太阳能接收器制造技术

一种用于以至少500的集中因子将太阳能辐射转换为热能的太阳能接收器。太阳能接收器包括吸热固体、流体系统和移动设备，流体系统提供靠近吸热固体的工作流体流，移动设备移动吸热固体，使得吸热固体的一个或多个表面周期性地暴露于入射太阳能辐射。入射太阳能辐射加热吸热固体的至少一部分，吸热固体的至少一部分进而加热靠近吸热固体的工作流体。吸热固体的至少一部分被配置为促进入射太阳能辐射的吸收，促进热量从吸热固体的至少一部分到工作流体的传递，促进吸热固体的至少一部分的冷却，或者促进其任何组合。或者促进其任何组合。或者促进其任何组合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】太阳能接收器
[0001]本专利技术涉及用于吸收太阳能辐射并且将经吸收的太阳能辐射转换为热能的设备、这种设备的组件及其使用方法。更具体地，本专利技术涉及用于将太阳能辐射转换为热能的太阳能接收器。
[0002]集中式太阳能系统使用包括反射镜和/或透镜的一系列光学集中器将入射在大表面区域上的太阳光集中到可以利用能量的较小区域上。在商业应用中，光学集中器组通常位于支撑太阳能接收器的塔或桅杆附近。将光学集中器定位为使得它们将朝向吸收能量的塔的接收器反射入射的太阳能辐射，并且将其传递到系统以随后转换为电能。光学集中器通常装配有跟踪系统，该跟踪系统允许光学集中器相对于太阳的位置调整对准，以确保入射的太阳能辐射在一天中持续地被引向塔。电力塔布置和抛物面槽/沟式太阳能发电厂是集中式太阳能电站的最常见设计。
[0003]集中式太阳能系统中的接收器通常被划分为固体、液体和气体类型。原则上，太阳能辐射在接收器的固体、液体或气体介质中被转换为热能。然后，来自接收材料的热量通常经由诸如传导和/或对流的过程被传递到工作流体。然后，工作流体最终用在热力学循环中以产生功。在液体或气体接收器中，接收太阳能辐射的流体也可以用作工作流体。通常，接收器的吸收部分应该具有高吸收度，以便能够吸收尽可能大比例的入射太阳能辐射。为了避免疑问，如本文中描述的热能(thermal energy和heat energy)被认为表示相同形式的能量。
[0004]管状接收器是最常见的集中式太阳能接收器，并且通常利用包含导热流体的金属管。太阳能辐射被集中到管上，并且其中的流体变热。然后，由流体收集的能量可以用于包括发电的各种目的。熔盐系统以与管状接收器类似的方式运行。在熔盐接收器中，入射的太阳能辐射用于加热固体盐储层(reservoir)，然后当固体盐储层的温度升高到超过盐的熔点时，固体盐储层熔化。然后，熔盐可以流过标准的热交换系统以加热工作流体。熔盐被经常使用，因为如果储层被适当地隔热，则能够在熔盐中长时间存储热能。然后，在低光时段期间，诸如在夜间，可以利用经加热的熔盐储层。然而，在熔盐系统的使用中存在多个挑战，包括由大量高温液体引起的安全风险，由盐导致的组件腐蚀，在低光时段中盐的冻结，以及在运行条件期间经历的物质的相关联收缩和膨胀。
[0005]下落粒子接收器(falling particle receiver)，也被已知为固体粒子接收器，用可流动的固体粒子(诸如沙子)来代替熔盐。在下落粒子系统中，太阳能辐射通常被集中到粒子的流动幕帘上，该流动幕帘然后在重力作用下下落并且穿过标准的热交换系统以将它们的热能传递到工作流体。然后，粒子通常返回到接收器的顶部，以供在粒子幕帘中进一步使用。下落粒子系统经常遭受由涉及的材料带来的挑战，经加热的固体和工作流体之间的热传递的低效率，以及通过以连续方式传送大量固体材料带来的技术挑战。
[0006]基于气体的接收器将入射太阳能辐射聚焦到导热气体上，然后导热气体可以用于直接驱动涡轮机。基于气体的系统经常采用围绕吸收气体的蜂窝状和多孔结构来捕获额外的热辐射，该热辐射然后被传递到工作气体。基于气体的接收器倾向于遭受低吸收度，并且因此遭受低能量转换效率。
[0007]不管吸收介质如何，接收器都被设计为在太阳能辐射集中因子的特定范围内运行。太阳能辐射集中因子c被定义为入射在待加热的接收器的表面上的热通量(W/m2)除以从太阳到达系统的对应热通量。这有时被已知为“日照(insolation)”。集中因子对系统的效率具有直接影响，并且对于设计者来说，尝试最大化c是明智的意图。通常，集中式太阳能电站以大约20至100的c值运行，其中一些斯特林碟设计实现高达2000的c值。较大的c值表示增加的能量密度，增加的能量密度进而表示可以由接收器利用的较大的势能资源。增加集中式太阳能系统的c值将在接收器介质中引起更高的温度。接收器可以运行的最大c值因此受到接收器及其材料的耐热性的限制。例如，随着c值增加，可能实现超过1000℃的温度。在诸如熔盐系统的系统中，这种温度可能引起熔盐的热分解。因为结构钢可能在大约1400℃的温度下开始熔化，所以结构组件也可能因高c值而面临风险。在入射到接收器上的能量是可变的情况下，或者在系统在活动和非活动状态之间循环的情况下，接收器也可能因热膨胀和收缩对组件的影响而面临风险。
[0008]在高c值下，热通量可能特别激烈。例如，如果系统能够实现10,000的集中因子并且日照是1,600kW/m2，则太阳能收集器的表面处的热通量将是16MW/m2。这种高的热通量将在太阳能接收器内和太阳能接收器表面处产生大的温度梯度和极高的温度。这种高的温度和温度梯度将显著限制接收材料的寿命。高c值还可能引入额外的挑战，诸如随着c值增加而减少吸收效率，由于可以从系统的吸收表面带走能量的速率的限制而导致材料过热，以及随着系统的总能量增加由于辐射度而导致高热损失。
[0009]通常，入射到接收表面上的能量密度越大，接收器的寿命越短。辐射循环的平均热辐照度、辐照度的幅度、周期和暴露时间都可能影响构建接收器中使用的材料的长期性能。即使在20至100的典型c值下，接收器的吸收度也可能随着时间的推移而显著退化，从而导致接收器的热性能长期降低。此外，接收器是集中式太阳能发电厂的昂贵组件。据估计，太阳能接收器构成构建集中式太阳能发电厂的高达20％的初始资本成本。因此，期望避免或延迟替换性能退化的接收器的需要。
[0010]实际上，已建立的集中式太阳能发电厂设计仅可以通过它们的系统设计和它们使用的材料来利用有限的c值。较高的c值增加了太阳能接收器的理论效率，并且因此需要一种太阳能接收器，其允许高c值，同时避免本领域中已知的系统通常遇到的缺点。本专利技术的太阳能接收器解决了与使用高c值相关联的两个特定问题。可以与太阳能接收器一起使用的入射太阳能辐射的集中度经常受到吸收介质和吸收介质最终向其传递热量的流体之间的热传递效率的限制。此外，在高c值下，吸收效率可能较差，并且经由反射、发射效应或其它机制损失的能量的比例可能是显著的。
[0011]根据本专利技术，提供了一种如所附独立装置权利要求中所限定的用于将太阳能辐射转换为热能的太阳能接收器。在所附从属装置权利要求中限定了本专利技术的太阳能接收器的进一步优选特征。
[0012]本专利技术的一个方面提供了一种用于以至少500的集中因子将太阳能辐射转换为热能的太阳能接收器。太阳能接收器包括吸热固体、流体系统和移动设备，流体系统提供靠近吸热固体的工作流体流，移动设备移动吸热固体，使得吸热固体的一个或多个表面周期性地暴露于入射太阳能辐射。入射太阳能辐射加热吸热固体的至少一部分，吸热固体的至少一部分进而加热靠近吸热固体的工作流体。吸热固体的至少一部分被配置为促进入射太阳
能辐射的吸收，促进热量从吸热固体的至少一部分到工作流体的传递，促进吸热固体的至少一部分的冷却，或者促进其任何组合。
[0013]根据本专利技术的进一步方面，太阳能接收器的吸热固体可以是转子。在吸热体是转子的情况下，移动设备可以旋转吸热固体。移动设备可以不在或可以基本上不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于以至少500的集中因子将太阳能辐射转换为热能的太阳能接收器，其特征在于，所述太阳能接收器包括：吸热固体；流体系统，所述流体系统提供靠近所述吸热固体的工作流体流；以及移动设备，所述移动设备移动所述吸热固体，使得所述吸热固体的一个或多个表面周期性地暴露于入射太阳能辐射；其中：所述入射太阳能辐射加热所述吸热固体的至少一部分，所述吸热固体的所述至少一部分进而加热靠近所述吸热固体的所述工作流体；以及所述吸热固体的所述至少一部分被配置为：(i)促进入射太阳能辐射的吸收；(ii)促进热量从所述吸热固体的所述至少一部分到所述工作流体的传递；(iii)促进所述吸热固体的所述至少一部分的冷却；或者促进(iv)促进其任何组合。2.根据权利要求1所述的太阳能接收器，其特征在于：所述吸热固体是转子；以及所述移动设备旋转所述吸热固体。3.根据权利要求2所述的太阳能接收器，其特征在于，所述移动设备不在或基本上不在沿着旋转轴线的方向上移动所述吸热体。4.根据权利要求1、2或3所述的太阳能接收器，其特征在于，所述吸热固体包括多个吸收元件，并且所述多个吸收元件中的每个吸收元件的至少一部分在使用中吸收入射太阳能辐射。5.根据权利要求4所述的太阳能接收器，其特征在于，所述多个吸收元件包括一个或多个导管，进一步其中：所述吸热固体的所述至少一部分包括所述多个导管中的每个导管的外部；以及所述流体系统使得工作流体流过所述多个导管中的每个导管中的一个或多个流动路径。6.根据权利要求4或5所述的太阳能接收器，其特征在于，所述多个吸收元件包括多个固体吸收器，进一步其中：所述吸热固体的所述至少一部分包括所述多个固体吸收器中的每个固体吸收器的外部；以及所述流体系统使得工作流体流过所述多个固体吸收器中的每个固体吸收器的经加热的表面。7.根据权利要求4至6中任一项所述的太阳能接收器，其特征在于，所述吸收元件被布置为使得所述多个吸收元件中的第一吸收元件至少部分地遮挡所述多个吸收元件中的第二吸收元件，使得当所述太阳能接收器在使用中时，所述第二吸收元件的至少部分地被遮挡的部分不暴露于入射太阳能辐射。8.根据权利要求4至7中任一项所述的太阳能接收器，其特征在于，所述吸收元件被布置为使得所述多个吸收元件中的主吸收元件比所述多个吸收元件中的次吸收元件暴露于
更大时间平均通量的太阳能辐射。9.根据权利要求4至8中任一项所述的太阳能接收器，其特征在于，所述多个吸收元件包括近吸收元件和远吸收元件，其中，所述近吸收元件被定位为靠近所述吸热固体的移动轴线，并且所述远吸收元件被定位为远离所述吸热固体的所述移动轴线。10.根据权利要求4至9中任一项所述的太阳能接收器，其特征在于，所述多个吸收元件被布置为使得入射到所述多个吸收元件中的至少一个吸收元件上的太阳能辐射的至少一部分朝向一个或多个另外的吸收元件的吸收表面反射。11.根据权利要求4至10中任一项所述的太阳能接收器，其特征在于，所述多个吸收元件中的至少一个吸收元件由多个材料形成，使得所述多个吸收元件中的所述至少一个吸收元件的所述吸收表面在使用中在太阳能辐射入射到其上的表面区域上具有不同的太阳能吸收和/或反射性能。12.根据权利要求4至11中任一项所述的太阳能接收器，其特征在于，吸收入射太阳能辐射的所述多个吸收元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：盖迪兹，
申请(专利权)人：ODQA可再生能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：