积的聚光透镜安装到相同的占地面积中。例如，成角度的聚光透镜能够增加能够用于聚光的总表面积，因为附加的聚光透镜能够被包括在相同的占地面积内。随着表面积的增加，更多的光能够集中在更小的区域中，从而提高透镜的热效率。

在图2中，线232表示与由线234表示的图1中描绘的菲涅耳透镜的宽度相比的聚光透镜200的宽度。能够看出，线234比线232短，导致净宽度差delta(Δ)。这个附加的空间能够用于提供附加的聚光透镜。例如，如果倾斜的聚光透镜导致空间减少20％而提供相同量的聚光，则可以将第五个聚光透镜安装到先前仅安装四个聚光透镜的占地面积中。

在图2的示例中，光出射表面204包括斜面206并且光接收侧202通常是平坦的。然而，在可替选的示例中，光出射表面能够是大体平坦的并且光接收侧能够包括斜面。在又一可替选的示例中，光接收表面和光出射表面中的每一个能够包括斜面和大体平坦区域的混合。

图3描绘了聚光装置300的示例。在该示例中，集中器装置300包括光接收器302和具有多个聚光透镜的光集中器304。为了清楚起见，图3中未示出每个聚光透镜的具体透镜几何细节。光集中器304包括第一聚光透镜306，其第一焦点308在光接收器302上。第一聚光透镜306的第一侧310比第一聚光透镜306的第二侧312更接近第一焦点308。因此，第一聚光透镜306被偏移并且将光线聚焦到偏心的焦点。由于第一聚光透镜306在第一焦点308周围不对称地定位，所以第一聚光透镜的占地面积比在焦点周围对称地定向的传统菲涅耳透镜更小。

聚光装置300还包括第二聚光透镜314。在该示例中，第二聚光透镜314也关于第二焦点316非对称地定向。因此，第二聚光透镜314的第一侧318比聚光透镜314的第二侧320更接近第二焦点316。在该示例中，第二聚光透镜314相对于第一聚光透镜306横向定向。因此，第一和第二聚光透镜306、314形成非180度角。

第一和第二聚光透镜306、314之间形成的角度能够是任何适当的角度。在一些示例中，角度大于5度、大于10度、大于15度、大于20度、大于25度、大于30度、大于40度、大于45度、大于50度、大于60度、大于70度、大于80度、大于90度、大于100度、大于105度、大于110度、大于120度、大于130度、大于140度度、大于150度、大于160度、大于170度、大于另一个适当角度、或其组合。

在图3所示的示例中，第一焦点308和第二焦点316彼此间隔开一定距离。第一和第二焦点308、316能够以任何适当的距离间隔开。在一些示例中，第一和第二焦点306、316以小于1.0英寸、小于2.0英寸、小于3英寸、小于5英寸、小于7英寸、小于10英寸、小于15英寸、小于20英寸、小于25英寸、小于另一个适当的距离、或其组合的距离间隔开。在一些示例中，第一和第二聚光透镜306、314将光聚焦在光接收器302上的完全相同的点处。

在第一和第二聚光透镜306、314均偏移的那些示例中，倾斜透镜的占地面积减少是相加的。因此，更大量的光的好处能够是集中到更小的面积中的光接收器302。能够将附加的聚光透镜添加到光接收器302周围可用的自由空间，这增加了集中到光接收器302的光的总量。

在所描绘的示例中，多个聚光透镜形成锯齿形横截面。虽然图3中的示例描绘了每个聚光透镜被定向以形成对称的横截面，至少一个聚光透镜能够被定向使得它以与多个聚光透镜中的至少两个其他透镜不同的偏移角定向。此外，虽然图3中的示例描绘了具有相同长度或尺寸的聚光透镜中的每一个，在可替选的示例中，聚光透镜中的至少一个具有与其他聚光透镜中的至少一个不同的长度。

光接收器302能够是任何适当的物体或流体。在一个示例中，光接收器302是将光能转换成电能的太阳能电池。通过将更多的光聚焦在一个面积内的太阳能电池上，太阳能电池能够在同一面积内转换更多的电力。因此，能够在不增加太阳能电池和/或聚光装置的占地面积的情况下提高太阳能电池的生产率。在那些示例中，当聚光装置是太阳能发电场的一部分时，太阳能发电场能够在不增加太阳能发电场占地面积的情况下提高生产力。

在另一示例中，光接收器302能够是能够保持和/或承载气体或流体的管道或另一类型的导管。在一些示例中，流体是气体。在其他示例中，流体是水基液体和/或油基液体。单独的家庭、建筑物或社区能够使用聚光装置来加热水。这种被加热的水能够用于淋浴、洗碗机、洗衣机或其他基于家庭或基于工业的应用。在又一些示例中，水能够转化成蒸汽，蒸汽能够用于为涡轮机提供动力以发电。在又一示例中，被加热的水能够用于热交换器，该热交换器能够用于加热或冷却建筑物、发电、加热游泳池、加热人行道、加热车道或道路、调节建筑物内的气候、加热其他物体、调节其他物体的温度、或其组合。

在另一个实施例中，光接收器302能够是需要热能传送的任何物品。例如，光接收器能够是一件衣服；诸如屋顶、窗户或墙壁等建筑元素；帐篷表面；汽车表面；船面；或任何其他结构元素。附加地，集中器装置能够采用任何适当的尺寸以有效和高效地将热能传送到期望的物品。在一个实施例中，集中器装置包括多个光集中器透镜或光集中器透镜阵列。光集中器透镜能够是能够被结合到任何环境中(包括衣服)的透镜微阵列。

图4描绘了集中器装置400的示例。在该示例中，集中器装置400包括相对于彼此以偏移角交替的聚光透镜402。在该示例中，每个偏移交替透镜402将光引导到光接收器406上的偏移焦点404。然而，在可替选的示例中，聚光透镜402能够将至少两个焦点引导到相同位置。

在所描绘的示例中，聚光透镜402与光接收器406之间的空间是封闭的。在一些示例中，该封闭空间407填充有控制光传输环境的惰性气体或其他气体。在这些示例中，外壳能够防止灰尘、碎片或其他光学干扰颗粒降低从聚光透镜402到光接收器406的光传输的效率。虽然该示例已经被描述为具有外壳，在可替选的实施例中，聚光装置不包括外壳并且空气或其他气体能够穿过聚光透镜与光接收器之间的空间。

在另一示例中，聚光透镜402与光接收器406之间的空间能够处于部分真空下。在该示例中，部分真空能够维持尽可能不受可能干扰光传输的气体分子阻碍，或者至少使气体量比周围环境条件的气体量减少的环境。光在真空中的传播速度比光在固体、液体或气体透明介质中的传播速度要快。光通过透明介质的减慢是能量传输的一种形式并且涉及物质原子对光能的吸收和再发射。一些光的能量在透明物质分子的吸收和再发射中损失了。在一些情况下，这种能量损失能够通过透明材料的温度升高来证明。

在地球表面很难实现完全真空。因此，在一些情况下，能够使用部分真空。为了产生至少部分真空，能够用真空泵去除至少部分由聚光透镜和光接收器形成的外壳中的空气以实现低于环境压力的减压环境，并且在一个示例中，小于1个大气压。外壳能够由任何适当类型的材料制成。能够使用的材料的非详尽列表包括不锈钢、铝、低碳钢、黄铜、高密度陶瓷、玻璃、丙烯酸、其他类型的材料、或其组合。

集中器装置400还能够包括保护性透明屏障408，其保护聚光透镜402免受可能降低聚光透镜透明度的碎片或其他至少部分不透明材料的影响。根据一个实施例，保护性透明屏障408能够被包括在本文公开的任何系统上，并且能够包括增加耐化学性、柔性、耐气候性和UV稳定性的涂层。在一个实施例中，透明屏障是脂肪族涂层，更具体地，脂肪族聚氨基甲酸酯涂层或脂肪族聚氨酯涂层。该涂层能够增加集中器装置400的表面的耐气候性能，并且防止雾气或其他能够降低集中器装置的效率和光透射率的模糊因素。光能够在有或没有折射变化的情况下穿过保护性透明屏障408。虽然图4中描述的示例是基本平坦的屏障，该屏障能够包括任何适当的形状或定向。

在所示的示例中，光接收器406还能够是承载动态或静态流体的管道。在一些情况下，光接收器406能够是具有保持热量的高热容量的材料。在光接收器406将热量传送到流动的动态流体的那些示例中，流体能够在其行进通过管道的内部时被加热。被加热的流体在离开光接收器406之后能够用于有用的应用。在一些情况下，光接收器是流体能够穿过的多孔材料。多孔材料能够增加流体的与流体的表面积以改进热传送。在又一些实施例中，光接收器406包括光接收器406内的多个管道和/或多个流体流动路径以增加热传送。

光接收器406能够是任何适当的颜色。在一些示例中，光接收器406包括黑色或至少暗表面以吸收光。可替选地，光接收器406能够是透明的以允许由聚光透镜聚焦的所有热能传送到本文包含的流体。

散热器能够并入到光接收器406中。散热器能够由导热材料制成，使得在光接收器406上的热点被最小化。一般来说，整个散热器的温度相对均匀，因为热量能够传播到整个材料。在一些情况下，散热器由金属或导热陶瓷制成。在又一些示例中，整个光接收器406由导热材料制成，其通过将来自焦点的热能散布到整个光接收器的材料来最小化热点。

隔热层410能够围绕光接收器以将热量保留在光接收器402中。隔热层410能够由任何适当的材料制成并且具有任何适当的厚度。在一些情况下，隔热层包括反射表面以进一步将热量偏转回到光接收器406中。

在一些情况下，热交换器412和/或吸收器能够并入到隔热层410中。热交换器412能够用于将光接收器406中的热量传送到生产应用。在一些示例中，热交换器412是通过传导传送热量的传导热交换器。这些类型的热交换器能够是并入到隔热层410中的金属。在其他示例中，热交换器能够通过对流传送热量。

虽然已经参考单个光接收器描述了所描绘的示例，但是聚光透镜能够将焦点投影到聚光装置内的多个光接收器上。

图5描绘了在第一聚光透镜504和第二聚光透镜506上方具有透明保护性屏障502的聚光装置500的示例。第一和第二聚光透镜504、506中的每一个将它们各自的焦点引导到光接收器510上的相同位置508。在该示例中，光接收器510是烹饪锅。光的热量能够用于在烹饪锅中烹饪食物。在该示例中，在聚光透镜504、506与光接收器510之间不存在封闭的外壳。

图6描绘了聚光透镜600的可替选的示例。在该示例中，聚光透镜600包括光接收表面602和光出射表面604。聚光透镜600的第一侧606连接光接收表面602和光出射表面604。聚光透镜600的第二侧608与第一侧相对并且还连接光接收表面602和光出射表面604。光出射表面604包括形成折射表面的斜面610。

光接收表面602包括将第一平坦表面612和第二平坦表面614分开的弯曲部611，第一平坦表面612和第二平坦表面614是连续的但仍然是单块材料。第一平坦表面612部分地限定第一焦平面，并且第二平坦表面614部分地限定第二焦平面。弯曲部611形成角度。结果，当平行光线进入光接收表面602时，进入第一平坦表面612的光线经历与进入第二平坦表面614的光线不同的折射变化。因此，与第一平坦表面612相对的倾斜表面具有与和第二平坦表面614相对的倾斜表面不同的折射角集合以将所有光线聚焦在单个焦点上。

弯曲部611能够形成任何适当的角度。例如，弯曲部能够形成小于5度、小于10度、小于15度、小于20度、小于25度、小于30度、小于35度、小于40度、小于45度、小于55度、小于65度、小于75度、小于90度、小于另一个适当的度、或其组合的角度。

虽然仅用第一和第二平坦表面描绘了该实施例，但是根据本文描述的原理能够使用任何数量的平坦表面。例如，光接收表面能够包括导致光接收表面的相对斜度变得越来越陡的第一弯曲部和第二弯曲部。

图7描绘了可替选的集中器装置700的示例。在该示例中，集中器装置700包括相对于彼此以偏移角交替的聚光透镜702，如上所述。在该示例中，每个偏移交替透镜702将光引导到光接收器706上的偏移焦点704。

光接收器706能够是光伏电池、衣服、容器、建筑构件等。如图7所示，光接收器706能够是形成被配置为容纳流体流的路径的一部分的管道。光接收器706能够从任何适当的源接收流体，诸如油、水、气体或其他类型的流体。该路径能够按路线使流体通过任何适当的路径。在所示示例中，路径的第一部分708形成在光接收器706中。路径的第二部分710部分地由交替的聚光透镜702限定。路径的第二部分710也能够部分地由透明材料限定，共同地限定流体路径。

透明材料712和聚光透镜702能够限定构成路径的第二部分710的空间。第一阀714能够控制进入路径的第二部分710的流体的流动，并且第二阀716能够控制离开路径的第二部分710的流体的流动。第二部分710内的流体压力能够足以减少第二部分710内的未填充空间，并且能够包括排出端口(未示出)或旨在消除能够影响集中器装置700的效率的任何气泡或其他杂质的其他特征。第二部分710内的每个光学边界能够引起至少少量的折射。此外，当液体的表面进入路径的第二部分710时能够发生折射，因为来自进入第二部分710的液体的惯性会导致表面角度动态变化。通过控制第二部分710内的流体压力使得不存在未填充的间隙，能够减少光学边界的数量并且能够控制它们的角度，并且液体形成第二部分710中的透镜的一体部分。

当流体处于路径的第二部分714中时，穿过透明材料712传输的太阳能能够加热流体。当流体到达路径的第一部分708时，由于太阳能集中在光接收器706上，流体的温度甚至能够升高得更多。以这种方式，能够在至少两个阶段中加热流体。

虽然上面的示例已经描述为倾斜表面位于聚光透镜的光出射表面上，但是在一些示例中，斜面被并入到光接收表面中。在这些类型的示例中，斜面被并入光接收表面和光出射表面这两者中。在其他示例中，斜面仅被并入光接收表面中。

可替选地，虽然已经在使用成角度的折射表面以可控地将光引导通过透镜到期望的物体上的背景下描述了上述示例，但是能够使用任何数量的光折射或改变的几何形状或表面来可预测地引导由光接收表面接收到的光。根据一个示例性实施例，根据本示例性系统，超光学器件能够用于可控地引导光，或者与太阳能板一起使用，用于加热，或者用于其他光聚焦目的。超光学器件能够包括一个或多个超薄的微小波导阵列，称为超表面，当可见光通过时至少会弯曲该可见光。图8示出了示例性超光学器件的扫描电子显微镜图像。如图8所示，如上所述，超光学器件透镜800能够形成为平板，可以形成或不形成用于多级加热的腔室。波导超表面能够由能够以高折射率强烈限制光的任何数量的材料制成，包括但决不限于二氧化钛、二氧化银或石墨烯。附加地，能够形成和组织或调节超表面以选择性地和精确地将接收到的光聚焦在期望的表面上。超表面能够使用任意数量的加成或减成方法形成，包括但决不限于图案化、干法或湿法蚀刻、电子束光刻和/或3D打印。因此，与传统的透镜系统相比，能够减少重量和厚度，同时提高效率。

虽然上面已经单独描述了本系统的各种用途和配置，但是能够组合每个系统和配置以创建混合系统。例如，图7所示的填充有流体的第二部分710能够与光伏光接收器706并入在单个系统中。根据该系统，流体能够在填充有流体的第二部分710中被加热，同时有效地将光传输和聚焦到光伏光接收器706。附加地，所述部件能够以各种配置和尺寸(从宏观水平到微观规模)组合以适用于任何数量的环境和目标，包括但不限于加热衣服、帐篷、建筑物和建筑构件、窗户、车辆、烹饪用具、热泵、消毒系统、和任何其他热能消耗系统。

本公开的聚光透镜能够更一般地在各种其他集中器装置和太阳能光学收集系统中实现。例如，聚光透镜能够在聚光装置中实现，该聚光装置适于集中从多个不同入射角接收到的太阳辐射。参考图9，示出了包括集中器装置920的示例系统900的等距视图。集中器装置920能够适于接收来自多个不同入射角的太阳辐射并且将太阳辐射集中到传热介质上。多个聚光光学透镜能够限定具有允许透镜的至少一个子集接收太阳辐射的集中器装置920的布置。这能够允许集中器装置920在太阳沿着日弧移动时接收太阳能。

通过示意性说明的方式，图9示出了相对于集中器装置920的太阳902。太阳902通常能够沿着日弧904在第一位置A和第二位置A’之间移动。当太阳902处于第一位置A时，太阳902能够沿着方向D₁发送太阳辐射。当太阳902处于第二位置A’时，太阳902能够沿着方向D₂发送太阳辐射。集中器装置920能够适于从第一方向D₁和第二方向D₂接收来自太阳902的太阳辐射，并且将太阳辐射引导和集中到保持在集中器装置920内的传热介质。太阳辐射能够无需移动或操纵集中器装置920的透镜和其他光学部件即可被接收。

集中器装置920在图9的示意图中示出并示出为具有大致圆柱形主体922。圆柱形主体922能够限定允许集中器装置920在集中器装置920的输入端924a与输出端924b之间引导传热介质的管道、管、导管或其他结构。在输入端924a处，集中器装置920能够接收输入流992a。在输出端924b处，集中器装置920能够发送输出流992b。

传热介质能够在输入端924处经由输入流992a被引入到集中器装置920。传热介质能够经由集中器装置920从太阳902接收热能。传热介质能够从太阳902接收集中形式的热能，而不管太阳902沿着日弧904的位置。为了说明，当太阳902处于第一位置D₁时，传热介质能够从太阳902接收热能。当太阳902处于第二位置D₂时，传热介质还能够从太阳902接收热能。在一些情况下，传热介质能够在沿着日弧904的太阳902的基本上任何位置处接收来自太阳902的热能。因此集中器装置920能够被配置为全天接收热能传送并且无需移动或以其他方式操纵集中器装置920的透镜或其他光学部件。

为了便于前述，集中器装置920包括外部构件930、内部构件940、和聚光透镜950的布置，如图10的剖视图所示。外部构件930能够是适于通过其接收热能的集中器装置920的第一部分。外部构件930包括外部构件第一表面932和外部构件第二表面934。外部构件930能够是透明或部分透明的结构，其接收穿过外部构件930的厚度的光，该厚度被限定在外部构件第一表面932和外部构件第二表面934之间。外部构件930能够是基本上圆柱形的部件并且限定沿着集中器装置920的轴线延伸的管或管道。

内部构件940能够是集中器装置920的适于围绕传热介质的第二部分。第二部分能够是接收来自围绕的光学透镜的太阳辐射的光接收器。例如，内部构件940包括、限定或关联于限定内部体积946的管道或管。内部构件940包括内部构件第一表面942和外部构件第二表面944。内部构件第一表面942和外部构件第二表面944能够限定管道的相对表面，例如，其中限定有内部体积。

在一个示例中，构件940能够至少部分地由铜管形成。作为一个示例，铜管能够降低系统的总体成本，同时提供适于将能量传送到体积中的传热介质的吸热特性，诸如具有约386.0W/mC的导热率。铜管能够涂有专为高温设计的油漆。一种示例油漆包括由马萨诸塞州埃弗雷特的Dampney公司制造的系列涂料。在这方面，内部构件940能够是基本上耐热的，诸如耐热高达500华氏度或更高的温度。涂层还能够被施加到外部构件930的选定部分，这能够适合于给定的应用。

在图10的示例中，外部构件930和内部构件940被示出为基本上同心的部件。环形区域936能够基本上被限定在外部构件930和内部构件940之间。环形区域936能够可选地处于真空或部分真空下。尽管图10中示出的环形区域936作为关于集中器装置920的纵向轴线基本对称，但是本文中也考虑其他形状和布置。例如，内部构件940和外部构件930中的一个或两个能够成形为线圈，诸如紧密线圈。线圈能够缠绕并延伸到线圈的中心以减少热能逸出。作为一个示例，线圈能够是使用可打印不锈钢的3D打印线圈。示例材料包括由伊利诺伊州埃尔金的Uddeholm USA分销的产品。在这方面，环形区域936能够是被限定在内部和外部构件930、940之间的任何适当的形状。

内部和外部构件930、940能够适于将透镜950的布置保持在其间。例如，内部和外部构件930、940能够适于将透镜950的布置保持在环形区域936内。参考图10，示出了说明性第一聚光透镜950a，其具有透镜第一表面952a和透镜第二表面954b。透镜第一表面952a能够与外部构件930相关联。例如，透镜第一表面952a能够布置为邻近或以其他方式基本上面向外部构件930。透镜第二表面954a能够与内部构件940相关联。例如，透镜第二表面954a能够布置成邻近或以其他方式基本上面向内部构件940。

第一聚光透镜950a能够广泛地被配置为在透镜第一表面952a处接收穿过外部构件930的太阳辐射。第一聚光透镜950a能够是折射透镜，诸如本文描述的任何透镜。第一聚光透镜950a能够更一般地被配置为接收太阳辐射并且将太阳辐射引导到透镜第二表面954a，其中太阳辐射被朝向内部构件940发送。太阳辐射能够经由其传播穿过第一聚光透镜954a而被集中。作为一个示例，透镜第二表面954a能够限定多个折射表面，当从第一聚光透镜950a发送辐射时，这些折射表面将太阳辐射引导向公共焦点。在其他情况下，透镜第二表面954a能够包括一个或多个基本上平滑的或以其他方式连续的和波状外形的表面，其将光朝向公共焦点转移以集中在内部构件940上。在本示例中，太阳辐射从透镜第二表面954a并且朝向第一焦点956a传播。第一焦点956a能够基本上被限定在内部构件940上，如图10所示。在其他情况下，第一焦点956a能够基本上被限定在内部构件940的主体内，包括在内部体积946内。第一焦点956a能够基于第一聚光透镜950a的有效焦距来调节。能够使用约15mm到25mm的焦距。

聚光透镜950的布置能够包括任何适当数量的聚光透镜以便于促进将光全方集中在内部构件940或光接收器上。例如，聚光透镜950能够在内部构件940周围定位，诸如在内部构件940的圆周周围定位。在一些情况下，聚光透镜950能够在内部构件940周围基本均匀地圆周地间隔。这种布置能够允许聚光透镜950的子集在太阳行进穿过日弧904时接收来自太阳902的太阳辐射，因为对于太阳902沿着日弧904的给定位置，聚光透镜950中的至少一个或多个基本上直接面向太阳902。在这方面，应当理解，任何适当数量的聚光透镜950能够与集中器装置920集成以便捕获来自太阳902的各种不同方位角和高度的太阳辐射。在所示的示例中，设置了20个聚光透镜。然而，在其他情况下，能够设置更多或更少的透镜，诸如在内部构件940周围设置至少30个透镜、至少50个透镜、至少70个透镜、至少100个透镜、或更多。

聚光透镜布置的每个透镜能够适于将光朝向内部构件940上或邻近内部构件940的焦点集中。该布置的每个聚光透镜能够具有相应的焦点。为了说明的目的，第二聚光透镜950b被示出为具有透镜第一表面952b和透镜第二表面954b。第三聚光透镜950c被示出为具有透镜第二表面952c和透镜第二表面954c。第二和第三聚光透镜950b、950c能够基本上类似于第一聚光透镜950a。第二聚光透镜950b能够适于收集光和将光朝向第二焦点956b引导。第三聚光透镜950c能够适于收集光和将光朝向第三焦点956c引导。

第一、第二和第三焦点956a、956b、956c能够各自是光接收器或内部构件940上的不同点。例如，第一、第二和第三焦点956a、956b、956c能够在内部构件940周围圆周地间隔，其通常对应于聚光透镜的圆周间距。在其他情况下，一个或多个聚光透镜能够被布置成使得聚光透镜的一个或多个或全部焦点彼此重叠。

图11A示出了聚光透镜950a的详细视图11A-11A。聚光透镜950a包括透镜主体951a。透镜主体951a能够限定基本上柱面杆透镜。杆透镜包括限定在透镜第一表面952a上的表面轮廓S1。杆透镜包括限定在透镜第二表面954a上的表面轮廓S2。通过将杆透镜建模为双圆锥或类似类型的表面，能够针对太阳辐射集中来优化第一和第二表面轮廓S1、S2。与旋转对称圆锥表面相比，双圆锥表面在x和y方向具有带有不同的曲率和圆锥参数的两个更多的自由度。因此，表面轮廓S1、S2能够以类似于校正初级像差(诸如球面像差)、慧差和初级像散、以及次级像散的方式来调节。在一些情况下，能够使用半马多克斯光学结构。附加地或可替选地，表面轮廓S1、S2中的一个或两个能够包括多个折射表面，使得利用图1-8的聚光透镜进行描述。

相对于柱面杆透镜的示例，图11B呈现另一个聚光透镜950’的等距视图。在图11B的示例中，第一表面轮廓S1由基本上柱面部分953限定。此外，第二表面轮廓S2由与基本上柱面部分953相对的突出部分955限定。在一些情况下，突出部分955能够被调节以朝向焦轴956发送辐射。例如，突出部分955能够限定一个或多个折射表面，其引导光以会聚在焦轴956上。

图11B还示出了具有轴向面959的聚光透镜950’。多个聚光透镜能够沿着集中器装置的轴线彼此布置。在一些情况下，聚光透镜能够端对端地连接，其中聚光透镜950’的轴向面959与另一个聚光透镜的轴向面接合。这对于限定沿着包含传热介质的管道或其他光接收器的整个延伸段的焦轴的轴向长度能够是有益的。聚光透镜950’还能够包括圆周面958。如本文所述，聚光透镜能够在光接收器周围圆周地布置。就此而言，聚光透镜950’能够与其他透镜并排连接，并且其圆周面与另一个聚光透镜的圆周面接合。

参考图12，示出了系统1200，其包括集中器装置1220的剖视图。系统包括处于第一位置A和第二位置A’的太阳1202。第一和第二位置A、A’能够沿着日弧1204布置。太阳1202在第一位置A中沿第一方向D₁发送太阳辐射。太阳在第二位置A’中沿第二方向D₂发送太阳辐射。集中器装置1220能够基本上类似于上面参考图9-11B所述的集中器装置920并且包括：外部构件1230、外部构件第一表面1232、外部构件第二表面1234、真空1236、内部构件1240、内部构件第一表面1242、外部构件第二表面1244、流体体积1246、聚光透镜1250、透镜第一表面1252、透镜第二表面1254、和焦点1256；为了清楚起见，省略了多余的解释。

图12示出了集中器装置，其包括内部构件1240的流体体积1246内的传送介质1260。传送介质1260能够是被配置为通过集中器装置1220接收热能并且存储热能以供后续使用的任何适当的流体。例如，传送介质1260在进入集中器装置1220时能够具有初始较低的温度。传送介质1260能够接收流体体积1246内的热能。不管太阳1202沿着日弧1204的位置如何，传热介质1260都能够接收热能。例如，当太阳1202处于第一位置A时，聚光透镜的布置协作以接收能量并且将能量朝向流体体积1246和保持在其中的传送介质1260集中。此外，当太阳1202处于第二位置A’时，聚光透镜布置协作以接收能量并且将能量朝向流体体积1246和传送介质1260集中。进而，传送介质1260能够在具有升高的温度的情况下离开集中器装置1220，诸如是从进入集中器装置1220时的传送介质的温度升高的温度，包括显著升高的温度。传热介质1260能够随后被按路线传送到热系统的其他部件以从传热介质1260提取能量。作为一个示例，传热介质1260能够被按路线传送到热交换器，其中来自传热介质1260的能量被用于加热家庭供水。虽然许多流体是可能的并且本文考虑到，但是样品传送介质包括：水、乙二醇/水混合物、烃油、制冷剂/相变流体、硅树脂、熔盐、分子太阳能热能存储、或基于沸石的热存储中的一种或多种。

在一些示例中，本公开的各种集中器装置能够被并入到能量收集系统中，该能量收集系统可操作以从多个不同的能量源收集能量。例如，集中器装置能够被并入到适于收集太阳能和风能这两者的能量收集系统中。能够用同一装置基本上同时捕获太阳能和风能。这能够增强系统的能量收集密度，同时减少整个系统的占地面积。

参考图13，示出了示例能量收集系统1300。能量收集系统1300被配置为捕获太阳能和风能。关于太阳能捕获，能量收集系统1300包括集中器装置1320。集中器装置1320能够基本上类似于集中器装置920和1220并且包括：外部构件1330、外部构件第一表面1332、外部构件第二表面1334、真空1336、内部构件1340、内部构件第一表面1342、外部构件第二表面1344、流体体积1346、透镜1350、透镜第一表面1352、透镜第二表面1354、焦点1356和传送介质1360；为了清楚起见，本文省略对其的多余解释。

尽管有前述相似之处，系统1300还包括适于收集风能1302的获取机构1310。获取机构1310能够与集中器装置1320的外部构件1330相关联并且通常能够随着风1302的运动而旋转。例如，集中器装置1320能够被构造成使得外部构件1330可相对于内部构件1340移动。在一些情况下，外部构件1330能够相对于内部构件1340浮动。在这方面，获取机构1310能够与外部构件1330集成以收集风能1302并且促进外部构件1330的运动。外部构件1330的运动进而能够用于生成用于电力存储的电流。

为了促进前述内容，获取机构1310包括多个叶片1312，诸如图13中所示的第一叶片1312a和第二叶片1312b。多个叶片132能够在外部构件1330周围圆周地间隔。叶片1312中的一个或多个或全部能够是空气动力学叶片，其被配置为在接收到穿过其的气流时生成升力。在图13的示例中，第一叶片1312a包括在叶片远端1316和叶片近端1314之间延伸的叶片主体1318。叶片主体1318能够限定空气动力学形状。叶片近端1314能够从外部构件1330延伸。叶片远端1316能够是叶片1312a的自由端。叶片近端1314能够刚性地固定到外部构件1330。在这方面，叶片1312的移动能够引起外部构件1330的移动。外部构件1330的运动能够用于生成能够被存储以供后续电力消耗的电流。当获取机构1310收集风能1302时，聚光透镜的布置能够继续提供在光接收器上的全方向聚光。

本公开的集中器装置的基本上轻质和紧凑的设计能够增强集中器装置安装在各种位置的适应性。例如，集中器装置能够利用现有的基础设施来安装在接收足够太阳辐射的位置。这能够通过避免建造新的、独立的设施以降低安装成本来支持集中器装置。

参考图14，示出了示例系统1400，其包括安装有风力涡轮机1401的集中器装置1420。集中器装置1420能够是基本上类似于本文描述的集中器装置920和1220。例如，集中器装置1420能够利用聚光透镜的布置来促进光朝向光接收器全方向集中。就这一点而言，传送介质能够在传送介质入口1422处被引入到集中器装置1420。传送介质能够经由聚光透镜的布置来接收热能。传送介质能够在传送介质出口1424处具有升高的温度而离开集中器装置1420。

风力涡轮机1401能够是用于捕获风能的系统。集中器装置安装在风力涡轮机1401的结构上，从而利用风力涡轮机的占地面积和结构来捕获太阳能。在图14的示例中，风力涡轮机包括基座1402和从基座1402延伸的塔1404。塔1404能够具有塔表面区域1406。集中器装置1420能够与风力涡轮机1401一起安装在塔表面区域1406处。作为一个示例，集中器装置1420能够沿着塔1404的高度延伸；然而，其他配置也是可能的。在图14中进一步示出为具有电动机组件1408和叶片组件1410的风力涡轮机1401。

参考图15，示出了示例系统1500，其包括安装有卡车1501的集中器装置1520。集中器装置1520能够基本上类似于本文描述的集中器装置920和1220。例如，集中器装置1520能够利用聚光透镜的布置来促进光朝向光接收器全方向集中。在这点上，传送介质能够在传送介质入口1522处被引入到集中器装置1520。传送介质能够经由聚光透镜的布置接收热能。传送介质能够在传送介质出口1524处具有升高的温度而离开集中器装置1520。

卡车1501能够包括驾驶室1502和拖车1504。在一些情况下，卡车1501能够是具有制冷单元1508的制冷卡车。集中器装置1520能够安装在拖车1504的拖车顶表面1506上。在一些情况下，集中器装置1520能够与制冷单元1508集成以便帮助驱动热电冷却系统。例如，集中器装置1520能够用于驱动热电冷却系统，该热电冷却系统使用珀耳帖效应在两种不同类型的材料的接合处产生热通量。例如，能够使用珀耳帖冷却器，其中固态主动热泵将热量从设备的一侧传送到另一侧，同时消耗电能，这取决于电流的方向。此外，拖车顶表面1506的基本上平坦的轮廓能够为集中器装置提供合适的安装平台。

参考图16，示出了示例系统1600，其包括安装有运输集装箱1602的集中器装置1620。集中器装置1620能够基本上类似于本文描述的集中器装置920和1220。例如，集中器装置1620能够利用聚光透镜的布置来促进光朝向光接收器全方向集中。在这点上，传送介质能够在传送介质入口1622处被引入到集中器装置1620。传送介质能够经由聚光透镜的布置接收热能。传送介质能够在传送介质出口1624处具有升高的温度而离开集中器装置1620。集中器装置1620被示出为安装在集装箱顶表面1604上。

为了促进读者理解本文讨论的实施例的各种功能性，现在参考图17中的流程图，其示出了过程1700。虽然已经示出并且将讨论本文提出的方法的具体步骤(以及步骤的顺序)，但是与本文提出的教导一致的其他方法(包括比示出的那些更多、更少或不同的步骤)也被设想和包含在本公开中。

在操作1704处，流体被传导通过光接收器。例如并参考图12，传送介质1260被传导通过内部构件1240。内部构件1240能够是接收集中的太阳辐射的光接收器。传送介质1260能够包括水、乙二醇/水混合物、烃油、制冷剂/相变流体、硅树脂、熔盐、分子太阳能热能存储、或基于沸石的热存储中的一种或多种。传送介质1260能够通过循环泵传导通过内部构件。

在操作1708处，来自第一方向的光被朝向光接收器上的第一焦点集中。例如并参考图9和图12，来自第一方向D₁的光能够被朝向第一焦点956a集中。光或太阳辐射能够沿着第一方向D₁传播。太阳辐射能够由集中器装置920接收。太阳辐射被引导通过聚光透镜的子集，包括第一聚光透镜950a。第一聚光透镜950a能够包括一个或多个折射和/或轮廓表面以将辐射朝向第一焦点956a引导。第一焦点956a位于内部构件940上或邻近内部构件940以促进加热内部容积946内的传送介质。

在操作1712处，来自第二方向的光被朝向光接收器上的第二焦点集中。例如并参考图9和图12，来自第二方向D₂的光能够被朝向第二焦点956b集中。光或太阳辐射能够沿着第一方向D₂传播。太阳辐射能够由集中器装置920接收。太阳辐射被引导通过聚光透镜的子集，包括第二聚光透镜950b。第二聚光透镜950b能够包括一个或多个折射表面和/或轮廓表面以将辐射朝向第二焦点956b引导。第二焦点956b位于内部构件940上或邻近内部构件940以促进加热内部容积946内的传送介质。

其他示例和实现方式在本公开和所附权利要求的范围和精神内。例如，实现功能的特征还能够物理地位于各种位置，包括分布成使得部分功能在不同的物理位置实现。此外，如本文中所使用的，包括在权利要求书中，如在以“至少一个”开头的项目列表中使用的“或”指示析取列表，使得例如“A、B或C中的至少一个”的列表是指A或B或C或AB或AC或BC或ABC(即A和B和C)。此外，术语“示例性”并不意味着所述示例是优选的或优于其他示例。

出于解释的目的，前述描述使用特定术语来提供对所述实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，为了实践所述实施例并不需要具体细节。因此，本文描述的具体实施例的前述描述是为了说明和描述的目的而呈现的。它们的目的不是穷举实施例或将实施例限制为所公开的精确形式。对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。

Claims (25)

1.一种集中器装置，包括：

光接收器；以及

光集中器，所述光集中器被布置用于将光朝向所述光接收器上的第一焦点和所述光接收器上的第二焦点全方向集中。

2.根据权利要求1所述的集中器装置，其中，所述光集中器包括：

第一聚光透镜，所述第一聚光透镜引起所述第一焦点，以及

第二聚光透镜，所述第二聚光透镜引起所述第二焦点。

3.根据权利要求2所述的集中器装置，其中，所述第一和第二聚光透镜在所述光接收器周围圆周地间隔。

4.根据权利要求2所述的集中器装置，其中，所述第一聚光透镜的第一侧比所述第一聚光透镜的第二侧更接近所述第一焦点。

5.根据权利要求4所述的集中器装置，其中，所述第二聚光透镜的第一侧比所述第二聚光透镜的第二侧更接近所述第二焦点。

6.根据权利要求1所述的集中器装置，其中，所述光集中器包括至少部分地围绕所述光接收器的透明材料。

7.根据权利要求6所述的集中器装置，其中，所述光接收器包括限定流体路径的管道，所述透明材料沿着所述流体路径定位。

8.根据权利要求7所述的集中器装置，其中，所述透明材料与在所述管道周围布置的多个折射表面相关联。

9.根据权利要求8所述的集中器装置，其中，

所述透明材料限定至少一个聚光平面，所述至少一个聚光平面包括中点，以及

所述多个折射表面协作以引起所述第一焦点和所述第二点，使得所述第一焦点或所述第二焦点中的一个或两个的焦轴与所述至少一个聚光平面的所述中点形成非直角。

10.一种集中器装置，包括：

管道，所述管道限定流体路径；以及

能量收集系统，所述能量收集系统与所述管道相关联并且被配置成集中从所述管道上的多个方位角和高度接收的热能并且加热所述流体路径的流体。

11.根据权利要求10所述的集中器装置，其中，所述能量收集系统包括透明材料，所述透明材料包括：

所述透明材料的光接收表面；

所述透明材料的与所述光接收表面相对的光出射表面；

多个折射表面，所述多个折射表面被并入到所述光接收表面和所述光出射表面中的至少一个中；

第一侧，所述第一侧连接所述光接收表面和所述光出射表面；以及

第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对和对准，所述第二侧连接所述光接收表面和所述光出射表面。

12.根据权利要求11所述的集中器装置，其中，

所述多个折射表面将穿过所述透明材料的光引导到共同焦点；以及

所述透明材料的所述第一侧比所述透明材料的所述第二侧更接近所述共同焦点。

13.根据权利要求11所述的集中器装置，其中，所述透明材料是至少半透明的。

14.根据权利要求11所述的集中器装置，其中，所述多个折射表面的至少子集包括从所述透明材料的所述第一侧到所述透明材料的所述第二侧的逐渐不同的折射角。

15.根据权利要求10所述的集中器装置，其中，所述能量收集系统包括：

能相对于所述管道移动的部分，以及

所述部分与所述管道之间的聚光透镜的布置，所述聚光透镜适于集中从所述管道上的所述多个方位角和所述高度接收的热能。

16.根据权利要求15所述的集中器装置，还包括在与所述管道相对的所述部分周围设置的获取机构，所述获取机构适于接收用于相对于所述第二部分移动所述第一部分的机械输入。

17.根据权利要求15所述的集中器装置，其中，所述第一和第二部分与所述管道的纵向轴线基本上同心。

18.一种系统，包括：

风力涡轮机；以及

根据权利要求10所述的集中器装置；

其中，所述集中器装置与所述风力涡轮机安装在一起。

19.一种系统，包括：

冷藏卡车；以及

根据权利要求10所述的集中器装置；

其中，所述集中器装置与所述冷藏卡车安装在一起。

20.一种系统，包括：

运输集装箱；以及

根据权利要求10所述的集中器装置；

其中，所述集中器装置与所述运输集装箱安装在一起。

21.一种用于向传送介质供应能量的方法，所述方法包括：

将流体传导通过光接收器；以及

通过以下将热能传送给所述流体：

将光从第一方向集中到光接收器上的第一焦点；以及

当所述光从所述第一方向转变到第二方向时，将所述光从所述第二方向集中到所述光接收器上的第二焦点。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述流体包括传热介质。

23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述传导包括使用泵来建立通过所述光接收器的所述流体的压力梯度。

24.根据权利要求21所述的方法，还包括从与所述光接收器相关联的环境收集风能。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述收集包括使用所述风能引起能量收集系统的第一部分的移动。