[发明专利]太阳能收集系统及其方法

说明书

公开了太阳能收集系统，其特征在于使用准直或者集中的太阳辐射束(201)通过接触该元件的吸收面，来直接加热瓷或者其他高热容量的陶瓷加热元件(202)，该元件反过来通过传导加热热存储介质(205)；使用该系统收集太阳能的方法；以及该系统的应用。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年4月1日提交的62/141,488号美国临时专利申请的优先权，以上全文以引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开涉及太阳能收集系统和使用该系统来收集太阳能以用于消耗的方法。

背景技术

近年来聚光太阳能(CSP)收集器已经越来越多地与如熔盐等热存储介质配合使用，以便最大限度地将收集的太阳能转换成可用的机械功。例如，盐基热存储介质已用在了大规模太阳能热电项目，以持续输出能源到太阳不发光的时期。现有的太阳能收集器使用抛物面镜、碟形镜、菲涅尔透镜以及其他透镜和镜子结构来将太阳能聚焦在平板或真空管收集器上，其又将热量提供给热存储介质或热交换器。

真空管和平板收集器通常通过使用收集自抛物面、碟形、平板或线性菲涅尔收集器的太阳能来加热吸收介质，吸收介质接着加热传热流体，例如熔融盐或如丙二醇等防冻化合物，该流体之后用于加热热存储介质或者通过热交换器产生蒸汽或其它热气体。虽然这种方法适应传热流体的高温，在300-400摄氏度的范围内，热存储介质，通常是例如硝酸盐和其它熔盐混合物等相变材料，可以直接吸收更高的温度而不沸腾。但是，例如抛物线或平板收集器等大多数现有的太阳能收集器没有被配置为产生更高的加热温度，并且利用传热流体将热量传递到热存储介质，这可能是由于难以吸收温度(其可能损坏现有平板或真空管收集器)和难以抽运热存储介质。例如，抛物线收集器使得入射的太阳辐射仅穿过单个空间维度而聚焦到长的真空管收集器上，导致在收集器表面的大面积上的辐射、对流和其它热损失。使用熔融盐作为传热流体的项目也受到了因盐介质的高冻结温度和由此对管道系统造成的损害的挑战。目前使用太阳辐射直接加热吸收中心点的热存储介质的项目，例如采用盐储存介质的太阳能塔项目，通常利用大型定日镜聚焦太阳辐射，这样将对路人和鸟类造成危险，并且因为反射回环境和反射镜技术的低效而损失大量的能量。这种方法也受到所谓的“余弦损失”的影响，这是由于太阳辐射在中心吸收塔上的不完全聚焦造成的。

发明内容

本公开提供了一种太阳能收集的可替代形式，其利用准直的、基本上准直的、或者基本上集中的太阳辐射束，例如由菲涅尔透镜与会聚或发散透镜的结合或者由适当形状的镜面，通过光束接触元件上的凹形或锥形沉陷部(depression)来直接加热瓷或其它高热容的陶瓷加热元件，该元件可以所示的一种方式放置在与热存储介质例如相变材料直接接触或非常接近的位置。加热元件通过传导将热能传输至热存储介质。瓷由于其韧性和对热应力的极端的适应力而被使用了数千年，由此产生的太阳能吸收装置能够将入射的太阳辐射极少地反射到环境中，被视为适合住宅使用。

在一方面，本发明提供了一种太阳能收集系统，包括：形成准直的太阳辐射束的装置；加热元件；以及热存储介质，其中所述加热元件可以承受来自准直的或者其他方式集中的太阳辐射束的加热而不损坏；并且其中所述准直或其他方式集中的光束通过与所述元件上的锥形或凹形沉陷部的接触而直接加热所述加热元件；并且其中所述加热元件通过传导直接将太阳能传递到热存储介质。

在另一方面，本发明提供了用于收集太阳能的根据本文所述的任何一个实施例或其任何组合的太阳能收集系统的用途。

在又一方面，本发明提供了一种对能量消耗装置供能的方法，该方法包括通过使用根据本文所述的任一实施例的太阳能收集系统或其任何组合来收集太阳能，以及使用所收集的太阳能为能量消耗装置供能。