專利名稱：太陽能站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種例如在與大功率太陽能接收器相連接的太陽能站中使用的太陽能輻射集中系統(tǒng)。
A.Rabl的“技術(shù)記錄.太陽能站塔式反射器(Technical Note.Tower reflector for solar power plant)”(太陽能，Vol.18，pp.269-271，1976)是揭示上述這種太陽能輻射集中系統(tǒng)的最早出版物之一。該系統(tǒng)包括一安裝在地面上以定日鏡場(heliostats field)形式的初級集中器，一安裝在地面上太陽能塔上的塔式反射器和一與相鄰地面設(shè)置的太陽能接收器相連接的次級集中器。
正如Rabl的技術(shù)方案中所承認(rèn)的那樣，它存在一個嚴(yán)重的問題即必須避免暴露于100個或更多光源集中日光下的塔式反射器過熱。對于基于金屬層構(gòu)成的普通反射器來說，這種反射器需要對其進行充分冷卻，在一定高度的塔上進行這種工作是十分困難和艱巨的，反射器將會吸收足夠數(shù)量的能量。為了解決過熱的問題，Rabl建議塔式菲涅耳反射器的部件是一種具有全內(nèi)反射的直角棱鏡形式。
WO95/21358認(rèn)為由Rabl提出的這種結(jié)構(gòu)存在其它缺陷，即反應(yīng)它在實際中不適用，提出塔式反射器的構(gòu)造應(yīng)該制成精密的絕緣結(jié)構(gòu)，該精密的絕緣結(jié)構(gòu)包括一涂有許多薄層的透明襯底，該薄層由高反射干涉涂層組成的絕緣材料制成。絕緣鏡的分光能力能使其吸收系數(shù)忽略不計，以此能夠削減所需的冷卻結(jié)構(gòu)。然而，這種技術(shù)方案是相當(dāng)昂貴的。
本發(fā)明的目的就是提供一種在上述各方面具有優(yōu)點的新型太陽能輻射集中系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明提供一種太陽能輻射集中系統(tǒng)，它至少包括兩個沿該系統(tǒng)光徑連續(xù)設(shè)置的反射器以便所述兩個反射器中的第一反射器將輻射反射向所述兩個反射器中的第二反射器，每個反射器能夠反射波長反射范圍中的輻射，和吸收波長吸收范圍中的輻射，其中所述第一反射器的波長吸收范圍大致包括所述第二反射器的波長吸收范圍。
因此，在本發(fā)明的系統(tǒng)中，反射器是根據(jù)它們的光譜特性，以系統(tǒng)中絕大部分反射損耗在第一反射器中產(chǎn)生，第一反射器吸收第二反射器吸收范圍中的重要部分太陽能輻射，以此在入射到第二反射器上的輻射時可由第二反射器吸收的輻射實際上已被排除，或至少被大大地降低的方式進行選擇的。本發(fā)明利用了玻璃和金屬涂層，用于本發(fā)明系統(tǒng)中的這種反射器常常是由這些玻璃和金屬涂層制成的，它們具有取決于入射其上的輻射光譜的反射和吸收性能。因此，例如，眾所周知銀在較長波長中具有高反射率和在接近UV波長的范圍內(nèi)能夠充分地吸收，金能夠吸收趨于更長的波長。而且，不同的玻璃具有不同的光譜特性以便可以為選擇反射器的光譜特性存在多種任選方案。
本發(fā)明的意圖是與通常的實際做法相反，根據(jù)通常實際做法，企圖總是設(shè)法選擇所有具有最大可能反射和最小可能吸收的反射器。在本發(fā)明中，為了控制系統(tǒng)每個反射階段中輻射的反射和吸收，利用了反射器的光譜特性。
根據(jù)本發(fā)明的太陽能集中系統(tǒng)可用于使用了連續(xù)集中設(shè)備的任何系統(tǒng)中，其中初級集中經(jīng)常通過一跟蹤反射鏡或透鏡執(zhí)行，最終集中絕大部分經(jīng)常是非成像的。根據(jù)本發(fā)明比較復(fù)雜設(shè)計的系統(tǒng)可包括一個或多個，例如在上述考慮的現(xiàn)有出版物中公開的中間反射器。在相對較小的太陽能輻射集中系統(tǒng)中，初級集中器的形式可以是日光反射器或凹陷形(trough)，而在大型太陽能站中，初級集中器的形式是定日鏡場。
本發(fā)明的太陽能輻射集中系統(tǒng)特別適于在大型太陽能站中使用，這種大型太陽能站具有一定日鏡場，一塔式反射器，和一最好是與太陽能接收器相連接的非成像集中器。由于定日鏡暴露于非集中太陽能輻射下，它們就可很容易地經(jīng)受輻射的過度吸收而不會產(chǎn)生毀壞的危險，而現(xiàn)在通過降低吸收解決過熱問題的塔式反射器就可具有任何合適的設(shè)計。
根據(jù)本發(fā)明的太陽能集中系統(tǒng)可僅具有兩個反射器，或者可以數(shù)個連續(xù)的反射器為基礎(chǔ)以便每個反射器的光譜特性能被用于控制其后續(xù)者的熱狀態(tài)，即這些反射器可以沿系統(tǒng)的光徑從一個反射器到另一個反射器具有被連續(xù)降低的吸收和被連續(xù)增加的反射，因此反射器的波長反射和吸收范圍是相互關(guān)聯(lián)的。
為了便于更好的理解，現(xiàn)在僅通過參考

圖1的實例描述本發(fā)明，圖1表示一種具有太陽能輻射集中系統(tǒng)的太陽能站的大致示圖，它是根據(jù)本發(fā)明而設(shè)計的。
圖1大致表示在太陽能站中使用本發(fā)明太陽能輻射集中系統(tǒng)的一個實例。太陽能站和太陽能輻射集中系統(tǒng)與WO95/21358中所揭示的相似，為了描述它們的通用設(shè)計，WO95/21358在此是作為參考而引入的。
參考圖1，太陽能輻射集中系統(tǒng)1接收并集中接近的太陽能輻射3并沿光徑4將所集中的輻射導(dǎo)向太陽能接收器5。
如圖所示，該太陽能輻射集中系統(tǒng)1包括一定日鏡場10形式的初級集中器，它由許多安裝在地面14上的集中反射器12和一大致安裝在地面14上面的塔式反射器16組成。如圖所示，接近的太陽能輻射3被集中，并在塔式反射器16的方向被定日鏡場10反射以使其改變方向轉(zhuǎn)至太陽能接收器5上。該系統(tǒng)還包括一設(shè)置在太陽能接收器5前面和集中由塔式反射器16導(dǎo)向此的輻射的次級集中器(未圖示)。
集中反射器12和塔式反射器16設(shè)計成能夠高度反射波長反射范圍中的太陽能輻射和吸收波長吸收范圍中的太陽能輻射，塔式反射器16的吸收范圍大致在集中反射器12的吸收范圍內(nèi)。因此，塔式反射器16吸收范圍中的很大一部分的太陽能輻射將會被集中反射器12吸收，將不會出現(xiàn)在入射到塔式反射器16上的輻射中。
建議塔式反射器16應(yīng)該由多個面，最好是平面制成。這些面可以由具有背底金屬涂層的硼硅玻璃制成。由于這種玻璃對于熱應(yīng)力具有相對的穩(wěn)定性，它就能夠在反射器的面中使用而無需任何其它的支撐。另一種情況是，它從經(jīng)濟方面來說可由背面鍍銀薄玻璃制成，通過熱傳導(dǎo)和環(huán)境穩(wěn)固膠固定于薄金屬支架上。該支架也可由相似或相同的玻璃制成，以使這些面熱感應(yīng)的彎曲最小化?？商鎿Q地，如果玻璃和金屬支架的熱膨脹差異非常大，就希望金屬支架的背面與散熱片或金屬管相連接以提高其連接的冷卻效果。這些面也可由金屬板兩面上的雙層玻璃鏡制成。
塔式反射器16最好是具有大于96％的反射率，在此情況下風(fēng)速為2米/秒和40個光源的太陽能集中時，它的臨界溫度將不會超過100℃。這些對于絕大多數(shù)金屬涂層的反射器來說是長期安全運行的條件。需要較高的太陽能輻射集中和使用多于兩個連續(xù)的反射器時，它們連續(xù)反射的選擇就應(yīng)該使次級或任何更后面的反射器產(chǎn)生97％的反射。
在Weizmann Institute in Rehovot，Israel的定日鏡場進行的實驗中，定日鏡的反射率為85％。定日鏡將輻射反射向位于太陽能塔上的反射鏡，該反射鏡由Borofloat玻璃制成并具有一銀背面涂層。用熱電檢測器測量出的該反射鏡的反射率大約為97.5％。在另一個不同的實驗中，相同組成的反射鏡在風(fēng)速高達到2m/sec時暴露于35-40kW/m2集中太陽能的輻射下，記錄超過數(shù)天的反射鏡溫度不會高于80℃。
在上述所有實驗中，為了在反射器背面消除太陽能輻射的吸收和降低它們的熱度，塔式反射鏡的背面涂有具有高發(fā)射率和非常低吸收率的丙烯酸涂料。
根據(jù)本發(fā)明的太陽能輻射集中系統(tǒng)不局限于上面所描述的這些特征，也可以具有任何其它合適的設(shè)計。
權(quán)利要求
1.一種太陽能輻射集中系統(tǒng)，它至少包括兩個沿該系統(tǒng)光徑連續(xù)設(shè)置的反射器以便所述兩個反射器中的第一反射器將輻射反射向所述兩個反射器中的第二反射器，具有這樣光譜特性的反射器能夠高度反射波長反射范圍中的輻射，和吸收波長吸收范圍中的輻射，其中所述第一反射器的波長吸收范圍大致包括所述第二反射器的波長吸收范圍。
2.如權(quán)利要求1所述的一種系統(tǒng)，其特征在于上述第二反射器能夠反射絕大部分由第一反射器發(fā)出的輻射。
3.如權(quán)利要求1所述的一種系統(tǒng)，其特征在于上述第二反射器具有一涂有白色涂料的背面，該涂料在波長IR范圍內(nèi)具有較低太陽能輻射光譜的吸收性和較高的發(fā)射率。
4.如權(quán)利要求1所述的一種系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)是以數(shù)個連續(xù)的反射器為基礎(chǔ)的，每個反射器的光譜特性用于控制連續(xù)反射器的熱狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種系統(tǒng)，其特征在于上述第一反射器的形式是日光反射器或凹陷形。
6.如權(quán)利要求1所述的一種系統(tǒng)，它用于太陽能站中，其中上述第一反射器組成一初級集中器，該初級集中器是以定日鏡場的形式大致安裝在地面上，上述第二反射器大致安裝在上述地面上面的太陽能塔上。
7.如權(quán)利要求6所述的一種系統(tǒng)，它還包括一次級集中器，最好是非成像的。
8.一種借助光學(xué)系統(tǒng)的太陽能輻射集中的方法，該光學(xué)系統(tǒng)至少包括沿系統(tǒng)光徑連續(xù)設(shè)置的第一和第二反射器，該方法包括通過第一反射器提供吸收第二反射器波長吸收范圍中的重要部分的太陽能輻射，使第一反射器集中和反射的太陽能輻射射向第二反射器，以及通過第二反射器提供上述輻射更高的反射。
全文摘要
一種太陽能輻射集中系統(tǒng)(1),它至少包括兩個沿該系統(tǒng)(1)的光徑(4)連續(xù)設(shè)置的反射器(12,16)，以便兩個反射器(12,16)中的第一反射器(12)將輻射反射向所述兩個反射器(12,16)中的第二反射器(16),具有這種光譜特性的反射器(12,16)能夠高度反射波長反射范圍中的輻射,和吸收波長吸收范圍中的輻射,其中第一反射器(12)的波長吸收范圍大致包括第二反射器(16)的波長吸收范圍。
文檔編號F24J2/18GK1329707SQ99813912
公開日2002年1月2日 申請日期1999年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月30日
發(fā)明者安儂·約格夫, 邁克爾·愛普斯坦 申請人:耶達研究與開發(fā)有限公司