專利名稱：太陽能工廠的制作方法
技術領域：
本發明涉及一類包括與大功率太陽能接收器相結合的太陽輻射聚能器的太陽能工廠。
背景技術：
太陽能技術目的在于為各種商業用途提供具有經濟競爭力和有利于環境的能量。太陽能轉化為可利用熱能或電力的效率很大程度上取決于光到達太陽能接收器入口表面時的亮度，以及反射、陰影及其它損失，也取決于可獲得的太陽能聚集度。
空間相位轉換和熱力學研究確定了任意光學設備可獲得的太陽光聚集度的理論限值(R.溫斯頓(R.Winston)等人的“太陽表面輻射的探討”(Approaching the irradiance of the surface of the sun，)，發表在1988年“太陽熱能科技”國際會議第4期第579～587頁(Solar ThermalTechnology，Proc.4th Intern.Symposium，Santa Fe，N.M.，pp.579-587，1988))”。此限值由等式Cmax＝n2/sin2α(1)表示，其中Cmax為最大可得聚集度，n為目的物表面的折射率，α為太陽光半入射角。該理論限值基于假設目標物面積足夠大以匯集所有被聚集光線的基礎上得出。
由于畸變，常規成象設備的實際可得聚集度要比該限值低得多。例如，拋物柱面鏡在中軸處可以形成完美的映象，但在遠離中軸處，映象變得模糊并變寬了。
在不需要映象的應用中，免去映象形成要求，可以得到更高的聚集度。可以知道，非成象光學可以允許光聚集度接近熱力學的限值，因此，該技術被經常地用于大功率的聚能器。
令太陽光高聚集度的一種實際方法通常是利用一種二級光學系統，包括第一級(初級)成象聚能器使入射太陽射線改向至焦點，以及第二級(次級)非成象聚能器引導被聚集太陽射線至太陽能接收器之太陽能吸收器。次級聚能器位于初級聚能器的焦點附近，接收所有在接收器入口處亮度很高并經改向的太陽能。二級系統的總聚集度，是初級聚能器的聚集度與該非成象聚能器聚集度的乘積C＝Cp〔n2sin2β〕/sin2α(2)其中，C為可達到的聚集度系數，Cp為初級聚能器的聚集度系數，α和β為出入光線分布的最大角度。
該系統的總的性能和尺寸很大程度上受初級聚能器的特性的影響。成象的第一級的聚能器通常做成拋物柱面鏡或球面鏡的形狀。由拋物面產生的聚集度可按下式計算Cp＝〔r2sin(tan-1(h/r))〕/h2sin2(α)(3)其中Cp為拋物面的聚集度系數，α為入射光分布的最大角度，r為拋物面的半徑，h為所謂的焦距，即從拋物面到焦點面的距離。通常由拋物面得到的聚集度要小于熱力學限值的25％。
為努力使入射太陽射線的聚集度接近于熱力學限值，曾嘗試使用一種成象反射望遠鏡作為初級聚能器，例如Cassegrain望遠鏡(W.賽脫(W.zittel)著“太陽抽吸激光器的設計研究”(“Design Studies for Solarpumped Lasers”，DFVLR-FB 87-39，Stuttgart，1987”))。但是，這類由拋物柱面鏡作初級和由雙曲性面鏡做次級構成的望遠鏡，只有在非常窄的接收角時，才具有非常低的畸變。因此，要想構成高功率的聚能器，望遠鏡必須要能跟蹤太陽的軌跡，而實際上對于此類系統這是不可能的，因為初級反射面積的大小或許是數十、甚至是數百、數千平方米的數量級。
作為固定接收器，由于其構造和跟蹤簡單，菲涅爾反射器經常被選做初級聚能器(M.艾普斯汀(M.Epstein)的“在溫茲曼科學研究所的中心接收裝置”(Central receiver faciliry at the Weizmann Institute ofScience)發表在1986年“太陽能中心接收系統”國際會議第3期第187～197頁(Solar thermal central receiver systerns，Proc.III InternWorkshop，Springer-Verlag，Berlin，FRG，PP，187-197，1986，)M.艾普斯汀的“溫茲曼科學研究所定日鏡的光束質量跟蹤精度結果”)(Beamquality and tracking accuracy results of the Weizmann Institute ofScience Heliostats)，發表在1990年“太陽能技術的研究開發及應用”第4次國際會議(Proc 4th Intern.Symp.on Research Development andApplications of Solar Thermal Technology，New York，pp.108-111，1990))，菲涅爾反射器具有不同的類型。帶聚焦線的二維(2-D)菲涅爾反射器開發用于商業工廠，帶焦點的三維(3-D)菲涅爾反射器，通常被稱為定日鏡場，連同中央太陽能接收器和太陽能塔一起使用，由于其可以在大功率光通量和高溫下操作，尤其適用于兆瓦級系統，從而能得到高轉換效率。定日鏡場包括大量計算機控制的鏡子，將太陽射線轉向至位于焦點區域內的次級聚能器，次及聚能器通常位于中央太陽能塔上，并伴以立體中央接收器。定日鏡場的聚集度系數可由下面等式算出Cr=Cp·2π∫rrsin(tan-1(h/r))drπ·r2]]>其中Cr為定日鏡場的聚集度系數，Cp為該場中每個單獨拋物柱面鏡或球面鏡的聚集度系數，h為定日鏡場的焦點長度，r為該場半徑。由于陰影作用，即使當太陽在最高點時，因為轉向的太陽能射線的面積小于定日鏡反射面積，定日鏡的聚焦面積小于定日鏡場的總面積，因此定日鏡場的可得聚集度要小于拋物面的可得聚集度，且通常不超過21％。由以上等式可清楚地知道，聚能器的焦距越大，或h/r比越大，就可以達到越高的聚集度。因此，為了達到更理想的光聚集度，實際決定太陽能塔高度的定日鏡場聚焦長度應當盡可能大。
在100MW級的太陽能系統內，太陽能塔的高度必須在100米以上。因此，次級聚能器和相關中央太陽能接收器，以及能量轉換系統的一些元件必須全部安裝在塔頂。這樣的要求就引發出了困難且昂貴的技術難題，而太陽光從下向上到達次級聚能器的事實引起的陰影問題使該難題更為嚴重。對于具有高太陽能塔的太陽能場，定日鏡的焦距一般要超過300米，從而導致明顯的畸變和聚集度的降低。(L.L.范特霍爾(L.L.Vanthull)，M.E.依佐根(M.E.Izogon)和C.L.皮特曼(C.L.Pitman)的“定日鏡領域的結果對太陽2的接收器的分析”(Results of a heliostatfieldreceiver analysis for Solar Two)，發表在1993年的ACME國際太陽能會議上(Proceedings of the ACME International Solar EnergyConference，Washington.D.C.PP.2243-2251，May，1993))。
總的來說，具有定日鏡場聚能系統和高塔頂部中央太陽能接收器并附加有次級聚能器的大功率太陽能工廠，對于初級聚能器的設計和功效提出了嚴重的問題。
過去，這些問題已被認識到，并且在解決它們的過程中，提出了所謂“塔式反射器”的概念(A.拉貝爾(A.Rabl)的“技術評論太陽能工廠的塔式反射器”，發表在1976年“太陽能”雜志第18卷第269～271頁上(Solar Energy，Vol.18，pp.269-271，1976))。依照此概念，太陽能工廠包括安裝在基面上的太陽能接收器和定日鏡場，其焦點在該基面上方，工廠還裝有安裝于太陽能塔上靠近焦點的附加平面菲涅爾反射器，借此，由附加反射器反射的被聚集的太陽射線被轉向至靠近基面的太陽能接收器上。為了提高系統得到的射線聚集度，采用了位于接收器附近的復合拋物柱面聚能器。這樣，由于塔式反射器的采用，太陽能接收器和任何有關設備均可以安裝在基面附近，而不需要安裝在高塔頂部。
但是，從Rabl的發現中可認識到，塔式反射器暴露在100倍或更多倍太陽的密集太陽光下，因而必需防止塔式反射器過熱就成為一個嚴重的問題。對于普通結構以金屬層板為基底的反射器，大量的能量都被反射器所吸收，因此需要強制冷卻，而這在塔的高度很高時是十分困難和麻煩的。為了解決過熱問題，Rabl建議塔式菲涅爾反射器的元件采用全內部反射的矩形棱鏡的形式。在此種設計中，太陽能工廠的塔式反射器不得不具有相對大的面積和極大的體積。此外，采用平面菲涅爾反射器形式的塔式反射器會產生陰影和阻塞影響，造成初級聚集度的降低，太陽射線的損失，從而導致太陽能工廠轉換效率的降低。最終，此種方案的費用過高。所有這些缺點表明Rabl提出的構造實際上是不適用的，這或許能夠解釋為什么直至現在塔式反射器的概念還沒有被應用。
本發明的目的就在于要提供采用能避免上述缺點的塔式反射器的高效率太陽能工廠。
發明概述在本發明和權利要求的敘述中，詞匯“介質鏡”意為一復合體，包括由許多相對薄的介質材料薄層覆蓋的透明基片，這些薄層至少對一部分光譜是透明的，當有限的光譜分布的射線照射到這種鏡子上時，鏡子就表現出集成的反射效果。總之，介質鏡的作用類似于光線分離器，基本上傳輸所有的不反射的射線。適當選擇材料的折射率、厚度、薄層的數量和順序，可以得到希望的反射射線量。為使光線分離得到提高，必須對射線的入射角度分布進行大致的限制。
依照本發明的一個方面，提供能將太陽射線轉換為可利用能的太陽能工廠，此類工廠包括一個由許多聚光鏡組成的菲涅爾反射器，聚光鏡安裝于基面上，其焦點在該基面上方，距菲涅爾反射器有一個聚焦長度遠，至少一個太陽能接收器位于該基面附近，且安裝于菲涅爾反射器上方的附加反射器靠近該焦點，借此由菲涅爾反射器反射的被聚集的太陽射線被轉向至至少一個太陽能接收器上，其特征在于該附加反射器采用介質鏡的形式，從而避免過熱。
介質鏡的光線分離功能使其吸收率可以忽略不計，從而免去了冷卻裝置的必要性。如上所述，要使介質鏡得以應用，就必須限制射線的光譜分布。按照本發明，由于通常在本發明所指的那類太陽能工廠中使用的菲涅爾反射器的聚光鏡是銀制反射器，能夠去除太陽射線中大部分短波長度部分，上述要求就可以得到滿足。
如果需要，可以設計介質鏡使之提供非常高的、基本上為射線的全部反射，這實際上相當于所有損失均為傳輸損失時的光線分離的特殊情況。或者，也可以將介質鏡的背面涂上金屬層。在這種情況下，將介質鏡的薄層設計得將會被金屬層吸收的大部分射線反射掉。
在本發明的優選實施方案中，介質鏡為曲面鏡，其上每一區域都暴露于一個有限范圍內的角度。這樣就得到了射線入射角的有限角度分布，借此提高鏡的效率。最好，鏡為凹面鏡，安裝在焦點前面。該鏡也可為凸面鏡，則安裝在焦點后面。
以介質鏡為形式作為附加反射器的用途可依照其特定需要而設計。因而，反射器可使用選擇一種顏色或一定顏色范圍的即帶通式的涂層。
附加反射器可以由一整片制成或是可分割的。它也可以是菲涅爾型的。
在本發明的優選實施方案中，太陽能工廠的菲涅爾反射器為定日鏡場型，其中至少有一些所說的聚能鏡隨太陽的方向轉動。
如果需要，以本發明為依據的工廠可以包括次級聚能器，它位于上述附加反射器和至少一個上述太陽能接收器之間。
次級聚能器優選為非成象型，例如合成拋物柱面聚能器(CPC)或特制邊緣射線聚能器(TERC)，例如下面已公開在H.瑞斯(H.Reis)和R.溫斯頓(R.Winston)的“發光的特制邊緣射線反射器”(Tailorededge-ray reflectors for illumination)，發表于1993年5月的J.opt.Soc.Am.；J.M高頓(J.M.Gordon)和H.瑞斯的“作為菲涅爾反射器的理想平臺的特制邊緣射線聚能器”(Tailored Edge RayConcentrators as ideal stages for Fresnel reflectors)發表在1993年“應用光學”第32卷13號(Applied Optics，Vol.32.No.13，PP 2243-2251，May 1993.))。另一方案，次級聚能器可以為成象型。
定日鏡場位于其上的基面最好相對于水平面傾斜，因此入射的太陽射線與基面法線形成的角度得以減小。
如果需要，接收器可以與菲涅爾反射器保持距離，在此種情況下附加反射器應當傾斜，以使射線改向至接收器。
如果需要，按照本發明，工廠內至少有一個所述的太陽能接收器與熱發動機和電力發動機結合，由此該工廠成為太陽能電站。在需要能量貯存的情況下，按照本發明接收器可以與合適的貯存系統，例如熱量貯存罐相聯。如果需要，太陽能接收器可以作成熱量貯存罐的形式。這樣，當中央太陽能接收器安裝在塔上時所需要的昂貴且耗能的交換系統就可以被節省了。
另一種方案是，上述至少一個太陽能接收器涉及可利用熱量的提取方法；或者設計成化學反應器，光電系統，密集的太陽射線激勵激光裝置，等等。
在本發明的優選實施方案中，附加反射器到所述焦點的距離和定日鏡場的聚焦長度之間的比約在1∶5到1∶10范圍內。
還希望附加反射器的直徑和定日鏡場直徑的比約為1∶10。
依照本發明，工廠中可以使用不只一個接收器。例如在定日鏡場的焦點區域內，在該附加反射器的后面可以放置一個附加太陽能接收器。
如果需要，依照本發明，工廠可以包括至少一個補充發射器，位于附加反射器和至少一個太陽能接收器之間。補充反射器可以是光線分離器型，或者制造成顏色選擇型。補充的顏色選擇型反射器可以為不同的太陽能接收器提供不同的帶寬。
因此，可以從以下事實中得出結論，依照本發明，附加反射器采用多層結構，它具有多種不同的特性可以實際實現把射到反射器上的大部分太陽輻射轉換為可利用能，由于提高了太陽能工廠的效率。
根據本發明的另一方面，提供一種太陽能工廠用于太陽輻射的轉換，此種太陽能工廠包括用于提取已吸收熱量的工廠流體，包括由許多聚光鏡組成的菲涅爾反射器，聚光鏡安裝于基面上并且其焦點在該基面上方，距菲涅爾反射器有一個聚焦長度遠，至少一個太陽能接收器裝置位于該基面附近，裝有工廠流體，安裝于菲涅爾反射器上方的附加反射器靠近焦點，借此由菲涅爾反射器反射的被聚集太陽射線被轉向至至少一個太陽能接收器裝置上，其特征在于該工廠在附加反射器和至少一個太陽能接收器之間包含中介物，在集中區域內裝配有許多非成象次級聚能器，每個次級聚能器與該接收器裝置中專用孔相聯，由此在接收器內形成不同溫度的集中區域，當工作流體從最低溫的最外面區域流到最高溫的最內部區域時，工作流體逐漸變熱。
一種實施方案是接收器裝置包括許多接收器單元，每一單元有一個孔。
另一種實施方案是接收器裝置包括有許多孔的一個接收器單元。
根據本發明的又一方面，提供一種太陽能工廠包括采用定日鏡場形式的菲涅爾反射器，定日鏡場安裝于基面上，其焦點在該基面上方，距菲涅爾反射器有一個聚焦長度遠，至少一個太陽能接收器位于該基面附近，安裝于塔上的附加反射器靠近該焦點，借此由菲涅爾反射器反射的被聚集太陽射線被轉向至至少一個太陽能接收器上，其特征在于工廠包括監視該附加反射器偏移的設備，其監視設備可以采取激光掃描裝置或TV映象系統的形式，用于定日鏡動態調整的設備可以跟蹤反射器的偏移情況，由此可以避免任何由反射器偏移導致的工廠性能降低。
根據本發明的再一方面，提供一種將太陽輻射轉換為熱能的太陽能工廠，該工廠包括由許多聚光鏡組成的菲涅爾反射器，聚光鏡安裝于基面上，其焦點在該基面上方，距菲涅爾反射器有一個聚焦長度遠，至少一個太陽能接收器位于該基面附近，安裝于菲涅爾反射器上方的附加反射器靠近該焦點，借此由菲涅爾反射器反射的已聚集的太陽射線被轉向至少一個太陽能接收器上，其特征在于該接收器直接連接到熱量貯存系統上。
附圖簡述
為了更好地理解，下面僅通過例子對本發明加以敘述，同時參考附圖
圖1為帶有中央太陽能接收器的傳統太陽能工廠的一部分的示意圖。
圖2為根據本發明的一個工廠實施方案的示意圖。
圖3為根據本發明的另一個工廠實施方案的示意圖。
圖4為根據本發明再一個工廠實施方案的示意圖。
圖5仍為根據本發明的又一個工廠實施方案的示意圖。
具體實施方案詳述首先注意圖1，表明了從太陽輻射轉換至可利用能的現有技術，此種技術將中央太陽能接收器安裝在太陽能塔的頂部。
如圖所示，定日鏡場1包括許多例如可以是拋物柱面鏡的形式的鏡子2，并將已聚集的太陽射線反射至太陽能接收器3上，接收器3安裝在塔4頂部，并位于定日鏡場1的焦點范圍內。作為規律，太陽能接收器3與次級聚能器相聯接，并帶有用于吸取產生于接收器內的可利用熱的裝置或者是利用聚能器光的其它用途的裝置。
下面注意圖2，表明根據本發明設計的太陽能工廠的一個實施方案。如圖所示，定日鏡場6包括許多諸如拋物反射鏡的會聚反射器7，并安裝在基面8上。定日鏡場的焦點以9標出。
太陽能接收器11安裝在基面8上方一點，并在焦點9正下方，以使其軸線與工廠的對稱軸10重合。在接收器11上方和焦點9下方一點安裝有附加反射器12。附加反射器12到焦點9的距離和定日鏡場的聚焦長度之間的比最好在1∶5到1∶10之間。
附加反射器12最好是凸面鏡的形式，尤其當它是雙曲面鏡時，其直徑和面積約為定日鏡場的10％和1％。或者，附加反射器12可以安裝在焦點9后面并是凹點面的。附加反射器可以由一整片或多片拼接制成，也可以為菲涅爾型。
如圖所示，入射太陽射線13由定日鏡場6向焦點9的方向匯聚，并被附加反射器12轉向至太陽能接收器11上。
后面會詳細說明，根據本發明，附加反射器以介質鏡的形式設計，因此它所吸收的射線可忽略不計，使反射器暴露在由定日鏡場反射的高度集中光線之中。
圖3的實施方案類似于圖2的實施方案，同樣包括安裝于基面15上的定日境場14，定日鏡場包括許多會聚鏡子16，例如拋物柱面鏡。
定日境場14的焦點7位于對稱軸18上。
在基面15稍微靠上的部位安裝有裝置19，它包括次級聚能器20和太陽能接收器21。在次級聚能器20和焦點17中間并靠近后者的位置上，裝有附加反射器22，它將從定日鏡場14射來的已聚集的太陽射線轉向至次級聚能器20，次級聚能器再將進一步聚集的太陽射線射向太陽能接收器21。入射太陽射線以23標出。
值得注意，安裝在基面上的定日鏡場可以向入射太陽射線傾斜，以減小后者與基面法線形成的角度。而且，在基面傾斜的情況下，可以減小單個定日鏡本身的傾角，由此減小陰影和畸變。
在圖2和圖3的實施方案中，附加反射器、太陽能接收器以及圖3中的次級聚能器都相對于定日鏡場對稱安裝。圖4示意說明了一個不同的實施方案，其中附加反射器和接收器非對稱安裝。如圖所示，包括許多諸如拋物面型的聚光鏡26的定日鏡場25安裝于基面27上，定日鏡場的設計是這樣的，焦點28按所示的方式偏離中心，導致太陽能接收器31也偏離中心。附加反射器30，例如采用偏離中軸部分雙曲線的形式，按所示方式安裝在從焦點28到次級聚能器29及相關太陽能接收器31的垂直線上。
圖4中的非對稱裝置的優點是能夠將定日鏡場25的鏡26按如下方式安裝，即鏡軸的方向指向太陽，太陽射線基本上垂直地入射到鏡子表面。在這種情況下，因為焦距的增加，與圖2和圖3中的實施方案相比，次級聚能器29和太陽能接收器31的安裝結構尺寸也增加了。
舉例來說，尺寸如下所示定日鏡場的半徑-100米聚焦長度-約100米反射器30的半徑-10米從焦點28到反射器30的距離-9米反射器30和基面27間的距離-66米從基面到次級聚能器29的距離-25米在缺少附加反射器30時，由定日鏡場25產生環繞焦點28的太陽映象的最大尺寸為2.5米，而實際由附加反射器30提供的映象最大尺寸為5.2米，為上述尺寸的兩倍。通過次級聚能器29，映象能減少到大約1米的尺寸。
如果需要，根據本發明的太陽能工廠可以有比上例中更大的面積。這樣，附加反射器的半徑甚至可以達到大約25米。但是，當如此大的鏡子被安裝到高大的太陽能塔上時(100米或更高)，毫無疑問它容易受到很強風力的影響，引起嚴重的搖擺，從而導致鏡子相對于定日鏡場有顯著的偏移。為避免聚集度的降低和光的損失，太陽能工廠裝備了監視和測量這些偏移的設備，以及動態調整定日鏡瞄準點的設備，以使偏移得到實際的校正。監視設備可以采用激光掃描儀或TV映象系統。
在圖5的實施方案中，太陽能接收器32與定日鏡場33有顯著的距離，附加反射器34是傾斜的以使光線轉向至上述遠處的接收器32。當與接收器32有關聯的工廠安裝在距離遠的需要能量的地方時，此實施方案尤其適用。
根據本發明，關于附加反射器為介質鏡的形式已經提到過了，例如圖2中的12，圖3中的22，圖4中的30和圖5中的34。總之，將該鏡設計成沒有被反射器反射的射線也通過其傳輸。通過利用計算機正確選擇薄層的材料。厚度，數量和順序，反射器能具有所需反射范圍和多種特定的性能。因此，反射器最好采用由透明材料(如玻璃或石英)制成的基片的形式，透明材料涂復有許多透明薄層，組成高反射性干涉涂層。在此種情況下，鏡子的功能類似于光線分離器。通過附加反射器傳輸的射線的熱量可被吸收并利用其加熱工作流體。在這種情況下，從附加反射器通過的匯集射線部分能夠被用于利用低密度光線的工藝。另一種方案是，附加反射器基本上全部反射，這樣所有的損失都將是傳輸損失，或者它包括通過介質層復合物增強了反射能力的高反射金屬背面涂層，由此避免了強迫冷卻，自然空氣對流就足夠了。
介質鏡可具有各種特別性能，所以能同時服務于數個目的。如果需要，可將鏡子制成有選擇性的，例如只反射短波長或者只反射長波長射線。短波長射線可以用于量子轉換工藝，長波長射線可以用于熱力轉換工藝。當光需要直接轉換成可利用能時，對于這類轉換最好只利用對該轉換有效的小部分太陽光譜，去掉其他部分或利用之達到其它目的。此類直接轉換的典型例子如用于直接產生電力的光電系統，用于直接產生激光束的太陽激勵激光器，光化反應器，等等。
為了優化轉換效率，在許多情況下都最好使用帶通式顏色選擇附加反射器，即能夠從已聚集的太陽射線中選出特定光譜頻帶，以增加太陽射線的轉換效率。例如在光電系統中，通過選出帶寬在0.4～0.9μ范圍內的已聚集的太陽光，可以達到高于30％的轉換效率。再比如說，如果已聚集的太陽光用于激光設備的光學激勵，最好選出帶寬與吸收波長匹配的太陽光譜，如NdYAG激光器為0.7-0.9u。
如果需要，根據本發明工廠可以使用多于一個接收器。在附加反射器為光線分離器型的情況下，可以將附加的次級聚能器和/或反射器安裝在光線分離器后面，定日鏡場的焦點范圍內，通過設備將已聚集的射線中透過的部分轉換為可利用的熱、電、熱量貯存系統等。
補充反射器位于附加反射器和任何接收器之間以提供多級光線分離，光譜頻帶選擇等，并且尤其適用于大型定日鏡場。
值得注意在系統焦點處得到的映象的光分布是不均勻的，在映象中央為最大值，而向著邊緣方向慢慢減小。這種現象可用于熱動態循環中，在其中工作流體從低溫到最高溫逐漸加熱。在這種情況下，如圖3中的20和圖4中的29的次級聚能器，包括許多位于集中區域的非映象聚能器。在這種情況下，接收器11、21或31有許多孔，或者是由許多每個有一個孔的接收器組成的裝置。每個聚能器與相應的孔相連。工作流體通過從低溫的最外部區域流到高溫的最內部區域而逐漸變熱。
本發明可用于將大功率光通量分別地或同時地向不同接收器做有效傳遞，例如激光器，光電系統，半導體設備，熒光設備，化學反應器，熱力交換機和熱力發動機等。
本發明與熱量貯存系統一起應用有特殊的優點。由于它們的特性，熱量貯存系統必須安裝在地平面上。在這種情況下，直接將太陽能工廠的接收器與熱量貯存系統相連，避免了任何熱傳輸裝置的需要。
權利要求
1.一種將太陽輻射轉換為可利用能的太陽能工廠，包括由許多聚光鏡組成的Fresnel反射器，聚光鏡安裝于基面上，其焦點在該基面上方，距Fresnel反射器有一個聚焦長度遠，至少一個太陽能接收器位于該基面附近，且還有一個附加反射器安裝于Fresnel反射器上方并靠近該焦點，借此由Fresnel反射器反射的已聚集太陽射線被轉向至至少一個太陽能接收器上，其特征在于該附加反射器采用介質鏡的形式，從而避免附加反射器過熱。
2.權利要求1的太陽能工廠，其特征在于Fresnel反射器為定日鏡場型，其中聚光鏡隨可跟蹤太陽。
3.權利要求1或2的太陽能工廠，其特征在于附加反射器為曲面鏡的形式以保證射線的入射角度分布得到重要的限制。
4.權利要求3的太陽能工廠，其特征在于附加反射器安裝在焦點前時為凸面鏡。
5.權利要求3的太陽能工廠，其特征在于附加反射器安裝在焦點后時為凹面鏡。
6.權利要求1至5中的太陽能工廠，其特征在于介質鏡為光線分離器型，由此能透過所有不反射的射線。
7.權利要求1至6中的太陽能工廠，其特征在于介質鏡具有高反射性能，由此反射器的所有損失均為傳輸損失。
8.權利要求1至5的太陽能工廠，其特征在于介質鏡配有高反射性能的金屬背面涂層，并用來增強該涂層的反射性能。
9.權利要求1至8中的太陽能工廠，其特征在于將介質鏡制造成顏色選擇性的。
10.權利要求9的太陽能工廠，其特征在于顏色選擇性介質鏡為帶通型。
11.權利要求1至10的太陽能工廠，其特征在于介質鏡是拼接的。
12.權利要求1至11的太陽能工廠，其特征在于介質鏡為Fresnel型。
13.權利要求1至12的太陽能工廠，包括位于附加反射器和至少一個太陽能接收器之間的次級聚能器。
14.權利要求13的太陽能工廠，其特征在于該次級聚能器為成象型。
15.權利要求13的太陽能工廠，其特征在于該次級聚能器為非成象型。
16.權利要求15的太陽能工廠，其特征在于次級聚能器為合成拋物柱面聚能器。
17.權利要求15的太陽能工廠，其特征在于次級聚能器為特制邊緣射線聚能器。
18.權利要求1至17的太陽能工廠，其特征在于Fresnel反射器位于相對于水平面傾斜的基面上，用此方法減小入射的太陽射線與基面法線形成的角度。
19.權利要求1至18的太陽能工廠，其特征在于所說的至少一個接收器與Fresnel反射器保持距離，且附加反射器傾斜以使射線改向至接收器。
20.權利要求1至19的太陽能工廠，包括從附加反射器吸收可利用能的裝置。
21.權利要求1至20的太陽能工廠，其特征在于至少一個太陽能接收器與熱力發動機和電力發動機相聯。
22.權利要求1至20的太陽能工廠，其特征在于至少一個太陽能接收器為光激勵激光器。
23.權利要求1至20的太陽能工廠，其特征在于至少一個太陽能接收器為化學反應器。
24.權利要求24的太陽能工廠，其特征在于至少一個太陽能接收器為光化學反應器。
25.權利要求1至20的太陽能工廠，其特征在于至少一個太陽能接收器為光電系統。
26.權利要求1至20的太陽能工廠，其特征在于至少一個太陽能接收器涉及使用吸收可利用熱的裝置。
27.權利要求1至20的太陽能工廠，其特征在于至少一個太陽能接收器涉及能量貯存系統。
28.權利要求1至20的太陽能工廠，其特征在于至少一個太陽能接收器為熱量貯存器。
29.權利要求2至28的太陽能工廠，其特征在于附加反射器到焦點的距離和定日鏡場的聚焦長度之間的比約為1∶5到1∶10。
30.權利要求2至29的太陽能工廠，其特征在于附加反射器的直徑和定日鏡場的直徑比約為1∶10。
31.權利要求1至30的太陽能工廠，其特征在于它包括至少兩個太陽能接收器。
32.權利要求31的太陽能工廠，其特征在于至少所述太陽能接收器中的一個位于定日鏡場的焦點區域內。
33.權利要求31或32的太陽能工廠，包括至少一個補充反射器，位于附加反射器和至少一個太陽能接收器之間。
34.權利要求33的太陽能工廠，其特征在于至少一個補充反射器為介質鏡型。
35.權利要求33的太陽能工廠，其特征在于至少一個補充反射器為光線分離器型。
36.權利要求35的太陽能工廠，其特征在于至少一個補充反射器制成顏色選擇性的。
37.權利要求36的太陽能工廠，其特征在于至少一個補充顏色選擇反射器為帶通型。
38.權利要求37的太陽能工廠，其特征在于至少一個補充顏色選擇反射器對不同的太陽能接收器有不同的帶通。
39.權利要求1至38的太陽能工廠，其特征在于上述至少一個接收器裝有用于提取已吸收熱量的工作流體，該工廠在附加反射器和接收器之間包含中介物，在集中區域內裝配有許多非成象次級聚能器，每個次級聚能器與接收器中的專用孔相聯，由此在接收器內部形成不同溫度的集中區域，當工作流體從低溫的最外部區域流到高溫的最內部區域時逐漸變熱。
40.權利要求39的太陽能工廠，其特征在于接收器包括每一單元有一個孔的許多接收器單元。
41.權利要求39的太陽能工廠，其特征在于接收器包括具有許多孔的單一接收器單元。
42.權利要求2至41的太陽能工廠，其特征在于該工廠包括監視附加反射器偏移的設備和用于定日鏡場動態調整的設備以跟蹤反射器的偏移情況，由此可以避免任何由反射器偏移導致的工廠性能降低。
43.權利要求42的太陽能工廠，其特征在于上述監視設備為激光設備。
44.權利要求42的太陽能工廠，其特征在于監視設備為TV映象系統。
45.一種用于太陽輻射轉換的太陽能工廠，包括用于提取所已收熱量的工作流體，包括由許多聚光鏡組成的Fresnel反射器，聚光鏡安裝于基面上，其焦點在該基面上方，距Fresnel反射器有一個聚焦長度遠，至少一個太陽能接收器裝置位于基面附近，裝有工作流體，安裝于Fresnel反射器上方的附加反射器靠近焦點，借此由Fresnel反射器反射的已聚集的太陽射線被轉向至至少一個太陽能接收器裝置上，其特征在于該工廠在附加反射器和至少一個太陽能接收器之間包含中介物，在集中區域內裝配有許多非成象次級聚能器，每個次級聚能器與該接收器裝置中的專用孔相聯，由此在接收器內部形成不同溫度的集中區域，當工作流體從低溫的最外部區域流到高溫的最內部區域時逐漸變熱。
46.權利要求45的太陽能工廠，其特征在于接收器裝置包括每一單元有一孔的許多接收器單元。
47.權利要求45的太陽能工廠，其特征在于接收器裝置包括具有許多孔的單一接收器單元。
48.一種太陽能工廠包括許多聚光鏡組成的Fresnel反射器，聚光鏡安裝于基面上，其焦點在該基面上方，距Fresnel反射器有一個聚焦長度遠，至少一個太陽能接收器位于該基面附近，安裝于塔上的附加反射器靠近該焦點，借此由Fresnel反射器反射的已聚集的太陽能射線被轉向至至少一個太陽能接收器上，其特征在于工廠包括監視該附加反射器偏移的設備，其監視設備可以采取激光掃描裝置或TV映象系統的形式，用于定日鏡動態調整的設備可以跟蹤反射器的偏移情況，由此可以避免任何由反射器偏移導致的工廠性能降低。
49.權利要求48的太陽能工廠，其特征在于上述監視設備為激光掃描裝置。
50.權利要求48的太陽能工廠，其特征在于監視設備為TV映象系統。
51.一種用于將太陽輻射轉換為熱的太陽能工廠，包括由許多聚光鏡組成的Fresnel反射器，聚光鏡安裝于基面上，其焦點在該基面上方，距Fresnel反射器有一個聚焦長度遠，至少一個太陽能接收器位于該基面附近，安裝于Fresnel反射器上方的附加反射器靠近該焦點，借此由Fresnel反射器反射的已聚集太陽射線被轉向至至少一個太陽能接收器上，其特征在于該接收器直接連接到熱量貯存系統上。
全文摘要
公開內容包括有關太陽能工廠的各種改進措施，此類工廠利用Fresnel反射器，即聚光鏡(2)的場(6)將入射太陽射線聚集，再將已聚集的射線聚焦至太陽能接收器(3)。通過其中一個改進措施，在太陽能收集器上方適當的位置配備介質鏡(12，22和30)，將已聚集的太陽射線反射至收集器，通過另一個公開的改進措施，許多安裝于集中區域的非成象次級聚能器(20)用做介質鏡和接收器之間的中介物。通過再一個改進措施，太陽能接收器直接與熱量貯存系統相連。
文檔編號F24J2/18GK1147296SQ95192025
公開日1997年4月9日 申請日期1995年2月1日 優先權日1994年2月1日
發明者A·約格夫, V·克盧金, M·艾普斯坦 申請人:耶達研究及發展有限公司