TWI595198B - 用於太陽能系統之基於光纖傳輸系統及其提供和使用之方法 - Google Patents

Description

用於太陽能系統之基於光纖傳輸系統及其提供和使用之方法

本發明總體上涉及一太陽能系統，並且尤其涉及在太陽能收集器與遠端定位的轉換元件之間的光纖束的應用，以及提供並使用該光纖束的方法。

相關申請的交叉引用

本申請要求對2011年1月14日提交的美國臨時申請號61/432,955的利益。

太陽能利用技術主要有四個類別。稱為被動式太陽能裝置的第一類技術採用具有簡單地由入射太陽輻射加熱的、在下面延伸的多條管道的太陽能加熱器和屋頂太陽能板的形式；熱傳遞到經過被動式太陽能裝置的流體或空氣。但是，被動的太陽輻射強度通常太低，不能直接用於在高溫和壓力下需要熱的大多數應用(如，運行HVAC、工業過程熱、渦輪機等)。另一類太陽能技術採用包含半導體裝置的平板太陽能光伏(PV)電池的形式。該等裝置將入射太陽輻射直接轉換成電；電能輸出係PV電池陣列的面積的直接函數。

太陽能“聚光器”被視為另一類並且被設計為將入射太陽輻射從大的區域反射到更小的聚焦區域上，以便集中(收集)太陽輻射以產生可以傳遞給在聚焦區域處循環的流體的大量熱(從而達到更高的溫度和壓力)，適合用於需要所希望的品質的熱的不同應用，如工業過 程熱、HVAC加熱和冷卻、脫鹽、脫水等，或用於生產蒸汽以驅動渦輪機從而產生電。

最近，已經探索了一混合動力技術，其中將太陽能收集器與一特殊類型的PV電池結合使用；太陽能集中技術將高強度太陽輻射光束引導到在收集器的聚焦區域處的、專用的、小數目的光伏電池(稱為聚光器PV電池)上。因此，與PV電池結合的集中式太陽能收集器具有超過平板收集器的優勢，即它們利用實際上更小量的半導體材料，同時還在產生電能方面更有效率。

在任何情況下，太陽能聚光器技術無論是在需要熱或電還是這兩者的應用中都是最廣泛地有用的。與被動式太陽能技術或PV電池技術相比，太陽能聚光器以低成本和高效率提供了熱。

無論採用什麼類型的太陽能聚光器或收集器，大多數常規系統都用接收性光學器件來定位實際的“接收結構”(PV電池、熱/流體元件)。其結果係，該接收結構必要地暴露在外界中，並且遭受損壞、環境老化問題等等。

相應地，對於允許保護接收結構免受環境影響並且允許更有效的以及較低成本的太陽能利用技術的一裝置或系統存在需要或人們有可能從中收益。

為了說明的簡明性及明晰性，附圖僅展示了一般的 構造方式，並且可能省略了公知的特徵與工藝的描述和細節以避免不必要地混淆本發明。另外地，在附圖中的元件沒有必要按比例繪製。例如，在附圖中某些元件的尺寸相對於其他元件可以是過大的，以說明增強對本發明實施方式的理解。在不同附圖中的相同參考標號指代相同的元件。

如果在說明書與申請專利範圍中有“第一”、“第二”、“第三”和“第四”及類似術語，其僅用於在類似元件之間進行區分但並非必然地用於描述特定的序列或時間順序。應當理解地是，在適當的情況下所使用的術語係可以互換的，這樣使得在此描述的實施方式例如能夠以除那些在此說明的或以其他方式描述的以外的順序工作。此外，術語“包括”、“具有”以及其任何變體都旨在涵蓋非排他性的包括，這樣使得包括一系列元件的一過程、方法、系統、物品、設備、或裝置並非必然地局限於那些元件，而可以包括未明確列舉或對這樣的過程、方法、系統、物品、設備、或裝置而言固有的其他元件。

如果在說明書與申請專利範圍中有“左”、“右”、“前”、“後”、“頂”、“底”、“上”和“下”及類似術語，其僅出於描述性的目的而並不是必然地用於描述固定性的相對位置。應當理解地是，在適當的情況下所使用的術語係可以互換的，這樣使得在此描述的發明的實施方式例如能夠以除那些在此說明或以其他方式描述以外 的方位來工作。

術語“連接”、“連接了”、“連接著”、“連接的”等可廣義地理解並且指電地、機械地和/或以其他方式連接兩個或更多個元件或信號。兩個或更多個電元件可進行電連接但並不機械地或以其他方式連接；兩個或更多個機械元件可進行機械地連接但並不電地或以其他方式連接；兩個或更多個電元件可進行機械地連接但並不電地或以其他方式的連接。連接可用于任何時間長度，例如，永久性的或半永久性的或僅用於暫時的。

“電連接”等可廣義地理解並且包括涉及任何電信號(無論功率信號、數位信號、和/或其他的類型或組合的電信號)的連接。“機械連接”等可廣義地理解並且包括所有類型的機械連接。

在詞彙“連接”等附近的“可移除地”、“可移除的”等的詞彙的缺失並不意味著所談及的連接等係可移除或不可移除的。

實施方式的實例的詳細描述

在一些實例中，一太陽能系統可包括：(a)至少一個太陽能收集器，該至少一個太陽能收集器具有：(1)一或多個光纖光纜；(2)帶有多個聚焦光學器件的一接收器，該等聚焦光學器件被配置成將太陽輻射聚焦到這個或該等光纖光纜上；以及(3)至少一個集中反射器 被配置成將太陽輻射重定向到該接收器上；以及(b)被連接到這個或該等光纖光纜上的一或多個轉換元件，這個或該等轉換元件被配置成將太陽輻射轉換為一或多種其他形式的能量。

在很多實施方式中，一太陽能陣列可包括：(a)兩個或更多個太陽能收集器，這兩個或更多個太陽能收集器中的每一個具有：(1)一接收器；(2)一或多個集中反射器被配置成將光重定向到該接收器上；以及(3)一第一光纖束，該接收器被配置成將該光集中到該第一光纖束中；(b)一結合裝置，該結合裝置被連接到該兩個或更多個太陽能收集器各自的第一光纖束中並且被配置成將該兩個或更多個太陽能收集器各自的第一光纖束中的光集中為聚光；以及(c)被連接到該結合裝置上的至少一個轉換裝置，該至少一個轉換裝置被配置成將該聚光變換為一或多種其他形式的能量。

不同的實施方式涉及一種將來自太陽的光轉換為一或多種其他形式能量的方法。該方法可包括：使用至少一個第一集中反射器將來自太陽的光重定向到一第一接收器上；將該光聚焦到該第一接收器處的一第一光纖束中；使用該第一光纖束將該光從該第一接收器傳送到至少一個轉換裝置上；並且使用該至少一個轉換裝置將該光轉換為一或多種其他形式的能量。

一些實施方式涉及提供太陽能系統以收集太陽輻射的一方法。該方法可包括：提供至少一個太陽能收集 器，提供該至少一個太陽能收集器可包括：提供一帶有多個聚焦光學器件的接收器；提供至少一個集中反射器，該集中反射器被配置成將太陽輻射重定向到該接收器上；提供一或多個光纖光纜；並且將該等聚焦光學器件連接到這個或該等光纖光纜上，以便使得該等聚焦光學器件將太陽輻射集中到這個或該等光纖光纜中；提供一或多個轉換元件，這個或該等轉換元件被配置成將太陽輻射轉換為一或多種其他形式的能量；並且將這個或該等光纖光纜連接到這個或該等轉換元件上。

轉到附圖，圖1根據第一實施方式示出了一太陽能系統100的等距視圖。圖2根據第一實施方式示出了太陽能系統100的一太陽能收集器120的側視圖。圖3根據第一實施方式示出了太陽能收集器120的一接收器110沿線I-I(圖1)的切開視圖。太陽能系統100僅為示例性的並且不局限於在此所提出的實施方式。太陽能系統100可用於未在此具體描繪或說明的許多不同的實施方式或實例中。

轉到圖1-3，在一些實施方式中，太陽能系統100可包括：(a)至少一個太陽能收集器120(即，一太陽能聚光器)；以及(b)一或多個轉換裝置或元件130將太陽輻射(即，光)轉換為一或多種其他形式的能量(例如，熱能、機械能、和/或電能)。

在一些實例中，太陽能收集器120可包括：(a)連接到轉換元件130上的一或多個光纖光纜111(即，一 光纖束)；(b)一接收器110；(c)至少一個集中反射器121，該至少一個集中反射器被配置成將太陽輻射重定向到接收器110上；(d)一支撐結構122；以及(e)一安裝結構123。太陽能系統100可針對一太陽能系統進行不同的改進，該太陽能系統可藉由將一光纖束用作所收集的太陽輻射的管道以便將所收集的太陽輻射傳送到遠端定位的轉換元件來實現。

在如圖1-2所示的實例中，接收器110定位于集中反射器121的聚焦區域處。在其他的實施方式中，一或多個次級反射器被定位于集中反射器121(即，初級反射器)的聚焦區域處，並且接收器110被定位於太陽能收集器120的底部(例如，在區域129處)。在一些實例中，該等次級反射器可包括一卡塞葛籣反射器。

如圖3所示，接收器110可包括：(a)多個聚焦光學器件312，該等聚焦光學器件被配置成將該太陽輻射聚焦到光纖光纜111中；(b)一箍套(ferrule)結構313，該箍套結構被配置成保持住光纖光纜111的至少一部分(例如，光纖光纜111的一端部)；以及(c)一殼體314，該殼體被配置成保持住聚焦光學器件312、箍套結構313、以及部分的光纖光纜111。

在一些實例中，太陽輻射R被集中反射器121(圖1-2)重定向到聚焦光學器件312中。聚焦光學器件312可與光纖光纜111光學地對齊，以便將太陽輻射R集中或聚焦到光纖光纜111中。也就是說，在一些實例中， 入射的太陽輻射R穿過定位在接收器110內的聚焦光學器件312。光纖光纜111被定位於安置在接收器110內的箍套結構313內並且被定位為接收來自聚焦光學器件312的聚焦後的輸出。

在一些實例中，在聚焦光學器件312與光纖光纜111之間的區域315由空氣來填充。在一些實例中，區域315可用一惰性氣體來填充。在相同的或不同的實例中，可對區域315中的空氣或惰性氣體進行加壓。

在一些實例中，如果一次級反射器(例如卡塞葛籣反射器)被定位于集中反射器121(圖1和圖2)的聚焦區域處並且如果接收器110被定位於太陽能收集器120的底部，那麼接收器110並不包括接收器110中的聚焦光學器件312。在該等實例中，該次級反射器可用作聚焦光學器件。在其他的實例中，太陽能收集器120可包括一次級反射器以及聚焦光學器件312。

聚焦光學器件312可包括至少一個透鏡。該透鏡可被配置成將太陽輻射R聚焦到光纖光纜111中。在相同的或不同的實例中，該透鏡以及該光纖束可具有一寬頻防反射塗層與多個光學校正塗層。該透鏡系統還可包含有多個元件，該等元件包括但不局限於與聚光透鏡相連接的一準直透鏡。

在許多實例中，光纖光纜111可以是兩條或更多條光纖的一個束。光纖光纜111的一端部可被連接到接收器110上以便接收太陽輻射R。光纖光纜111的另一端 部可被連接到轉換元件130上。轉換元件130可將該太陽輻射轉換為其他形式的能量。

光纖光纜111的使用允許太陽輻射R被傳送到與太陽能收集器120相隔很遠的一位置，用於轉換為另一形式的能量。傳統的太陽能系統在該接收器處將太陽輻射轉換為其他形式的能量。太陽能系統100中的光纖光纜111的使用提供了幾個優勢。首先，該等轉換元件不必與太陽能收集器120共同定位。這樣，例如就可用光纖光纜111將多個轉換元件置於離開太陽能收集器120而定位的建築物中(例如，10米(m)、100 m、1000 m或更遠)，該等光纖光纜將太陽輻射從接收器110運送到轉換元件130。將轉換元件置於建築物的內部可增加轉換元件130的使用壽命並且減少維護與安裝的成本。

另外，如將在下文中關於圖4所示的第二實施方式所說明的，圖1-3中光纖光纜111的使用允許將來自兩個或更多個太陽能收集器的太陽輻射結合為單一的聚集的太陽光束。因此，不必具有多個轉換元件，一太陽能系統可具有在兩個或更多個太陽能收集器之間共用的一個單一轉換元件。轉換元件數量的減少可提高系統的效率並顯著降低成本。

圖1-3的光纖光纜111可以是多模光纖或單模光纖。構成光纖束的單獨光纖的尺寸可以改變。該等光纖由一內芯與一外護套構造成。在一些實例中，該內芯可用一折射率來製造而該外護套由不同折射率的材料(例 如，一透明材料)所構造。在不同的實施方式中，該光纖束的直徑可以是在保持最大傳輸效率與適當的使用壽命的同時該太陽能聚光器的尺寸以及一條給定光纖可耐受的最大強度的一函數。

在一實施方式中，光纖光纜111可具有大約3毫米或大約1到5毫米的一總合(collective)直徑。在一實例中，光纖光纜111中的每根光纖可具有大約9微米或大約5到15微米的直徑。光纖光纜111可具有高的能量密度，這允許大量的太陽輻射集中到具有較小能量損失的光纖光纜111中。例如，光纖光纜111可具有每平方米9兆瓦的能量密度，損耗為每平方公里1/10分貝。在一些實例中，每個光纖光纜111可具有玻璃的、塑膠的、或空氣的內芯，內芯周圍帶有玻璃或塑膠的護套。在不同的實施方式中，每個光纖光纜111可以是一光子晶體光纖。

集中反射器121可被配置成將入射的太陽輻射從一大面積反射到一較小的聚焦區域上，以便集中(即，收集)該太陽輻射。在一些實例中，集中反射器121可以是一拋物點聚光器。該拋物點聚光器可包括多個曲面鏡，該等曲面鏡被安排為形成一將入射的太陽輻射聚焦到單一的聚焦區域中的抛物線型盤。

在其他的實施方式中，集中反射器121可具有一軸環狀的幾何形狀(例如，參看圖4的太陽能收集器420、440、442、與444)。也就是說，在一些實例中，集中 反射器121可包括兩個或更多個同心反射器(如圖4所示)，每個反射器具有一軸環狀的幾何形狀。在不同的實例中，每個同心反射器可包括兩個或更多個分離的反射翼瓣，該等反射翼瓣以拱頂石形(keystone)安排被保持在位。每個反射翼瓣可具有一硬殼式(monocoque)構型，其中該等反射翼瓣的一反射表面支承了大部分的扭轉與彎曲應力。在仍其他的實施方式中，可將其他的幾何形狀與設計用於集中反射器121(例如，太陽能槽、菲涅爾反射器等)。

在不同的實施方式中，集中反射器121可用玻璃反射面來構建(例如，一反射表面塗覆有諸如硝酸銀和玻璃罩以保護該反射表面)。在其他的實例中，集中反射器121可具有鈍化的鋁(或放置在另一材料的表面上的一層鈍化的鋁)、高反射性介電材料、聚合物、超薄玻璃(例如，50微米或更小)或類似物。不同的合金和/或表面最終處理可以用來在本發明太陽能聚光器的外皮上提供所希望的反射度。

在一些實例中，支撐結構122可包括一混凝土台座(pad)或被配置成將太陽能收集器120牢固地安裝在地面上的其他類似結構。可使用安裝結構123將集中反射器121附裝在支撐結構122上。雖然未示出，但在一些實例中，支撐結構122和/或安裝結構123可包括多個伺服機構和/或其他的機械裝置，該等裝置用於手動和/或自動地移動集中反射器121，以便在一天或一年的 過程中追蹤太陽的運動。

轉換元件130可被配置成將太陽輻射(即，光)轉換為一或多種其他形式的能量(例如，熱能、機械能，和/或電能)。轉換元件130光學地並機械地連接到光纖光纜111上並且被配置成接收來自光纖光纜111的聚集的太陽輻射。

在一些實例中，轉換元件130可包括一熱接收器(例如，一斯特林發動機)。在一些實施方式中，來自光纖光纜111的聚集的太陽輻射可被導向到(即，聚焦到)一熱傳導介質中(例如，各種流體、氣體、或鹽)。所聚集的太陽輻射可對熱傳導介質進行加熱並且可用於不同的用途，該等用途包括工業處理熱、HVAC加熱與冷卻、脫鹽、脫水等，或用於生產驅動渦輪機的蒸汽以便發電。

在其他的實例中，轉換元件130可被配置成將該太陽輻射直接轉換為電能。例如，轉換元件130可包括一或多個光伏電池(例如，聚光器光伏電池)。在此實例中，來自光纖光纜111的聚集的太陽輻射被集中到太陽能光伏材料的一小的區域上，此太陽能光伏材料將光轉換為電。在一實例中，可使用多結光伏電池。

另外，太陽能系統100可藉由將一光調製裝置(諸如馬赫曾德爾(Mach-Zehnder)干涉儀)與轉換元件130進行整合來從所聚集的太陽輻射中產生交流的(AC)電輸出信號。藉由將一常規的電功率信號作為數據登錄 用於馬赫曾德爾干涉儀，所聚集的太陽輻射可被轉換為一AC電輸出信號。

在仍其他的實施方式中，轉換元件130可包括不同轉換元件的組合。例如，來自光纖光纜111的聚集的太陽輻射的第一部分可被引導到該等熱接收器中並且太陽輻射的第二部分可被引導到一或多個光伏電池中。

在許多實施方式中，轉換元件130可定位於第一建築物內，而太陽能收集器120則定位為離開該第一建築物或至少在其外部。在相同的或不同的實例中，轉換元件130除與光纖光纜111連接之外並不與太陽能收集器120機械地連接。也就是說，轉換元件130可遠離太陽能收集器120的物理位置而被儲放在建築物內或任何適當的結構內，並且免受損壞或老化。而且，來自多個太陽能收集器的光纖束可被定向到一個單一的接收結構中，以便總體上為太陽能系統100以及太陽能收集器120和轉換元件130提供超過傳統的太陽能系統的顯著增長的效率與顯著降低的初始成本和維護成本。效率可從大約14%增加到大約42%，而成本可減少大約66%。作為一實例，典型的太陽能收集器系統在無補助情況下的每瓦電力美元成本為大約$6/W，而在此所述的太陽能系統可以僅有大約$2/W的成本。

另外，能夠將光纖束路徑延伸到住宅(或商業)樓宇，使得光伏電池/熱電池或類似物直接定位在用於將太陽能轉換為另一形式的建築物中。採用當前的方法來 集中光伏電池的一主要問題係發熱，這減少了光伏電池的效率並降低了電池的壽命。在許多減少發熱影響的實例中，使用了濾波器來去除不產生電能的那些波長。不需要的波長可被丟棄到大氣中。在一些實例中，接收器130可分裂出用於集中的光伏電池的光波長並且用於這一目的，同時將剩餘的波長發送到一熱轉換器用於產生熱。

轉到另一實施方式，圖4根據第二實施方式示出了一太陽能系統400的等距視圖。太陽能系統400僅為示例性的並且不局限於在此所提出的實施方式。太陽能系統400可用於未在此具體描繪或說明的許多不同的實施方式或實例中。

在一些實施方式中，太陽能系統400可以是一太陽能收集器陣列並且可包括：(a)兩個或更多個太陽能收集器420、440、442和444；(b)至少一個轉換裝置或元件430，被配置成將太陽輻射(即，光)轉換為一或多種其他形式的能量(例如，熱能、機械能、和/或電能)；(c)多個光纖光纜411、441、443、445和451；(d)一結合裝置450，被配置成接收來自光纖光纜411、441、443和445的太陽輻射並且被配置成將光從光纖光纜411、441、443和445集中到光纖光纜451中。

在一些實例中，太陽能收集器420可包括：(a)一接收器410；(b)兩個或更多個集中反射器424和425；(c)至少一個次級反射器412；(d)一支撐結構422； 以及(e)一安裝結構423。在不同的實施方式中，光纖光纜411、441、443和445可被認為分別是太陽能收集器420、440、442和444的一部分，並且可類似於或與光纖光纜111(圖1)相同。太陽能系統400可針對一太陽能系統中進行不同的改進，該太陽能系統可藉由將一光纖束用作所收集的太陽輻射的管道以便將所收集的太陽輻射傳送到遠端定位的轉換元件來實現。

次級反射器412可被定位于集中反射器424和425(即，初級反射器)的聚焦區域處，並且接收器410可被定位於太陽能收集器420的底部。在一些實例中，集中反射器424和425將太陽輻射重定向到次級反射器412上，該次級反射器將該輻射反射到接收器410上。在一些實例中，太陽能收集器420可被認為是一卡塞葛籣系統。

在一些實例中，接收器410可類似於或與圖3的接收器110相同。類似地，轉換元件430可類似於或與轉換元件130相同。太陽能收集器440、442和444可類似於或與太陽能收集器420相同。在許多實施方式中，光纖光纜411、441、443和445可將太陽能收集器420、440、442和444的接收器分別連接到結合裝置450上。

結合裝置450可被配置成將來自光纖光纜411、441、443和445的太陽輻射集中到光纖光纜451中。光纖光纜451可將所聚集的太陽輻射從結合裝置450傳送到轉換元件430上。在一些實例中，結合裝置450可 包括一積分球體(例如，一烏布利希球)。一積分球體不必一定是一球體，而在一些實例中，它具有另一形狀。

結合裝置450可被連接到光纖光纜411、441、443和445上以產生集中的太陽能，該集中的太陽能顯著地大於用常規系統有可能產生的太陽能(例如，在數千日光單位(suns)量級上的能量)。

在不同的實例中，太陽能收集器420、440、442和444從結合裝置450和轉換元件430分隔開。在許多實施方式中，結合裝置450和轉換元件430被定位於一第一結構460中，而太陽能收集器420、440、442和444不是被定位在該第一結構中也不與其相連接。離第一結構460一預定的非零距離(例如，5米、50米、500米或更遠的距離)對太陽能收集器420、440、442和444進行定位。

轉到仍另一實施方式，圖5根據第三實施方式示出了一太陽能系統500的等距視圖。太陽能系統500僅為示例性的並且不局限於在此所提出的實施方式。太陽能系統500可用於未在此具體描繪或說明的許多不同的實施方式或實例中。

在一些實施方式中，一太陽能系統500可以是一太陽能收集器陣列並且可包括：(a)兩個或更多個太陽能收集器520、540、542、544和546；(b)至少一個轉換裝置或元件530，被配置成將太陽輻射(即，光)轉換為一或多種其他形式的能量(例如，熱能、機械能、 和/或電能)；(c)多個光纖光纜511、541、543、545和547；以及(d)被連接到光纖光纜511、541、543、545和547的一結合裝置550。在一些實例中，光纖光纜511、541、543、545和547可被認為分別是太陽能收集器520、540、542、544和546的一部分。

太陽能收集器520、540、542、544和546可分別類似於或與圖1和圖4的太陽能收集器120或420相同。光纖光纜511、541、543、545和547分別將太陽能收集器520、540、542、544和546連接到結合裝置550上，並且它們可類似於或與光纖光纜111(圖1)、411、441、443和/或445(圖4)相同。在一些實例中，結合裝置550可以是一積分球體。

在一些實例中，轉換元件530可包括：(a)兩個或更多個熱轉換元件531、533、534、535和536；以及(b)一熱交換器537。熱轉換元件531、533、534、535和536可定位於結合裝置550內。每個熱轉換元件531、533、534、535和536被安置成接收分別沿光纖光纜511、541、543、545和547傳播的信號。來自所有光纖光纜511、541、543、545和547的熱能然後穿過熱交換器537，如圖5所示，該熱交換器包括一熱流體輸入/輸出路徑。

在圖5所示的實施方式中，光纖光纜511、541、543、545和547被聚集在一起來形成一光學煮器(boiler)，該光學煮器被配置成產生熱能，這種熱能有 超過基於太陽輻射的傳統熱系統的在數量級上的改進。

另外，使用太陽能系統500，有可能進一步藉由將一光調製裝置(諸如馬赫曾德爾干涉儀)與轉換元件530進行整合來從沿光纖光纜511、541、543、545和547傳播的入射輻射中產生一AC電輸出信號。藉由將一常規的電功率信號作為數據登錄用於馬赫曾德爾干涉儀，所聚集的太陽輻射可被轉換為一AC電輸出信號。

結合裝置550和轉換元件530可在一遠離太陽能收集器520、540、542、544和546的距離上被定位。在一些實例中，結合裝置550和轉換元件530被儲放在一保護性的結構中，而太陽能收集器520、540、542、544和546被定位於該保護性結構的外部。結合裝置550不僅可以是一積分球體，還可以使用任何允許將兩個或更多個光纖結合為單一光纖的光學技術。在一些實施方式中，兩個或更多個太陽能聚光器的輸出可被結合到一個單一的光纖束中，以便減少到遠端位置的能量傳輸的成本。兩個或更多個太陽能收集器的輸出的結合對總的集中率具有一累加效應(增加能量密度)。總集中率中的這種增加尤其能夠對生成用於蒸汽渦輪機的、超級加熱的蒸汽有益。

轉到仍還一實施方式，圖6根據第四實施方式示出了一太陽能系統600的等距視圖。太陽能系統600僅為示例性的並且不局限於在此所提出的實施方式。太陽能系統600可用於未在此具體描繪或說明的許多不同 的實施方式或實例中。

在一些實施方式中，一太陽能系統600可以是一太陽能收集器陣列並且可包括：(a)兩個或更多個太陽能收集器620、640和642；(b)至少一個轉換裝置或元件430，被配置成將太陽輻射(即，光)轉換為一或多種其他形式的能量(例如，熱能、機械能、和/或電能)；(c)一或多個光纖光纜611；以及(d)被連接到光纖光纜611上的一接收器610。在一些實例中，接收器610和多個光纖光纜可被認為分別是太陽能收集器620、640和642的一部分。

在一些實例中，太陽能收集器620可包括：(a)至少一個集中反射器621；(b)一支撐結構622；以及(c)一安裝結構623。太陽能系統600可針對一太陽能系統進行不同的改進，該太陽能系統可藉由將一光纖束用作所收集的太陽輻射的管道以便將所收集的太陽輻射傳送到遠端定位的轉換元件430來實現。太陽能收集器640和642可類似於或與太陽能收集器620相同。

在此實例中，太陽能系統600具有一太陽能發電塔式的配置。也就是說，不必每個太陽能收集器620、640和642都具有其自身的接收器，一接收器610被定位於發電塔615處。

太陽能收集器620、640和642將太陽輻射重定向到接收器610上。接收器610將該重定向的太陽輻射聚焦到光纖光纜611上。在一些實例中，接收器610可被 認為是一或多個太陽能收集器620、640和642的一部分。光纖光纜611可將集中的輻射從接收器610傳送到遠端定位的轉換元件430上。光纖光纜611可分別類似於或與光纖光纜111(圖1)、411、441、443、445、447(圖4)、511、541、543、545和/或547(圖5)相同。同樣，在一些實例中，光纖光纜611可被認為是一或多個太陽能收集器620、640和642的一部分。

仍轉到還一實施方式，圖7根據第五實施方式示出了一太陽能系統700的等距視圖。太陽能系統700僅為示例性的並且不局限於在此所提出的實施方式。太陽能系統700可用於未在此具體描繪或描述的許多不同的實施方式或實例中。

在一些實施方式中，太陽能系統700可包括：(a)至少一個太陽能收集器720；以及(b)一或多個轉換裝置或元件130，被配置成將太陽輻射(即，光)轉換為一或多種其他形式的能量(例如，熱能、機械能、和/或電能)。

在一些實例中，太陽能收集器720可包括：(a)連接到轉換元件130上的一或多個光纖光纜711；(b)一接收器710；(c)至少一個集中反射器721，該至少一個集中反射器被配置成將太陽輻射重定向到接收器710上；(d)一支撐結構722；以及(e)一安裝結構723。太陽能系統700可針對一太陽能系統進行不同的改進，該太陽能系統可通過將一光纖束用作所收集的太陽 輻射的管道以便將所收集的太陽輻射傳送到遠端定位的轉換元件130來實現。

在此實例中，集中反射器721可以是一拋物槽形收集器。一拋物槽形收集器使用一狹長的反射槽，該狹長的反射槽具有一抛物線截面，以沿通過形成該槽的抛物線元件的該等焦點而延伸的一條聚焦線來集中太陽的輻射。在此實施方式中，接收器710沿該拋物槽的焦線被定位。接收器710包括多個聚焦光學器件，該等聚焦光學器件被配置成將通過集中反射器721被重定向的太陽輻射聚焦到光纖光纜711中。光纖光纜711可將集中的太陽輻射從接收器710傳送到遠端定位的轉換元件130上。

圖8示出了將來自太陽的光轉換為一或多種其他形式能量的方法800的一實施方式的流程圖。方法800僅為示例性的並且不局限於在此所提出的實施方式。方法800可用於未在此具體描繪或描述的許多不同的實施方式或實例中。在一些實施方式中，方法800的行為、進程和/或步驟可用所提出的順序來執行。在其他的實施方式中，方法800的行為、進程和/或步驟可用任何其他適當的順序來執行。在仍其他的實施方式中，方法800中的一或多個行為、進程和/或步驟可進行組合或被略過。

參見圖8，方法800包括使用至少一個第一集中反射器將來自太陽的光重定向到一第一接收器的一行為 870。作為一實例，集中反射器可分別類似於或與圖1、4、4、6和7的集中反射器121、424、425、621或721相同。第一接收器可分別類似於或與圖1、4、5、6和7的接收器110、410、510、610或710相同。

其後，圖8的方法800包括將光聚焦到該第一接收器處的第一光纖束中的一行為871。作為一實例，該第一光纖束可分別類似於或與圖1、4、5、6和7的光纖光纜111、411、511、611或711相同。在一些實例中，該第一接收器可包括多個聚焦光學器件，該等聚焦光學器件可用於將光聚焦到該第一光纖束中。

接下來，圖8的方法800包括使用該第一光纖束來傳送光的一行為872。

圖8中的方法800用一行為873繼續進行，該行為是使用至少一個第二集中反射器將來自太陽的光重定向到一第二接收器中。在一些實例中，行為873可類似于或與行為870相同。

其後，圖8的方法800包括將來自該至少一個第二集中反射器的光聚焦到該第二接收器處的第二光纖束中的一行為874。在一些實例中，行為874可類似于或與行為871相同。在其他的實例中，來自該至少一個第二集中反射器的光被聚焦到該第一接收器處的第一光纖束中。

接下來，圖8的方法800包括使用該第二光纖束來傳送光的一行為875。在一些實例中，行為875可類似 于或與行為872相同。在其他的實例中，使用該第一光纖束傳送來自該第二集中反射器的光。在進一步的實例中，方法800可包括與行為873-875類似的額外行為，用於額外的集中反射器和接收器。

其後，圖8的方法800包括將來自該第一接收器的光與來自該第二接收器的光進行結合的一行為876。在一些實例中，可使用結合裝置將來自該第一接收器的光與來自該第二接收器的光進行結合(分別例如，圖4和圖5的結合裝置450或550)。

圖8中的方法800用一行為877來繼續進行，該行為是使用該至少一個轉換元件將光轉換為一或多種其他形式的能量。在一些實例中，該光可被轉換為熱能、機械能和/或電能。作為一實例，該轉換元件可分別類似於或與圖1、4和5的轉換元件130、430或530相同。

圖9示出了提供太陽能系統以收集太陽輻射的方法900的一實施方式的流程圖。方法900僅為示例性的並且不局限於在此所提出的實施方式。方法900可用於未在此具體描繪或描述的許多不同的實施方式或實例中。在一些實施方式中，方法900的行為、進程和/或步驟可用所提出的順序來執行。在其他的實施方式中，方法900的行為、進程和/或步驟可用任何其他適當的順序來執行。在仍其他的實施方式中，方法900中的一或多個行為、進程和/或步驟可進行組合或被略過。

參見圖9，方法900包括提供至少一個太陽能收集 器的一行為970。作為一實例，該太陽能收集器可分別類似於或與圖1、4、5、6和7的太陽能收集器120、420(和/或440、442、446)、520(和/或540、542、544、546)、620(和/或640、642)或720相同。在一些實施方式中，圖10根據一實施方式示出了用於提供至少一個太陽能收集器的行為970的示例性實施方式的流程圖。

參見圖10，行為970包括提供一具有多個聚焦光學器件的接收器的一步驟1082。作為一實例，該接收器可分別類似於或與圖1、4、5、6和7的接收器110、410、510、610或710相同。該等聚焦光學器件可類似於或與圖3的聚焦光學器件312相同。

圖10的行為970用一步驟1083來繼續進行，該步驟為提供至少一個集中反射器，該集中反射器被配置成將太陽輻射重定向到該接收器上。作為一實例，集中反射器可分別類似於或與圖1、4、4、6和7的集中反射器121、424、425、621或721相同。

其後，圖10的行為970包括提供一或多個光纖光纜的一步驟1084。作為一實例，該等光纖光纜可分別類似於或與圖1、4、5、6和7的光纖光纜111、411、511、611或711相同。

接下來，圖10的行為970包括將該等聚焦光學器件連接到這個或該等光纖光纜上的一步驟1085，這樣使得該等聚焦光學器件將太陽輻射集中到這個或該等 光纖光纜中。可以用類似於或與將光纖光纜111連接到聚焦光學器件312上相同的方式(如圖3所示)將該等聚焦光學器件連接到這個或該等光纖光纜上。在步驟1085之後，行為970完成。

回來參見圖9，圖9中的方法900用一行為971來繼續進行，這個行為是提供一或多個轉換元件，這個或該等轉換元件被配置成將該太陽輻射轉換為一或多種其他形式的能量。作為一實例，該轉換元件可分別類似於或與圖1、4和5的轉換元件130、430或530相同。

在一些實例中，圖9的方法900包括一可選行為972，該可選行為是提供一結合裝置，該結合裝置被配置成將來自兩個或更多個太陽能收集器的太陽輻射進行結合。作為一實例，結合裝置可分別類似於或與圖4和5的結合裝置450或550相同。

其後，圖9的方法900包括將這個或該等光纖光纜連接到這個或該等轉換元件上的一行為973。在一些實例中，圖11示出了行為973的一示例性實施方式的流程圖。

參見圖11，行為973包括將這個或該等光纖光纜連接到該結合裝置上的一步驟1182。

圖11的行為973用一步驟1183來繼續進行，該步驟為將該結合裝置連接到這個或該等轉換元件上。在步驟1183之後，行為973以及方法900完成。

雖然已參考具體的實施方式描述了本發明，但熟悉 該項技術者將理解的是，在不偏離本發明的精神或範圍的情況下，可對其做出各種變化。因此，本發明的實施方式的揭露內容旨在說明本發明的範圍而並不旨在進行限制。這旨在說明，本發明的範圍將僅由所附申請專利範圍所要求的程度來限定。例如，對於一本領域的普通技術人員來說顯而易見的是，圖8的行為870-877、圖9的行為970-973、圖10的步驟1082-1085、以及圖11的步驟1182-1183可包括許多不同的行為、步驟並且可用許多不同的模組、以許多不同的次序來執行，即可改變圖1-11的任何元件並且前面對某些實施方式的討論並不必然代表所有可能的實施方式的一完整描述。

在任何具體申請專利範圍中所要求的所有元素對於在那個具體申請專利範圍中所要求的實施方式來說是必要的。因此，替換一或多個所要求的元素造成了重構而非修補。另外，已關於具體的實施方式描述了多種益處、其他優勢以及對於問題的解決方案。然而，該等益處、優勢、對問題的解決方案、以及可產生任何益處、優勢、或解決方案的或使其變得更加明顯的任何一個元素或多個元素並不被視為任何或所有申請專利範圍的關鍵的、需要的、或必要的特徵或元素，除非在這樣的申請專利範圍中陳述了這樣的益處、優勢、解決方案、或元素。

而且，如果實施方式和/或限制：(1)並未在申請專利範圍中明確地要求；以及(2)在等同原則下，它 們是申請專利範圍中所表述的元素和/或限制的等效物或潛在等效物，那麼在此所揭露的實施方式與限制並非在貢獻原則(doctrine of dedication)下用於向大眾公開。

100‧‧‧太陽能系統

110‧‧‧接收器

111‧‧‧光纖光纜

120‧‧‧太陽能收集器

121‧‧‧集中反射器

122‧‧‧支撐結構

123‧‧‧安裝結構

129‧‧‧區域

130‧‧‧轉換元件

312‧‧‧聚焦光學器件

313‧‧‧箍套結構

314‧‧‧殼體

315‧‧‧區域

400‧‧‧太陽能系統

410‧‧‧接收器

411‧‧‧光纖光纜

412‧‧‧次級反射器

420‧‧‧太陽能收集器

422‧‧‧支撐結構

423‧‧‧安裝結構

424‧‧‧集中反射器

425‧‧‧集中反射器

430‧‧‧轉換元件

440‧‧‧太陽能收集器

441‧‧‧光纖光纜

442‧‧‧太陽能收集器

443‧‧‧光纖光纜

444‧‧‧太陽能收集器

445‧‧‧光纖光纜

450‧‧‧結合裝置

460‧‧‧第一結構

500‧‧‧太陽能系統

510‧‧‧接收器

511‧‧‧光纖光纜

520‧‧‧太陽能收集器

530‧‧‧轉換元件/轉換裝置

531‧‧‧熱轉換元件

533‧‧‧熱轉換元件

534‧‧‧熱轉換元件

535‧‧‧熱轉換元件

536‧‧‧熱轉換元件

537‧‧‧熱交換器

540‧‧‧太陽能收集器

541‧‧‧光纖光纜

542‧‧‧太陽能收集器

543‧‧‧光纖光纜

544‧‧‧太陽能收集器

545‧‧‧光纖光纜

546‧‧‧太陽能收集器

547‧‧‧光纖光纜

550‧‧‧結合裝置

600‧‧‧太陽能系統

610‧‧‧接收器

611‧‧‧光纖光纜

620‧‧‧太陽能收集器

621‧‧‧集中反射器

622‧‧‧支撐結構

623‧‧‧安裝結構

640‧‧‧太陽能收集器

642‧‧‧太陽能收集器

700‧‧‧太陽能系統

710‧‧‧接收器

711‧‧‧光纖光纜

720‧‧‧太陽能收集器

721‧‧‧集中反射器

722‧‧‧支撐結構

723‧‧‧安裝結構

為了有助於進一步描述實施方式，提供了下列附圖，其中：圖1根據第一實施方式示出了一太陽能系統的等距視圖；圖2根據第一實施方式示出了圖1的太陽能系統的一太陽能收集器的側視圖；圖3根據第一實施方式示出了圖1的太陽能收集器的一接收器沿線I-I(圖1)的切開視圖；圖4根據第二實施方式示出了一太陽能系統的等距視圖；圖5根據第三實施方式示出了一太陽能系統的等距視圖；圖6根據第四實施方式示出了一太陽能系統的等距視圖；圖7根據第五實施方式示出了一太陽能系統的等距視圖；圖8示出了用於一實施方式的、將來自太陽的光轉換為一或多種其他形式能量的方法的流程圖；圖9示出了用於一實施方式的、提供用以收集太陽 輻射的太陽能系統的方法的流程圖；圖10根據一實施方式示出了用於提供至少一個太陽能收集器的行為的示例性實施方式的流程圖；並且圖11根據一實施方式示出了用於將一或多個光纖光纜連接到一或多個轉換元件上的行為的示例性實施方式的流程圖。

100‧‧‧太陽能系統

110‧‧‧接收器

111‧‧‧光纖光纜

120‧‧‧太陽能收集器

121‧‧‧集中反射器

122‧‧‧支撐結構

123‧‧‧安裝結構

129‧‧‧區域

130‧‧‧轉換元件

Claims (11)

1. 一種太陽能系統，包括：複數個太陽能收集器，各個太陽能收集器包括：一或多個光纖光纜；一接收器，該接收器包括：多個聚焦光學器件其被配置成將太陽輻射聚焦到該一或多個光纖光纜中；以及一或多個集中反射器，其各個被配置成將該太陽輻射聚焦導向到該接收器上；一積分球體被連接到各個該一或多個光纖光纜，其中該積分球體結合各個該一或多個光纖光纜中的該太陽輻射為聚集的太陽輻射；以及一或多個轉換元件被連接到該積分球體，該一或多個轉換元件被配置成將該聚集的太陽輻射轉換為一或多種其他形式的熱能、機械能和電能。
2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能系統，其中：這些聚焦光學器件包括一個透鏡，該透鏡被配置成將該太陽輻射聚焦到該一或多個光纖光纜中。
3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能系統，其中：該接收器被連接到該至少一個集中反射器上並且被定位於該至少一個集中反射器的一聚焦區域 處。
4. 如申請專利範圍第3項所述之太陽能系統，其中：各個集中反射器包括：一次級反射器其被配置成將該太陽輻射重定向到該接收器上；以及一初級反射器其被配置成將該太陽輻射重定向到該次級反射器上。
5. 如申請專利範圍第4項所述之太陽能系統，其中：該至少一個集中反射器包括：一第一集中反射器其被配置成將該太陽輻射重定向到該接收器上；以及一第二集中反射器其被定位為鄰近該第一集中反射器並且被配置成將該太陽輻射重定向到該接收器上。
6. 如申請專利範圍第5項所述之太陽能系統，其中：該一或多個轉換元件被定位於一第一建築物內；並且該至少一個太陽能收集器，除該一或多個光纖光纜的至少一部分以外，被定位於該第一建築物的外部。
7. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能系統，其中：該一或多個轉換元件除與該一或多個光纖光纜連接之外並不與太陽能電池陣列機械地連接。
8. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能系統，其中：該一或多個轉換元件包括一熱接收器。
9. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能系統，其中：該一或多個轉換元件包括一聚光器光伏電池。
10. 一種太陽能陣列，包括：兩個或更多個太陽能收集器，這兩個或更多個太陽能收集器中的每一個包括：一接收器；一或多個集中反射器其被配置成將光重定向到該接收器上；以及一第一光纖束，該接收器被配置成將該光集中到該第一光纖束中；一結合裝置其被連接到該兩個或更多個太陽能收集器各自的第一光纖束中並且被配置成將該兩個或更多個太陽能收集器各自的第一光纖束中的光集中為聚光；以及被連接到該結合裝置上的至少一個轉換裝置，該至少一個轉換裝置被配置成將該聚光變換為 一或多種其他形式的能量。
11. 一種將來自太陽的光轉換為一或多種其他形式能量之方法，該方法包括：將太陽光從複數個集中反射器重定向到相應之接收器上；將該太陽光從各個接收器聚焦到一包括光纖傳輸光纜之光纖束中；使用該光纖束將該太陽光從該等接收器傳送到一結合裝置上；在該結合裝置上結合來自一個或多個第二接收器的太陽光；並且使用該至少一個轉換裝置將被結合之該太陽光轉換為一或多種其他形式的能量。