[发明专利]太阳能接收器

说明书

一种用于以至少500的集中因子将太阳能辐射转换为热能的太阳能接收器。太阳能接收器包括吸热固体、流体系统和移动设备，流体系统提供靠近吸热固体的工作流体流，移动设备移动吸热固体，使得吸热固体的一个或多个表面周期性地暴露于入射太阳能辐射。入射太阳能辐射加热吸热固体的至少一部分，吸热固体的至少一部分进而加热靠近吸热固体的工作流体。吸热固体的至少一部分被配置为促进入射太阳能辐射的吸收，促进热量从吸热固体的至少一部分到工作流体的传递，促进吸热固体的至少一部分的冷却，或者促进其任何组合。

本发明涉及用于吸收太阳能辐射并且将经吸收的太阳能辐射转换为热能的设备、这种设备的组件及其使用方法。更具体地，本发明涉及用于将太阳能辐射转换为热能的太阳能接收器。

集中式太阳能系统使用包括反射镜和/或透镜的一系列光学集中器将入射在大表面区域上的太阳光集中到可以利用能量的较小区域上。在商业应用中，光学集中器组通常位于支撑太阳能接收器的塔或桅杆附近。将光学集中器定位为使得它们将朝向吸收能量的塔的接收器反射入射的太阳能辐射，并且将其传递到系统以随后转换为电能。光学集中器通常装配有跟踪系统，该跟踪系统允许光学集中器相对于太阳的位置调整对准，以确保入射的太阳能辐射在一天中持续地被引向塔。电力塔布置和抛物面槽/沟式太阳能发电厂是集中式太阳能电站的最常见设计。

集中式太阳能系统中的接收器通常被划分为固体、液体和气体类型。原则上，太阳能辐射在接收器的固体、液体或气体介质中被转换为热能。然后，来自接收材料的热量通常经由诸如传导和/或对流的过程被传递到工作流体。然后，工作流体最终用在热力学循环中以产生功。在液体或气体接收器中，接收太阳能辐射的流体也可以用作工作流体。通常，接收器的吸收部分应该具有高吸收度，以便能够吸收尽可能大比例的入射太阳能辐射。为了避免疑问，如本文中描述的热能(thermal energy和heat energy)被认为表示相同形式的能量。

管状接收器是最常见的集中式太阳能接收器，并且通常利用包含导热流体的金属管。太阳能辐射被集中到管上，并且其中的流体变热。然后，由流体收集的能量可以用于包括发电的各种目的。熔盐系统以与管状接收器类似的方式运行。在熔盐接收器中，入射的太阳能辐射用于加热固体盐储层(reservoir)，然后当固体盐储层的温度升高到超过盐的熔点时，固体盐储层熔化。然后，熔盐可以流过标准的热交换系统以加热工作流体。熔盐被经常使用，因为如果储层被适当地隔热，则能够在熔盐中长时间存储热能。然后，在低光时段期间，诸如在夜间，可以利用经加热的熔盐储层。然而，在熔盐系统的使用中存在多个挑战，包括由大量高温液体引起的安全风险，由盐导致的组件腐蚀，在低光时段中盐的冻结，以及在运行条件期间经历的物质的相关联收缩和膨胀。

下落粒子接收器(falling particle receiver)，也被已知为固体粒子接收器，用可流动的固体粒子(诸如沙子)来代替熔盐。在下落粒子系统中，太阳能辐射通常被集中到粒子的流动幕帘上，该流动幕帘然后在重力作用下下落并且穿过标准的热交换系统以将它们的热能传递到工作流体。然后，粒子通常返回到接收器的顶部，以供在粒子幕帘中进一步使用。下落粒子系统经常遭受由涉及的材料带来的挑战，经加热的固体和工作流体之间的热传递的低效率，以及通过以连续方式传送大量固体材料带来的技术挑战。

基于气体的接收器将入射太阳能辐射聚焦到导热气体上，然后导热气体可以用于直接驱动涡轮机。基于气体的系统经常采用围绕吸收气体的蜂窝状和多孔结构来捕获额外的热辐射，该热辐射然后被传递到工作气体。基于气体的接收器倾向于遭受低吸收度，并且因此遭受低能量转换效率。