[发明专利]抛物面太阳能收集器

说明书

技术领域

本发明涉及被动式太阳能收集器领域，它包括对用于收集器的反射表面的支承件的改进，本发明还涉及形成接收器元件的改进方法以及用于使得收集器运动而追踪太阳的表观轨道的控制器。

背景技术

太阳能技术的发展能够减少由于提取和燃烧化石燃料而引起的、对地球环境的损害。因此，近来更加注意用于使得该技术更高效和更经济的方式。

太阳能通常以两种方式中的一种来利用：通过光电装置，其中，太阳能辐射直接产生电流；或者通过被动式太阳能收集器，其中，太阳能辐射入射在载运传热流体的接收器上。然后，传热流体可以用于驱动涡轮或者其它发电装置。

被动式太阳能发电设备已经在美国大规模地建造，其中，加热的水驱动涡轮，从而以每设备10MW至100MW的范围发电。不过，这些装置的大规模和技术复杂性阻碍了它们的发展。特别是，通常不能将这种技术向下扩展至产生更小功率的用途或者加热的水直接用作热水的用途(而不是用于发电)。在这些发电设备中使用的玻璃反射器和复杂的追踪机构使得它对于更小的最终用途太昂贵。

还有用于中等温度用途(在大约80℃至大约250℃的范围内)的商用太阳能热能系统。通常这些系统设置成固定朝南倾斜的扁平收集器。

更高效的方案是提供抛物面形的聚焦反射表面，这样，太阳的射线集中在载运传热流体的、位于抛物面的焦线中的接收器上。收集器枢轴转动，以便从东向西追踪太阳的表观运动。

过去的聚焦收集器系统的一个问题是很难使得反射表面形成和校准成所需的抛物面形状。在这些装置中，反射器的弯曲表面必须精确校准，这需要技巧和培训。

美国专利No.5069540提出了一种用于使用无定形的硬固化材料(例如灰泥或水泥)而由模具来制造太阳能收集器的方法，以便解决使得表面保持特定尺寸的问题。美国专利申请No.2008/0078380介绍了一种复杂的托架系统，它设计成支承给定曲率的反射器面板。这些系统都没有提供用于使得反射器具有合适弯曲表面的、可靠和便宜的系统。

因此，继续和越来越需要一种系统，它能够快速和可靠地确定反射器的曲率和位置。

通常，被动式太阳能收集器的接收器元件封闭在抽真空的玻璃管中，例如在美国专利申请No.2008/0078380中所述。这样的装置通过减少从接收器至周围环境的对流热损失来提高收集器效率，但是这样的系统复杂、昂贵和很难维护。因此本领域需要一种接收器元件，它高效且不需要真空管。

太阳能收集器在它指向太阳时最高效地工作。尽管已知多种追踪系统，且它们中的一些适用于太阳能收集器，但是本领域仍然需要一种追踪系统，这种追踪系统使得收集器指向太阳，从而收集最大量的太阳能辐射，且暂时的云覆盖、黄昏和其它低日光入射都不会使得系统不能精确追踪太阳的表观轨道

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种抛物面太阳能收集器，它包括：反射器(该反射器例如可以成抛物面凹槽或抛物面盘的形状)，该反射器具有焦线或焦点；以及接收器，该接收器载运传热流体，并位于该焦线或焦点处。反射器粘合附着在泡沫材料基座上并由其支撑。泡沫材料基座具有确定焦线或焦点的弯曲表面。刚性支架支承泡沫材料基座并包围接收器。

在另一方面，本发明提供了一种用于太阳能收集器的新颖接收器元件，该接收器元件具有：多个流入导管，这些流入导管沿太阳能集热器的纵向轴线沿第一方向载运传热流体；以及一个流出导管，该流出导管与该多个流入导管流体连通，它沿纵向轴线沿相反方向载运传热流体。流入导管位于流出导管的上面并与该流出导管接触。在优选实施例中，一对流入导管位于单个流出导管的上面。

在还一方面，本发明提供了一种新颖的追踪和控制系统，用于控制太阳能收集器的倾斜度。该追踪系统包括：马达，用于使得收集器枢转至一定倾斜角度；光学传感器；以及第一和第二热传感器，该第一和第二热传感器位于由接收器确定的纵向轴线的相对侧(东侧和西侧)。控制器响应光学传感器和热传感器来控制反射器的倾斜角度。

在实施例中，第三热传感器位于第一热传感器和第二热传感器之间，并在接收器的下面。在第一种情况中，反射器的倾斜度控制成沿朝着检测到更低温度的第一或第二热传感器的方向，以便减小由第一和第二热传感器检测的温度的差异。当第三热传感器检测到比第一或第二热传感器更高的温度时，控制器禁止收集器运动。

控制器可以提供有用于捕获或使用在收集器中收集的热量的系统，该系统包括：储存泵，该储存泵响应控制元件而控制传热流体流过接收器；以及储罐。