KR20160003821A - 태양원으로부터의 에너지의 저장 및 사용에 높은 수준의 효율성을 갖는 2차 반사기의 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 "빔-다운(beam-down)" 플랜트 구성으로서, 1차 미러(2)에 의해 집중된 태양 복사의 수집 효율을 향상시킬 수 있는 2차 광학 시스템(3)을 제공한다. 이러한 2차 광학 시스템은 바람직하게는 상이한 높이로 배치된 평면 미러의 형태의 2개의 반사기(31-38)에 의해 적어도 형성되고, 상기 반사기는 헬리오스탯의 하위-섹션의 1차 범위와 각각 연관시키도록 정위된다. 이러한 복수의 2차 반사기(하위-세트의 1차 집중기에 대응하는 상이한 1차 초점(F1, i(i=1,..., n))과 각각 관련됨)는 태양 광선을 단일의 2차 초점(F2) 쪽으로 집중할 수 있게 한다.

Description

태양원으로부터의 에너지의 저장 및 사용에 높은 수준의 효율성을 갖는 2차 반사기의 시스템{SYSTEM OF SECONDARY REFLECTORS WITH HIGH LEVEL OF EFFICIENCY FOR STORAGE AND USE OF ENERGY FROM A SOLAR SOURCE}

본 발명은, 지면에 배치된 1차 광학 시스템에 의해 수집된(반사된) 태양 복사를 수집하는데 적당하고, 또한 지면에 놓여진 리시버 쪽으로 이러한 태양 복사를 나아가게 하는데(반사하는데) 적당한 2차 광학 시스템에 관한 것이다. 이러한 2차 광학 반사 시스템은 이후 소위 "빔 다운(beam down)" 구성으로 사용된다고 여겨지며, 여기서 태양 복사는 보다 낮게, 전형적으로 지면에 배치된 리시버 상부로부터 집중된다.

본 발명 시스템은 태양 복사 자체(즉, 소위 "태양 열(thermal solar)"에서 또는 "태양 광발전(photovoltaic solar)" 플랜트에서)로부터 개시되는 열 에너지 및/또는 전기 에너지를 만들기 위한 플랜트에 사용되는데 특히 적당하다.

태양 원천 에너지를 생산하기 위한 플랜트에 있어서, 알려진 기술은 태양 복사를 결정된 타겟에 집중하기 위한 헬리오스탯(heliostat)(그리고 특히 미러 반사 범위(field))을 사용하며, 상기 결정된 타겟은 전형적으로는 집중된 태양 전지를 수용하고 있고 태양원의 열 에너지를 사용하는 높이에 배치된 리시버이다. 헬리오스탯은 타겟 근처에서 크거나 작은 영역 - 소위 "임프레션(impression)" -의 발광을 만든다. 이상적인/이론적인 시스템에 있어서, 이러한 영역은 한 지점으로 감소하고 그리고 헬리오스탯의 시스템의 촛점에 대응한다.

어느 한 높이에서의 리시버를 구비한 방금 언급된 알려진 시스템은 무거운 물체의 높이에서의 설치와 유지보수와 실제 관련된 어려움과 복잡성을 갖는다. 이러한 단점은, 에너지를 생산하기 위한 플랜트의 파워를 증가시킬 때처럼, 이러한 파워를 증가시킬 때, 알려진 바와 같이, 헬리오스탯의 범위에 의해 점유된 표면과 그리고 이에 따른 관련된 초점의 높이를 더욱 악화시키고, 이후 리시버의 위치결정 높이는 비례적으로 증가한다.

이러한 단점은 또한 이미 알려지고 전형적인 소위 "빔-다운" 구성에 대안적인 구성으로 극복된다. 빔-다운 구성에 있어서, 1차 헬리오스탯 범위와 관련된 2차 광학 시스템이 사용된다. 2차 광학 시스템이 어느 한 높이로 설치되고 그리고 1차 헬리오스탯에 의해 집중된 복사를, 지면에 위치된 리시버 쪽으로 반사시킨다.

이러한 구성에 있어서, 1차 초점은 2차 반사기 없이 헬리오스탯에 의해 집중된 광선이 수렴할 수 있는 지점인 반면에, 2차 초점은 광선이 상기 2차 반사기 상에서 반사한 이후에 수렴하고 그리고 이상적인/이론적인 시스템에 있어서, 리시버가 배치되는 장소에 대응하는 지점이다. 실제 시스템에 있어서, 2차 초점조차도 한 지점이 아닌 한 영역에 대응하는데, 이는 즉, "임프레션"과 관련된다는 것이다.

일반적으로, "빔-다운" 타입의 플랜트는 2차 광학 시스템으로서, 요구되는 곡률 정도에 가깝게 그리고 인접하여 배치된 작은 크기의 복수의 평면 미러에 의해 때때로 실행되는, 절반-타원체 또는 쌍곡면 시트 형태의 단일의 반사기를 제공한다.

상기 언급한 바와 같이, 헬리오스탯에 의해 또는 2차 반사기에 의해 만들어진 광 임프레션은 결코 세밀하지 않다(punctual). 이는, 태양으로부터의 광선이 평행하지 않음에 따른 태양 발산과, 1차 반사기 및 2차 반사기를 실행하는 미러의 곡률의 오차에 따라 결정된다. 특히, 만곡된 2차 반사기와 관련된, 규모 경제에 기초하여 선택된 큰 크기의 헬리오스탯은, 전용 구조부의 상부에서의 높이에서, 1차 초점에 배치된 리시버에서 얻어질 수 있는 임프레션의 크기와 관련하여 상기 리시버에 매우 큰 임프레션 확대부를 만들 수 있다.

도 1 및 도 2는 만곡된 반사 표면, 특히 개별적으로 오목하고 볼록한 표면을 갖는 2차 반사기에 의한 일례의 "빔 다운" 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 이러한 도면에 있어서, 2차 반사기가 S 및 M으로 각각 지시되고, 예를 들면, 1차 반사기는 O으로 지시되고, 1차 초점은 F1으로 지시되고, 상기 2차 반사기 상에서의 반사 영역이나 지점은 P로 지시되고, 2차 초점은 F2로 지시되며, 그리고 리시버는 R로 지시된다.

2차 반사기가 만곡될 때, 상기 2차 반사기는 헬리오스탯(O)의 1차 초점(F1)에 대응하는 임프레션의 광학 확대부를 만들고(bring in), 상기 확대부는 2개의 초점(F1 및 F2)으로부터의 반사 점(P)의 거리와 연관된다. 특히, 단일의 1차 반사기에 의해 집중된 광선의 임프레션의 크기가 거리(P-F2)와 거리(P-F1) 사이의 비에 비례하는 양만큼 확대된다.

도 3은 도 2의 볼록한 반사기의 경우에 2차 초점(F2)에 대응하는 임프레션을 예로서 나타낸다.

집중된 광 임프레션의 확대부는 리시버(R)의 표면을 증대시키게 하고, 이에 따라 열 손실을 증대시키는데, 이는 즉 2차 초점(F2) 근방에 부가적인 집중기(C, concentrator)를 삽입하게 한다. 특히, 리시버가 공동을 통과하는 태양 복사에 의해 가열된 열 에너지를 저장하기 위한 수단인 경우에, 2차 초점(F2)의 임프레션에서의 증가는 공동 자체의 유입구 입구부의 크기의 증가를 요구할 수 있다. 다른 한편으로, 리시버(R)와 2차 미러(M)에 의해 반사된 복사 사이의 부가적인 집중기(C)의 개재(interposition)는 이러한 부가적인 집중기의 이상적이지 않은 반사력에 기인하여 부가적인 광학 손실을 유도한다.

상기에서와 같이, 만곡된 2차 반사기가 작은 평면 미러와 통상적으로 가깝게 되고, 이는 리시버 상의 임프레션의 (부가적인) 확대부의 잠재적 원인, 즉 시스템 정밀도에 대한 보다 큰 불안정성 조차도 만든다.

2차 반사기용 만곡된 표면의 선택으로부터 야기되는 문제점에 대한 가능한 해결책이, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 평면 표면의 사용에 의해 나타내어진다. 그러나, 이러한 최종 선택 조차도 여러 문제점을 야기시킨다.

도 4를 살펴봄으로써, 알 수 있는 바와 같이, 평면 미러(T)는 집중된 임프레션의 광학 확대부를 피하기 위하여, 2개의 초점(F1 및 F2)으로부터 동일한 거리로 반드시 배치되어야 한다. 특히, F1에서의 모든 직접적인 광선이 F2 쪽으로 수렴한다는 사실이 얻어지기 위하여, 평면 미러는 F1 및 F2로부터 동일한 거리로 반드시 위치되어야 하고 그리고 연결 선(F1-F2)에 직교하도록 반드시 경사져야 된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 평면 미러(T)는, 지면(R)에서의 리시버를 그늘지게 하는 것 조차도 방지하기 위하여, 전용 지지 구조부(U)를 필요로 한다.

또한, 1차 초점(F1)의 높이가 복사 집중과 토양 활용의 효율에 비례한다고 알려져 있다. 그러나, 1차 초점(F1)의 높이를 증가시킬 때, 평면 미러에 필요한 반사 표면과 이에 따른 관련 지지 구조부의 부하 용량이 증가한다. 더욱이, 큰 크기를 갖는 2차 반사기는 1차 반사기 상에서의 폭넓은 그림자를 향하게(cast) 할 수 있다. 실제로, 도 5에서 예를 든 바와 같이, 원형 평면을 갖는 헬리오스탯(0)의 범위로써 그리고 축선(F1-F2)의 수직선으로 고려되는 바와 같은 지면에 평행한 2차 반사기(N)는 헬리오스탯 범위 디스크의 절반과 동일한 광선을 갖는, 매우 큰 디스크일 수 있다. 도 6에서 예를 든 바와 같이, 경사진 축선(F1-F2)의 경우에, 또한 어떠한 경우에서도 본 발명에서 부재번호 T로 지시된 평면 반사기는 (예를 들면, 반사 표면의 팽창에 따라 상이해진 열 팽창에 기인한) 기계적 합치성(integrity)에 대한 위험을 갖는, 상기 반사기 자체에서의 평균보다 상당하게 더 큰 태양광의 흐름(solar flow)으로 수반된, 연결 선(F1-F2)으로부터 가장 먼 영역을 가질 수 있다.

본 발명에 의해 제시되어 해결된 기술적 문제점은 이후 알려진 기술을 참조하여 상기 언급된 단점을 해결할 수 있는 2차 광학 반사 시스템과 이와 관련된 방법을 제공하는 것이다.

이러한 문제점은 청구항 1에 따른 시스템에 의해, 청구항 7에 따른 조립체에 의해, 그리고 청구항 17에 따른 방법에 의해 해결된다.

본 발명의 바람직한 특징은 종속 청구항에서도 특정된다.

본 발명은 소위 "빔-다운" 플랜트 구성에서 1차 미러에 의해 집중된 태양 복사 수집 효율을 증대시킬 수 있는 2차 광학 시스템, 특히 한 세트의 미러를 제공한다. 본 발명의 시스템은 상기 시스템이 삽입되는 플랜트의 높은 생산 효율, 적은 투자 비용과 유지보수 비용, 그리고 높은 작동 안정성을 가능하게 한다.

본 발명의 2차 광학 시스템은 적어도 2개의 2차 반사기에 의해, 바람직하게는 평면 미러의 형태로 형성되며, 상기 2차 반사기는 전형적으로 서로 관련되도록, 헬리오스탯의, 즉 1차 집중기의 한 범위의 하위 부분으로 정위된다. 특히, 본 발명은, 바람직하게는 평면이고 전형적으로 F2로 통과하는 수직 축선으로부터 상이한 높이 및/또는 상이한 거리로 배치된 복수의 2차 반사기에 의해, 단 하나의 2차 초점(F2) 쪽으로 태양 광선을 집중시킬 수 있게 하고, 상기 반사기 각각은 i=(1,...,n)인 상이한 1차 초점(F1, i)과 관련된다. 특히, 각각의 1차 초점(F1, i)은 서브-세트의 1차 집중기에, 예를 들면, 상기와 같이, 헬리오스탯의 범위의 한 부분의 집중기에 대응한다.

1차 초점(F1, i)은, 유리하게도 높은 높이로, 이에 따라 지면에서 총 치수의 보다 우수한 활용에 의한 집중된 복사의 수집 효율을 증가시키도록, 배치된다.

복수의 초점(F1, i)으로써, 알려진 기술을 참조하여 언급된 임프레션의 광학 확대부의 문제점을 많이 제한함으로써 태양 복사의 수집이 얻어질 수 있다. 다른 조건이 동일한 상태에서, 단일의 2차 반사기의 평탄한 반사 표면의 크기가 더욱 감소될 수 있고 이에 따라 하나의 단일의 1차 초점과 관련된 하나의 단일의 2차 평면 미러의 경우와 관련하여 평균 태양광의 흐름이 더욱 감소될 수 있다.

평면 2차 반사기의 사용 가능성은 본 발명의 시스템을 구성 및 설치하기 위한 단계를 매우 많이 예로서 나타낸다.

본 발명은 또한 상기-언급된 2차 광학 시스템을 사용하여 집중 광발전 에너지나 열을 만드는 공정이나 플랜트를 제공한다.

특히, 유리하게도, 본 발명의 시스템은 유리하게도 바람직하게는 유동화가능한 저장 파티클의 베드(bed)에 기초한, 태양 원천의 열 에너지를 저장/교환하기 위한 장치로써 구성된, 지면에 배치된 리시버와 관련된다.

보다 일반적인 용어로서, 2차 광학 시스템에 의해 집중된 태양 복사를 "수용하기 위한 장치" 또는 "리시버"와 같은 임의의 수단은 이러한 복사를 수용하는데 실제 적당하고, 특히 반응기 장치 또는 열 에너지나 광 에너지를 저장, 교환 및/또는 변환하기 위한 장치를 의미한다.

본 발명의 여러 장점, 특징 및 사용 모드는, 단지 설명을 위한 예시적인 여러 실시예의 아래 기재된 바람직한 실시예로부터 명확하게 알 수 있을 것이고, 본 발명의 예시적인 실시예로만 한정되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

도 1은, 이미 언급된 바와 같이, 오목한 2차 반사기를 구비한, 빔 다운 타입의 알려진 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고;
도 2는, 이미 언급된 바와 같이, 볼록한 2차 반사기를 구비한, 빔 다운 타입의 알려진 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고;
도 3은, 이미 언급된 바와 같이, 리시버와 관련된 집중기를 구비한, 도 2의 시스템의 개략적인 도면이고;
도 4는, 이미 언급된 바와 같이, 지면에 대해 경사진 평면 2차 반사기를 구비한, 빔 다운 타입의 구성의 개략적인 도면이고;
도 5는, 이미 언급된 바와 같이, 지면에 대해 수평인 평면 2차 반사기를 구비한, 빔 다운 타입의 구성의 개략적인 도면이고;
도 6은, 이미 언급된 바와 같이, 1차 반사기가 많은 경우에, 지면에 대해 경사진 평면 2차 반사기를 구비한, 빔 다운 타입의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고;
도 7은 본 발명의 기본 실시예에 따른 2차 광학 시스템의, 개략적인 측면도이고;
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차 광학 시스템을 통합한 태양 원천의 열 에너지를 저장하기 위한 플랜트(의 한 부분의) 평면도이고;
도 9a는 도 8의 플랜트의 개략적인 측면도이고;
도 9b는 여러 구성요소가 보다 명확한 도시를 위해 나타내어져 있지 않은, 도 9a와 동일한 도면이고; 그리고
도 10은 도 8의 플랜트의 사시도이다.

도 7은 본 발명에 따른 기본 실시예의 2차 광학 반사 시스템을 개략적인 방식으로 나타내고 있다. 이러한 도면에 있어서, 2차 시스템은 부재번호 300으로 전반적으로 지시되어 있다.

광학 시스템(300)은 "빔 다운" 타입의 전체 구성을 갖는 태양 원천 에너지의 생산 및/또는 저장을 위한 플랜트에 사용되는데 적당한다. 특히, 2차 시스템(300)은, 1차 광학 반사 시스템에 관련되며, 상기 1차 광학 시스템은 부재번호 200으로 전반적으로 지시되고 지면에 배치된다.

1차 시스템(200)은 2개의 1차 초점(F1a 및 F1b)에 따른 입사 태양 복사를 반사시키도록 구성된다. 이를 위해, 1차 시스템(200)은, 도시된 실시예에 있어서, 2개의 1차 광학 반사 부재(201 및 202)를 포함하며, 실제로 각각의 1차 광학 반사 부재는 각각의 초점(F1a 및 F1b)에서 태양 복사를 반사하는데 실제 적당하다.

2차 시스템(300)은 1차 초점(F1a 및 F1b)에서 집중된 복사를, 하나의 단일의 2차 초점(F2) 쪽으로 반사하도록 구성된다. 이를 위해, 2차 시스템(300)은, 도시된 실시예에 있어서, 2개의 2차 반사 광학 부재(301 및 302)를 포함하며, 2차 반사 광학 부재 각각은 각각의 1차 초점(F1a 및 F1b)에서 집중된 태양 복사를, 공통의 2차 초점(F2) 쪽으로 반사시키는데 적당한 각각의 1차 초점(F1a 및 F1b)과 서로 관련된다.

본 실시예에 있어서, 2차 반사 부재(301 및 302)는 평탄한 반사 표면을 갖는다. 특히, 상기 2차 반사 부재는 평면 미러이다.

여러 실시예에서 만곡된 반사 표면의, 특히 오목하거나 볼록한 표면의, 특히 2차 부재(301 및 302)가 사용될 수 있다.

서두에서 이미 설명된 이유 때문에, 바람직하게는 각각의 2차 반사 부재(301, 302)는, 각각의 평탄한 반사 표면이 각각의 1차 초점(F1a, F1b)을 2차 초점(F2)과 결합하는 선에 실질적으로 직교하도록, 배치된다. 더욱이, 서두에서 이미 설명된 사항을 계속 기초하면, 바람직하게는 각각의 2차 반사 부재(301, 302)는, 각각의 반사 점(P1, P2)이(또는 반사 임프레션의 평균 점이) 2차 초점(F2)으로부터 그리고 각각의 1차 초점(F1a, F1b)으로부터 등거리이도록, 배치된다.

2차 시스템(300)은 2차 부재(301 및 302)용 지지 수단(400)을 더 포함한다. 본 실시예에 있어서, 유리하게도 이러한 지지 수단(400)은 2개의 2차 부재(301 및 302)에 대해 공통이다. 특히, 지지 수단은 기둥이나 타워(410)를 포함하고 있으며, 2개의 횡단 지지부(401 및 402)가 각각의 2차 부재(301 또는 302)와 관련하여 상기 타워로부터 뻗어있다. 도시된 실시예에 있어서, 횡단 지지부(401 및 402)는 실질적으로 만곡된 프로파일을 갖는다.

바람직하게는, 지지 수단(400)은 2차 부재(301 및 302)를 (하나가 다른 하나에 대해) 상이한 높이로 지지하는데 적당하다.

2차 부재(301 및 302)에 대해 요구되는, 지면으로부터의 높이는 각각의 1차 초점과 2차 초점 사이의 거리에 따라 결정된다.

유리하게도, 2차 반사기 부재(301 및 302) 및/또는 1차 반사기 부재(201 및 202)가 선택적으로, 바람직하게는 개별적으로 정위가능하다. 특히, 운동학적 움직임에 의한 이축 배향(biaxial orientation)이 가능하여, 상기 반사기 부재가 복사를 각각의 초점 쪽으로 반사시키도록 태양의 명확한 움직임을 따를 수 있다.

바람직하게는, 1차 및 2차 반사기 부재의 배향이 위에서 이미 언급된 요구되는 배치를 얻기 위하여, 유리하게도 자동 방식으로 조화하여 움직이게 된다(coordinate).

도시된 실시예에 있어서, 2차 초점(F2)은 리시버 장치(500)에, 바람직하게는 열 에너지를 저장하기 위한 장치에, 그리고 더욱 바람직하게는 유동화가능한 파티클 베드 타입의 장치에 위치된다(fall).

도 8 내지 도 10을 살펴보면, 본 발명의 바람직한 실시예의 2차 광학 반사 시스템이 현재 기재되어 있고, 또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플랜트에 삽입될 것이다. 도 7의 기본 실시예와 관련하여 상기 설명된 모든 특징과 관련 실시예가 본 발명에서 고려된 플랜트에도 적용될 수 있으며 이에 따라 아래에서는 반복하여 기재되지 않을 것이다.

상기-언급된 도 8 내지 도 10을 살펴보면, 부재번호 1로 전반적으로 지시된 플랜트는 에너지 생산 및 저장용 열역학 플랜트이다. 플랜트(1)는 본 명세서에서 전반적으로 부재번호 3으로 지시된 상기-언급된 2차 광학 반사 시스템과, 본 명세서에서 부재번호 2로 지시된 관련 1차 반사 광학 시스템과, 본 명세서에서 부재번호 5로 지시된 리시버 장치를 포함한다.

플랜트의 구성, 특히 광학 시스템(2 및 3)의 구성과 리시버 장치(5)의 구성이 도 7의 실시예를 참조하여 이미 설명된 바와 같은, "빔 다운" 타입을 갖는다.

본 실시예에서, 1차 광학 시스템(2)은 리시버 장치(5) 및 2차 광학 시스템(2) 주위의 4개의 기본적인 지점에 따라 배치된 헬리오스탯 범위를 포함하고, 상기 2차 광학 시스템은 이후 상기 헬리오스탯 범위(2) 자체와 관련하여 중앙 위치에 배치된다. 특히, 헬리오스탯 범위(2)의 4개의 메인 부분이 부재번호 21 내지 24로 각각 지시되어 제공되고, 그리고 이들 각각의 부분은, 상기와 같이, 본 실시예에서 기본적인 지점과 관련된 특별한 장소 배치에 대응한다. 도 8에 도시된 바와 같은 평면 배치는, 헬리오스탯 범위(2)의 각각의 부분(21, ..., 24)이 결과적으로 2개의 인접한 부분에 의해 형성되도록 나타내어져 있으며, 이 2개의 인접한 부분 각각은 실질적으로 다각형 형상을 갖는다. 특히, 본 실시예에 있어서, 실질적으로 정사각형이나 직사각형 형상을 갖는 제 1 부분은 실시예를 통해 제 1 부분(21)에 대해 부재번호 211로 지시되고, 그리고 다른 부분(22, ..., 24)에 대해 유사한 부재번호 221, 231 및 241로 지시되도록 제공되고, 그리고 실질적으로 삼각형과 같은 형상의 제 2 부분은 실시예를 통해 제 1 부분(21)에 대해 여전히 부재번호 212로 지시되고 다른 부분(22, ..., 24)에 대해 유사한 부재번호 222, 232 및 242로 지시되도록 제공된다.

헬리오스탯 범위(211, ..., 241 및 212, ..., 242)의 각각의 부분이 각각의 1차 초점(F1-211, ..., F1-242)에서의 입사 태양 복사를 집중한다. 따라서, 본 실시예에 있어서, 1차 헬리오스탯 범위(2)의 8개의 부분과 8개의 대응하는 1차 초점(F1-i(i=211, 221, 231, 241, 212, 222, 232, 242))이 전체로서 제공된다.

이후 2차 광학 시스템(3)은, 이미 설명된 방식으로, 부재 번호 31 내지 38로 지시된 대응하는 복수의 2차 반사 부재를 포함하며, 이 각각의 2차 반사 부재는 즉 리시버 장치(5)에 위치하는, 특히 상기 리시버 장치로부터 선택된 한 부분에 위치하는 공통의 2차 초점(F2)에서 상기 1차 초점에 집중된 태양 복사를 반사시키도록, 각각의 1차 초점(F1-i)과 관련된다. 리세스와 같은 타입의 저장 장치로 구성되어 수용된 이미 언급된 경우에 있어서, 초점(F2)은 유리하게도 리세스의 중앙 축선의 한 지점에 놓일 것이다.

도 9a 및 도 9b에 있어서, 헬리오스탯 범위의 그리고 각각의 2차 초점(도 9에 있어서, 보다 명확한 도시를 위해, 여러 구성요소가 나타내어지지 않았음)의 단지 한 부분만이 보일 수 있다.

간단하게는, 1차 초점으로서 범위(211)의 한 부분의 헬리오스탯에 의해 집중된 광선이 부재번호 F1-211으로 지시된 것이고 그리고 관련 2차 반사기는 반사기(31)이다. 범위(211)의 한 부분의 헬리오스탯에 의해 집중된 복사는 초점(F1-211)에 따라 2차 반사기(31)에 의해 차단되고, 그리고 리시버 장치(5)의 배치에 대응하는 초점(F2)에 향하게 된다. 이와 유사하게, 범위(212)의 한 부분의 헬리오스탯에 의해 집중된 광선은 1차 초점으로서 부재번호 F1-212로써 지시된 것이고 그리고 관련 2차 반사기는 반사기(32)이다. 범위(212)의 한 부분의 헬리오스탯에 의해 집중된 복사가 초점(F1-212)에 따라 2차 반사기(32)에 의해 차단되고 그리고 공통의 2차 초점(F2)에서 향하게 된다.

비슷한 조합이 헬리오스탯 범위(2)의 잔여 부분에 대해, 관련된 1차 초점에 대해 그리고 대응하는 2차 반사기 부재에 대해 유효하다.

1차 헬리오스탯 범위(21-24)의 부분들의 배치와 대응하게, 2차 반사기 부재(31-38) 조차도, 4개의 기본적인 점에 따라 그리고 특히 2차 부재(31-32, 33-34, 35-36 및 37-38)의 쌍으로 배치되며, 이들 각각은 헬리오스탯 범위의 부분(21, ..., 24)에 서로 대응한다. 특히, 각각의 쌍의 첫 번째 2차 반사기(31, 33, 35 및 37)가 일반적으로 동일한 쌍의 다른 반사기(32, 34, 36 및 38) 아래에 배치된다(또는 대안적인 예에서, 이와 반대로).

2차 광학 시스템(3)은, 이러한 경우에서도, 도 9b 및 도 10에서 더욱 잘 보여지고, 부재번호 4로써 본 명세서에서 전반적으로 지시된 2차 반사기 부재를 지지하기 위한 수단을 포함한다. 본 실시예에 있어서, 지지 수단(4)은 도 7의 실시예를 참조하여 이미 기재된 부재와 유사한, 아치형 지지 구조부(41) 및 복수의 횡단 지지 부재를 포함하고 있으며, 실시예를 통해 하나의 부재가 도 9b에서 부재번호 42로 지시되어 있다. 지지 구조부(42)를 실행하는 일 실시예가 도 10에 보다 상세하게 나타내어져 있고, 이러한 경우에 실질적으로 크로스와 같은(cross-like) 형상을 갖는다.

지지 구조부의 이러한 형상이 바람직하며, 이로서 1차 반사기와 2차 반사기 사이의 광학 경로를 로크(물리적인 장애물)하는 효과를 제거할 수 있다. 실제로, 제안된 구조부는 1차 부재로부터 2차 부재까지의 반사 경로에 실제 대응하는 선택된 위치에 복수의 장소를 형성하기 위한 것이다. 예를 들면, 도 10에 있어서, 이러한 장소는 크로스를 형성하는 상이한 아치(arch) 사이에 개재된 공간에 의해 모두 형성된다.

장소는 가능한 폭넓은 정도로 그리고 태양 사이클을 고려함으로써, 1차 반사기에서의 그림자 영역을 더욱 감소시키기 위한 것이다.

이러한 경우에서도, 바람직하게는, 시스템(3)의 2차 반사기 부재 및/또는 1차 범위(2)의 헬리오스탯이 선택적으로, 바람직하게는 이미 설명된 사항에 따라 이축 운동학적 움직임에 의해 정위가능하다. 바람직하게는, 각각의 부분(211-242)의 헬리오스탯이 그룹으로서도 정위가능하다.

도 8 내지 도 10과 관련하여 상기 설명된 구성이 가능한 구성 중에서 바람직한 해결책을 나타내며, 이 경우 하나의 구성은 헬리오스탯의 범위의 n개의 영역을 많은 n개 1차 초점 및 관련 n개 2차 반사기와 반드시 연관시키며, 이들 모두는 집중된 복사의 리시버에 함께 입사되는 동일한 2차 초점을 갖는다.

도 7의 실시예를 참조하여 위에서 상기 언급한 바와 같이, 바람직한 실시예에서, 2차 반사기 부재가 평면이고 그리고 각각의 1차 초점 및 2차 초점으로부터 동일한 거리로 배치되어, 헬리오스탯에 의해 집중된 임프레션의 광학 확대부가 피해진다.

유리하게도, 이미 언급한 바와 같이, 1차 초점이 배치될 수 있고, 알려진 바와 같이, 이러한 상당한 효과는 헬리오스탯 사이의 거리를 감소시킴으로써 그리고 상기 헬리오스탯의 수용 효율을 나쁘게 하는(penalize) 알려진 "코사인(cosine)" 효과를 감소시킴으로써, 지면의 사용을 최적화할 수 있다.

본 발명은 전반적인 "빔 다운" 구성으로서 태양 원천 에너지의 생산 및/또는 저장을 위한 리시버에 태양 복사를 집중하기 위한 방법조차도 제공한다는 것을 알 수 있을 것이다. 가장 일반적인 정의로서, 이러한 방법은 복수의 1차 초점에 따른 입사 태양 복사를 반사시키도록 구성되고 지면에 배치된 1차 광학 시스템의 사용과, 상기 1차 광학 시스템으로부터 나오는 태양 복사를 수집하고 이를 단일의 2차 초점 쪽으로 나아가게 하는 2차 광학 반사 시스템의 사용을 제공한다. 바람직하게는, 본 방법은 도 7 내지 도 10을 참조하여 이미 언급된 구조적 특징 및/또는 작동 모드에 따른 실행을 제공한다.

이와 관련하여, 리시버 장치 및/또는 1차 반사기 부재의 "지면에서의" 배치는, 이들 장치 및 부재가 2차 시스템의 반사기 부재의 높이보다 더 낮은 높이로 배치되어 있다는 것을 의미할 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 현재 기재되어 있다. 동일한 발명의 핵심에 속하는 여러 실시예가, 아래 첨부된 청구범위의 보호 범위에 의해 정의된 바와 같이, 존재할 수 있다는 것을 의미한다.

Claims (21)

1. 태양 원천 에너지의 저장 및/또는 생산용 플랜트(1)에 사용되는데 적당한 2차 광학 반사 시스템(3)으로서,
   상기 플랜트(1)는 지면에 배치된 1차 광학 반사 시스템(2)을 포함하고 복수의 1차 초점(F1-i, i=211, ..., 242)에 따른 입사 태양 복사를 반사시키도록 구성되고,
   상기 2차 광학 시스템(3)은 복수의 2차 반사기 부재(31-38)를 포함하고, 이 각각의 2차 반사기 부재는 각각의 1차 초점(F1-i)과 서로 관련되고,
   사용 시, 상기 복수의 2차 반사기 부재(31-38)가 각각의 1차 초점(F1-i, i=1, ..., n)에 집중된 복사를 공통의 2차 초점(F2) 쪽으로 반사시키도록, 상기 2차 광학 시스템(3)이 구성되는, 2차 광학 반사 시스템(3).
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 2차 반사기 부재(31-38)나 이의 서브세트는 평탄한 반사 표면을 갖는, 2차 광학 반사 시스템(3).
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 2차 반사기 부재(31-38)는 하나가 다른 하나에 대해 상이하게, 공통의 2차 초점(F2)을 통과하는 수직 축선으로부터 상이한 거리 및/또는 높이로 배치되는, 2차 광학 반사 시스템(3).
4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 2차 반사기 부재(31-38)는, 선택적으로, 바람직하게는 개별적으로 및/또는 그룹으로 정위가능한, 2차 광학 반사 시스템(3).
5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 2차 반사기 부재(31-38)에, 바람직하게는 상기 복수의 2차 반사기 부재에 적어도 부분적으로 공통인 지지 수단(4)을 포함하는, 2차 광학 반사 시스템(3).
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 지지 수단(4)은, 선택된 위치에 배치된 장소를 갖는, 상기 1차 반사 시스템(2)과 상기 2차 반사 시스템(3) 사이의 광학 경로에 장애물을 노출시키지 않기 위한 것인, 2차 광학 반사 시스템(3).
7. 태양 원천 에너지의 생산 및/또는 저장을 위한 플랜트(1)에서 사용되는데 적당한 광학 조립체(2, 3)로서,
   - 지면에 배치되고 복수의 1차 초점(F1-i, i=211, ..., 242)에 따라 입사 태양 복사를 반사하도록 구성된 1차 광학 반사 시스템(2); 및
   - 상기 1차 광학 반사 시스템(2)으로부터 나오는 상기 태양 복사를 수집하고 단일의 2차 초점(F2) 쪽으로 나아가게 하도록 구성된 2차 광학 반사 시스템(3);을 포함하는 광학 조립체(2, 3).
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 2차 광학 반사 시스템(3)은 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 따라 만들어지는 광학 조립체(2, 3).
9. 청구항 7 또는 8에 있어서,
   상기 1차 광학 시스템(2)은 바람직하게는 헬리오스탯 및/또는 미러의 형태로, 복수의 1차 반사기 부재(21-24)를 포함하는 광학 조립체(2, 3).
10. 청구항 7 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1차 광학 시스템(2)은 선택적으로, 바람직하게는 개별적으로 및/또는 그룹으로 조정가능한 하나 이상의 1차 반사기 부재(21-24)를 포함하는 광학 조립체(2, 3).
11. 청구항 7 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1차 광학 시스템(2)은 복수의 영역(211-242)으로 구획되고, 각각의 영역은 각각의 1차 초점(F1-i) 및/또는 2차 반사기 부재 (31-38)에 대응하는, 광학 조립체(2, 3).
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 영역(21-24) 중 각각의 영역은 각각의 기본적인 지점을 따라 배치되는 광학 조립체(2, 3).
13. 청구항 7 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2차 광학 시스템(3)은 상기 1차 광학 시스템(2)과 관련하여 중앙 위치에 배치되는 광학 조립체(2, 3).
14. 광학 구성을 갖는 태양 원천 에너지의 생산 및/또는 저장용 플랜트(1)로서,
    청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 따른 2차 광학 시스템(3) 또는 청구항 7 내지 13 중 어느 한 항에 따른 광학 조립체; 및
    상기 2차 초점(F2)에 또는 상기 2차 초점 부근에 실질적으로 배치되는, 바람직하게는 지면에 위치되는 리시버(5);를 포함하는 플랜트(1).
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 리시버(5)는 바람직하게는 유동화가능한 파티클 베드 타입의 저장 장치를 포함하는 플랜트(1).
16. 청구항 14 또는 15에 있어서,
    상기 플랜트(1)는 열 및/또는 전기 에너지 생산을 위한 플랜트이고, 특히 열역학 태양 플랜트인, 플랜트(1).
17. 태양 원천 에너지의 생산 및/또는 저장을 위한 리시버(5)에 태양 복사를 집중하기 위한 방법으로서,
    상기 태양 복사를 집중하기 위한 방법은 지면에 배치되고 복수의 1차 초점(F1-i, i=211, ..., 242)에 따라 태양 복사를 반사시키도록 구성된, 1차 광학 반사 시스템(2)의 사용과,
    상기 1차 광학 반사 시스템(2)으로부터 나오는 상기 태양 복사를 수집하고 단일의 2차 초점(F2) 쪽으로 나아가게 하는 2차 광학 반사 시스템(3)의 사용을 제공하는, 리시버(5)에 태양 복사를 집중하기 위한 방법.
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 1차 광학 시스템(2) 및/또는 상기 2차 광학 시스템(3)은 복수의 반사기 부재(21-24; 31-38)를 포함하는, 리시버(5)에 태양 복사를 집중하기 위한 방법.
19. 청구항 18에 있어서,
    상기 반사기 부재(21-24; 31-38)는 선택적으로, 바람직하게는 개별적으로 및/또는 그룹으로 정위가능한, 리시버(5)에 태양 복사를 집중하기 위한 방법.
20. 청구항 18 또는 19에 있어서,
    상기 2차 광학 시스템(3)은 각각의 1차 초점(F1-i)과 각각 관련된 복수의 반사기 부재(31-38)를 포함하고, 이 경우 바람직하게는, 상기 2차 반사기 부재(31-38)는 하나가 다른 하나에 대해 상이하게, 공통의 2차 초점(F2)을 통과하는 수직 축선으로부터 상이한 거리 및/또는 높이로 배치되는, 리시버(5)에 태양 복사를 집중하기 위한 방법.
21. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 따른 2차 광학 시스템(3) 및/또는 청구항 7 내지 13 중 어느 하나에 따른 조립체를 사용하는, 청구항 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 방법으로서,
    상기 방법은 청구항 14 내지 16 중 어느 한 항에 따른 플랜트에 사용되는 방법.

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