CN1329707A - 太阳能站 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能辐射集中系统(1),它至少包括两个沿该系统(1)的光径(4)连续设置的反射器(12,16)，以便两个反射器(12,16)中的第一反射器(12)将辐射反射向所述两个反射器(12,16)中的第二反射器(16),具有这种光谱特性的反射器(12,16)能够高度反射波长反射范围中的辐射,和吸收波长吸收范围中的辐射,其中第一反射器(12)的波长吸收范围大致包括第二反射器(16)的波长吸收范围。

Description

太阳能站
本发明涉及一种例如在与大功率太阳能接收器相连接的太阳能站中使用的太阳能辐射集中系统。
A.Rabl的“技术记录.太阳能站塔式反射器(Technical Note.Tower reflector for solar power plant)”(太阳能，Vol.18，pp.269-271，1976)是揭示上述这种太阳能辐射集中系统的最早出版物之一。该系统包括一安装在地面上以定日镜场(heliostats field)形式的初级集中器，一安装在地面上太阳能塔上的塔式反射器和一与相邻地面设置的太阳能接收器相连接的次级集中器。
正如Rabl的技术方案中所承认的那样，它存在一个严重的问题：即必须避免暴露于100个或更多光源集中日光下的塔式反射器过热。对于基于金属层构成的普通反射器来说，这种反射器需要对其进行充分冷却，在一定高度的塔上进行这种工作是十分困难和艰巨的，反射器将会吸收足够数量的能量。为了解决过热的问题，Rabl建议塔式菲涅耳反射器的部件是一种具有全内反射的直角棱镜形式。
WO95/21358认为由Rabl提出的这种结构存在其它缺陷，即反应它在实际中不适用，提出塔式反射器的构造应该制成精密的绝缘结构，该精密的绝缘结构包括一涂有许多薄层的透明衬底，该薄层由高反射干涉涂层组成的绝缘材料制成。绝缘镜的分光能力能使其吸收系数忽略不计，以此能够削减所需的冷却结构。然而，这种技术方案是相当昂贵的。
本发明的目的就是提供一种在上述各方面具有优点的新型太阳能辐射集中系统。
根据本发明提供一种太阳能辐射集中系统，它至少包括两个沿该系统光径连续设置的反射器以便所述两个反射器中的第一反射器将辐射反射向所述两个反射器中的第二反射器，每个反射器能够反射波长反射范围中的辐射，和吸收波长吸收范围中的辐射，其中所述第一反射器的波长吸收范围大致包括所述第二反射器的波长吸收范围。
因此，在本发明的系统中，反射器是根据它们的光谱特性，以系统中绝大部分反射损耗在第一反射器中产生，第一反射器吸收第二反射器吸收范围中的重要部分太阳能辐射，以此在入射到第二反射器上的辐射时可由第二反射器吸收的辐射实际上已被排除，或至少被大大地降低的方式进行选择的。本发明利用了玻璃和金属涂层，用于本发明系统中的这种反射器常常是由这些玻璃和金属涂层制成的，它们具有取决于入射其上的辐射光谱的反射和吸收性能。因此，例如，众所周知银在较长波长中具有高反射率和在接近UV波长的范围内能够充分地吸收，金能够吸收趋于更长的波长。而且，不同的玻璃具有不同的光谱特性以便可以为选择反射器的光谱特性存在多种任选方案。
本发明的意图是与通常的实际做法相反，根据通常实际做法，企图总是设法选择所有具有最大可能反射和最小可能吸收的反射器。在本发明中，为了控制系统每个反射阶段中辐射的反射和吸收，利用了反射器的光谱特性。
根据本发明的太阳能集中系统可用于使用了连续集中设备的任何系统中，其中初级集中经常通过一跟踪反射镜或透镜执行，最终集中绝大部分经常是非成像的。根据本发明比较复杂设计的系统可包括一个或多个，例如在上述考虑的现有出版物中公开的中间反射器。在相对较小的太阳能辐射集中系统中，初级集中器的形式可以是日光反射器或凹陷形(trough)，而在大型太阳能站中，初级集中器的形式是定日镜场。
本发明的太阳能辐射集中系统特别适于在大型太阳能站中使用，这种大型太阳能站具有一定日镜场，一塔式反射器，和一最好是与太阳能接收器相连接的非成像集中器。由于定日镜暴露于非集中太阳能辐射下，它们就可很容易地经受辐射的过度吸收而不会产生毁坏的危险，而现在通过降低吸收解决过热问题的塔式反射器就可具有任何合适的设计。
根据本发明的太阳能集中系统可仅具有两个反射器，或者可以数个连续的反射器为基础以便每个反射器的光谱特性能被用于控制其后续者的热状态，即这些反射器可以沿系统的光径从一个反射器到另一个反射器具有被连续降低的吸收和被连续增加的反射，因此反射器的波长反射和吸收范围是相互关联的。
为了便于更好的理解，现在仅通过参考图1的实例描述本发明，图1表示一种具有太阳能辐射集中系统的太阳能站的大致示图，它是根据本发明而设计的。
图1大致表示在太阳能站中使用本发明太阳能辐射集中系统的一个实例。太阳能站和太阳能辐射集中系统与WO95/21358中所揭示的相似，为了描述它们的通用设计，WO95/21358在此是作为参考而引入的。
参考图1，太阳能辐射集中系统1接收并集中接近的太阳能辐射3并沿光径4将所集中的辐射导向太阳能接收器5。
如图所示，该太阳能辐射集中系统1包括一定日镜场10形式的初级集中器，它由许多安装在地面14上的集中反射器12和一大致安装在地面14上面的塔式反射器16组成。如图所示，接近的太阳能辐射3被集中，并在塔式反射器16的方向被定日镜场10反射以使其改变方向转至太阳能接收器5上。该系统还包括一设置在太阳能接收器5前面和集中由塔式反射器16导向此的辐射的次级集中器(未图示)。
集中反射器12和塔式反射器16设计成能够高度反射波长反射范围中的太阳能辐射和吸收波长吸收范围中的太阳能辐射，塔式反射器16的吸收范围大致在集中反射器12的吸收范围内。因此，塔式反射器16吸收范围中的很大一部分的太阳能辐射将会被集中反射器12吸收，将不会出现在入射到塔式反射器16上的辐射中。
建议塔式反射器16应该由多个面，最好是平面制成。这些面可以由具有背底金属涂层的硼硅玻璃制成。由于这种玻璃对于热应力具有相对的稳定性，它就能够在反射器的面中使用而无需任何其它的支撑。另一种情况是，它从经济方面来说可由背面镀银薄玻璃制成，通过热传导和环境稳固胶固定于薄金属支架上。该支架也可由相似或相同的玻璃制成，以使这些面热感应的弯曲最小化。可替换地，如果玻璃和金属支架的热膨胀差异非常大，就希望金属支架的背面与散热片或金属管相连接以提高其连接的冷却效果。这些面也可由金属板两面上的双层玻璃镜制成。
塔式反射器16最好是具有大于96％的反射率，在此情况下风速为2米/秒和40个光源的太阳能集中时，它的临界温度将不会超过100℃。这些对于绝大多数金属涂层的反射器来说是长期安全运行的条件。需要较高的太阳能辐射集中和使用多于两个连续的反射器时，它们连续反射的选择就应该使次级或任何更后面的反射器产生97％的反射。
在Weizmann Institute in Rehovot，Israel的定日镜场进行的实验中，定日镜的反射率为85％。定日镜将辐射反射向位于太阳能塔上的反射镜，该反射镜由Borofloat玻璃制成并具有一银背面涂层。用热电检测器测量出的该反射镜的反射率大约为97.5％。在另一个不同的实验中，相同组成的反射镜在风速高达到2m/sec时暴露于35-40kW/m2集中太阳能的辐射下，记录超过数天的反射镜温度不会高于80℃。
在上述所有实验中，为了在反射器背面消除太阳能辐射的吸收和降低它们的热度，塔式反射镜的背面涂有具有高发射率和非常低吸收率的丙烯酸涂料。
根据本发明的太阳能辐射集中系统不局限于上面所描述的这些特征，也可以具有任何其它合适的设计。

Claims (8)

1.一种太阳能辐射集中系统，它至少包括两个沿该系统光径连续设置的反射器以便所述两个反射器中的第一反射器将辐射反射向所述两个反射器中的第二反射器，具有这样光谱特性的反射器能够高度反射波长反射范围中的辐射，和吸收波长吸收范围中的辐射，其中所述第一反射器的波长吸收范围大致包括所述第二反射器的波长吸收范围。
2.如权利要求1所述的一种系统，其特征在于：上述第二反射器能够反射绝大部分由第一反射器发出的辐射。
3.如权利要求1所述的一种系统，其特征在于：上述第二反射器具有一涂有白色涂料的背面，该涂料在波长IR范围内具有较低太阳能辐射光谱的吸收性和较高的发射率。
4.如权利要求1所述的一种系统，其特征在于：该系统是以数个连续的反射器为基础的，每个反射器的光谱特性用于控制连续反射器的热状态。
5.如权利要求1所述的一种系统，其特征在于：上述第一反射器的形式是日光反射器或凹陷形。
6.如权利要求1所述的一种系统，它用于太阳能站中，其中：上述第一反射器组成一初级集中器，该初级集中器是以定日镜场的形式大致安装在地面上，上述第二反射器大致安装在上述地面上面的太阳能塔上。
7.如权利要求6所述的一种系统，它还包括一次级集中器，最好是非成像的。
8.一种借助光学系统的太阳能辐射集中的方法，该光学系统至少包括沿系统光径连续设置的第一和第二反射器，该方法包括通过第一反射器提供吸收第二反射器波长吸收范围中的重要部分的太阳能辐射，使第一反射器集中和反射的太阳能辐射射向第二反射器，以及通过第二反射器提供上述辐射更高的反射。
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