一种二维聚光器太阳能聚集系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了包括与太阳能聚集和／或热能采集、传输或利用方面相关的创新系统和方法。在某些示例性实施方式中，提出了利用多个太阳能模块生成热能的系统和方法。每个太阳能模块均包括一个采集器和一个接收器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的创新方面广义上涉及太阳能聚集，更特别地，涉及用于太阳能聚集和/ 或热能采集、传输或利用的系统和方法，例如，用于太阳能聚光器阵列和/或传热流体的系统和方法。
技术介绍
太阳能聚集有两种应用类型。在一种应用中，将太阳(光)能采集并聚焦到目标上， 在该目标上使用斯特林发动机将热能直接转换为机械能，以驱动发电机。在另一种应用中， 采用聚光器、接收器和传热流体(HTF)采集太阳(光)能并转换为热能。该热能随后转换为电能或直接用于冷却或加热等其他应用。在这些应用中，采光效率和热损失决定了太阳能转换为热能的总效率。所述采光效率根据聚焦和跟踪为二维还是一维而确定，如为二维，如抛物面镜，正常情况下其采光效率可超过80%，如为一维，如抛物面形槽，其峰值采光效率可达 (308φ*64%(其中，Φ为槽式太阳能场的纬度角)。所述采光效率根据使用的表面材料(通常为镀银玻璃镜)的反射率(正常情况下等级为85至96%)以及反射光学器件的余弦角(其中， 余弦角由直接入射太阳能阵列相对反射面的法线方向而限定)而确定。在采用抛物面镜法时，该余弦角损失小于5%，并与太阳能场位置的纬度角无关，因为跟踪机构始终将抛物面镜与太阳能阵列保持垂直。在采用抛物面形槽法时，该余弦角与太阳能场位置的纬度角和一年中的时间(季节)相关，即，太阳能阵列相对槽式镜的法线方向。如果抛物面形槽太阳能场的纬度角为30度，年度平均余弦角损失将为25%。因此，二维跟踪抛物面镜具有更高的采光效率，因为与一维跟踪抛物面形槽相比，其固有余弦角损失较小。但是，抛物面镜法要求两个独立跟踪机构在日间跟随太阳移动。为降低单位采集面积跟踪系统的相对成本，应使用面积较大的抛物面镜反射器。另一方面，较大采集面积不可避免地会增加采集系统的风力荷载，这要求机械结构更强，以抵抗可能的破坏性风力荷载。这样就陷入了两难境地为提高采光效率，需采用二维聚焦和跟踪法，而为降低跟踪成本，需增加采光面积，但这会产生较大的风力荷载，使系统过于庞大，且费用较高，抵消了提高采光效率的优点。所述太阳能接收器的热损失根据传导损失、对流损失和黑体辐射损失的总和而确定，其中，前两项热损失与太阳能接收器与环境之间的温差成线性比例关系。但是，黑体辐射损失与温差的四次方成正比。显而易见，在相对较高的温度下，总热损失主要由黑体辐射损失确定。为提高太阳能转换为热能的效率，可利用能提高采光效率同时亦能尽可能降低热损失的系统和方法。降低热损失的另一个重要方面为，适当设计系统配置。太阳能集热场可由几千个单独模块组成。每个模块均具有自身的热能传导流体输入端口和输出端口。在给定太阳能入射能级的情况下，每个模块均具有固定的发电容量。可采用不同的方法将这些模块互相连接，以形成具有预期输出流体温度和流量的较大发电实体。在典型的一维聚热器中，如抛物面形槽聚热器，多个模块列成一行，先将热流体管串联，随后将不同行并联，以提高流通量或流量。但是，对于槽式镜，由于具有较大的余弦角和较大的孔隙/聚光器比例，其对流损失和黑体辐射损失比抛物面镜太阳能模块的对流损失和黑体辐射损失要大得多。对于二维聚光器来说，如抛物面镜聚光器，在大多数应用中均在焦点处使用斯特林发动机将热能直接转换为机械运动，并在此处发电。仅在非常少数的应用中以并联方式将多个模块互相连接，如图1中的传热流体所示。更特别地，图1显示了太阳能模块11， 每个太阳能模块11与进口管12和出口管13并联。常规二维聚光器模块尺寸非常大，聚光率高。每个模块采集足够的太阳能，以将接收器中的传热流体直接加热到所需的工作温度。 然而问题在于，由于最高温度下存在热损失，并行配置增加了总热损失，降低了系统的总热效率。因此需要解决这些缺陷，例如，通过太阳能聚集系统和/或优化方法加以解决，包括对能提高采光效率同时降低二维太阳能模块阵列到传热流体热损失的抛物面镜方法/ 阵列进行创新。
技术实现思路
本专利技术公开了包括与太阳能聚集和/或热能采集、传输或利用方面相关的创新系统和方法。在某些示例性实施方式中，提出了利用多个太阳能模块生成热能的系统和方法。 每个太阳能模块均包括一个采集器和一个接收器。应理解的是，以上一般说明和以下详细说明仅出于示例和说明之目的，并非用于限制上述专利技术。除本专利技术所述内容之外，本专利技术还可进一步提供特征和/或变化。例如，本专利技术可对公开特征进行各种组合和次组合，和/或对下文详细说明中公开的多个进一步特征进行组合和次组合。附图说明附图构成本说明书的一部分，阐释了本创新的各种实施方式和诸多方面，结合说明对本创新的原理进行了解释。在附图中图1为以并行配置方式连接的太阳能聚光器现有阵列的框图。图2为根据与本专利技术所述创新相关的特定方面，以串行配置方式连接的太阳能模块示例阵列的框图。图3为根据与本专利技术所述创新相关的特定方面的示例独立太阳能模块示意图。图4为根据与本专利技术所述创新相关的特定方面的示例接收器示意图。图5为根据与本专利技术所述创新相关的特定方面，对示例腔形热接收器的腔体内表面温度函数的总热能损失进行阐释的图表。图6为根据与本专利技术所述创新相关的特定方面，对具有一套特定/示例几何参数的腔形太阳能接收器的对流热损失与黑体辐射损失的比例进行阐释的图表。图7为根据与本专利技术所述创新相关的特定方面，对作为接收器出口传热流体温度函数的示例光热能总转换效率进行阐释的图表。图8为根据与本专利技术所述创新相关的特定方面，在保持输出工作温度的情况下， 对流量与太阳辐射强度之间的示例关系进行阐释的图表。图9为根据与本专利技术所述创新相关的特定方面，对传热流体的流量与工作温度之间的示例关系进行阐释的图表。图10为根据与本专利技术所述创新相关的特定方面，对示例太阳能采集系统进行阐释的框图。具体实施例方式现在将对本专利技术创新方面的参考进行详细说明，其示例在附图中进行了阐释。以下说明中提出的实施方式不代表根据所述创新进行的所有实施方式。相反，其仅为符合与本创新相关的特定方面的某些示例。附图中将尽可能采用相同参考数字表示相同或相似部分。本专利技术公开了包括与太阳能聚集和/或热能采集、传输或利用方面相关的创新系统和方法。在某些示例性实施方式中，提出了利用多个太阳能模块生成热能的系统和方法。 每个太阳能模块均包括一个采集器和一个接收器。例如，本专利技术所述创新的示例方面是针对具有将太阳热能传输到传热流体的功能的系统和方法。在某些示例性实施方式中，系统可利用多个太阳能模块生成热能，每个太阳能模块均包括一个采集器和一个接收器。所述采集器可将日光朝接收器重新定向，从而提高接收器的温度。每个接收器包括输入端口和输出端口，例如，传热流体的流输入端口和流输出端口。在这种示例系统中，可将管道系统与接收器的输入端口和输出端口耦合。所述管道系统用于容纳从每个接收器吸收热能的传热流体。在一个实施方式中，所述管道系统的管段将接收器顺序连接，以将传热流体的温度逐渐提高至所需工作温度。此外，在另一个示例实施方式中，可将串联接收器子组以并行连接或配置的方式连接在一起。图2为根据本专利技术所述创新的一个示例实施方式，对以连续配置方式连接的太阳能模块200的示例阵列进行阐释的框图。所述太阳能模块200的阵列包括以行和列设置的多个独立太阳能模块210，还可根据本专利技术所述创新采用间隔设置。每个太阳能模块21本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于生成热能的方法，所述方法包括：　　　　在所需工作温度下运行一系列连续的太阳能二维聚光器；　　　　获取所采集热能的测量值；以及　　　　将传热流体（ＨＴＦ）的流量作为所采集热能的函数自动调整；　　　　其中，传热流体的流量可自动调整，以保持所述工作温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：项晓东，
申请(专利权)人：益科博能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US