[发明专利]用于收集太阳能以转换成电能的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请是共同待审的于2008年9月17日申请的美国专利申请序列号为No.12/212、249且题目为“SYSTEMS AND METHODS FOR COLLECTING SOLAR ENERGY FOR CONVERSION TO ELECTRICAL ENERGY”和共同待审的于2008年9月17日申请的美国专利申请序列号No.12/212、408且题目为“APPARATUS FOR COLLECTING SOLAR ENERGY FOR CONVERSION TO ELECTRICAL ENERGY”的部分连续案，通过参考将它们的全部内容整体地并入本文中。本专利申请还是共同待审的于2009年1月16日申请的美国专利申请序列号No.12/355、390且题目为“SYSTEMS AND METHODS FOR COLLECTING SOLAR ENERGY FOR CONVERSION TO ELECTRICAL ENERGY WITH PIEZOELECTRIC GENERATORS”的部分连续案，通过参考将它们的全部内容并入本文中。本专利申请还是共同待审的于2009年2月4日申请的美国专利申请序列号No.12/365、753且题目为“SYSTEMS AND METHODS FOR COLLECTING SOLAR ENERGY FOR CONVERSION TO ELECTRICAL ENERGY WITH MULTIPLE THERMODYNAMIC ENGINES AND PIEZOELECTRIC GENERATORS”的部分连续案，通过参考将它的全部内容并入本文中。本专利申请还是共同待审的于2009年3月27日申请的美国专利申请序列号No.12/390、159且题目为“CLOSED-CYCLE THERMODYNAMIC ENGINE FOR GENERATING ELECTRICAL ENERGY FROM SOLAR ENERGY AND ASSOCIATED METHOD OF OPERATION”，通过参考将它的全部内容并入本文中。本专利申请还是共同待审的于2009年6月3日的美国专利申请序列号No.12/477、423且题目为“HEAT REMOVAL SYSTEMS AND METHODS FOR THERMODYNAMIC ENGINES”的部分连续案，通过参考将它的全部内容并入本文中。

技术领域

本发明整体上涉及太阳能。尤其是，本发明提供了通过太阳能收集器和一个或更多热动力学的闭环热力引擎来收集和转换太阳能成电能的系统和方法。

背景技术

太阳能是不会污染的可再生能源中的一种，其实质上在世界的任何地方是免费的且是可利用的。因为这些原因，几十年来已经有许多系统和方法尝试利用太阳能和将其转换成诸如电能的其它可用形式的能量。近来，由于化石燃料的预期短缺和更高价格，以及处于对污染的担心，兴趣不断增加，并已经加速了利用可替代能源(诸如太阳能)的技术开发的步伐。

开发了两种主要的技术用于收集太阳能。第一种技术利用光伏太阳能电池直接将太阳能转换成电能。光伏太阳能电池具有尺寸小的优点，但是制造费用昂贵，每瓦的价格由于构造光伏太阳能电池所使用的半导体衬底的成本高而被拉平。用于制造光伏太阳能电池的材料和设计有很多种，其影响了它们的成本和转换效率。当前商业上可得到的太阳能电池典型地到达了约18％的初始效率，该效率随着时间降低。电池产生了需要被调整的直流电(DC)，对于较高的功率应用，通常DC电流还需要被转换成AC电流。

第二种技术利用与太阳能相关的热量(红外辐射)。假定目的是产生电能，太阳能辐射被收集、集中和用作为用于各种系统的热源，所述系统将热量转换成机械能，机械能之后又被转换成电能。被开发用于将热量转换成机械能的成功的机器可以基于热力循环。由这些机器产生的机械能量通过使用旋转发电机或线性发电机被进一步地转换成电能。例如，在斯特灵引擎的情况下，热量(其可以来自任何热源)被加予在引擎的一端，而冷却提供在不同的位置。被密封在引擎内部的工作流体(气)经过加热(膨胀)和冷却(收缩)的循环。循环迫使引擎内的活塞移动而产生机械能量。在热源是太阳时，成功的引擎设计采用诸如熔融盐的中间介质以在引擎的加热端的外表面周围更加均匀地分配热量。