[发明专利]用于将太阳能转化为机械能或电能的方法和系统

说明书

技术领域

发现本发明的应用领域总体处于由可再生能源产生能量的产业部分中，更具体地，是通过热电能量的方式由可再生能源产生能量，即，通过热力学过程由处于其热形式的太阳能产生机械能并将机械能转化为电能的方式由可再生能源产生能量。

本发明的系统和方法的主要目的在于，通过采用小型装置满足小型和中型热电能生产设施的需要，该小型装置聚集后续用于为此目的的热力学循环中的能量。

背景技术

存在于我们的星球上的主要能量源是太阳，目前使用的能源中的很多都是太阳的直接或间接作用的结果。

由到达地球表面的太阳光线获取能量的最直接方式主要有两种：光电太阳能和热电能。

光电太阳能利用通过太阳辐射在光电池上而产生在半导体材料中的光电效应，该效应是将太阳能转化为电能的最直接的方式。基于这种能量的设施的主要优点是可以获得小型动力设施。而其两个缺点可能是突出的：转化的效率低以及在希望获得通常功率的条件下的巨大占用表面。

另一方面，在由太阳辐射获取能量的另一直接方式，即热电能的框架下，必须指出存在利用源于太阳的、处于热形式的能量以将该能量转化为电的热电动力设备。主要缺点在于，这些设备基于如燃气轮机或蒸汽涡轮机的热力学循环，而燃气轮机或蒸汽涡轮机必须具有高输出从而具有可接受的效率。这意味着设施的高成本以及巨大的占用表面，这对于小型设施是不合适的，因为小型设施采用性能极低的热机。

因此，如果希望采用小型动力设施，使用常规的热机是不合适的，必须使用其它类型的机器和装置。

更具体地，热电能包括通过将聚集在地球表面上的、处于热能形式的太阳辐射转化为机械能并接着转化为电能而产生电。通过基于太阳炉的动力站以及最近被称为斯特林盘或抛物面收集器设施进行该过程。

太阳炉：太阳炉包括高塔，由通过镜子(定日镜)的太阳反射产生的光线聚集于该高塔，所述镜子在塔中聚集能量。水流从中流过，该水流被转化为蒸汽以接着将蒸汽的能量转化为机械能并最终转化为电能。这种基于蒸汽涡轮机的动力设备建设成本高，但是却具有高效的特征。

太阳塔：太阳塔是新型的热力太阳塔设施，其运行基于具有大表面的温室中的空气加热。使热空气通过平行于地面并且位于数米高的竖直塔上的涡轮机。热空气将大部分能量传递至涡轮机，然后这种已损失了大部分能量的热空气在上部排出。由于涡轮机是具有高机械精度和巨大尺寸的单元，因此这些太阳塔是具有高技术复杂性的动力设备。

斯特林盘：存在各种组装有该技术的动力设备，一个清晰的示例是Almeria动力设备或PAS(西班牙)。该设备基本上包括抛物面盘，该抛物面盘通过反射将太阳光线聚集在焦点，例如斯特林发动机的外燃发动机安装在该焦点上。该发动机通过上述热力学过程使热能转化为机械能并接着转化为电能。

这种动力设备的缺点在于发动机被放置成与太阳一线，因此暴露于直接太阳辐射以及汇集在抛物面盘上的太阳辐射。这两种作用加在一起迫使发动机必须承受高温，而这种高温使机油温度过度升高，因而机油失去其特性并且机器不得不停机。

另一种动力设备是抛物柱面动力设备。这种动力设备基于蒸汽涡轮机并包括将能量聚焦在管中的抛物柱面，水流流过该管。所述水接收并吸收太阳能直到水转化为水蒸气，最终水蒸气穿过涡轮机，从而能量复原为机械形式以接着转化为电能。

这种设施具有与其余基于蒸汽涡轮机的动力设备相同的缺点。该缺点主要在于这种设施需要高输出使得涡轮机具有合适的效率，因而这种设施占据大的表面。

发明内容

根据本发明，提供了一种系统，该系统解决了小型和中型能量产生的问题，并克服了现有系统所具有的问题，如设施的高成本、需要大的太阳能收集表面以及常规热机的低效率。

为此，在本发明的第一方面中，提供了用于将太阳能转化为机械能并接着转化为电能的系统。该系统包括：第一聚集装置，将太阳能聚集在给定焦点；第二收集装置，对源自第一聚集装置的太阳辐射作用温室效应，作用温室效应的目的是聚集热能；以及第三装置，其体现为外燃发动机，该外燃发动机是聚集在聚集装置中的热能的接收体以用于生产机械能。

与现有技术的系统不同，本发明的系统具有的第一差别在于太阳辐射并非通过镜子反射而是聚集在具有特别特征的会聚透镜上。

在第二方面中，本发明提供了通过本发明的系统将太阳能转化为机械能的方法。该方法具有以下主要步骤：

i.通过聚集装置将太阳辐射聚集在给定的焦点；

ii.在累积装置中对源自聚集装置的太阳辐射进行累积；以及

iii.将累积在累积装置中的热能应用或输送至将热能转化为机械能的转化装置。