專利名稱：太陽能盤集光器系統(tǒng)及相關方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能集光器系統(tǒng)的領域，特別是涉及太陽能盤集光器系統(tǒng)及相關方法。
背景技術：
有各種可用于將太陽能轉換為能夠更容易使用或儲存的其它形式能量的太陽能集光器系統(tǒng)。舉例來說，集中式集光器將太陽的福射能聚焦或集中到特定區(qū)域。集中式集光器的ー種形式為拋物面槽式集光器(parabolic trough collector)。拋物面槽式集光器使用具有拋物線剖面的延長反射槽，以沿著延伸通過槽的拋物面組件焦點的焦點線而集中太陽輻射。導管是沿著焦點線設置，熱轉換液體通過導管而循環(huán)，熱轉換液體將在其中由太陽能加熱。從這些集光器可獲得高溫下的良好流速。在追蹤系統(tǒng)的協(xié)助下，當拋物面槽式集光器跟隨太陽移動時能變得非常有效率。當使用并入拋物面式集光器的太陽能集光器系統(tǒng)來滿足較大能量需求時，它們在物理上變得較大。當拋物面槽式太陽能集光器面板的尺寸增加時，與支撐及旋轉所述面板相關的費用以及重量也會増加。另ー個對于費用起作用的因素是沿著穿過太陽能集光器面板的拋物面焦點線放置的導管。導管典型地包括易碎的玻璃極光器管，并具有與其相關的高成本。即使考慮到拋物面槽式太陽能集光器造成的優(yōu)點，還是需要一種低成本、輕量且有效的太陽能集光器系統(tǒng)。
發(fā)明內容
鑒于前述背景，因此本發(fā)明的目的是提供ー種克服拋物面槽式太陽能集光器不足的太陽能集光器系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的上述和其它目的、優(yōu)點及特征是由ー種太陽能盤集光器系統(tǒng)提供，所述太陽能盤集光器系統(tǒng)包括用于反射陽光的太陽能盤集光器面板以及與太陽能盤集光器面板鄰接的導管。所述導管可包括供應管以及返回管，供應管用于提供將由經反射的陽光加熱的液體，返回管用于返回經加熱的液體。集光器可關閉供應管及返回管的開ロ端，且集光器可被設置以用于接收來自太陽能盤集光器面板的經反射的陽光。來自供應管的液體可以至少部分地填充集光器、且在集光器中循環(huán)時被經反射的陽光加熱。經加熱的液體可經由返回管而返回。太陽能盤集光器面板可被配置用于將陽光反射至焦點，且集光器可位于焦點處。導管可在太陽能盤集光器面板下延伸，且導管的供應管及返回管可向上延伸通過太陽能盤集光器面板。太陽能盤集光器面板可耦合至導管。太陽能盤集光器系統(tǒng)還可包括耦合至導管的至少ー個致動器，用于樞軸旋轉導管，使得太陽能盤集光器面板追蹤太陽的位置。導管有益地做為液體轉移裝置，支持太陽能盤集光器面板、且可根據(jù)太陽的位置旋轉，使得太陽能盤集光器面板接收最大陽光。由于集光器接收反射的陽光來加熱在其內循環(huán)的液體，導管不需要是玻璃管。玻璃管的成本高且易碎。相反地，導管可以是例如絕緣管或絕緣軟管。集光器可被配置為球狀，其兩側可包含透明材料，用于接收經反射的陽光，且在其頂部包含不透明涂層，用于避免經反射的陽光漏出。供應管及返回管的開ロ端可在集光器 中彼此隔開，供應管的開ロ位于返回管的開口下方。這允許流入的液體在集光器中循環(huán)，來自底部而從頂部離開。舉例來說，集光器可包括玻璃。在這個實施例中，太陽能盤集光器系統(tǒng)還可包括位于集光器之上用于保護集光器的保護頂部。此外，太陽能盤集光器系統(tǒng)還可包括在集光器中用于產生電カ的光伏電池。為了增加集光器中的太陽能消耗量，太陽能盤集光器系統(tǒng)還可包括位于集光器中的內部集光器，用于接收經反射的陽光、并用于直接接觸液體。舉例來說，內部集光器可以是不透明的。內部集光器的外表面可包括凹窩及皺折外表面至少其中之一，來提供増加的表面積以用于接觸在集光器中循環(huán)的液體。而且，內部集光器可以是中空的且包括穿過其中的多個開ロ，來進ー步增加接觸在集光器中循環(huán)的液體的表面積。太陽能盤集光器面板可包括反射表面，所述反射表面包括反射薄膜及反射涂層至少其中之一。太陽能盤集光器系統(tǒng)還可包括與至少ー個致動器耦合的至少ー個傾斜裝置，用于調整所述至少一個導管相對于地面的纟韋向(latitudinal)角度。另ー方面是關于ー種使用以上定義的太陽能集光器系統(tǒng)收集太陽能的方法。所述方法可包括使用太陽能盤集光器面板反射陽光。可將導管放置為鄰近太陽能盤集光器面板，導管包含供應管以及返回管，供應管用于提供由經反射的陽光加熱的液體，返回管用于返回經加熱的液體。所述方法還可包括使用集光器關閉供應管及返回管的開ロ端，集光器被放置用于接收來自太陽能盤集光器面板的經反射陽光。來自供應管的液體可至少部分地填充集光器、且在集光器中循環(huán)時由經反射的陽光加熱。然后，經加熱的液體經由返回管而返回。
圖I是根據(jù)本發(fā)明的太陽能盤集光器系統(tǒng)的示意圖。圖2是圖I中所示的集光器的部份示意圖。圖3是圖I中所示的太陽能盤集光器系統(tǒng)具有額外特征的示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明太陽能盤集光器系統(tǒng)的另一實施例的示意圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明串聯(lián)連接的太陽能盤集光器系統(tǒng)的示意圖。圖6是說明用于使用根據(jù)本發(fā)明太陽能盤集光器系統(tǒng)收集太陽能方法的流程圖。
具體實施方式
下面通過參考附圖來充分描述本發(fā)明，其中顯示本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而，本發(fā)明可以許多不同形式實施，且不應建構為受到在此提出的實施例的限制。更確切地說，這些實施例是提供使得本揭露內容更全面而完整，且能將本發(fā)明的范圍完全傳達給本領域技術人員。在全文中類似的數(shù)字代表類似的組件，且撇號用來指出替代實施例中的類似組件。如圖I所示，太陽能盤集光器系統(tǒng)10包括由底部14所承載的太陽能盤集光器面板12。底部14上裝設導管16，所述導管16運載將被從太陽能盤集光器面板12反射的陽光加熱的液體。所述液體可以是例如油或水。
太陽能盤集光器面板12以反射性材料涂覆，用于引導陽光至中心點。在所示的太陽能盤集光器系統(tǒng)10中，陽光被引導至位于中心點的集光器18。來自導管16的液體傳遞通過集光器18以進行加熱。示例的集光器18是耦合至導管16的透明球狀。雖然集光器18被示為球狀，可使用其它形狀。如圖2所示，導管16經由供應管20引導液體至集光器18。液體經由返回管22返回導管16。當液體經由供應管20進入集光器18，液體在集光器中循環(huán)。一旦液體充滿集光器18且達到返回管22的開ロ，液體接著返回導管16。當在集光器18中循環(huán)時，液體由從太陽能盤集光器面板12反射的陽光加熱。為了増加集光器18中的太陽能消耗量，可在集光器中放置深色的內部集光器24。內部集光器24放置在返回管22附近、且可為黒色，以確保從太陽能盤集光器面板12反射的陽光保持在集光器18中以用于加熱液體。在其它實施例中，內部集光器24可與返回管22分開放置。由于陽光從集光器18的側面進入，集光器的頂部26可以是黑色，以防止進入的陽光漏出。接著，黒色的頂部26反射陽光。為了將反射的陽光保持在集光器中，集光器18的側面可以是銀色。単獨地或者除了黒色與銀色涂層之外，單向薄膜可應用在集光器18。單向膜薄的功能是允許陽光進入但不使它離開。這些特征有益地増加集光器18的太陽能吸收。雖然內部集光器24被示為球狀，可使用其它形狀。內部集光器24可為中空的并包括多個穿過其中的開ロ 28。這提供內部集光器24能夠接觸液體以進行加熱液體的較大表面積。舉例而言，代替開ロ 28，內部集光器24可以是凹窩及皺折的。如圖3所示，返回管22也可以具有與其關聯(lián)的光伏電池29。舉例來說，光伏電池29可以具有平面或圓形設計。在此配置中，太陽能盤集光器系統(tǒng)10不只加熱導管16內的液體，也產生電力。接觸集光器18內的液體的光伏電池29的一個增加的好處是，當它被太陽能盤集光器面板12所放大的陽光加熱時，液體冷卻光伏電池29。在一個實施例中，集光器18是玻璃。如本領域技術人員所輕易理解的，集光器18可使用其它類型的透明材料。當集光器18是玻璃或其它易碎材料時，包含非易碎材料的透明傘蓋31可被放在集光器18的頂部，用來防止強風與飄散的碎片。在一個實施例中，蓋31直接接附在集光器18的頂部26。在其它實施例中，蓋31可連接至太陽能盤集光器面板12或者供應管20與返回管22之一或者兩者。如本領域技術人員所輕易理解的，導管16可以是隔熱管。舉例來說，雖然可輕易使用其它形式的材料，所述管可以是生鐵或塑料。隔熱管的好處是較便宜且與一般關聯(lián)于拋物面式集光器的玻璃導管相比更耐用。在拋物面式集光器中，玻璃導管延著焦點線運作，其延伸拋物面式集光器的長度。相反地，玻璃集光器18位于太陽能盤集光器系統(tǒng)10的焦點處。由于太陽能盤集光器系統(tǒng)10的底部14上裝設導管16，導管的旋轉導致太陽能盤集光器面板12被旋轉。換句話說，導管16是樞軸點。底部14在連接點40及42上裝設導管16。連接點40及42也包括用來舉起導管16超過地面的導管支撐44及46。仍然參照圖3，致動器30耦合至臂32，所述臂32耦合至導管16。當致動器30移動臂32時，太陽能盤系統(tǒng)10被旋轉。為了確保供應管20與返回管22 —起旋轉，可將它們耦合在一起。連結33是供應管20及返回管22從導管16分開的地方。除此之外或替代地，供應管20及返回管22的不同連結37可在太陽能盤集光器面板12本身之中，靠近集光器18。
太陽能盤系統(tǒng)10被旋轉來追蹤太陽的位置。使用一或更多傳感器41來確定太陽能盤集光器系統(tǒng)10相對于太陽的位置。來自各傳感器41的輸出訊號被施加到致動器30。由于太陽能盤系統(tǒng)10上裝設導管16，不需要與拋物面式集光器一樣的鏈或帶驅動馬達。這也有益地減少重量及成本。如本領域技術人所輕易理解的，底部14與太陽能盤集光器面板12可以由包含熱塑材料或熱固材料的模塑材料組成。模塑材料可以高分子或弾性體為基礎。高分子也可以是強化纖維。如本領域技術人員所輕易理解的，可使用其它形式的塑料組合物。此外，底部14與太陽能盤集光器面板12可以由金屬組成。太陽能盤集光器面板12具有用于引導陽光朝向透明集光器16的反射表面。反射薄膜或涂層位于反射表面上。舉例來說，該涂層可以是反射性油漆。避免使用鏡子，其會明顯增加太陽能盤集光器系統(tǒng)10的重量與成本。太陽能盤集光器系統(tǒng)10的尺寸依據(jù)想要的應用而改變。所選擇的尺寸典型地允許輕易攜帯。用于說明目的，舉例來說，太陽能盤集光器系統(tǒng)10可為8英尺寬8英尺深及4英尺高。為了使太陽能盤集光器面板12從地平線到地平線追蹤太陽，如圖I所示，底部14具有三角形形狀。此外，與長方形相比，底部14使用較少的材料，其依序有益地減少重量及成本。螺旋千斤頂或傾斜裝置51可被每ー個導管支撐44及46所承載，用于調整太陽能盤集光器系統(tǒng)10的角度，以補償太陽的季節(jié)性旋轉。舉例來說，此旋轉限制在正負10度內。如本領域技術人員所輕易理解的，控制器35連接至螺旋千斤頂或傾斜裝置51以用于其控制，使得每個導管支撐44及46被遞增地調整來提供想要的旋轉。一個控制器35可控制組成太陽能盤集光器系統(tǒng)10的多個太陽能盤集光器面板12的螺旋千斤頂或傾斜裝置51。這有益地使通過太陽能盤集光器系統(tǒng)10從太陽收集的太陽能最大化。在另ー個實施例中，如圖4所示，太陽能盤集光器系統(tǒng)10’的底部14’是長方形。舉例來說，當太陽能盤集光器系統(tǒng)10’放置于有角度的屋頂上且不需要從地平線至地平線的旋轉時，長方形是合適的。為了達到某些應用所需要的收集面積，多個太陽能盤集光器系統(tǒng)10’可以并排放置。如圖5所示，三個太陽能盤集光器系統(tǒng)10’連接至同一個導管16’。三個太陽能盤集光器系統(tǒng)10’是為了說明目的，太陽能盤集光器系統(tǒng)10’的實際數(shù)目是依據(jù)所希望的應用而定。如本領域技術人員所輕易理解的，即使具有長方形底部14’的太陽能盤集光器系統(tǒng)10’被顯示為串聯(lián)連接，也可使用具有三角形底部14的太陽能盤集光器系統(tǒng)10。本發(fā)明的另一方面是關于使用以上定義的太陽能盤集光器系統(tǒng)10收集太陽能的方法。現(xiàn)在參照圖6所示的流程圖100，從(框102)開始，該方法包括在框104處，使用太陽能盤集光器面板12反射陽光。在框106處，將導管16放置為鄰近太陽能盤集光器面板
12。導管16包括供應管20以及返回管22，供應管20用于提供由經反射的陽光加熱的液體，返回管22用于返回被加熱的液體。在框108處使用集光器18關閉供應管20及返回管22的開ロ端，所述集光器18被放置用于接收來自太陽能盤集光器面板12的經反射陽光。在框110處，來自供應管20的液體至少部分地填充集光器18，且當液體在集光器18中循環(huán)吋，以經反射的陽光加熱所述液體。在框112處，經加熱的液體接著可經由返回管22而返回。該方法結束于塊114。本領域技術人員會了解本發(fā)明的許多修改與其它實施例具有前文敘述及相關附圖呈現(xiàn)的教示的好處。因此，應了解本發(fā)明不受所揭露的特定實施例的限制，且希望將改變 與實施例包括在前文敘述的范圍內。
權利要求
1.ー種太陽能盤集光器系統(tǒng)，包括 用于反射陽光的太陽能盤集光器面板； 導管，所述導管鄰近所述太陽能盤集光器面板且包含供應管以及返回管，所述供應管用于提供要由經反射的陽光加熱的液體，所述返回管用于返回所述經加熱的液體；以及集光器，所述集光器關閉所述供應管及所述返回管的開ロ端，且被放置用于接收來自所述太陽能盤集光器面板的所述經反射的陽光，其中來自所述供應管的所述液體至少部分地填充所述集光器、且在所述集光器中循環(huán)時被所述經反射的陽光加熱，且所述經加熱的液體經由所述返回管返回。
2.根據(jù)權利要求I所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，其中所述太陽能盤集光器面板被配置用于將所述陽光反射至焦點，且其中所述集光器位于所述焦點。
3.根據(jù)權利要求I所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，其中所述導管在所述太陽能盤集光器面板下延伸，且其中所述導管的所述供應管及所述返回管向上延伸通過所述太陽能盤集光器面板。
4.根據(jù)權利要求3所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，其中所述太陽能盤集光器面板耦合至所述導管；且所述太陽能盤集光器系統(tǒng)還包括耦合至所述導管的至少ー個致動器，用于樞軸旋轉所述導管，使得所述太陽能盤集光器面板追蹤所述太陽的位置。
5.根據(jù)權利要求4所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，還包括太陽傳感器，用于追蹤所述太陽的位置；且其中所述至少一個致動器基于所述太陽的所述位置旋轉所述太陽能盤集光器面板。
6.根據(jù)權利要求I所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，其中所述供應管及所述返回管的所述開ロ端在所述集光器中彼此隔開，所述供應管的所述開ロ位于所述返回管的所述開口下方。
7.根據(jù)權利要求I所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，其中所述集光器被配置為球狀。
8.根據(jù)權利要求I所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，其中所述集光器在其兩側包含透明材料以用于接收所述經反射的陽光、且在其頂部包含不透明涂層以用于避免所述經反射的陽光漏出。
9.根據(jù)權利要求I所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，還包括位于所述集光器中的內部集光器，用于接收所述經反射的陽光、并直接接觸所述液體，從而增加所述集光器中的太陽能消耗量。
10.根據(jù)權利要求9所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，其中所述內部集光器是不透明的。
11.根據(jù)權利要求9所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，其中所述內部集光器的多個外表面包含凹窩及皺折外表面至少其中之一。
12.根據(jù)權利要求9所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，其特征在于，所述內部集光器是中空的且包括穿過其中的多個開ロ。
13.根據(jù)權利要求I所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，其中所述太陽能盤集光器面板包含反射表面，所述反射表面包含反射薄膜及反射涂層至少其中之一。
14.根據(jù)權利要求4所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，還包括至少ー個傾斜裝置，用于調整所述至少一個導管相對于地面的緯向角度。
15.根據(jù)權利要求I所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，還包括在所述集光器之上用于保護集光器的保護頂部。
16.根據(jù)權利要求I所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，還包括在所述集光器中用于產生電力的光伏電池。
17.—種太陽能盤集光器系統(tǒng),包含 至少ー個用于反射陽光的太陽能盤集光器面板； 導管，所述導管在所述至少ー個太陽能盤集光器面板下延伸、且包括供應管以及返回管，所述供應管向上延伸通過所述至少ー個太陽能盤集光器面板以提供要由所述經反射的陽光加熱的液體，所述返回管向上延伸通過所述至少ー個太陽能盤集光器面板以返回所述經加熱的液體；以及 至少ー個集光器，所述至少ー個集光器關閉所述供應管及所述返回管的開ロ端、且被放置用于接收來自所述至少ー個太陽能盤集光器面板的所述經反射的陽光，從而加熱于其中循環(huán)的所述液體。
18.根據(jù)權利要求17所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，其中，來自所述供應管的所述液體至少部分地填充所述集光器。
19.根據(jù)權利要求17所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，其中所述太陽能盤集光器面板被配置用于將所述陽光反射至焦點，且其中所述集光器位于所述焦點。
20.根據(jù)權利要求17所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，其中所述至少ー個太陽能盤集光器面板耦合至所述導管；且所述太陽能盤集光器系統(tǒng)還包括耦合至所述導管的至少ー個致動器，用于樞軸旋轉所述導管，使得所述至少ー個太陽能盤集光器面板追蹤所述太陽的位置。
21.根據(jù)權利要求17所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，其中所述供應管及所述返回管的所述開ロ端在所述集光器中彼此隔開，所述供應管的所述開ロ位于所述返回管的所述開口下方。
22.根據(jù)權利要求17所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，其中所述集光器被配置為球狀。
23.根據(jù)權利要求17所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，還包括位于所述集光器中的內部集光器，用于接收所述經反射的陽光、并直接接觸所述液體，從而增加所述集光器中的太陽能消耗量。
24.根據(jù)權利要求23所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，其中所述內部集光器的多個外表面包含凹窩及皺折外表面至少其中之一。
25.根據(jù)權利要求23所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，其中所述內部集光器是中空的且包括穿過其中的多個開ロ。
26.根據(jù)權利要求17所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，還包括位于所述集光器之上用于保護所述集光器的保護頂部。
27.根據(jù)權利要求17所述的太陽能盤集光器系統(tǒng)，還包括在所述集光器中用于產生電力的光伏電池。
28.ー種使用太陽能集光器系統(tǒng)收集太陽能的方法，所述方法包含 使用太陽能盤集光器面板反射陽光； 將導管放置為鄰近所述太陽能盤集光器面板，所述導管包含供應管以及返回管，所述供應管用于提供由所述經反射的陽光加熱的液體，所述返回管用于返回所述經加熱的液體；以及使用集光器關閉所述供應管及所述返回管的開ロ端，所述集光器被放置用于接收來自所述太陽能盤集光器面板的所述經反射陽光，其中來自所述供應管的所述液體至少部分地填充所述集光器、且在所述集光器中循環(huán)時由所述經反射的陽光加熱，且所述經加熱的液體經由所述返回管返回。
29.根據(jù)權利要求28所述的方法，其中所述太陽能盤集光器面板被配置用于將所述陽光反射至焦點，且其中所述集光器位于所述焦點。
30.根據(jù)權利要求28所述的方法，其中所述導管在所述太陽能盤集光器面板下延伸，且其中所述導管的所述供應管及所述返回管向上延伸通過所述太陽能盤集光器面板。
31.根據(jù)權利要求30所述的方法，其中所述太陽能盤集光器面板耦合至所述導管，且所述太陽能集光器系統(tǒng)還包括耦合至所述導管的至少ー個致動器，用于樞軸旋轉所述導管，使得所述太陽能盤集光器面板追蹤所述太陽的位置。
32.根據(jù)權利要求28所述的方法，其中所述集光器被配置為球狀。
33.根據(jù)權利要求28所述的方法，其中所述集光器在其兩側包含透明材料以用于接收所述經反射的陽光、且在其頂部包含不透明涂層以用于避免所述經反射的陽光漏出。
34.根據(jù)權利要求28所述的方法，其中所述太陽能集光器系統(tǒng)還包括位于所述集光器中的內部集光器，用于接收所述經反射的陽光、且直接接觸所述液體，從而增加所述集光器中的太陽能消耗量。
全文摘要
一種太陽能盤集光器系統(tǒng)包括用于反射陽光的太陽能盤集光器面板以及鄰近太陽能盤集光器面板的導管。所述導管包括供應管以及返回管，所述供應管用于提供由經反射的陽光加熱的液體，所述返回管用于返回經加熱的液體。集光器關閉供應管及返回管的開口端、且被放置用于接收來自太陽能盤集光器面板的經反射的陽光。來自供應管的液體至少部分地填充集光器、且在集光器中循環(huán)時由經反射的陽光加熱。然后，經加熱的液體經由返回管返回。
文檔編號F24J2/12GK102725593SQ201080046718
公開日2012年10月10日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權日2009年10月16日
發(fā)明者小戴爾·波爾克, 老戴爾·波爾克 申請人:D&D制造公司