[發明專利]太陽能傳遞及存儲設備

無效

• 申請號: 201080016016.1
• 申請日: 2010-03-30
• 公開（公告）號: CN102388277A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 約翰·瓦爾加
• 申請（專利權）人: 專業梳理(加拿大)有限公司
• 主分類號: F24J2/10
• 分類號: F24J2/10;F24J2/34;F24J2/51
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 余朦;王艷春

本發明涉及采集并傳遞太陽能的設備和方法，特別但并不完全地涉及利用作為能源的太陽輻射以及氣相傳熱介質的發電設備，從而熱能可被存儲且可從用于發電的設備中提取。

電力形式的動力供應或能量供應通常需要能源，能源隨后可轉換為電力和/或作為電力被供應。通常，礦石燃料被用作能源來驅動用于發電的渦輪機。由于天然資源的減少以及面對氣候變化，對用于發電的可再生能源進行了研究。具體地，太陽能作為傳統的礦石燃料的替代能源受到了適度的關注。

太陽能采集裝置得到了良好的建立并可根據兩種類型進行分類。非聚光采集器直接接收太陽輻射，例如平行射線的輻射。通常，這樣的裝置包括可能被加熱且傳遞及存儲太陽輻射的太陽能電池板或光伏電池陣列。太陽能采集器的另一類型被稱為聚光型，其使用透鏡或反射鏡組件將輻射反射或折射，從而將射線匯聚在作為更集中的太陽能覆蓋區的目標體上。

WO2009/147651公開了用于匯聚太陽射線的太陽能發電系統，該太陽能發電系統用于使用氣體循環或蒸汽循環和渦輪機來發電的熱力循環中。太陽射線匯聚系統包括用于將輻射朝向適合的吸收體和堆積體反射的多個聚光鏡。

US2009/0308072公開了使用由太陽輻射加熱的工作流體的改進的布雷頓循環發動機(Brayton?cycle?engine)。具體地，存儲單元內的金屬氫化物材料被加熱，從氫化物材料中得出的氫以可控的速率與材料重新化合進行放熱反應以加熱可壓縮的布雷頓工作流體用于隨后驅動與發電機耦接的渦輪機。

WO2010/019990公開了太陽能發電系統。該發電系統包括封閉的工作流體，其具有過熱器、渦輪機、冷凝器、再冷卻器、接收器和泵。工作流體被分為第一平行流和第二平行流。太陽能采集系統通過熱交換器將第一流和第二流形式的工作流體加熱。然后，第一流體流和第二流體流匯合、加熱至過熱并傳遞至渦輪機。

WO2010/021706公開了通過可再生的地熱、風能以及太陽能源運行的基于蒸汽的動力裝置。風能或太陽能被轉換為電解單元中的氫。然后，生成的氫被提供到用于向渦輪機和發電器供應熱能的鍋爐。

WO2009/129166公開了包括蒸汽發電機和渦輪機的太陽能熱電裝置。使用太陽能將水轉換為蒸汽。然后，過熱器將來自蒸發器的蒸汽加熱，從而提供要供應至渦輪機的過熱蒸汽。

然而，通過太陽能的發電系統的運行來捕集太陽能并將太陽能用于發電的傳統的基于太陽能的發電系統具有許多缺點，特別包括運行效率差。另外，傳統的系統還主要由于沒有足夠的容量來存儲捕集到的太陽能而受限。通常，傳統系統的使用限制在炎熱氣候下，并且不斷需要將受限的能量儲存裝置再充電，這樣會導致在差的或惡劣的天氣條件下難以獲得動力或電力。

此外，傳統的系統在熱載體被限制在固有的限制運行輸出溫度時，采用液相或非氣相工作流體。可意識到，發電時使用許多不同類型的具有不同效率的渦輪機。水基超臨界工作流體渦輪機常被認為是最有效的，其迫使工作流體的溫度保持在約400℃，并能夠達到700℃。

因此，需要可解決上述問題的更好的利用可再生能源發電的設備及方法。

因此，發明人提供了基于太陽能的發電系統，該系統將太陽能有效地轉換為便于存儲且隨后被轉換為電能的熱能。該系統包括透鏡或反射鏡陣列來利用太陽能并將太陽能匯聚在氣相工作流體循環中的目標體上，氣相工作流體循環可耦接至熱能存儲裝置。合適的熱交換器和渦輪機布置為耦接至流體循環和/或蓄熱裝置以在太陽能采集周期中以及可選地在太陽能采集周期之間按需提供電力供應。

根據本發明的第一方面提供了太陽能采集設備，包括：多個透鏡和/或反射鏡，用于接收并匯聚太陽輻射；多個目標體，分別接收從每個透鏡和/或反射鏡匯聚的太陽輻射；管道網絡，包含氣相工作流體并允許流體流動地接觸目標體，使得工作流體被目標體加熱。

優選地，該設備還包括蓄熱裝置，蓄熱裝置通過管道網絡與目標體流體連通地連接以接收加熱的工作流體，蓄熱裝置包括用于存儲從工作流體接收的熱能的蓄熱材料。

優選地，目標體包括圍繞管道網絡的一部分定位的絕熱護套。優選地，每個目標體包括傳熱體，隨著工作流體流過目標體，傳熱體定位在工作流體的流徑中。優選地，傳熱體包括多個金屬板或散熱片。優選地，護套包括玻璃窗口，從透鏡或反射鏡接收的匯聚的太陽輻射可通過玻璃窗口進入目標體。可替換地，護套包括孔，從透鏡或反射鏡接收的匯聚的太陽輻射可通過孔進入目標體。

優選地，設備還包括移動透鏡或反射鏡來追蹤太陽位置的裝置。更優選地，設備還包括自動移動透鏡或反射鏡來追蹤太陽移動的裝置。優選地，透鏡包括菲涅爾透鏡。