[发明专利]太阳能聚光器和太阳能系统

说明书

本申请是申请号为201080042186.7、申请日为2010年7月23日、申请人为赛瓦技术股份有限公司、发明名称为“具有改进的可制造性和效率的太阳能聚光器构型”的中国发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年7月24日提交的美国临时申请号61/228,440的权益，并通过引用将其结合在此。

技术领域

本发明涉及特别适合用于低成本应用的太阳能聚光器，该太阳能聚光器容易组装和修理，并且更具体地，本发明涉及一种太阳能聚光器，该太阳能聚光器包括一对同心反射器，该对同心反射器具有轴环状(spindle toroid)几何形状，与现有技术构型的“点”或“线”聚焦相反，该轴环状几何形状用于将所收集的太阳辐射聚焦到环形聚焦区域中。

背景技术

入射在地球表面处的太阳辐射具有较低强度，该强度某种程度上是根据一天中的时间、季节和地球的位置变化的；大致是每平方米区域800-1000瓦热能。与从化石产业生产的能量(如煤炭产生的能量)的成本相比，太阳能产业在多样的全球市场中变得有商业竞争力，太阳能产业的关键挑战是高效并显著低成本地利用太阳辐射，并改进太阳能技术的整体可制造性的简易度以及在多样应用的常规商业领域中组装和实施的简易度。

主要有四类利用太阳能的技术。称为被动式太阳能装置的第一类技术采用具有简单地由入射太阳辐射加热的、在下面延伸的多条管道的太阳能加热器和屋顶太阳能板的形式；热传递到经过被动式太阳能装置的流体或空气。但是，被动的太阳辐射强度通常太低，不能直接用于在高温和压力下需要热的大多数应用(如，运行HVAC、工业过程热、涡轮机等)。另一类太阳能技术采用包含半导体装置的平板太阳能光伏电池的形式。这些装置将入射太阳辐射直接转换成电；电能输出是PV电池阵列的面积的直接函数。太阳能“聚光器”被视为另一类并且被设计为将入射太阳辐射从大的区域反射到更小的聚焦区域上，以便集中(收集)太阳辐射以产生可以传递给在聚焦区域处循环的流体的大量热(从而达到更高的温度和压力)，适合用于需要所希望的品质的热的不同应用，如工业过程热、HVAC加热和冷却、脱盐、脱水等，或用于生产蒸汽以驱动涡轮机从而产生电。最近，已经探索了一种混合动力技术，其中将太阳能收集器与一种特殊类型的PV电池结合使用；太阳能集中技术将高强度太阳辐射光束引导到在收集器的聚焦区域处的、专用的、小数目的光伏电池(称为聚光器PV电池)上。因此，与PV电池结合的集中式太阳能收集器具有超过平板收集器的优势，即它们利用实际上更小量的半导体材料，同时还在产生电能方面更有效率。

在任何情况下，太阳能聚光器技术无论是在需要热或电还是这两者的应用中都是最广泛地有用的。与被动式太阳能技术或PV电池技术相比，太阳能聚光器以低成本和高效率提供了热。

一个具体类型的集中收集器在现有技术中已知为一种抛物线槽形收集器。这种类型的收集器使用一个狭长的反射槽，该狭长的反射槽具有抛物线截面，以沿通过形成该槽的抛物线元件的这些焦点而延伸的一条聚焦线来集中太阳的辐射。导管典型地沿这条聚焦线定位，传递热的液体通过该导管循环。当液体通过导管移动时将被太阳能加热。

替代性地，太阳能聚光器可以采用抛物线点聚光器的形式，它使用多个弯曲反射镜，这些弯曲反射镜被配置为形成将入射太阳辐射聚焦到单一点上的抛物线形盘。典型地将斯特林发动机或腔式接收器设置在盘式聚光器的焦点处，以捕获太阳能并将其转换成热(或机械)能。

太阳能聚光器技术的另一变体被称为“发电塔”或“日光反射装置(heliostat)”，其中数百个单独的抛物线点反射器配置在太阳能场中，并且每个反射器将其光束聚焦到容纳该接收器的大型中央塔的顶部上。这种构型的优点在于，从该场的大的收集区域收集的热被集中，以使热损失和管道的成本最小化。但是，阴影遮挡的影响、大面积土地的需求、以及其他考虑因素是发电塔型聚光器技术的缺点。

最近，已经开发了一种混合聚光器技术，称为集中线性菲涅耳反射器(Concentrated Linear Fresnel Reflector，CLFR)，其中存在配置在具有中央线性接收器的场中的多个槽形反射器的一种混合。就是说，取代了塔上的小的接收器区域，CLL使用长的接收管道，该接收管道收集抛物线反射器阵列的聚焦光束。