[发明专利]太阳能发电和能量储存系统

说明书

相关申请

本申请要求1999年5月10日提交的美国临时申请60/134,642的权益。

发明领域

本发明总的来说涉及利用太阳能产生热能，具体而言，涉及一种用于收集、储存和应用由入射太阳能产生的热能的系统。

背景技术

以目前的消耗率，仅仅一天从太阳入射到地球的能量就足以供应人类175年所需的电力。收集这种能量的一种途径是通过光电板；但是当太阳落下去后他们就关闭了。此外，同用矿物燃料生产电能相比，可供利用的光电板造价昂贵。

另外一种收集太阳能的途径是用抛物面反射镜聚集太阳光从而在兰金(Rankine)循环中产生蒸汽用于发电。但是，这种技术同样是昂贵的和劳动力密集型的，并且仅在相对晴朗的白天才可用。推荐应用平板收集器将太阳能转换成热能以产生输出电能的项目鉴于构造大面积收集器表面的费用巨大已被证明是不经济的。并且，这两种方法都需要某种形式的外部储存能量以在夜间连续产生电能。

通常平的太阳能电池板置于矩形箱中，在吸收表面之上有一层或两层透光罩，由箱体的侧壁支撑，侧壁在清晨和黄昏时在吸收表面形成影子。而且，箱子的框架提供热通道，将来自太阳能收集器的能量释放到周围的空气中，造成能量损失。

所需要的系统应能廉价地在大面积的区域收集太阳能，所收集的能量一部分用于在白天发电，其余的能量被存储起来供夜间发电。例如，美国Brookhaven国家实验室报告BNL 51482，UC-59c，“高分子膜太阳能收集器的发展：现状报告，”W.G.Wilhelm等，1982年8月，描述了一种由塑料膜组成的太阳能收集器，在工厂中用轧辊系统将这些塑料膜在适当的位置密封在一起。然后成卷的塑料膜被切成若干段安装在硬框架上。应用底部绝缘减少热损失。

许多专利披露了由塑料膜组成的太阳能电池板的结构，塑料膜用作透光罩和盛装热收集液体的管道。美国专利4,038,967，4,559,924，和4,597,378披露了密封在一起用于输送热收集液体的塑料膜和用作透光罩的塑料膜。在这些专利中，需要硬框架来支撑塑料膜，并提供绝缘以防止电池板下的热损失。

美国专利4,036,209披露了一种塑料水管和由大气压支撑的塑料透光罩，被固定在一个硬结构上，其设计不能用于覆盖大面积的地面区域。美国专利3,174,915披露了一种太阳能蒸发器，使用充气罩作为透光罩和收集冷凝物，它也是被固定在硬框架上。美国专利3,991,742描述了一种热水器太阳能电池板，由两层塑料膜组成，水在塑料膜之间流动。该系统被设计成固定在倾斜的屋顶上以产生必要的液体流动。

本发明所述的太阳能发电和能量储存系统(SPAESS)提供了一种在大面积的地面区域上收集太阳能的系统，可在白天利用太阳能发电并将能量储存在地下以供夜间发电。在白天每平方英里(640英亩)所收集的太阳能在峰值需求时可输出超过一百兆瓦的电能，夜间当电能需求减少时能继续以相对高的水平输出电能。

本发明的各种目的、优点和新颖特征一方面将在下面的描述中予以阐明，另一方面，专业人员通过对下述内容的研究会更清楚本发明的各种目的、优点和新颖特征，或者通过实施本发明来了解其特征。本发明权利要求中进一步阐明了发明的目的和优点。

发明内容

本发明所述太阳能收集系统是一种从户外大面积区域收集太阳能的太阳能收集系统。将一段带有一个柔性非绝缘基板的太阳能收集器沿支撑面展开。许多平行管沿柔性基板长度方向密封，具有较高的光吸收率和较低的红外线辅射率，平行管用于盛装有待用太阳能加热的流动液体。将一段覆盖材料平行于基板放置，置于平行管和太阳之间，并密封在基板上以盛装低压力流体从而减少上述流动液体的热损失，并支撑由地面层和覆盖层所包围的结构。

平行管中被加热的液体被收集到一个集管中输送给发电系统。被加热的液体流经锅炉使一种低沸点的液体(如制冷剂)汽化，所产生的蒸汽即可用于常规的发电机产生输出能量。在一个实施例中，发电机冷凝器靠喷射到冷凝器周围冷却空气中的水的蒸发来冷却。

附图说明

附图包括在说明书中，构成说明书的一部分，附图展示了本发明的实施例并与文字描述一起共同解释本发明的原理。在附图中：

图1是作为本发明的一种实施例的太阳能收集器的一个典型部分的横截面图。

图2是图1所示收集器中的液体流动系统的替换实施例的横截面图。

图3是图1所示的太阳能收集器的另一种实施例。

图4是利用图1所示太阳能收集器的发电系统的示意图。