從太陽(yáng)輻射產(chǎn)生能量的系統(tǒng)和方法
【專利說(shuō)明】從太陽(yáng)輻射產(chǎn)生能量的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2013年9月4日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.61/873，714的優(yōu)先權(quán)及權(quán)益，該美國(guó)專利申請(qǐng)通過(guò)引用以其整體合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]人們對(duì)于從可再生能源提供能量有著長(zhǎng)久的需求。人們已經(jīng)尋求了多種可再生能源，例如太陽(yáng)能、風(fēng)、地?zé)?，以及生物燃料的生物質(zhì)，等等。
[0005]太陽(yáng)輻射早已是用于滿足這種需求的主要候選者。已經(jīng)采取了多種方法來(lái)獲得來(lái)自太陽(yáng)輻射的能量產(chǎn)生。為此目的，人們對(duì)于創(chuàng)造一種低成本的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)投入了很多關(guān)注，所述太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)效率高，并且?guī)缀醪恍枰S護(hù)。
[0006]例如，光伏電池(太陽(yáng)能電池)形成的太陽(yáng)能電池板被用于將光轉(zhuǎn)換為電。這樣的系統(tǒng)已經(jīng)在多種應(yīng)用中得到了實(shí)施。太陽(yáng)能電池板對(duì)于小規(guī)模的發(fā)電通常是有效的，例如，為小的電子器件供電、為住宅發(fā)電，以及為空間系統(tǒng)發(fā)電。然而，當(dāng)前的太陽(yáng)能電池板技術(shù)對(duì)于大規(guī)模應(yīng)用(例如，對(duì)于市政應(yīng)用來(lái)說(shuō)足夠的發(fā)電)效果不佳。與這樣的大規(guī)模應(yīng)用相關(guān)的成本是負(fù)擔(dān)不起的。當(dāng)前的太陽(yáng)能電池板相對(duì)較貴并且不允許成本有效的能量?jī)?chǔ)備。
[0007]其他方法包括將太陽(yáng)輻射集中于太陽(yáng)能收集器以用于發(fā)電，通常稱為集中式太陽(yáng)能(CSP)t3CSP系統(tǒng)通常使用反射表面，以將太陽(yáng)的能量從大的表面集中到太陽(yáng)能收集器上。例如，集中式太陽(yáng)能可以用于加熱工作流體。被加熱的流體接著用于向渦輪機(jī)提供動(dòng)力以便發(fā)電?？商鎿Q地，光伏電池可以用在太陽(yáng)能收集器處，消除了對(duì)大量的昂貴的電池的需求。在使得效率最大化的努力中，CSP系統(tǒng)的反射表面可以耦接到跟蹤太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，在一整天中保持在接收器目標(biāo)上的聚焦。使用這種方法，CSP系統(tǒng)可以優(yōu)化指向太陽(yáng)能收集器的太陽(yáng)輻射的水平。
[0008]盡管對(duì)于大規(guī)模應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這樣的CSP系統(tǒng)好于傳統(tǒng)的平板電池板光伏電池，但仍然存在缺點(diǎn)。例如，玻璃和金屬的反射器組件是昂貴的。另外，當(dāng)前的與CSP—起使用的跟蹤設(shè)備相對(duì)較貴并且復(fù)雜。因此，由于成本因素，當(dāng)前的方法尚未實(shí)現(xiàn)顯著的市場(chǎng)滲透。
[0009]生物質(zhì)生產(chǎn)，例如水藻和其他微生物，已經(jīng)逐漸引起關(guān)注。這樣的材料的潛在使用可見(jiàn)于廣泛的應(yīng)用，包括生物燃料原料生產(chǎn)、肥料、營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)劑、污染控制和其他使用。
[0010]當(dāng)前針對(duì)生物質(zhì)生產(chǎn)的方法包括“封閉空氣”系統(tǒng)，其包含受控的環(huán)境中的生物質(zhì)生產(chǎn)，限制了向外部空氣的暴露。這樣的系統(tǒng)的示例包括形成了封閉容器的封閉的光生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，用于容納培養(yǎng)基，以產(chǎn)生生物質(zhì)。具有受控的環(huán)境有助于使海藻材料的產(chǎn)量最大化(通過(guò)限制向入侵物種的暴露并且控制加快海藻生長(zhǎng)的其他環(huán)境因素)。封閉空氣系統(tǒng)顯著地減少了蒸發(fā)，并因此顯著減少了對(duì)水資源的需求。此外，封閉空氣系統(tǒng)促進(jìn)了二氧化碳?xì)怏w的隔離，這加快了海藻生長(zhǎng)，有助于符合環(huán)境法規(guī)，并且(根據(jù)大量科學(xué)家的研究)總體上對(duì)環(huán)境有益。然而，這樣的系統(tǒng)是昂貴的，并且在很多情況下是負(fù)擔(dān)不起的。
[0011]應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)于以低成本、大規(guī)模的方式從太陽(yáng)輻射產(chǎn)生能量的系統(tǒng)和方法仍然存在需求。本發(fā)明滿足這一需求及其他需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]總體而言，本發(fā)明提供了一種太陽(yáng)能反射器組件，其可用于從太陽(yáng)輻射產(chǎn)生能量。太陽(yáng)能反射器組件的實(shí)施例是剛性或半剛性材料的長(zhǎng)管，每個(gè)管包括反射材料，以向太陽(yáng)能收集器反射太陽(yáng)輻射。所采用的這種結(jié)構(gòu)和材料為制造、運(yùn)輸以及太陽(yáng)能反射器組件的開發(fā)提供了顯著的成本節(jié)省。所述太陽(yáng)能反射器組件被配置為部署在液體的承載體上。這提供了液體壓載性能和結(jié)構(gòu)支撐。有益地，所述太陽(yáng)能反射器組件的制造、部署和操作是廉價(jià)的，對(duì)能量產(chǎn)生來(lái)說(shuō)提供了成本有效的方案。
[0013]該組件包括長(zhǎng)管，長(zhǎng)管具有可以包含壓載液體的內(nèi)部。長(zhǎng)管具有旋轉(zhuǎn)軸線和反射材料，旋轉(zhuǎn)軸線定向?yàn)榇篌w平行于液體的承載體的表面，反射材料附著到管的壁，以向太陽(yáng)能收集器反射太陽(yáng)輻射。反射材料可以附著到長(zhǎng)管內(nèi)壁或者外壁，以形成反射表面。促進(jìn)壓載的流體具有頂表面，所述頂表面大體平行于液體的承載體的表面。
[0014]在示例性的實(shí)施例中，反射材料可以被配置為向太陽(yáng)能收集器反射基本上全部的太陽(yáng)輻射。在另一示例性的實(shí)施例中，反射材料可以被配置為向太陽(yáng)能收集器反射第一規(guī)定波長(zhǎng)范圍，并且使第二規(guī)定波長(zhǎng)范圍經(jīng)其透過(guò)。一個(gè)端蓋組件可以耦接至長(zhǎng)管，或者一對(duì)端蓋組件可以耦接至長(zhǎng)管，其中端蓋組件中的至少一個(gè)被配置為促進(jìn)氣體和/或液體流入和流出長(zhǎng)管。
[0015]管可以被配置為便于具有多種幾何形狀，以便反射材料的附著。管的截面(反射材料附著到其上)可以包括多種截面幾何形狀，包括平坦的、有小面的、拋物面和其他形狀。
[0016]在示例性的實(shí)施例中，提供了太陽(yáng)能反射器組件用于從太陽(yáng)輻射產(chǎn)生能量。該太陽(yáng)能反射器組件被配置為部署在液體的承載體上并且向太陽(yáng)能收集器反射太陽(yáng)輻射。太陽(yáng)能反射器組件具有長(zhǎng)管和平坦截面，所述長(zhǎng)管具有促進(jìn)液體壓載的內(nèi)部，所述長(zhǎng)管由半剛性材料制作，所述平坦截面建造到管的壁中或者附著到管的壁。反射材料附著到所述管的壁的所述平坦截面，以反射太陽(yáng)輻射。長(zhǎng)管具有旋轉(zhuǎn)軸線，旋轉(zhuǎn)軸線定向?yàn)榇篌w平行于液體的承載體的表面。長(zhǎng)管可以通過(guò)沿其長(zhǎng)度的力矩的施加而彈性或塑性變形，從而使管的每一端處的平坦表面法向矢量在很大程度上彼此對(duì)齊。
[0017]在示例性實(shí)施例的詳細(xì)方面，反射表面形成為熱鏡，被配置為在寬的入射角范圍內(nèi)反射IR輻射(例如，熱反射的)而允許可見(jiàn)光通過(guò)(例如，可見(jiàn)光透明的)。例如，反射片允許在正入射時(shí)大約400nm至700nm波長(zhǎng)帶中的入射能量的至少50%的透射率。在示例性實(shí)施例的詳細(xì)方面，反射片允許在正入射時(shí)大約400nm至700nm波長(zhǎng)帶中的入射能量的至少90%的透射率。
[0018]在所選擇的示例性實(shí)施例的另一詳細(xì)方面，對(duì)于基本上所有入射的太陽(yáng)IR輻射(大約700nm以上，在其他實(shí)施例中，大約750nm以上)，反射表面可以具有高百分比的反射。在其他實(shí)施例中，反射表面可以被配置為在所限定的IR波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有高百分比的反射。示例性的范圍包括700-1200nm、700-2000nm、750-1200nm、750-2000nm及其他范圍。應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用別的范圍。
[0019]太陽(yáng)能發(fā)射器組件的示例性實(shí)施例包括長(zhǎng)管、平坦截面，以及反射材料，所述長(zhǎng)管具有促進(jìn)液體壓載的內(nèi)部，所述長(zhǎng)管由半剛性材料制作，所述平坦截面建造到管的壁中或者附著到管的壁，反射材料附著到所述管的壁的所述平坦截面，以反射太陽(yáng)輻射。長(zhǎng)管可以具有旋轉(zhuǎn)軸線，旋轉(zhuǎn)軸線定向?yàn)榇篌w平行于液體的承載體的表面。長(zhǎng)管可以通過(guò)沿其長(zhǎng)度的力矩的施加而彈性或塑性變形，從而使管的每一端處的平坦表面法向矢量在很大程度上彼此對(duì)齊。太陽(yáng)能反射器組件可以進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的部分，所述一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的部分通過(guò)剛性或柔性的耦接件、中跨件耦接在一起。液體壓載可以在本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例中使用或不使用。在示例性的實(shí)施例中，管的內(nèi)部限定了容器，該容器包含促進(jìn)壓載的流體，該流體具有大體平行于液體的承載體的表面的頂表面。
[0020]在示例性的方法中，使得一單個(gè)的管同時(shí)在每一端進(jìn)行對(duì)齊，接著與一個(gè)或多個(gè)機(jī)械聯(lián)接裝置固定到位，之后，一附加的管被相似地配置，并且以此類推，直到所需數(shù)量的管被配置為瞄準(zhǔn)目標(biāo)。
[0021]更特別地，通過(guò)示例而不是限定，提供了用于從太陽(yáng)輻射產(chǎn)生能量的系統(tǒng)，包括容納流體的承載體的池，以及布置在所述流體的承載體上的一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能反射器組件。每個(gè)太陽(yáng)能反射器組件包括可膨脹的長(zhǎng)管和反射材料，所述長(zhǎng)管具有上部、下部和旋轉(zhuǎn)軸線，所述上部至少部分地由柔性材料形成，所述下部至少部分地由柔性材