[发明专利]直线式太阳能集热器系统和太阳能发电机系统

说明书

对相关申请的引用

本申请基于2012年3月26日提交的日本专利申请2012-68606和2012年11月9日提交的的日本专利申请2012-247211，并要求这些专利申请的优先权，这些专利申请的公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及一种由平行布置的太阳辐射反射线路构成的直线式太阳能集热器系统以及一种结合有该系统的太阳能发电机系统。

背景技术

作为一种现有技术的直线式太阳能集热器系统，直线式菲涅尔反射器系统是众所周知的。

图23A是现有技术的直线式菲涅尔反射器的一个例子的透视图；图23B是从光接收线路的一端观察时该直线式菲涅尔反射器的示意图，例如在如下文献中披露了该现有技术的直线式菲涅尔反射器：Solar 2004:Life,the Universe and REnewables(《太阳能2004：生命、宇宙和可再生能源》)中的“Steam-circuit Model for the compact Linear Fresnel Reflector Prototype(紧凑直线式菲涅尔反射器原型的蒸汽回路模型)”，以及美国专利申请公告US2009/0056703(参考文献1)。

如图中所示，现有技术的反射器包括在地面上平行布置的反射线路L1、L2、......以及按一定的周期横跨平行于所述反射线路的成列反射线路布置的光接收线路G1、G2、......。在每条反射线路L1、L2、......上，布置有许多作为日光反射装置的矩形反光镜片H，在每条光接收线路G1、G2、......上，按一定的间距平行地布置有作为集热器的接收器。

镜片H绕转轴转动的角度被分别控制，以便向各自的相邻接收器R反射入射太阳辐射。反射光的热量在接收器R处通过集热介质转化为高温水蒸汽。反射线路L1、L2、......和接收器R都沿南北方向平行布置。反射线路L1、L2、......的角度沿东西方向调节，从而其上的镜片H可追随太阳的运动，使反射光始终汇聚在接收器R附近。

所述太阳能集热器在太阳能发电机系统中使用。目前有正在运转的商用发电站，例如抛物线集热槽式太阳能发电机系统或中央塔式太阳能发电机系统。抛物线集热槽式太阳能发电机系统采用槽式抛物面镜，这种抛物面镜在焦点位置具有用于收集太阳辐射的集热管，作为集热油的集热流体在集热管中流动，集热管产生热能，从而发电。中央塔式太阳能发电机系统采用带有太阳跟踪装置的平面镜，在中心处具有塔式集热器，用于集中太阳辐射，并从在塔的顶部中流动的流体获取热量，从而发电。

抛物线集热槽式系统发电时的成本较低，但是由于被加热流体的温度较低，因而工作效率不高。中央塔式系统能产生高温流体，但是由于需要精确的能量汇聚，因而成本效率不高。

另外，与抛物线集热槽式系统或中央塔式系统相比，直线式菲涅尔反射器是一种简单结构，其刚度较低，用地效率较高，并且不受风的影响。由于它能够实现低成本发电，因此它是最受关注的可作为商用发电设备的太阳能发电机系统之一。

但是，这种直线式菲涅耳型系统的一个缺点是，由于以下原因，它的太阳辐射的光损耗很大，并且难以实现较高的集热效率。

太阳辐射的光损耗是由太阳光线入射到不正对太阳的镜片上所造成的余弦损耗、从一个镜片反射的太阳光线被另一个镜片遮挡所造成的阻挡效应、或太阳光线入射到被其它镜片遮挡的镜片上所造成的遮挡效应而导致的。

图24示出了余弦损耗和阻挡效应的发生情况。在图中未示出遮挡效应，这种效应经常发生，尤其是在太阳辐射斜射到镜片上的情况中。

如果镜片H相对于地面的倾斜角度很大，或者为了跟踪太阳高度角而大幅度改变镜片H的转动角度，那么光损耗可能很大。例如，在图24中，直线式菲涅耳型系统的接收器R处于南北朝向，反射线路上的镜片H沿东西方向倾斜，以反射太阳光线，从而照射其中一个接收器R。因此，反射线路距接收器R越远，反射线路上的镜片相对于地面的倾角就越大，因而由于余弦损耗和阻挡效应造成的光损耗就越大。

另外，为了从早到晚跟踪太阳轨迹，必须把镜片H的角度调节为大约±45度或更大。因此，在早晨和傍晚的较低太阳高度角时，由于余弦损耗和阻挡效应，收集的太阳能的日间变化量尤其大。获得的水蒸汽的温度至多保持在400至500摄氏度，不能达到600摄氏度以上。