[发明专利]多塔下射式集光系统的太阳光收集方法

说明书

技术领域

本发明涉及提高多塔下射式(beam-down)集光系统的太阳能收集效率的方法。

背景技术

在可再生自然能之中，太阳热能由于其丰富的蕴含量(能源蕴含量)，而很有希望成为替代矿物燃料的能量。太阳热能的强度虽然随着位置变化而有所变动，但约为1kW/m²。太阳光的热能足够用作使热化学反应厂和发电厂等运转的能源。为了将太阳热能用作能源，需要将太阳能高效地转换成化学能或电能，并且为了提高转换效率，需要高效地收集太阳光。

由于地球的自转，太阳相对于地面上的某一点的位置随着时间而变化。因此，为了聚集太阳光从而高效地收集太阳能，必须跟踪太阳。一种用于跟踪太阳的装置叫定日镜。

在传统的定日镜太阳跟踪系统中，通过有线和无线通信，或者通过光学传感器来对各个定日镜进行集中控制。

为了收集太阳光并且有效地获取热能，必须使定日镜精确地跟踪太阳的位置。通过收集太阳光所获得的能量理论上与定日镜镜面的总面积成比例。因此，安装定日镜存在以下问题，为了获取大量能量，必须增加定日镜的镜面面积或者增加定日镜数量。

当使用大量定日镜来获取所收集的太阳光的热能时，需要使每个定日镜跟踪太阳，并且在控制每个定日镜的取向(或姿态)的同时，将各个定日镜所接收的太阳光的反射光集中到一点上。

同时，用于收集定日镜所接收的太阳光的系统大致上分为塔顶式集光系统和下射式集光系统。塔顶式集光系统包括定日镜组和设置在塔顶上的接收器，并且是利用塔顶上的接收器收集被定日镜组反射的光的系统。下射式集光系统包括定日镜组、布置在塔顶的反射器和布置在地面上的接收器，并且是对经定日镜组一次反射的太阳光进行二次反射并将光收集在接收器上的系统。

此外，塔顶式集光系统根据接收器(集热器)的形状，分为三类，即平面接收器型、空腔接收器型和圆柱形接收器型。在平面接收器型中，平面接收器(集热器)竖直地向北(对于北半球的情况)布置在塔的顶部，并且仅在塔的北侧布置定日镜以便将反射光收集在塔的接收器上。在空腔接收器型中，空腔接收器(集热器)在塔的顶部布置成接收器的开口斜向下地面向北侧(对于北半球的情况)，仅仅在塔的北侧布置定日镜，以便将反射光收集在塔的接收器上。在圆柱形接收器型中，圆柱形集热器布置在塔的顶部，并且围绕塔布置定日镜，以将被各个定日镜反射的光收集在塔的接收器上。

另一方面，下射式集光系统包括定日镜组、反射器和接收器，并且是这样的系统：经定日镜组一次反射的光被塔的顶部上的反射器二次反射，并且将二次反射光收集在位于塔的底部(地面上)的接收器上，围绕塔布置定日镜使得能够从塔的周围收集光(参见专利文献1至3)。

在下射式集光系统中，可以在分散布置于地面上的定日镜之间间隔地布置两个或更多个塔，这被称为多塔下射式集光系统。

同样，在圆柱形接收器型塔顶式集光系统中，可以在分散布置于地面的定日镜之间间隔地布置两个或更多个塔，这被称为多塔塔顶式集光系统。

当将多塔塔顶式集光系统与多塔下射式集光系统的功能进行比较时，对于多塔塔顶式集光系统，在例如沿图12中所示的东西方向连续布置定日镜并且太阳位于东侧的情况下，塔的顶部上接收器(集热器)的东侧表面与西侧表面之间的集光量存在大的差异。

在这种情况下，在集热器的西侧表面上，集光量变得不足，从而造成集热效率显著减小。相比之下，在多塔下射式集光系统中，如图13中所示，理论上，经布置在任何方向上的定日镜反射的光被均匀地收集在位于塔的底部的接收器的上表面上。从而，可以抑制由多塔塔顶式集光系统引起的集光量不足而导致的集热效率降低，由此获得高的集热效率。

因此，与多塔塔顶式集光系统相比，多塔下射式集光系统更有优势。不过，多塔下射式集光系统的这一优势是仅与多塔塔顶式集光系统的集热效率进行比较得出的。

专利文献1：JP 2951297B2

专利文献2：JP 2000-146310A

专利文献3：JP 2004-37037A

发明内容

本发明所要解决的技术问题

虽然多塔下射式集光系统比多塔塔顶式集光系统有优势，但这种优势是仅与多塔塔顶式集光系统进行比较得出的，并且本发明所要解决的问题是即使对于多塔下射式集光系统而言也存在进一步改善的空间。

解决问题的手段

本发明最突出的特征是，在多塔下射式集光系统中，根据太阳位置选择定日镜将光反射向哪个塔，以便增加集光量。

更具体而言，本发明涉及在多塔下射式集光系统中采用塔选择处理的太阳集光方法，