[发明专利]带有集中器布置的太阳能收集器

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的带有集中器布置的太阳能收集器。

背景技术

槽式收集器尤其用在太阳能发电站中，其中，已经日益增加地提出用于这种槽式收集器的二次集中的布置。

由于光伏技术的还未克服的缺点，至今不可能使用该技术以近似收回成本的方式产生太阳能电力。相比而言，太阳能发电站已经有一段时间以工业规模以如下价格生产电；所述价格(与光伏技术方法相比)接近以常规方式产生的功率的现在通常的商业价格。

在太阳能发电站中，太阳的辐射通过收集器使用集中器来反射并且以对准目标的方式聚焦到因而产生高温（或高的光密度）的位置。集中的热量可被引开并且用于操作热机如涡轮，其继而驱动产生电的发电机。

现在使用三种基本形式的太阳能发电站：碟式/Sterling系统、太阳能塔发电站系统和抛物面槽式系统。

碟式/Sterling系统作为在直至每模块50kW的范围中的小的单元未普遍使用。

太阳能塔发电站系统具有以升高的方式安装(在“塔”上)的中心吸收器，其用于由成百上千的独立镜子反射至其的太阳光，因此太阳的辐射能量经由多个镜子或集中器被集中在吸收器中并且由此应当达到直至1300℃的温度，这对于下游的热机(通常是用于发电的蒸汽或流体涡轮发电站)的效率是有利的。在加利福尼亚的“Solar two”系统具有若干MW的输出。在加利福尼亚的设备PS20具有20MW的输出。

太阳能塔发电站(尽管有能够有利地达到的高温)至今同样未相对普及。

然而，抛物面槽式发电站普及并且具有大量收集器，其具有带有较小横向尺寸的长的集中器，并且由此并非具有一个焦点，而是具有焦线。现在，这些线性集中器具有20m－150m的长度。吸收器管在焦线中延伸，用于集中的热量(直至几乎500℃)，其将热量输送至发电站。导热油、熔融的盐或过热蒸汽例如可能用作输送介质。

在南加利福尼亚的9 SEGS抛物面槽式发电站一起产生大约350 MW的输出。在2007年连接到电力网的发电站“Nevada Solar One”具有带有182400个弯曲镜子的槽式收集器，其设置在140公顷的区域上，且产生65 MW。西班牙的Andasol 3自2009年9月以来已经来建造中，且应当在2011年进入运行，从而发电站Andasol 1－3将具有50 MW的最大输出。

对于发电站作为整体（Andasol 1－3），预期具有大约20％的峰值效率以及大约15％的年度平均效率。

如上所述，太阳能塔发动机的效率的基本参数是由收集器加热的输送介质的温度，借助于所述输送介质，所获得的热量从收集器输送走且例如用于转换为功率：在相对高的温度，在转换期间可以实现更高的效率。输送介质中可以实现的温度继而取决于由集中器反射的太阳能辐射的集中度。50的集中度表示在集中器的聚焦范围中，实现的每平米的能量密度对应于从太阳辐射到地球表面一平米的能量的50倍。

理论最大可能集中度取决于地球－太阳几何形状，即，从地球观察的太阳盘的开度角。根据0.27°的该开度角可以得出，理论最大可能集中度因子对于槽式收集器来说是213。

甚至使用在生产方面非常复杂且因而对于工业使用（太）昂贵并且横截面非常近似抛物线且因而产生具有最小直径的焦线范围的镜子，当今也不可能甚至仅仅近似地达到213的该最大集中度。然而，大约50－60的能可靠实现的集中度是现实的且已经允许在抛物面槽式发电站的吸收器管中的大约500℃的上述温度。

为了增加可实现温度，现在已经提出二次集中器，所述二次集中器在一次集中器的纵向方向再一次集中由一次（槽式）集中器反射的太阳能辐射，从而太阳能辐射最终集中到多个焦点，因而太阳光的集中度和由此产生的温度更高，且应该可实现超过600℃。

如果辐射应当集中到光伏电池上，同样如此，然而，如上所述，其至今尚未实现商业规模。

然而，二次集中器的结构要求高，因为所谓的斜交角，即太阳光落入到槽式收集器的一次集中器上的角度，随着季节变化且在一天中变化，其中，由二次集中器产生的焦点区域于是可能例如移位，这是有问题的，尤其是在使用带有热开口的吸收器管的情况下。

构造为复合抛物面集中器（CPC）的二次集中器似乎特别适合于在纵向方向集中，但是具有可实现的集中度取决于二次集中器的接收角（θ_in）的缺陷（在接收角之外进入二次集中器的辐射不会到达由此产生的焦点区域）：θ_in越大，借助于CPC二次集中器可实现的进一步集中度越小。