[发明专利]二级太阳能聚光系统

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能聚光器。特别地，本发明涉及二级太阳能聚光 系统，其中，太阳光可以被反射并且聚集到预期的焦点，可以是方形 焦斑。更特别地，本发明涉及二级太阳能聚光系统，其中，太阳光可 以被反射并且点聚焦。这种太阳能聚光器可以用来增加物质例如金属 的温度，使用在许多用途中，尤其是包括在铸造中熔化金属。

背景技术

随着世界范围内对能源的需求指数级增加，对传统能源的负担越 来越沉重，例如不可再生的矿物燃料。原油的价格已经显示出显著的 历史性波动。近年来原油成本的螺旋上升不利地影响了许多中小型能 源密集型产业的底线，例如铸造产业等。因此，替代能源例如太阳能 最近变得越来越有吸引力。采用清洁能源有益于环境，因为能减少燃 烧矿物燃料有助于减少温室气体排放。

自从古希腊文明学会聚集太阳光的技术，太阳能技术已经显著发 展。经过多年，太阳能研究已经帮助开发了能提高效率并更经济的系 统。但是，缺乏信息、材料、综合性以及制造技术仍然妨碍对这种丰 富能源的大规模生产和利用。

太阳能聚光器的特征和分类基于几个标准划分，包括：聚光方式： 反射或折射；聚焦类型：点、线或非聚焦；聚光器类型：固定聚光器 或跟踪聚光器；以及接收器的类型：固定接收器或跟踪接收器。

如将在下文中描述和图示说明的，根据所产生聚焦的类型，有三 种主要类型的反射式太阳能聚光系统：即(a)产生线聚焦的槽式抛物 面聚光器；(b)将阳光聚集到远程中央集中塔的中央接收器式聚光器； 以及(c)产生点聚焦的碟式抛物面聚光器。

基于最终应用，使用不同类型的太阳能聚光器以便获得最佳效果。 例如，使用槽式抛物面聚光器来产生电和热。但是，槽的最大太阳能 聚光性能低、接收器热损失高且价格昂贵。中央接收器式聚光器通常 使用在用于发电的大规模应用中，并且要求大量的不动产用于适当地 部署，因此对于中小型行业来说不经济。另一方面，碟式抛物面聚光 器在聚集太阳光方面非常有效。碟式抛物面聚光器的最大障碍尤其包 括与复合并且复杂的反射器曲面和昂贵的反射镜基板相关的高成本。

在炉用途中使用的典型太阳能聚光系统中，高能量密度的太阳能 辐射提供给目标接收器，从而升高目标的温度。根据聚光程度、目标 表面的光学性能(太阳能吸收和辐射)，该系统可以用于熔化目标表面， 因而形成太阳能炉。

多年来，一直致力于设计并构造可提供点聚焦(高的太阳能聚集) 且复杂性和成本最低的太阳能聚光器。美国专利NO.5374317(Lamb 等人)公开了多反射器式聚光器太阳能电力系统。在该系统中，太阳 光首先到达各单独主反射器(可以是平面或曲面的)的面。接着，主 反射器将太阳能辐射反射到次反射器的位置(也可以是平面或曲面 的)，并且然后通过而到达光伏元件。由Lamb等人公开的系统使用大 量的除主反射器和次反射器之外的部件，例如第三反射器、选择性的 盖板以及散热部件，特别适用于太阳能发电。这导致系统复杂并且昂 贵。

美国专利NO.6530369(Yogev等)也描述了包括两个反射器的系 统，这两个反射器沿着系统的光路相继设置，使得两个反射器中的第 一个向第二反射器反射辐射。从第二反射器聚集的辐射被引导到太阳 能接收器。但是，第二反射器是塔式反射器。如前所述，中央接收器 式聚光器通常使用在用于发电的大规模应用中，并且要求大量不动产 以用于适当地部署，因此对于中小型行业来说不经济。

国际专利公开WO2005/022047A2(Shifman)公开了太阳能利用 单元，该单元包括太阳能辐射聚光部件和太阳能接收部件。聚光部件 包括凹面的主反射器和凸面的次反射器，用于聚集入射的太阳能辐射 并且将聚集的辐射发送到接收部件。但是，反射器是碟形，并且要求 高精度的曲面表面，用于获得适当的聚光效果。

美国专利NO.4784700(Stern等)描述了点聚焦太阳能聚光器， 该聚光器使用不同几何形状的柱面反射带作为主反射器和次反射器， 以便通过在重合点重叠每段的焦线来模拟点聚焦。虽然，Stern等的装 置使用由于曲率简单因而更容易形成和抛光的柱形抛物面反射镜而不 是碟形抛物面反射镜，但在菲涅耳式反射镜布置中设置反射带要求高 的制造技术并且因此增加成本。