[发明专利]轻质太阳能集中器

说明书

本发明属于用于收集和集中太阳能的设备的领域、尤其是一种用于收集和集中太阳光线的经济性轻质设备。

背景

相当大的工作针对的是高效率且高效力地收获太阳能。光伏(PV)面板将所接收的太阳光线直接转换成电能，而热系统集中太阳光线以产生热量，该热量可以直接用于加热目的、或用于通过运行例如斯特林发动机来产生旋转的机械动力、或更普遍地通过产生蒸汽来运行蒸汽轮机，该蒸汽轮机接着可以用于产生电功率。太阳能还可以被集中在一个PV面板上以增大在给定面积的面板上所接收的太阳能的量、并且因此增大该面板所产生的电力。

典型的太阳能收集与集中系统使用多个反射镜将来自宽阔区域的太阳光线反射到小得多的目标上，以使得来自该宽阔区域的太阳能被集中在该目标处。在点聚焦集中系统中，一个抛物面反射盘将太阳光集中到太阳能接收器上。抛物面形状是优选的，因为它将太阳光线集中在一个小目标上该，由此增大该目标处的温度。反射盘(dish)可以典型地在大小和构型上变化，从大约1米的小直径变至十几米或更大直径的大得多的结构。点聚焦反射盘式集中器被安装在追踪系统上，该追踪系统沿两条轴线追踪太阳且直接指向太阳，并且接收器被附接至该反射盘的焦点处，这样使得当该反射盘移动时，接收器随之移动。这些点聚焦系统可以产生超过800摄氏度以及甚至超过1800摄氏度的高温。

在中央塔系统中，在塔的顶部处安装了一个太阳能接收器。多个定日镜环绕该塔，这些定日镜是将太阳光重定向至该塔顶部的平面反射镜并且是受控制的以便将追踪太阳并进行移动，以使得太阳光在该接收器处沿恒定方向反射。数百个或数千个定日镜可以联合工作以将太阳光引导至该塔顶部从而产生从500摄氏度至1100摄氏度或更高的高温，典型地用于运行蒸汽轮机。

沟槽式集中器是长凹槽形状的集中器，形成的是行聚焦而不是像在点聚焦反射盘和中央塔设计中实现的点聚焦。同样，沟槽的截面为抛物面形状是优选的，以便将光线集中在一条窄的线上。这点由于其简单性而通常是成本最低的太阳能收集技术。这个长沟槽式集中器将光聚焦到一个太阳能接收管上，该管沿着该太阳能沟槽式集中器的长度延伸。根据位置的纬度，这些沟槽的长度方向沿南北或东西方向定向、并且接着在其纵向轴线上枢转而使得这些沟槽的凹面追随太阳。因此这些沟槽式集中器仅需要在一条轴线上枢转、而不是如点聚焦集中器所要求的在两条轴线上枢转。沟槽式集中器不能产生像点聚焦反射盘或中央塔设计那样高的温度，因为它不能聚焦到一个点上而仅能聚焦到一条线上。可以实现典型地小于600C的温度。

使用太阳能的任何操作的主要成本在太阳能收集场，太阳能收集场可以由数百或数千个集中器构成。反射表面典型地是由抛光铝或玻璃反射镜提供的。该反射镜的玻璃或金属片板可以弯曲形成所需要的聚焦形状或通常是由安排在一个框架上的多个更小的平面反射镜区段的一个阵列构成，以实现聚焦效果。这些反射镜是重的，因此需要明显的结构支撑来承载这些反射镜的荷载并且提供足够的刚性以维持焦点。这些重的结构还需要重的且昂贵的马达和齿轮箱，以将该太阳能电池阵列转向从而适当地聚焦太阳光。

为了减少对该框架和追踪系统的要求，已经开发了轻质的线性的张紧的薄膜沟槽式集中器，其中反射片板材料的薄膜被拉伸跨过一个构架。该构架包括沿着该沟槽的长度并排安装的多个抛物线形的肋，并且接着该膜附接至该沟槽的一端上并沿着这些肋的外侧凸面被拉伸并且在张力下附接至相反的一端处。例如，例如在海瑞恩斯丹(Harrienstien)等人的美国专利申请号2010/0258186中以及授予普鲁伊特(Prueitt)的美国专利号8,056,555中披露了这样的薄膜沟槽式集中器。

这些薄膜沟槽式集中器与使用刚性支撑的反射材料的更多传统设计相比显著减小了反射镜设备的重量，其中该框架和追踪系统的强度要求对应地减小。然而该构架必须足够强劲以能抵抗由于从该沟槽的一端拉伸到另一端的膜上的相当大的张力所产生的变形。

发明概述

本发明的一个目的是提供一种克服了现有技术中的多个问题的用于收集和集中太阳光线的系统。