專利名稱：用于收集太陽能以轉(zhuǎn)換成電能的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體上涉及太陽能。尤其是，本發(fā)明提供了通過太陽能收集器和一個(gè)或更多熱動(dòng)力學(xué)的閉環(huán)熱力引擎來收集和轉(zhuǎn)換太陽能成電能的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
太陽能是不會(huì)污染的可再生能源中的一種，其實(shí)質(zhì)上在世界的任何地方是免費(fèi)的且是可利用的。因?yàn)檫@些原因，幾十年來已經(jīng)有許多系統(tǒng)和方法嘗試?yán)锰柲芎蛯⑵滢D(zhuǎn)換成諸如電能的其它可用形式的能量。近來，由于化石燃料的預(yù)期短缺和更高價(jià)格，以及處于對(duì)污染的擔(dān)心，興趣不斷增加，并已經(jīng)加速了利用可替代能源(諸如太陽能)的技術(shù)開發(fā)的步伐。開發(fā)了兩種主要的技術(shù)用于收集太陽能。第一種技術(shù)利用光伏太陽能電池直接將太陽能轉(zhuǎn)換成電能。光伏太陽能電池具有尺寸小的優(yōu)點(diǎn)，但是制造費(fèi)用昂貴，每瓦的價(jià)格由于構(gòu)造光伏太陽能電池所使用的半導(dǎo)體襯底的成本高而被拉平。用于制造光伏太陽能電池的材料和設(shè)計(jì)有很多種，其影響了它們的成本和轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)前商業(yè)上可得到的太陽能電池典型地到達(dá)了約18%的初始效率，該效率隨著時(shí)間降低。電池產(chǎn)生了需要被調(diào)整的直流電(DC)，對(duì)于較高的功率應(yīng)用，通常DC電流還需要被轉(zhuǎn)換成AC電流。
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第二種技術(shù)利用與太陽能相關(guān)的熱量(紅外輻射)。假定目的是產(chǎn)生電能，太陽能輻射被收集、集中和用作為用于各種系統(tǒng)的熱源，所述系統(tǒng)將熱量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，機(jī)械能之后又被轉(zhuǎn)換成電能。被開發(fā)用于將熱量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的成功的機(jī)器可以基于熱力循環(huán)。 由這些機(jī)器產(chǎn)生的機(jī)械能量通過使用旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)或線性發(fā)電機(jī)被進(jìn)一步地轉(zhuǎn)換成電能。例如，在斯特靈引擎的情況下，熱量(其可以來自任何熱源)被加予在引擎的一端，而冷卻提供在不同的位置。被密封在引擎內(nèi)部的工作流體(氣)經(jīng)過加熱(膨脹)和冷卻(收縮) 的循環(huán)。循環(huán)迫使引擎內(nèi)的活塞移動(dòng)而產(chǎn)生機(jī)械能量。在熱源是太陽時(shí)，成功的引擎設(shè)計(jì)采用諸如熔融鹽的中間介質(zhì)以在引擎的加熱端的外表面周圍更加均勻地分配熱量。關(guān)于第二種技術(shù)，當(dāng)引擎的表面暴露至大的溫度梯度時(shí)(由于非常接近引擎表面上的加熱和冷卻源)，產(chǎn)生了問題。例如，傳統(tǒng)的引擎可能從白天到黑夜經(jīng)歷極端溫度，沿著引擎主體的長(zhǎng)度溫度橫跨從超過1000度的華氏溫度變化至引擎主體的室溫。不利地，隨著時(shí)間流逝，這些類型的引擎由于熱學(xué)循環(huán)面臨諸如焊接點(diǎn)斷裂和材料性質(zhì)損耗等困難的材料問題。另外，與來自這些類型的引擎的熱端的熱輻射有關(guān)的損失，導(dǎo)致了效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
在示例性的實(shí)施例中，一種為一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎收集太陽能的系統(tǒng)包括一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎，每個(gè)熱動(dòng)力引擎包括一個(gè)或更多室；配置成集中太陽能的太陽能收集器；和分配機(jī)構(gòu)，所述分配機(jī)構(gòu)配置成分配集中的太陽能至所述一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎的每一個(gè)中的一個(gè)或更多室一預(yù)定的時(shí)間段。在另一示例性的實(shí)施例中，一種用于收集和分配太陽能至熱動(dòng)力引擎的方法，所述方法包括接受被收集和被集中的太陽能；引導(dǎo)所述被集中的太陽能到一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎的每一個(gè)中的第一加熱室中一第一預(yù)定的時(shí)間段；和引導(dǎo)所述被集中的太陽能到一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎的每一個(gè)中的第二加熱室中一第二預(yù)定時(shí)間段。在又一示例性實(shí)施例中，一種太陽能收集和分配系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一個(gè)或更多太陽能收集器元件；光導(dǎo)，所述光導(dǎo)設(shè)置至所述一個(gè)或更多太陽能收集器元件中的每一個(gè)；切換元件，所述切換元件設(shè)置至所述光導(dǎo)，其中所述切換元件配置成將由所述一個(gè)或更多太陽能收集器元件收集的太陽能分配到多個(gè)加熱室中。


參考各種附圖顯示出和此處描述了本發(fā)明，其中類似的附圖標(biāo)記分別表示類似的系統(tǒng)部件和/或方法步驟，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的包括用于收集和集中太陽能的雙表面反射器的系統(tǒng)示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于提供較平坦的和緊湊的低輪廓布置的多個(gè)低輪廓的太陽能收集器；圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的通過光導(dǎo)組合來自多個(gè)低輪廓太陽能收集器的太陽能輻射的機(jī)構(gòu)；圖4是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于聚焦/準(zhǔn)直元件的各種設(shè)計(jì)的視圖；圖5A和5B是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的壓電發(fā)電機(jī)的部分橫截面視圖；圖6A和6B是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的基于熱動(dòng)力閉環(huán)的引擎的部分橫截面視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于將直接進(jìn)入到基于熱動(dòng)力閉環(huán)的引擎和/或壓電發(fā)電機(jī)中的被集中的太陽能的能量分配和傳遞系統(tǒng)的視圖；圖8和9是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有圖2中的太陽能收集器的使用光學(xué)開關(guān)和反射表面的太陽能電池組的視圖；圖10和11是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有圖1中的雙表面反射器的使用光學(xué)開關(guān)和反射表面的太陽能電池組的視圖；圖12-15是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有圖2中的太陽能收集器和圖1中的雙表面反射器的使用圖3中的分配機(jī)構(gòu)的太陽能電池組的視圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于以脈動(dòng)的方式直接集中和釋放太陽能到多個(gè)系統(tǒng)中的能量分配和傳遞機(jī)構(gòu)的流程圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)制的流程圖；圖18是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于控制太陽能分配的脈動(dòng)方式的控制器的方塊圖；圖19A和19B是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有集成的發(fā)電機(jī)的閉環(huán)熱動(dòng)力引擎的視圖；圖20A和20B是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有外部發(fā)電機(jī)的閉環(huán)熱動(dòng)力引擎的視圖；圖21是圖19和20中的閉環(huán)熱動(dòng)力引擎的引擎操作的流程圖；圖22是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有熱交換機(jī)構(gòu)的閉環(huán)熱動(dòng)力引擎的視圖；圖23是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有另一熱交換機(jī)構(gòu)的圖22中的閉環(huán)熱動(dòng)力引擎的視圖；和圖M是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的閉環(huán)熱動(dòng)力引擎的熱量移除的流程圖。
具體實(shí)施例方式在各示例性實(shí)施例中，本發(fā)明提供了用于收集和轉(zhuǎn)換太陽能成電能的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明包括集中太陽能的太陽能收集器和用于直接傳輸和轉(zhuǎn)移所述被集中的太陽能到閉環(huán)熱動(dòng)力引擎中(且不加熱引擎的外表面)的機(jī)構(gòu)。另外，本發(fā)明包括多個(gè)熱動(dòng)力引擎和機(jī)構(gòu)以將太陽能引導(dǎo)到每一熱動(dòng)力引擎中，以通過最大化利用收集的太陽能來提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。有利地，本發(fā)明的傳遞系統(tǒng)避免了如在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中所出現(xiàn)的對(duì)引擎的外表面的加熱，提供了封閉的設(shè)計(jì)以保護(hù)收集器，以及最大化通過多個(gè)引擎和分光器的效率。本發(fā)明包括集中太陽能的太陽能收集器和直接用于運(yùn)輸和轉(zhuǎn)移被集中的太陽能到多個(gè)引擎和/ 或發(fā)電機(jī)(而沒有加熱引擎和/或發(fā)電機(jī)的外表面)的機(jī)構(gòu)。另外，本發(fā)明包括用于將太陽能引導(dǎo)到多個(gè)引擎和/或發(fā)電機(jī)中的每一個(gè)中的機(jī)構(gòu)，以通過最大化地利用收集的太陽能來提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。有利地，本發(fā)明的傳遞系統(tǒng)避免如在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中進(jìn)行的對(duì)多個(gè)引擎和/或發(fā)電機(jī)的外表面的加熱，提供了封閉設(shè)計(jì)以保護(hù)收集器以及最大化通過多個(gè)引擎和/或發(fā)電機(jī)和分光器的效率。參考圖1，雙表面反射器100被示出用于收集和集中根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的太陽能102。雙表面反射器100上的雙表面包括主反射器104和次級(jí)反射器106。反射器104、106可以是拋物面形、球形等。另外，依賴于次級(jí)反射器106相對(duì)于主反射器104的定位，次級(jí)反射器106可以是凹的或凸的。主反射器104指向太陽能102，次級(jí)反射器106 位于主反射器104的上方。主反射器104配置成反射太陽能102至次級(jí)反射器106，次級(jí)反射器106接著集中太陽能102通過在主反射器104的中心處的開口 108。外周支撐環(huán)110設(shè)置在主反射器104的邊緣的附近，以保持主反射器104的形狀和將主反射器104錨定在適合的位置。透明柔性材料112連接至主反射器104并連接至支撐環(huán)110以將次級(jí)反射器106保持在適合的位置。透明柔性材料112配置成允許太陽能 102穿過，且可以由在紅外區(qū)域是光學(xué)透明的材料構(gòu)造，諸如在Teflon 族產(chǎn)品中的材料， 例如氟化乙丙烯(FEP)等。透明柔性材料112提供了封閉設(shè)計(jì)的雙表面反射器100。有利地，透明柔性材料112可以密封雙表面反射器100不受自然環(huán)境(即風(fēng)、空氣中的微粒、泥土、鳥糞等)的影響。這防止了反射器104、106的劣化，且減小了關(guān)于清潔反射器104、106 的保養(yǎng)。支撐構(gòu)件114可以設(shè)置至外周支撐環(huán)110和底座116。底座116可以通過可旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件120連接至跟蹤機(jī)構(gòu)118。跟蹤機(jī)構(gòu)118配置成通過啟動(dòng)可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件120的旋轉(zhuǎn)來旋轉(zhuǎn)基座116、支撐構(gòu)件114和支撐環(huán)110，使得反射器104、106連續(xù)地指向太陽。例如，跟蹤機(jī)構(gòu)118可以包括微控制器等，可以根據(jù)位置(例如集成的全球定位衛(wèi)星(GPQ、接受器、 預(yù)先編程的位置等)、日期以及時(shí)間等旋轉(zhuǎn)。另外，跟蹤機(jī)構(gòu)118可以包括來自傳感器的反饋，該傳感器檢測(cè)太陽的位置?；?16可以包括一個(gè)或更多馬達(dá)和發(fā)電機(jī)122、124。開口 108連接至基座116， 以將集中的太陽能從反射器104、106提供至一個(gè)或更多馬達(dá)和發(fā)電機(jī)122、124。對(duì)于單個(gè)馬達(dá)和發(fā)電機(jī)122，馬達(dá)和發(fā)電機(jī)122被定位成允許集中的太陽能進(jìn)入工作流體(例如液體、氣體或相變物質(zhì))，而不加熱單個(gè)馬達(dá)和發(fā)電機(jī)122的外表面。一個(gè)或更多馬達(dá)和發(fā)電機(jī)122、124可以包括壓電發(fā)電機(jī)、閉環(huán)熱動(dòng)力引擎或它們的變形。圖1示出了具有馬達(dá)和發(fā)電機(jī)122、124中的兩個(gè)的示例性實(shí)施例。這一示例性實(shí)施例包括光學(xué)開關(guān)126和反射表面1 以將集中的太陽能引導(dǎo)到馬達(dá)和發(fā)電機(jī)122、124中的每一個(gè)中。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，基座116可以包括具有對(duì)應(yīng)的光學(xué)開關(guān)1 和反射表面128的多于兩個(gè)的馬達(dá)和發(fā)電機(jī)122、124，以將太陽能集中到多于兩個(gè)的馬達(dá)和發(fā)電機(jī)122、124中的每一個(gè)中。光學(xué)開關(guān)1 配置成預(yù)定間隔地將集中的太陽能提供到馬達(dá)和發(fā)電機(jī)122、124中的每一個(gè)中。有利地，光學(xué)開關(guān)1 使得雙表面反射器100能夠僅在需要時(shí)和完全可控的持續(xù)時(shí)間內(nèi)以脈動(dòng)的方式將能量輸入到馬達(dá)和發(fā)電機(jī)122、1M中的每一個(gè)中。這使得雙表面反射器100避免了浪費(fèi)收集的太陽能，即光學(xué)開關(guān)1 使得能夠根據(jù)需要將收集的能量用在馬達(dá)和發(fā)電機(jī)122、124中的每一個(gè)中。例如，光學(xué)開關(guān)1 可以配置成僅在加熱周期期間將收集的太陽能引導(dǎo)到馬達(dá)和發(fā)電機(jī)122、1M中的每一個(gè)的加熱室中。馬達(dá)和發(fā)電機(jī)122、 124每個(gè)具有偏移的加熱周期，以允許所有收集的太陽能被使用，即光學(xué)開關(guān)1 在馬達(dá)和發(fā)電機(jī)122、124中的每一個(gè)之間周期它們各自的加熱周期。在示例性實(shí)施例中，雙表面反射器100可以包括可充氣部件，諸如在主反射器104 和次級(jí)反射器106之間并且在外周支撐環(huán)110中的充氣部分130。空氣管線132、134可以分
7別連接至充氣部分130和外周支撐環(huán)110，以允許通過閥136、壓力監(jiān)控器138以及空氣泵 140膨脹。另外地，微控制器142可以可操作地連接至空氣泵140、壓力監(jiān)控器138、閥136、 跟蹤機(jī)構(gòu)118等。微控制器142可以提供對(duì)雙表面反射器100的各種控制和監(jiān)控功能。共同地，部件136、138、140、142可以位于基座116中、連接至基座116、在跟蹤機(jī)構(gòu)118中、在基座116和跟蹤機(jī)構(gòu)118的外部等。閥136可以包括多個(gè)閥，諸如例如OFF閥、0N/0FF管線132/134閥、OFF/ON 0N/0FF管線132/134閥以及用于根據(jù)需要的額外的管線的閥等，或閥136可以包括由微控制器142控制的多個(gè)單獨(dú)的0N/0FF閥。充氣部件可以被放氣和儲(chǔ)存，諸如在基座114的隔室中。例如，充氣部件可以儲(chǔ)存在嚴(yán)酷的天氣、大風(fēng)等中以保護(hù)充氣的部件不損壞。微控制器142可以連接至提供關(guān)于電流條件(諸如風(fēng)速等)的各種反饋的傳感器。微控制器142可以配置成例如響應(yīng)于大風(fēng)自動(dòng)給充氣部件放氣。支撐構(gòu)件114和外周支撐環(huán)110共同地配置成保持主反射器104、次級(jí)反射器106以及透明柔性材料112的期望形狀。壓力監(jiān)控器138配置提供關(guān)于充氣部分 130和外周支撐環(huán)110中的空氣壓力的反饋至微控制器142。雙表面反射器100還可以包括可控制的泄壓閥(未顯示)以使得能夠釋放空氣使得給雙表面反射器100放氣。透明柔性材料112可以形成封閉的空間130，其被通過空氣管線132充氣，以提供次級(jí)反射器106 的形狀，即空氣被包含在由透明柔性材料112、次級(jí)反射器106以及主反射器104形成的雙表面反射器100的內(nèi)部中。有利地，充氣部件提供低成本和低重量。例如，充氣部件可以減小支撐雙表面反射器100的負(fù)載要求，諸如例如支撐在屋頂上的負(fù)載要求。另外，充氣部件可以被更加有效率地運(yùn)輸(由于低成本和進(jìn)行放氣的能力)和在未被使用時(shí)被儲(chǔ)存(例如在嚴(yán)酷的天氣中)。在另一示例性實(shí)施例中，主反射器104、支撐構(gòu)件114、外周支撐環(huán)110、透明柔性材料112等可以通過保持形狀的剛性材料構(gòu)造。在這一構(gòu)造中，不需要部件136、138、140。 微控制器142可以用在這一構(gòu)造中，用于控制跟蹤機(jī)構(gòu)118和雙表面反射器100的整體操作。在雙表面反射器100的兩個(gè)示例性的實(shí)施例中，微控制器142可以包括外接口，諸如通過網(wǎng)絡(luò)連接或直接連接，以使得用戶能夠控制雙表面反射器100。例如，微控制器142可以包括用戶接口(UI)以能夠進(jìn)行用戶設(shè)定。主反射器104可以由諸如聚合物(FEP)的柔性材料制成，其被用薄的高反射性的金屬層金屬化，金屬層之后可以是保護(hù)和在紅外區(qū)域中產(chǎn)生高反射性的另外的涂層?？梢杂糜谠诔錃馐占鞯木酆衔锘撞牧仙铣练e薄反射器層的一些金屬可以包括金、鋁、銀或介電材料。優(yōu)選地，主反射器104的表面被金屬化和涂覆，使得它被保護(hù)而免遭污染、劃傷、 天氣或其它潛在的損壞的因素影響。次級(jí)反射器106的表面可以以與主反射器104相同的方式制成，讓反射金屬層沉積到次級(jí)反射器106的內(nèi)表面上。為了得到更好的性能，次級(jí)反射器106可以由具有高精度的反射表面形狀的剛性材料制成。在這種情形中，次級(jí)反射器可以直接連接至透明柔性材料112或圍繞次級(jí)反射器106的周邊與其密封(不能通過空氣)。主反射器104和次級(jí)反射器106兩者都可以利用技術(shù)來增大表面反射率(諸如多層) 至幾乎100%。雙表面反射器100通過接受穿過透明柔性材料112的太陽能輻射的太陽能102進(jìn)行操作，太陽能輻射從主反射器104反射到次級(jí)反射器106上，該次級(jí)反射器106準(zhǔn)直或略微朝向開口 108聚焦太陽能輻射。一個(gè)或更多引擎(圖5中所描述的)可以位于開口 108處，以接受集中的太陽能輻射(即，使用光學(xué)開關(guān)126和反射器1 使得多個(gè)引擎能夠工作)。來自次級(jí)反射器106的準(zhǔn)直的或聚焦的太陽能輻射通過引擎上的光學(xué)透明的窗口朝向熱動(dòng)力引擎的熱端(太陽能吸收器)進(jìn)入。有利地，雙表面反射器100聚焦太陽能102且對(duì)于它們各自的加熱周期將它引導(dǎo)到馬達(dá)和發(fā)電機(jī)122、124中的每一個(gè)中，使得避免了加熱除了在馬達(dá)和發(fā)電機(jī)122、124的加熱室中的太陽能吸收器元件之外的引擎部件。具體地，開口 108延伸至光學(xué)開關(guān)126，其將集中的太陽能通過加熱室中的透明窗口直接引導(dǎo)到馬達(dá)和發(fā)電機(jī)122、124中的每一個(gè)中。形成開口 108和透明窗口的材料包括具有對(duì)于紅外輻射的吸收大致接近零的材料。雙表面反射器100包括大的體積，且優(yōu)選地適合用于敞開的空間。例如，雙表面反射器100可以用在電廠、農(nóng)場(chǎng)等的敞開空間的太陽能農(nóng)場(chǎng)中。在示例性的實(shí)施例中，雙表面反射器100 的直徑可以是4至6米?？商娲兀瑢?duì)于單個(gè)家庭使用，雙表面反射器100可以是減小的尺寸。有利地，充氣部件的輕的重量可以使得能夠?qū)㈦p面反射器100用在屋頂上。例如，基于家庭的雙表面反射器100可以是直徑為0. 1至1米。另外，降低的成本例如可以使得能夠?qū)㈦p表面反射器100用作備用發(fā)電機(jī)。參考圖2，顯示出多個(gè)太陽能收集器200用于提供根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的較平坦的和緊湊的布置，即低輪廓的設(shè)計(jì)。圖2顯示出多個(gè)太陽能收集器200的頂視圖和側(cè)視圖。在頂視圖中，多個(gè)太陽能收集器200可以沿著χ軸線和y軸線并排地布置。每一個(gè)太陽能收集器200包括聚焦/準(zhǔn)直元件202，其被配置成將太陽能輻射102集中到對(duì)應(yīng)的光導(dǎo)204中。聚焦/準(zhǔn)直元件202在圖2中顯示出具有示例性的輪廓，另外的示例性輪廓形狀在圖4中示出。聚焦/準(zhǔn)直元件202將太陽能輻射102聚焦到光錐中，所述光錐具有比光導(dǎo)204的數(shù)值孔徑小的數(shù)值孔徑。聚焦/準(zhǔn)直元件202可以由諸如FEP的對(duì)紅外的太陽能輻射是透明的材料制成。聚焦/準(zhǔn)直元件202可以是實(shí)心材料或是中空的并具有柔性外殼，從而允許用氣體對(duì)元件202進(jìn)行充氣而形成元件202。通過充氣形成元件提供了重量上和材料成本上的優(yōu)勢(shì)。光導(dǎo)204可以由在紅外區(qū)域中是光學(xué)透明的(諸如FEP、玻璃或在Teflon. :族中的其它的氟化聚合物)的材料構(gòu)造，或光導(dǎo)204可以由填充有流體的薄管(例如FEP)制造，諸如四氯化鍺或四氯化碳，它們對(duì)于紅外輻射是透明的。有利地，光導(dǎo)204包括這樣的材料，所述材料被選擇成使得它具有在太陽能102的波長(zhǎng)中接近零的吸收。管材料必須具有比其內(nèi)部的流體高的折射率，用于產(chǎn)生階梯的折射率的光導(dǎo)，這樣的光導(dǎo)允許被集中的太陽能輻射傳播。多個(gè)太陽能收集器200的陣列可以根據(jù)需要在X和Y方向上延伸，以收集更多的太陽能。聚焦/準(zhǔn)直元件202、光導(dǎo)204和接口 206可以可旋轉(zhuǎn)地連接至太陽能跟蹤機(jī)構(gòu)(未顯示)。跟蹤機(jī)構(gòu)配置成確保聚焦/準(zhǔn)直元件202連續(xù)地指向太陽。類似于圖 1中的微控制器142的微控制器(未顯示)可以控制跟蹤機(jī)構(gòu)以及多個(gè)太陽能收集器200 的其它功能。跟蹤機(jī)構(gòu)可以單獨(dú)地使聚焦/準(zhǔn)直元件202中的每一個(gè)指向太陽，或可替代地，一組跟蹤機(jī)構(gòu)(未顯示)可以將一組元件202 —起對(duì)準(zhǔn)。參考圖3，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的機(jī)構(gòu)300被顯示用于組合來自圖2中的多個(gè)光導(dǎo)204的太陽能輻射102。多個(gè)光導(dǎo)204配置成接受來自聚焦/準(zhǔn)直元件202的集中的太陽能輻射，且引導(dǎo)它和釋放它在多個(gè)引擎和/或發(fā)電機(jī)的熱端內(nèi)部?？梢岳霉怦詈掀?02可以被利用以組合多個(gè)光導(dǎo)204到單個(gè)輸出304中。例如，圖3示出了通過共計(jì)3個(gè)層疊的光耦合器302將總共四個(gè)光導(dǎo)204組合到單個(gè)輸出306中。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到光耦合器302的各種配置均可以利用以組合任意數(shù)量的光導(dǎo)204。在圖3的樹狀結(jié)構(gòu)中布置的光耦合器204減少了到達(dá)引擎和/或發(fā)電機(jī)的光導(dǎo)204的數(shù)量。可替代地， 每一光導(dǎo)204可以被單獨(dú)引導(dǎo)到引擎和/或發(fā)電機(jī)中。分光器308和光學(xué)開關(guān)310還可以包含在引導(dǎo)至引擎和/或發(fā)電機(jī)的在沿著每一光導(dǎo)204的優(yōu)化位置處的光路(被顯示出連接至光導(dǎo)312，該光導(dǎo)包括所有光導(dǎo)204的組合)中。分光器308和光學(xué)開關(guān)310允許集中的太陽能脈動(dòng)地進(jìn)入到一個(gè)或更多壓電發(fā)電機(jī)中。分光器308的每一分支(例如兩個(gè)或更多的分支)引導(dǎo)至不同的引擎或發(fā)電機(jī)。光學(xué)開關(guān)310連續(xù)地將沿著光導(dǎo)312行進(jìn)的集中的太陽能引導(dǎo)到分光器308的不同的臂中。 例如，引擎和/或發(fā)電機(jī)可以包括補(bǔ)償?shù)募訜嶂芷?，在其?duì)應(yīng)的加熱周期處分光器308和光學(xué)開關(guān)310引導(dǎo)太陽能102到每一引擎/發(fā)電機(jī)中。有利地，這提高了效率，確保收集的太陽能102沒有被浪費(fèi)(如果只有單個(gè)引擎，則由于單個(gè)引擎僅在加熱周期期間需要能量，會(huì)出現(xiàn)浪費(fèi)太陽能的情況)。如圖3所示，光學(xué)開關(guān)310可以集成到分光器308中，或它可以獨(dú)立地存在，在其獨(dú)立存在時(shí)可以不要分光器308，光學(xué)開關(guān)310可以具有在圖1中顯示的配置(即光學(xué)開關(guān)1 和反射表面128)。在光學(xué)開關(guān)310獨(dú)立于光導(dǎo)312的情形中，光導(dǎo)終止被設(shè)計(jì)以準(zhǔn)直朝向光學(xué)開關(guān)310引導(dǎo)的光。在插入了分光器308的情形中優(yōu)化點(diǎn)的選擇依賴于光學(xué)開關(guān)310的電力處理能量和經(jīng)濟(jì)方面因素。例如，如果光學(xué)開關(guān)310被插入到更靠近引擎和/或發(fā)電機(jī)的光路中，那么需要更少開關(guān)310和更短的光導(dǎo)204，但是光學(xué)開關(guān)310需要能夠處理更高的光強(qiáng)度。參考圖4，顯示出了用于根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的聚焦/準(zhǔn)直元件20Μ-202Θ 的各種設(shè)計(jì)。聚焦/準(zhǔn)直元件2(^a、202b、202c每個(gè)包括形狀為雙面凸的(20 )、平凸的 (202b)以及彎月形O02c)的光學(xué)透明的固體材料402，所有這些的目的都是聚焦入射的太陽能102。另外，元件2(^a、202b、202c中的每一個(gè)還包括柔性的“外殼”材料404，其與光學(xué)透明的固體材料402—起形成可充氣結(jié)構(gòu)406，該可充氣結(jié)構(gòu)406可以用空氣或不同的氣體進(jìn)行充氣。可充氣結(jié)構(gòu)406中的空氣/氣體壓力可以被動(dòng)態(tài)地控制，以保持固體材料402 和引擎和/或發(fā)電機(jī)之間的最佳焦距。光學(xué)透明的固體材料402和柔性的外殼材料404例如是由對(duì)可見光和紅外太陽能輻射透明的材料(諸如FEP)制成。聚焦/準(zhǔn)直元件202d是完全由光學(xué)透明的固體材料402構(gòu)造成的實(shí)心的凸形聚焦元件。聚焦/準(zhǔn)直元件20 包括在可充氣結(jié)構(gòu)406內(nèi)的包括主反射表面408和較小的次級(jí)反射表面410的可充氣的雙反射器。主反射表面408和次級(jí)反射表面410配置成共同將太陽能輻射102集中到通向光導(dǎo)204的開口 412中。兩個(gè)反射表面408、410可以是剛性的或柔性的(諸如金屬化的薄膜)或僅次級(jí)反射器410可以由具有高精度反射表面形狀的剛性材料制成。在這種情形中，次級(jí)反射器410可以直接連接至透明材料404或可以圍繞次級(jí)反射器410的周邊密封至其上(不能通過空氣)?？梢杂糜谠诔錃馐占鞯木酆衔锘撞牧仙辖饘倩霰》瓷淦鲗拥囊恍┙饘倏梢园ń?、鋁、銀或介電材料。優(yōu)選的要被金屬化的表面在充氣太陽能收集器的內(nèi)部，使得它被保護(hù)而免遭污染、刮傷、天氣或其它潛在的損壞因素的影響。可以使用提高表面反射率至幾乎100%的技術(shù)(諸如多個(gè)層的介電涂層)。再次， 空氣/氣體壓力可以基于監(jiān)控可充氣聚焦元件的內(nèi)部壓力的壓力傳感器的反饋被動(dòng)態(tài)地控制，以保持最佳焦距。太陽能輻射和集中的太陽能輻射穿過的所有透明材料可以具有用寬帶寬的抗反射涂層覆蓋的表面，用于使光透射最大化。圖3中示出的聚焦元件202的設(shè)計(jì)是用于顯示的目的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到能滿足聚焦元件202的目的和功能的其它設(shè)計(jì)是可行的。多個(gè)太陽能收集器200可以用在建筑物中，諸如辦公樓、住宅等。例如， 多個(gè)聚焦/準(zhǔn)直元件202可以放置在屋頂上，光導(dǎo)204朝向服務(wù)區(qū)、地下室等延伸到建筑物中、至引擎和/或發(fā)電機(jī)。另外，基于它們的材料構(gòu)造，光導(dǎo)204升溫非常小。有利地，太陽能收集器200的低輪廓設(shè)計(jì)能放置在屋頂上，光導(dǎo)使得建筑物中的單獨(dú)的引擎位置成為可能。參考圖5A和5B，部分橫截面視圖顯示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的壓電發(fā)電機(jī)500。圖5A顯示出示例性實(shí)施例，其中集中的太陽能102行進(jìn)穿過自由空間通過光學(xué)透明窗口 502進(jìn)入到發(fā)電機(jī)500中。同樣，可以利用多個(gè)光學(xué)透明的窗口 502。光學(xué)透明窗口 502由對(duì)紅外輻射透明的材料制成，諸如藍(lán)寶石、熔融石英等。光學(xué)透明窗口 502的形狀使得它便于將工作流體密封在發(fā)電機(jī)500內(nèi)和減小背反射。圖5A顯示作為示例性實(shí)施例的梯形橫截面的光學(xué)透明窗口 502。光學(xué)透明窗口 502可以設(shè)置在開口 108的一端或放置成靠近圖1中的雙表面反射器100的反射表面128。圖5B顯示其中集中的太陽能輻射通過多個(gè)光導(dǎo)504進(jìn)入到發(fā)電機(jī)500中的示例性實(shí)施例。每一光導(dǎo)504包括終端506，其由對(duì)紅外輻射是透明的材料制成且還耐發(fā)電機(jī) 500內(nèi)的高溫。終端506的形狀便于密封發(fā)電機(jī)506內(nèi)的工作流體。圖5B顯示終端506的梯形橫截面。終端506具有在發(fā)電機(jī)500內(nèi)部的角狀的尖端，其使光導(dǎo)504內(nèi)的背反射最小化且還使來自發(fā)電機(jī)500的耦合返回到光導(dǎo)506中的輻射最小化。終端506包括非常硬的材料，且具有能夠承受高溫的好的光學(xué)性質(zhì)。多個(gè)光導(dǎo)504可以連接至圖2-4中的太陽能收集器200。另外，發(fā)電機(jī)500可以包括比利用圖3中的機(jī)構(gòu)300以組合光導(dǎo)204的太陽能收集器200更少的光導(dǎo)504。在圖5A和5B中，光學(xué)透明窗口 502和多個(gè)光導(dǎo)504將集中的太陽能直接轉(zhuǎn)移到發(fā)電機(jī)500的加熱室508中。有利地，這一直接的轉(zhuǎn)移提供了較低溫度的發(fā)電機(jī)500并減小在發(fā)電機(jī)500的發(fā)電機(jī)主體510上的熱應(yīng)力。這使得發(fā)電機(jī)500有更長(zhǎng)的壽命，更好的可靠性、以及提高的效率等。另外，光學(xué)透明窗口 502和多個(gè)光導(dǎo)504可以配置成以脈動(dòng)的方式轉(zhuǎn)移太陽能。 脈動(dòng)方式是指太陽能被允許周期性地進(jìn)入到發(fā)電機(jī)500的室508中一預(yù)定時(shí)間段，類似于轉(zhuǎn)動(dòng)開關(guān)成ON和OFF。在特定的發(fā)電機(jī)500的OFF周期期間，太陽能被以旋轉(zhuǎn)的周期性的方式引導(dǎo)至第二或第三或其它的發(fā)電機(jī)500。這樣，利用了來自收集器的所有能量。另外， 在特定發(fā)電機(jī)500的OFF周期期間，熱量被從工作流體510移除作為熱動(dòng)力循環(huán)的一部分。 能量脈動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)在于，太陽能被僅在期望的時(shí)間以控制的方式添加至工作流體510。將集中的太陽能直接轉(zhuǎn)移到發(fā)電機(jī)500的加熱室508中提供很大的優(yōu)點(diǎn)。發(fā)電機(jī)主體510具有較低的溫度，主體510中的熱應(yīng)力和熱老化被減小。室508可以被熱量移除元件512，諸如任意類型的熱交換器，包圍。熱交換器可以實(shí)際上定位在室508的內(nèi)部，以使熱轉(zhuǎn)移的速度最大化和防止發(fā)電機(jī)500的壁被過度加熱。在示例性的實(shí)施例中，熱量移除元件512可以包括具有用于移除熱量的循環(huán)水的管子。被抽取到冷卻水中的熱量可以通過另一熱交換器消散到空氣中，或可以用作用于加熱例如家庭用水的熱源。有利地，以脈動(dòng)的方式直接地將太陽能插入到工作流體510中可以提高發(fā)電機(jī)500的效率，這是因?yàn)榭梢詷O大地減小發(fā)電機(jī)500的熱端的外部溫度且因此減小輻射的熱損失。工作流體510可以是氣體(通常是被加壓的氣體)、蒸汽、相變材料或用在閉環(huán)熱動(dòng)力引擎中的任意其它工作流體。工作流體510可以包括能量吸收材料，其被設(shè)計(jì)以具有大的表面積，并且由吸收紅外輻射和可以有效地釋放輻射至工作流體的材料制成。這樣的材料包括石墨或其它類型的基于碳的材料、適合的金屬或金屬氧化物。能量吸收器還可以是碳納米顆?；蛟诠ぷ髁黧w510中均勻地分配的和懸浮的其它的納米顆粒。加熱室510和發(fā)電機(jī)500的底部514被通過柔性的波紋管部516以密封的方式連接，從而當(dāng)加熱室510中的壓力增加時(shí)允許底部514移動(dòng)。結(jié)果，壓電元件518的堆疊被壓縮，產(chǎn)生了電壓。壓電元件518可以串聯(lián)地或并聯(lián)地(或串聯(lián)和并聯(lián)的組合)連接以產(chǎn)生期望的電壓和電流。電能可以被分配用于使用或儲(chǔ)存用于將來使用。顯示出發(fā)電機(jī)500用于顯示的目的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以利用雙表面反射器100和多個(gè)太陽能收集器200以集中和直接地傳遞太陽能到任意類型的發(fā)電機(jī)中。有利的是，此處描述的設(shè)計(jì)能夠以低成本實(shí)現(xiàn)每單位從幾kW至數(shù)十kW的分配的電能產(chǎn)生。本發(fā)明可以直接地產(chǎn)生交流電(AC)電能，而不需要反向換流器。另外，本發(fā)明可以提供可以使用的熱量輸出，例如對(duì)于空間加熱、水加熱、空調(diào)、微脫鹽工廠等。本發(fā)明提供了低的安裝成本和低的整體維護(hù)成本。另外，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，諸如根據(jù)需要添加太陽能收集器以規(guī)?；a(chǎn)生能量。參考圖6A和6B，部分橫截面視圖顯示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的基于閉環(huán)熱動(dòng)力的引擎600。圖6A顯示出示例性實(shí)施例，其中集中的太陽能102行進(jìn)穿過自由空間通過光學(xué)透明窗口 602進(jìn)入到發(fā)電機(jī)600中。同樣，可以利用多個(gè)光學(xué)透明的窗口 602。光學(xué)透明窗口 602由對(duì)紅外輻射透明的材料制成，諸如藍(lán)寶石、熔融石英等。光學(xué)透明窗口 602的形狀使得它便于將工作流體密封在發(fā)電機(jī)600內(nèi)和減小背反射。圖6A顯示作為示例性實(shí)施例的光學(xué)透明窗口 602的梯形的橫截面。光學(xué)透明窗口 602可以設(shè)置在開口 108的一端或放置成靠近圖1中的雙表面反射器100的反射表面128。圖6B顯示其中集中的太陽能輻射通過多個(gè)光導(dǎo)604進(jìn)入到引擎600中的示例性實(shí)施例。每一光導(dǎo)604包括終端606，其由對(duì)紅外輻射是透明的材料制成且還耐引擎600 內(nèi)的高溫。終端606的形狀便于密封引擎606內(nèi)的工作流體。圖6B顯示終端606的梯形橫截面。終端606具有在引擎600內(nèi)部的角狀的尖端，其最小化了光導(dǎo)604內(nèi)的背反射且還最小化了耦合返回到光導(dǎo)606中的來自引擎600的輻射。終端606包括非常硬的材料， 且具有能夠承受高溫的好的光學(xué)性質(zhì)。多個(gè)光導(dǎo)604可以連接至圖2-4中的太陽能收集器 200。另外，引擎可以包括比利用圖3中的機(jī)構(gòu)300來組合光導(dǎo)204的太陽能收集器200更少的光導(dǎo)604。引擎600可以包括斯特靈類型的引擎、Rankine類型的引擎等。斯特靈引擎是具有氣態(tài)工作流體的閉環(huán)的再生式熱力引擎。斯特靈引擎是閉環(huán)的，這是因?yàn)橥苿?dòng)活塞 610的工作流體(即加熱室608中的氣體)被永久地包含在引擎中。這還將它分類成外部熱力引擎，意思是指它可以通過任意便利的熱源驅(qū)動(dòng)。“再生”是指使用稱為“再生器”的內(nèi)部熱交換器，再生器與類似的但是簡(jiǎn)單的熱空氣引擎相比提高了引擎的熱效率。在圖6A和6B中，光學(xué)透明窗口 602和多個(gè)光導(dǎo)604將集中的太陽能直接轉(zhuǎn)移到引擎600的加熱室608中。有利地，這一直接的轉(zhuǎn)移提供了較低溫度的引擎600和在引擎 600的主體612上的減少的熱應(yīng)力。引擎600可以包括由紅外輻射反射物且同時(shí)具有低的
12熱導(dǎo)率(熱絕緣)的材料制成的襯里614。有利地，襯里614保持引擎600內(nèi)部的熱量，防止了過分加熱引擎主體。這得到更長(zhǎng)的引擎壽命、更好的可靠性、更高的效率等。加熱室608在一端被活塞610界限，該活塞610以往復(fù)的方式在引擎600內(nèi)部移動(dòng)。在本發(fā)明中引擎600的效率被提高，這是因?yàn)橐?00的熱端的外部溫度被極大地減少 (與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比)，且因此減少了輻射的熱量損失。在加熱室608的內(nèi)部，集中的太陽能輻射被吸收，而能量加熱室中的工作流體。工作流體可以是氣體(通常被增壓的氣體)、 蒸汽、相變材料或在閉環(huán)熱動(dòng)力引擎中使用的任何其它的工作流體。光學(xué)透明窗口 602可以是形狀為梯形形狀等以密封加熱室608，即通過增壓的氣體來密封。可替代地，密封可以是位于光學(xué)透明窗口 602上，或圍繞多個(gè)光導(dǎo)604。加熱室608包括能量吸收器和被設(shè)計(jì)成具有大的表面積的氣體加熱器616。能量吸收器和氣體加熱器616由吸收紅外輻射和可以有效地釋放它至工作流體(諸如石墨或其它類型的基于碳的材料)、適合的金屬、金屬氧化物等的材料制成。能量吸收器和氣體加熱器616可以包括碳納米顆粒或在工作流體中均勻分配的和懸浮的其它的納米尺寸顆粒。引擎600還包括用于在熱動(dòng)力循環(huán)期間在適合的時(shí)間冷卻加熱室608內(nèi)的氣體的一個(gè)或更多熱交換器。一個(gè)或更多線性發(fā)電機(jī)等(未顯示)可以耦合至活塞610的桿618。 通常，發(fā)電機(jī)配置成將來自活塞610的機(jī)械能量轉(zhuǎn)換成電能。電能可以分配用于使用或被儲(chǔ)存用于將來使用。引擎600顯示出用于說明的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以使用雙表面反射器100和多個(gè)太陽能收集器200以集中和直接傳遞太陽能到任意類型的引擎中。注意，本發(fā)明直接傳遞集中的太陽能到加熱室608中以避免加熱引擎主體。有利的是，此處描述的設(shè)計(jì)能夠以低成本實(shí)現(xiàn)每個(gè)單元從幾kW至數(shù)十kW的分配的電能產(chǎn)生。本發(fā)明可以直接地產(chǎn)生交流電(AC)電能，而不需要反向換流器。另外，本發(fā)明可以提供可以使用的熱量輸出，例如用于空間加熱、水加熱、空調(diào)、微去鹽工廠等。本發(fā)明提供了低的安裝成本和低的整體維護(hù)成本。另外，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，諸如根據(jù)需要添加太陽能收集器以規(guī)?；a(chǎn)生能量。參考圖7，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的能量分配和傳遞系統(tǒng)700被顯示出用于集中的太陽能，其允許以脈動(dòng)的方式直接釋放被集中的太陽能到一個(gè)或更多引擎和/或發(fā)電機(jī)中。能量分配和傳遞系統(tǒng)700被示出具有兩個(gè)示例性的引擎/發(fā)電機(jī)70h、702b，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到能量分配和傳遞系統(tǒng)700可以使用額外的引擎/發(fā)電機(jī)702等。 每一引擎/發(fā)電機(jī)7(^a、702b包括第一加熱室7(Ma、704b和第二加熱室706a、706b。能量分配和傳遞系統(tǒng)700配置成通過在它們各自的循環(huán)中在適合的時(shí)間分配太陽能102到每個(gè)加熱室7(Ma、704b、706a、706b來最大化對(duì)收集的太陽能102的利用。例如，太陽能102可以通過利用此處描述的雙表面反射器100和/或多個(gè)太陽能收集器200進(jìn)行收集。能量分配和傳遞系統(tǒng)700包括多個(gè)反射盤710、712、714、716，用于分配收集的太陽能102。注意到，例如這些反射盤710、712、714、716可以被包含在光導(dǎo)中。另外，此處描述的光學(xué)開關(guān)和分光器可以提供與反射盤710、712、714、716相似的功能。反射盤710、712、 714,716配置成反射或讓收集的太陽能102通過。另外地，每個(gè)反射盤710、712、714、716配置成旋轉(zhuǎn)而反射或讓收集的太陽能102通過。圖7顯示出能量分配和傳遞系統(tǒng)700的示例性的操作。在時(shí)間段720期間(在虛線A之后)，收集的太陽能102穿過第一盤710的開口，且進(jìn)入到引擎/發(fā)電機(jī)70 的加熱室70 中。在時(shí)間段722期間(在虛線B之后)，集中的太陽能102被反射遠(yuǎn)離第一盤 710，穿過第二盤712以及反射遠(yuǎn)離第三盤716，以進(jìn)入引擎/發(fā)電機(jī)702b的加熱室704b 中。在時(shí)間段7M期間(在虛線C之后)，集中的太陽能102反射遠(yuǎn)離第一盤710，反射遠(yuǎn)離第二盤712以及反射遠(yuǎn)離反射器730、732，以進(jìn)入引擎/發(fā)電機(jī)70 的加熱室706a中。 反射器730、732定位成引導(dǎo)集中的太陽能102，還可以利用光導(dǎo)。在時(shí)間段734期間(在虛線D之后)，集中的太陽能102反射遠(yuǎn)離第一盤710、穿過第二盤712和第三盤714，以及反射遠(yuǎn)離第四盤716和反射表面740、742，以進(jìn)入到引擎/發(fā)電機(jī)702b的加熱室706b中。然后循環(huán)可以再次開始。能量分配和傳遞系統(tǒng)700可以用于以類似方式鏈接的一個(gè)、兩個(gè)或更多的發(fā)電機(jī)。在每個(gè)單獨(dú)的盤上的反射表面的尺寸和形狀可以被修整，用于獲得最佳性能。例如，可以通過改變反射表面(或多個(gè)反射表面的組合)的尺寸和盤710、 712、714、716的轉(zhuǎn)速，對(duì)在任意室7(Ma、704b、706a、706b中的能量輸入的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。能量分配和傳遞系統(tǒng)700可以包括配置成旋轉(zhuǎn)所述盤710、712、714、716的馬達(dá)(未顯示)。能量轉(zhuǎn)移的脈動(dòng)方式允許太陽能周期性地進(jìn)入到發(fā)電機(jī)的室中一可控制的時(shí)間段，類似于轉(zhuǎn)動(dòng)開關(guān)成ON和OFF。另外，能量分配和傳遞系統(tǒng)600可以以與反射盤710、712、714、 716相類似的方式利用分光器308和光學(xué)開關(guān)310以分配太陽能102。參考圖8和9，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的太陽能電池組800在示意頂部視圖和橫截面視圖中顯示。如在頂部視圖中顯示的，太陽能電池組800包括諸如此處描述的多個(gè)太陽能收集器200。本發(fā)明利用各種分配機(jī)構(gòu)以將來自太陽能收集器200的收集到的太陽能分配至多個(gè)引擎/發(fā)電機(jī)。具體地，這些機(jī)構(gòu)使比對(duì)應(yīng)的太陽能收集器200更多的引擎/ 發(fā)電機(jī)工作。有利地，太陽能電池組800使用這些分配機(jī)構(gòu)以更加有效地使用收集的太陽能。太陽能電池組800包括用于引擎600(圖9)的多個(gè)發(fā)電機(jī)500(圖8)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，太陽能電池組800可以采用適于接受集中的太陽能輻射的任何裝置。太陽能電池組800弓丨導(dǎo)集中的太陽能通過自由空間，以通過光學(xué)透明窗口 502、602進(jìn)入發(fā)電機(jī)500或引擎600。在圖8和9的例子中，太陽能電池組800包括四個(gè)太陽能收集器200，每個(gè)太陽能收集器200提供集中的太陽能至兩個(gè)發(fā)電機(jī)/引擎500、600。每個(gè)太陽能收集器200引導(dǎo)自由空間中的集中的太陽能至光學(xué)開關(guān)802。光學(xué)開關(guān)802配置成引導(dǎo)集中的太陽能至反射表面804。光學(xué)開關(guān)802可以包括振蕩的(振動(dòng)的)反射表面(諸如MEMS)或折射開關(guān)。 反射表面804可以固定有平坦的或彎曲的表面(從而在開關(guān)802移動(dòng)的瞬時(shí)部分期間使太陽能的損失最小化)或可以與光學(xué)開關(guān)802同步移動(dòng)，以便在開關(guān)移動(dòng)的瞬時(shí)部分期間最小化太陽能損失。分配光至期望的位置的諸如基于折射式光學(xué)元件的其它設(shè)計(jì)也是可以的。在這一例子中，有兩個(gè)反射表面804，每個(gè)用于每一個(gè)發(fā)電機(jī)/引擎500，600。本發(fā)明設(shè)想到對(duì)于額外的發(fā)電機(jī)/引擎500、600需要額外的反射表面804。光學(xué)開關(guān)802和反射表面804配置成進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以使得集中的太陽能被以脈動(dòng)的方式直接轉(zhuǎn)移至發(fā)電機(jī)/引擎500、600的室內(nèi)的工作流體中。能量轉(zhuǎn)移的脈動(dòng)方式是指允許太陽能周期性地進(jìn)入到發(fā)電機(jī)/引擎500、600的室中一預(yù)定的時(shí)間段，類似于轉(zhuǎn)動(dòng)開關(guān)成ON和OFF。在特定的引擎600或發(fā)電機(jī)500處于OFF周期中時(shí)，太陽能被以循環(huán)的方式引導(dǎo)至(同一太陽能收集器200的)下一個(gè)引擎600或發(fā)電機(jī)500等等。這樣，幾乎來自太陽能收集器200的所有能量被利用。顯然，多個(gè)(多于三個(gè))的閉環(huán)的熱動(dòng)力引擎600和壓電發(fā)電機(jī)500可以被制造成屬于同一太陽能電池組800并對(duì)應(yīng)同一太陽能收集器200。例如在圖8中，來自多個(gè)單元的發(fā)電機(jī)600的輸出810可以以串聯(lián)地、并聯(lián)地或串聯(lián)和并聯(lián)連接的組合進(jìn)行連接，用于優(yōu)化期望的整個(gè)輸出。發(fā)電機(jī)600的輸出810還可以連接在得到單相、兩相或三相整個(gè)輸出的配置中。輸出810連接至在壓電堆疊812的末端處的板?？梢孕纬商柲艿蕉鄠€(gè)引擎-發(fā)電機(jī)組合中的循環(huán)分配，以匹配期望數(shù)量的輸出相。多相輸出可以由來自多組單元的相移輸出或通過來自每一單元的多個(gè)相(來自多個(gè)發(fā)電機(jī)的)來產(chǎn)生。在特定的發(fā)電機(jī)/引擎500、600的OFF時(shí)期期間，作為熱動(dòng)力循環(huán)的一部分，諸如在圖5和6中在本文中描述的熱交換機(jī)構(gòu)，熱量820被從所述發(fā)電機(jī)/引擎500、600的工作流體移除。脈動(dòng)能量的優(yōu)點(diǎn)在于太陽能被僅在期望的時(shí)間和以期望的持續(xù)時(shí)間在可控的方式下添加至工作流體。對(duì)于當(dāng)太陽能改變(諸如由于云彩)時(shí)的情況，這還允許輸出功率的動(dòng)態(tài)控制方案(開關(guān)可以重新配置在來自單個(gè)發(fā)電機(jī)/引擎500、600之間的連接)。 這樣，輸出功率可以變化，同時(shí)電壓和AC電流頻率可以基本上保持恒定。參考圖10和11，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的太陽能電池組100被在示意性的橫截面視圖中顯示出。太陽能電池組1000包括配置成收集和集中太陽能的雙表面反射器 100等。太陽能電池組1000利用與在圖8和9中描述的相類似的分配機(jī)構(gòu)，以將來自雙表面反射器100的收集到的太陽能分配至多個(gè)發(fā)電機(jī)/引擎500、600，由此實(shí)現(xiàn)更有效率地使用收集的太陽能。具體地，這些機(jī)構(gòu)使得多個(gè)引擎/發(fā)電機(jī)500、600能夠用于對(duì)應(yīng)的雙表面反射器100。有利地，太陽能電池組1000利用這些分配機(jī)構(gòu)更加有效地使用收集的太陽能。圖10顯示出具有多個(gè)壓電發(fā)電機(jī)500的太陽能電池組1000，圖11顯示出具有多個(gè)基于閉環(huán)熱動(dòng)力的引擎600的太陽能電池組1000。參考圖12-15，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的太陽能電池組1200、1400被在各示意視圖中顯示。每個(gè)太陽能電池組1200、1400利用直接在發(fā)電機(jī)500和引擎600的加熱器中的具有終端506、606的光導(dǎo)504、604。代替用光學(xué)開關(guān)和反射表面的自由空間傳輸，光導(dǎo)504、604用于引導(dǎo)收集的太陽能。具體地說，太陽能電池組1200、1400利用在此處在圖 3中描述的分配機(jī)構(gòu)300。圖12示出具有適合于接受來自多個(gè)太陽能收集器200的被收集的太陽能的多個(gè)壓電發(fā)電機(jī)500的太陽能電池組1200。在這一例子中，對(duì)于每個(gè)太陽能收集器200具有兩個(gè)發(fā)電機(jī)500。因此，光導(dǎo)504包括單個(gè)開關(guān)310，該開關(guān)可操作地以將光導(dǎo)504在兩個(gè)方向上分割成在每個(gè)發(fā)電機(jī)500中的分立的終端506。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，隨著分光器和光學(xué)開關(guān)的增加，每個(gè)太陽能收集器200可以服務(wù)多于兩個(gè)的發(fā)電機(jī)500。圖13顯示出成類似結(jié)構(gòu)的具有多個(gè)閉環(huán)熱動(dòng)力引擎600的太陽能電池組1200。圖14顯示具有適合于接受來自雙表面反射器100的被收集的太陽能的多個(gè)壓電發(fā)電機(jī)500的太陽能電池組1400。在這一例子中，對(duì)于單個(gè)雙表面反射器100有三個(gè)發(fā)電機(jī)500。因此，光導(dǎo)504包括兩個(gè)光學(xué)開關(guān)310，即兩個(gè)開關(guān)使得光導(dǎo)504能有兩個(gè)分支以允許總共三個(gè)終端506。因此，太陽能電池組1400為一個(gè)雙表面反射器100提供了三個(gè)發(fā)電機(jī)500。本發(fā)明設(shè)想了在有更多的分光器和光學(xué)開關(guān)時(shí)可以有額外的發(fā)電機(jī)500。圖15 顯示出成類似的配置的具有多個(gè)閉環(huán)的熱動(dòng)力引擎600的太陽能電池組1400。參考圖16，流程圖顯示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于以脈動(dòng)的方式直接地集中和釋放太陽能到多個(gè)系統(tǒng)中的能量分配和傳遞機(jī)構(gòu)1600。如此處描述的，每個(gè)系統(tǒng)可以包括壓電發(fā)電機(jī)、閉環(huán)熱動(dòng)力引擎等。分配和傳遞機(jī)構(gòu)1600收集太陽能(步驟1602)。 收集步驟可以包括在本文所描述的關(guān)于雙表面反射器100和/或多個(gè)太陽能收集器200機(jī)制。接下來，分配和傳遞機(jī)構(gòu)1600引導(dǎo)被收集的太陽能至第一系統(tǒng)中的第一加熱室一預(yù)定的時(shí)間段(步驟1604)。預(yù)定的時(shí)間段可以對(duì)應(yīng)于第一系統(tǒng)的加熱周期。在預(yù)定的時(shí)間段之后，被收集的太陽能被引導(dǎo)至下一系統(tǒng)的下一第一加熱室一另一預(yù)定的時(shí)間段 (步驟1606)。分配和傳遞機(jī)構(gòu)1600核對(duì)是否具有另一系統(tǒng)(步驟1608)。在此處，分配和傳遞機(jī)構(gòu)1600配置成循環(huán)通過所有的系統(tǒng)以提供收集的太陽能到每一系統(tǒng)的相關(guān)的第一加熱室中。如果具有另一系統(tǒng)，分配和傳遞機(jī)構(gòu)1600返回至步驟1606。如果沒有的話，分配和傳遞機(jī)構(gòu)1600引導(dǎo)收集的太陽能至第一系統(tǒng)中的第二加熱器一預(yù)定的時(shí)間段(步驟 1610)。然后，分配和傳遞機(jī)構(gòu)1600引導(dǎo)收集的太陽能到下一系統(tǒng)中的下一第二加熱室中一預(yù)定的時(shí)間段(步驟1612)。分配和傳遞機(jī)構(gòu)1600核對(duì)是否具有另一系統(tǒng)(步驟1614)。 在此處，分配和傳遞機(jī)構(gòu)1600配置成循環(huán)通過所有系統(tǒng)以提供收集的太陽能到每一系統(tǒng)的相關(guān)的第二加熱室中。如果具有另一系統(tǒng)，分配和傳遞機(jī)構(gòu)1600返回至步驟1616。如果沒有的話，分配和傳遞機(jī)構(gòu)1600可以返回至步驟1604用于通過每一加熱室的另一周期。參考圖17，流程圖顯示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)制1700。機(jī)制1700包括朝向太陽連續(xù)地定位一個(gè)或更多太陽能收集器(步驟1702)；在一個(gè)或更多太陽能收集器中的每一個(gè)處收集太陽能輻射(步驟1704)；引導(dǎo)收集的太陽能輻射至發(fā)電機(jī)或引擎中的加熱室(步驟1706)；用被引導(dǎo)的太陽能輻射周期性和可控地加熱發(fā)電機(jī)中的工作流體(步驟1708)；響應(yīng)于工作流體中的壓力變化而使壓電發(fā)電機(jī)或閉環(huán)熱動(dòng)力引擎往復(fù)運(yùn)動(dòng)(步驟1710)；收集產(chǎn)生的電能(步驟1712)；冷卻工作流體(步驟 1714)以及重復(fù)機(jī)制1700。參考圖18，方塊圖顯示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于控制太陽能分配的脈動(dòng)方式的控制器1800。控制器1800可以是數(shù)字計(jì)算機(jī)，其在硬件構(gòu)造的方面上通常包括處理器1802、輸入/輸出(I/O)接口 1804、網(wǎng)絡(luò)接口 1806、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)1808以及存儲(chǔ)器1810。 部件(1802、1804、1806、1808、和1810)通過本地接口 1812而通訊耦合。本地接口 1812可以例如但不限于一個(gè)或更多總線或其它的有線的或無線的連接，如在本領(lǐng)域中已知的。本地接口 1812可以具有為了簡(jiǎn)明而被省略的另外的元件，諸如控制器、緩沖器(高速緩沖存儲(chǔ)器)、驅(qū)動(dòng)器、轉(zhuǎn)發(fā)器和接受器或除此之外的許多其它的元件，以能夠進(jìn)行通信。此外，本地接口 1812可以包括尋址、控制和/或數(shù)據(jù)連接以能夠在上述的部件之間進(jìn)行適合的通信。處理器1802是用于執(zhí)行軟件指令的硬件器件。處理器1802可以是任意定制的或商業(yè)上可利用的處理器、中央處理單元(CPU)、在與控制器1800相關(guān)的幾個(gè)處理器中間的輔助處理器、基于半導(dǎo)體的微處理器(成微芯片或芯片組的形式)或通常是用于執(zhí)行軟件指令的任意裝置。在控制器1800處于操作中時(shí)，處理器1802配置成執(zhí)行儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器 1810中的軟件，以將數(shù)據(jù)通信至儲(chǔ)存器和通信來自存儲(chǔ)器1810的數(shù)據(jù)，和根據(jù)軟件的指令一般地控制控制器1800的操作。I/O接口 1804可以用于接受來自一個(gè)或更多裝置或部件和/或提供系統(tǒng)輸出到一個(gè)或更多裝置或部件的用戶輸入。用戶輸入可以例如通過鍵盤和/或鼠標(biāo)提供。系統(tǒng)輸出可以通過顯示裝置和打印機(jī)(未顯示)提供。I/O接口 1804可以包括例如串行端口、并行端口、小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口(SCSI)、紅外(IR)接口、射頻(RF)接口和/或通用串行總線(USB)接口。網(wǎng)絡(luò)接口 1806可以用于能夠使控制器1800在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通信，諸如通信至客戶等。網(wǎng)絡(luò)接口 1806可以包括例如以太網(wǎng)卡(例如lOBaseT、Fast Ethernet,Gigabit Ethernet)或無線局域網(wǎng)(WLAN)卡(例如 802. lla/b/g/n)。網(wǎng)絡(luò)接口 8106可以包括尋址、控制、和/或數(shù)據(jù)連接以能夠在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行適合的通信。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1808可以用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，諸如配置數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1808可以包括任意的非永久性存儲(chǔ)器元件(例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM，諸如DRAM、SRAM、SDRAM等))、 非易失性的存儲(chǔ)器元件(例如ROM、硬件驅(qū)動(dòng)器、帶、CDROM等)以及它們的組合。此外，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1808可以包含電子、磁性、光學(xué)和/或其它類型的存儲(chǔ)媒介。在一個(gè)例子中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1808可以位于控制器1800的內(nèi)部，諸如例如連接至控制器1800的本地接口 1812 的內(nèi)部硬件驅(qū)動(dòng)器。存儲(chǔ)器1810可以包括任意非永久性存儲(chǔ)器元件(例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM，諸如DRAM、SRAM、SDRAM等))、非易失性的存儲(chǔ)器元件(例如ROM、硬件驅(qū)動(dòng)器、帶、 CDROM等)以及它們的組合。此外，存儲(chǔ)器1810可以包含電子、磁性、光學(xué)和/或其它類型的存儲(chǔ)媒介。注意到，存儲(chǔ)器1810可以具有分配開的構(gòu)造，其中各種部件彼此遠(yuǎn)程地定位， 但是可以被處理器1802訪問。存儲(chǔ)器1810中的軟件可以包括一個(gè)或更多軟件程序，其中的每一個(gè)包括用于執(zhí)行邏輯功能的可執(zhí)行指令的排列好的列表。在圖18的例子中，在存儲(chǔ)器系統(tǒng)1810中的軟件包括適合的操作系統(tǒng)(0/S) 1840和脈動(dòng)控制程序1842。操作系統(tǒng)1840主要控制其它的計(jì)算機(jī)程序的執(zhí)行，諸如脈動(dòng)控制程序1842，和提供時(shí)間安排、輸入-輸出控制、文件和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、存儲(chǔ)器管理以及通信控制和相關(guān)的服務(wù)。操作系統(tǒng)1840可以是任意的Windows NT、Windows 2000、Windows XP、Windows Vista (Redmond、WA 的微軟銷售的所有系統(tǒng))、 Solaris (Palo Alto、CA 的 Sun Microsystems 銷售的)、LINUX (或 UNIX 的另一種變型) (Raleigh、NC的Red Hat銷售的)等。脈動(dòng)控制程序1842配置成控制此處描述的各種分配機(jī)構(gòu)，以能夠?qū)碜砸粋€(gè)或更多太陽能收集器的收集的太陽能以脈動(dòng)方式分配至多個(gè)引擎 /發(fā)電機(jī)。具體地，控制器1800可以是在此處描述的各種裝置的內(nèi)部或外部?？刂破?800 被通信耦合至光學(xué)開關(guān)、分光器、反射表面等，諸如通過網(wǎng)絡(luò)接口 1806或1/0接口 1804。脈動(dòng)控制程序1842配置成控制這些裝置以根據(jù)需要分配能量至多個(gè)引擎/發(fā)電機(jī)。例如，脈動(dòng)控制程序1842可以基于預(yù)先配置的設(shè)定或基于適應(yīng)性的設(shè)定，通過使用反饋以確定每一引擎/發(fā)電機(jī)的最佳加熱周期長(zhǎng)度，來完成分配。引擎/發(fā)電機(jī)和太陽能收集器還可以包括嵌入的傳感器，所述傳感器報(bào)告操作數(shù)據(jù)至控制器1800。這一操作數(shù)據(jù)可以用在適應(yīng)性設(shè)定中以提供最佳的能量產(chǎn)生。參考圖19A和19B，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的閉環(huán)的熱動(dòng)力引擎1900顯示具有集成的發(fā)電機(jī)。圖19A顯示出橫截面?zhèn)纫晥D，圖19B顯示出端視圖。閉環(huán)熱動(dòng)力引擎 1900包括汽缸主體1902，而加熱室1904、1906位于汽缸主體1902的每一端。集中的太陽能1908以交替或脈動(dòng)的方式通過光學(xué)透明末端1910進(jìn)入到兩個(gè)加熱室1904、1906中。例如光學(xué)透明末端1910可以包括藍(lán)寶石、熔融石英或其它的適合的材料?？商娲?，集中的太陽能1908可以通過如此處描述的一個(gè)或更多光導(dǎo)進(jìn)入。兩個(gè)光學(xué)透明的末端1910設(shè)置在汽缸主體1902的相對(duì)末端上，由此形成具有中空內(nèi)部的密封的圓柱形。中空內(nèi)部包括在主體1902的每一末端處的兩個(gè)加熱室1904、 1906，且往復(fù)的活塞1912滑動(dòng)地設(shè)置有中空主體的內(nèi)部。每一加熱室1904、1906包括能量吸收器1914，該能量吸收器配置成吸收集中的太陽能1908且釋放它到加熱室1904、1906的內(nèi)部的工作流體(或氣體)中?？梢约訅杭訜崾?904、1906中的氣體或流體。流入，工作流體可以是氣體(典型地被加壓，諸如氫氣、氦氣、空氣等)、蒸汽、相變材料或在閉環(huán)熱動(dòng)力引擎中利用的任意其它的工作流體。汽缸主體1902具有兩個(gè)平坦的末端，集中的太陽能進(jìn)入其中，并且所述末端基本上對(duì)可見光和紅外輻射是透明的。另外，活塞1912也可以實(shí)質(zhì)上對(duì)可見光和紅外(IR)輻射是透明的?；钊?912在中空的內(nèi)部里面形成了緊密配合，但是它能自由地以往復(fù)的方式移動(dòng)而沒有摩擦。例如，可以利用潤(rùn)滑油等。一個(gè)或更多磁體(或電磁體)1916設(shè)置至活塞1912，活塞1912與設(shè)置至汽缸主體1902的線圈1918 —起形成了線性發(fā)電機(jī)。線圈1918 是靜止的并示出在汽缸主體1902的凹陷區(qū)域中?？商娲?，磁體1916的直徑可以是較小的，線圈1918可以放置在汽缸主體1902的內(nèi)部，而不需要凹陷的區(qū)域。另外設(shè)想了其它的實(shí)施例。在示例性的實(shí)施例中，線圈1918可以圍繞中空內(nèi)部的圓周延伸，磁體1916可以圍繞活塞1912的圓周延伸。線性發(fā)電機(jī)可以被用電線連接，以產(chǎn)生單相或多相的電壓輸出。汽缸主體1902在基本上整個(gè)表面上被用熱交換器1920圍繞。由熱交換器1920抽取的熱量可以消散在空氣中，或它可以用作用于加熱例如家庭用水的熱源。另外，一個(gè)或更多光纖束1924(圖19B中顯示出4個(gè)光纖束)在兩個(gè)加熱室1904、1906之間延伸，以在室1904、1906之間轉(zhuǎn)移太陽能輻射。光纖束1924提供了在引擎室之間的一部分熱氣體能量的雙向轉(zhuǎn)移，以提供冷卻以及重新利用能量。參考圖20A和20B，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的閉環(huán)熱動(dòng)力引擎2000顯示出具有外部發(fā)電機(jī)。閉環(huán)熱動(dòng)力引擎2000包括與閉環(huán)熱動(dòng)力引擎1900相類似的結(jié)構(gòu)。代替內(nèi)部發(fā)電機(jī)，閉環(huán)熱動(dòng)力引擎2000包括具有機(jī)構(gòu)2002的外部發(fā)電機(jī)，所述機(jī)構(gòu)2002將活塞 1912的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。機(jī)構(gòu)2002因此旋轉(zhuǎn)汽缸主體1902內(nèi)部的磁盤2004，磁盤2004被磁性地耦合至位于汽缸主體1902的外部的另一磁盤2006。磁盤2006連接至軸 2008，該軸連接至位于閉環(huán)熱動(dòng)力引擎2000的外部的旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)2010。閉環(huán)的熱動(dòng)力引擎1900、2000配置成使用此處描述的任意的太陽能收集和分配機(jī)構(gòu)。這包括此處描述的脈動(dòng)式分配機(jī)構(gòu)。另外，本發(fā)明設(shè)想了配置為陣列形式的多個(gè)閉環(huán)的熱動(dòng)力引擎1900、2000。參見圖21，流程圖顯示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的閉環(huán)熱動(dòng)力引擎1900、 2000的引擎操作2100。集中的太陽能進(jìn)入閉環(huán)的熱動(dòng)力引擎的第一室一預(yù)定的時(shí)間段(步驟2102)。集中的太陽能被能量吸收器吸收，且被釋放到工作氣體中(步驟2104)。氣體加熱膨脹，以通過壓力施加力到活塞上(步驟2106)。活塞由此往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而穿過通過線圈連接至活塞的磁體，在線圈中產(chǎn)生了電壓(步驟2108)?？商娲?，活塞可以包括將往復(fù)力轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)力的機(jī)構(gòu)，以驅(qū)動(dòng)外部發(fā)電機(jī)。在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，來自第一室的能量通過活塞的主體和光纖束傳遞至第二室，反之亦然(步驟2110)。另外，室(第一或第二室)中的氣體被連接的熱交換器進(jìn)一步冷卻(步驟2112)。集中的太陽能進(jìn)入第二室一預(yù)定的時(shí)間段 (步驟2114)。只要能量被添加至每一室，引擎操作2100就繼續(xù)(返回至步驟2104)。磁體可以包括在活塞上的電磁體，所示電磁體可以修改強(qiáng)度以適應(yīng)于輸入的太陽能的變化(諸如在云彩暫時(shí)擋住太陽時(shí))。收集的和集中的太陽能可以在多個(gè)引擎之間被分割，以使用如此處描述的所有能量。例如，在能量被允許進(jìn)入到一個(gè)引擎的第一室中之后，能量可以被引導(dǎo)至第二引擎的第一室，且之后引導(dǎo)至第一引擎的第二室等等。參考圖22，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的閉環(huán)熱動(dòng)力引擎2200顯示具有熱交換機(jī)構(gòu)。閉環(huán)熱動(dòng)力引擎2200包括被往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞2206等分開的兩個(gè)室2202、2204。每個(gè)室2202、2204包括熱吸收器2208，其吸收通過光學(xué)透明窗口 2210接受的被集中的太陽能，且釋放熱能到每個(gè)相應(yīng)的室2202、2204的工作流體中。隨著工作流體升溫且膨脹，它施加力抵靠活塞2206。熱動(dòng)力引擎2200可以使用任意的各種此處描述的太陽能收集和分配機(jī)構(gòu)等，以提供集中的太陽能至每一室2202、2204。活塞2206包括一個(gè)或更多磁體或電磁體2212，所述磁體或電磁體在活塞2206往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)經(jīng)過發(fā)電機(jī)線圈2214，由此產(chǎn)生了電能。發(fā)電機(jī)線圈2214設(shè)置至閉環(huán)熱動(dòng)力引擎2200的外殼2216。本發(fā)明的熱交換機(jī)構(gòu)提高了每一室2202、2204中的熱移除速度。熱交換機(jī)構(gòu)包括在活塞2206中的開口 2220、2222、2224和在連接至管子2230、2232的外殼2216中的開口 2226,22280開口 2220是位于活塞2206的相對(duì)末端處的孔，并敞開至每一室2202、2204。 開口 2220連接至開口 2222、2224，開口 2222、2224每一個(gè)設(shè)置在活塞2206的相對(duì)末端處并面向外殼2216。例如，開口 2222、2224可以是圍繞活塞2206的圓周的同一圓形槽的一部分。共同地，開口 2220、2222、2224限定了在活塞2216中從每一室2202、2204至外殼2216 的通道。由于在操作中活塞2206的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，開口 2222、2224在熱循環(huán)中的各個(gè)時(shí)刻到達(dá)和連通至開口 2226、2228。管子2230、2232連接開口 2226、2228至熱交換器2240。在熱循環(huán)期間當(dāng)熱量被引入到每一室2202、2204中時(shí)，工作流體膨脹且推動(dòng)活塞 2206以作功?；钊?206在外殼2216中往復(fù)移動(dòng)，開口 2220、2222、2224在熱循環(huán)中的各個(gè)時(shí)刻與開口 2226、2228連接。例如，假定室2202被加熱和活塞2206被從室2202往復(fù)移動(dòng)至室2204。在此處，室2202中的熱工作流體處于比由管子2232和熱交換器2240形成的密封的封閉回路中的流體更高的壓力下。當(dāng)活塞2206往復(fù)移動(dòng)和連接開口 2224至開口 2228 時(shí)，一些加熱的工作流體從室2202流出進(jìn)入到管子2232中。由于活塞2206繼續(xù)在同一方向上移動(dòng)，開口 2224、2228被活塞側(cè)面關(guān)閉，室2202中的壓力降低。管子2232中的加熱的工作流體被提供至熱交換器2240。在開口 2222到達(dá)開口 2226時(shí)，在管子2230中的從熱交換器2240返回的冷流體進(jìn)入到室2202中。在此時(shí)，室2202到達(dá)完整周期的一半，且同樣的一系列事件開始在活塞 2206的相對(duì)末端處的室2204中發(fā)生。室2204中的熱流體通過開口 2228流出，從熱交換器 2240返回的冷流體通過開口 2226進(jìn)入室2204。當(dāng)引擎處于操作中時(shí)，所述一系列事件交替地在兩個(gè)室2202、2204中繼續(xù)。參考圖23，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的閉環(huán)熱動(dòng)力引擎2200顯示具有另一熱交換機(jī)構(gòu)。在圖23中，閉環(huán)熱動(dòng)力引擎2200使用密封的充氣增壓的罩2300代替圖22中的管子2230、2232。密封的充氣增壓的罩2300被熱交換器2302圍繞，從而提供與熱交換器2240相類似的功能。在此處，操作方法與圖22中描述的相同。閉環(huán)熱動(dòng)力引擎的效率極大地受在循環(huán)的熱和冷之間溫度差的影響。假定熱溫度保持相同，熱交換器機(jī)構(gòu)允許引擎2200從工作流體更快地移除熱量，因此降低了熱動(dòng)力循環(huán)的低溫，使得效率更高。新的設(shè)計(jì)和改進(jìn)還允許引擎2200以更快的循環(huán)頻率操作。
參考圖24，流程圖顯示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的閉環(huán)熱動(dòng)力引擎的熱量移除2400。被集中的太陽能進(jìn)入閉環(huán)熱動(dòng)力引擎的第一室一預(yù)定的時(shí)間段(步驟2402)。由能量吸收器吸收被集中的太陽能，并釋放到工作流體中，從而加熱和膨脹工作流體以施加力到活塞上(步驟2404)。在活塞由于力往復(fù)移動(dòng)時(shí)，來自第一室的熱工作流體被提供至熱交換器一時(shí)間段(步驟2406)?？梢酝ㄟ^設(shè)置在活塞中和引擎的外殼中的開口提供熱工作流體，如在圖22和23中在本文中所描述的那樣?；钊^續(xù)往復(fù)移動(dòng)，從熱交換器返回的冷卻流體被提供至第一室一第二時(shí)間段(步驟2408)?？梢砸耘c熱工作流體相類似的方式提供冷流體?；钊竭_(dá)完整的周期的一半，且繼續(xù)產(chǎn)生電能(步驟2410)。集中的太陽能進(jìn)入第二室一預(yù)定的時(shí)間段(步驟2412)。第一室的相同的過程被在第二室中重復(fù)，以使熱工作流體與來自熱交換器的冷流體交換(步驟2414)。雖然參考本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例和特定的例子在此處說明和描述了本發(fā)明，但是對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，顯然其它的實(shí)施例和例子可以執(zhí)行類似的功能和/或?qū)崿F(xiàn)類似的結(jié)果。所有的這樣的等價(jià)實(shí)施例和例子在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，并意欲被隨附的權(quán)利要求所覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種為一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎收集太陽能的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎，每個(gè)包括一個(gè)或更多室；太陽能收集器，配置成集中太陽能；和分配機(jī)構(gòu)，配置成分配被集中的太陽能到所述一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎的每一個(gè)中的一個(gè)或更多室一預(yù)定的時(shí)間段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述分配機(jī)構(gòu)配置成將所述被集中的太陽能直接分配到所述一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎的每一個(gè)中的一個(gè)或更多室中，由此減少對(duì)所述一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎的每一個(gè)的引擎主體的加熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎的每一個(gè)包括下述中的任意一個(gè)光學(xué)透明窗口，其被成形以減少光學(xué)背反射和密封加熱室中的工作流體；和一個(gè)或更多光導(dǎo)，所述光導(dǎo)延伸到并終止于所述一個(gè)或更多室中，其中所述一個(gè)或更多光導(dǎo)每個(gè)包括被成形以減少光學(xué)背反射的角狀的尖端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎的每一個(gè)包括被成形以減少光學(xué)背反射及密封加熱室中的工作流體的光學(xué)透明窗口 ；和其中，所述光學(xué)透明窗口包括藍(lán)寶石和熔融石英中的任一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎的每一個(gè)包括延伸到和終止在所述一個(gè)或更多室中的一個(gè)或更多光導(dǎo)；其中所述一個(gè)或更多光導(dǎo)每個(gè)包括被成形以減少光學(xué)背反射的角狀尖端；和其中所述一個(gè)或更多光導(dǎo)配置成組合來自所述太陽能收集的多個(gè)聚焦/準(zhǔn)直元件的被集中的太陽能。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)定的時(shí)間段包括用于所述一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎的每一個(gè)的加熱周期，其中所述一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎包括壓電發(fā)電機(jī)和帶有由熱膨脹操作的往復(fù)移動(dòng)的活塞的引擎中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中用于所述一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎的每一個(gè)的加熱周期被彼此偏移。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎的每一個(gè)包括閉環(huán)熱動(dòng)力引擎；其中所述一個(gè)或更多室包括第一加熱室和第二加熱室；和其中所述分配機(jī)構(gòu)進(jìn)一步配置成將被集中的太陽能分配到所述一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎的每一個(gè)中的第二加熱室另一預(yù)定的時(shí)間段。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述分配機(jī)構(gòu)包括一個(gè)或更多角狀的反射表面；一個(gè)或更多光導(dǎo)，所述光導(dǎo)包括大致光學(xué)透明的材料；光學(xué)開關(guān)中的一個(gè)，其配置成朝向所述一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎的每一個(gè)切換所述被集中的太陽能，以及可旋轉(zhuǎn)的反射盤， 所述反射盤配置成響應(yīng)于所述可旋轉(zhuǎn)反射盤中的每一個(gè)的相對(duì)位置來反射或讓所述被集中的太陽能通過。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述太陽能收集器包括保護(hù)所述太陽能收集器免受環(huán)境損壞的封閉設(shè)計(jì)，且其中所述封閉設(shè)計(jì)包括可充氣的部件。
11.一種用于收集和分配太陽能至熱動(dòng)力引擎的方法，所述方法包括 接受被收集和被集中的太陽能；引導(dǎo)所述被集中的太陽能到一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎的每一個(gè)中的第一加熱室中一第一預(yù)定的時(shí)間段；和引導(dǎo)所述被集中的太陽能到一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎的每一個(gè)中的第二加熱室中一第二預(yù)定時(shí)間段。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述方法還包括配置太陽能收集器以指向所述太陽，其中所述太陽能收集器配置成集中太陽能。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述方法還包括 給太陽能收集器充氣用于集中太陽能。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，所述接受步驟還包括 通過多個(gè)聚焦/準(zhǔn)直元件接受太陽能；和通過多個(gè)光導(dǎo)、光學(xué)開關(guān)和分光器/光組合器組合所述被接受的太陽能。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述引導(dǎo)步驟每個(gè)包括通過下述中的一個(gè)部件而直接提供所述被集中的太陽能到所述第一加熱室和所述第二加熱室中的一個(gè)中一個(gè)或更多光學(xué)透明窗口，所述窗口被成形以減少光學(xué)背反射及密封在所述第一加熱室和所述第二加熱室中的一個(gè)中的工作流體；和一個(gè)或更多光導(dǎo)，所述光導(dǎo)延伸到并終止在所述第一加熱室和所述第二加熱室中的一個(gè)中，其中所述一個(gè)或更多光導(dǎo)每個(gè)包括被成形以減少光學(xué)背反射的角狀的尖端。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第一預(yù)定的時(shí)間段和所述第二預(yù)定的時(shí)間段包括用于所述一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎的每一個(gè)的加熱周期；其中用于所述一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎的每一個(gè)的加熱周期被彼此偏移；和其中所述一個(gè)或更多熱動(dòng)力引擎的每一個(gè)包括閉環(huán)熱動(dòng)力引擎。
17.一種太陽能收集和分配系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 一個(gè)或更多太陽能收集器元件；光導(dǎo)，所述光導(dǎo)設(shè)置至所述一個(gè)或更多太陽能收集器元件中的每一個(gè)； 切換元件，所述切換元件設(shè)置至所述光導(dǎo)，其中所述切換元件配置成將由所述一個(gè)或更多太陽能收集器元件收集的太陽能分配到多個(gè)加熱室中。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的太陽能收集和分配系統(tǒng)，其中所述光導(dǎo)中的每一個(gè)包括設(shè)置在所述多個(gè)加熱室中的一個(gè)內(nèi)的終端；其中所述終端包括被成形以減少光學(xué)背反射的角狀的尖端；和其中所述終端包括能夠承受與所述多個(gè)加熱室相關(guān)的高溫的材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的太陽能收集和分配系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或更多太陽能收集器元件包括多個(gè)聚焦/準(zhǔn)直元件，每個(gè)聚焦/準(zhǔn)直元件配置成將太陽輻射聚焦至數(shù)值孔徑小于所述光導(dǎo)的數(shù)值孔徑的光錐中。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的太陽能收集和分配系統(tǒng)，其中所述多個(gè)聚焦/準(zhǔn)直元件中的每一個(gè)包括通過用氣體充氣形成的柔性外殼。
全文摘要
本發(fā)明公開內(nèi)容提供了用于從閉環(huán)熱動(dòng)力引擎移除熱量的系統(tǒng)和方法，所述閉環(huán)熱動(dòng)力引擎通過由熱膨脹操作的往復(fù)移動(dòng)的活塞產(chǎn)生電能。本發(fā)明包括用于閉環(huán)熱動(dòng)力引擎的熱交換機(jī)構(gòu)，所述熱交換機(jī)構(gòu)在熱循環(huán)中的不同時(shí)刻交換熱工作流體和冷流體，由此提高閉環(huán)熱動(dòng)力引擎的效率。熱交換機(jī)構(gòu)允許所述引擎更快速地從工作流體移除熱量，因此降低了熱動(dòng)力循環(huán)的低溫，使得效率更高。熱交換機(jī)構(gòu)還允許引擎在更快的循環(huán)頻率下操作。
文檔編號(hào)F03G6/00GK102216612SQ200980145874
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2009年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月17日
發(fā)明者克里斯蒂安·彭丘 申請(qǐng)人:帕爾薩能源有限公司