用于将太阳能转化为机械能或电能的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及用于将太阳能转化为机械能或电能的系统，包括：用于将源自太阳的太阳辐射聚集在给定的焦点的聚集装置、用于接收和累积源自所述聚集装置的太阳辐射以累积热能的收集装置以及将累积在所述收集装置中的所述热能转化为机械能的转化装置。接着，机械能通过采用常规的发电机可以转化为电能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
发现本专利技术的应用领域总体处于由可再生能源产生能量的产业部 分中，更具体地，是通过热电能量的方式由可再生能源产生能量，即， 通过热力学过程由处于其热形式的太阳能产生机械能并将机械能转化 为电能的方式由可再生能源产生能量。本专利技术的系统和方法的主要目的在于，通过采用小型装置满足小 型和中型热电能生产设施的需要，该小型装置聚集后续用于为此目的 的热力学循环中的能量。
技术介绍
存在于我们的星球上的主要能量源是太阳，目前使用的能源中的 很多都是太阳的直接或间接作用的结果。由到达地球表面的太阳光线获取能量的最直接方式主要有两种 光电太阳能和热电能。的光电效应，该效应是将太阳能转化为电能的最直接的方式。基于这 种能量的设施的主要优点是可以获得小型动力设施。而其两个缺点可 能是突出的转化的效率低以及在希望获得通常功率的条件下的巨大 占用表面。另一方面，在由太阳辐射获取能量的另一直接方式，即热电能的 框架下，必须指出存在利用源于太阳的、处于热形式的能量以将该能 量转化为电的热电动力设备。主要缺点在于，这些设备基于如燃气轮 机或蒸汽涡轮机的热力学循环，而燃气轮机或蒸汽涡轮机必须具有高 输出从而具有可接受的效率。这意味着设施的高成本以及巨大的占用 表面，这对于小型设施是不合适的，因为小型设施采用性能极低的热 机。因此，如果希望采用小型动力设施，使用常规的热机是不合适的， 必须使用其它类型的机器和装置。更具体地，热电能包括通过将聚集在地球表面上的、处于热能形 式的太阳辐射转化为机械能并接着转化为电能而产生电。通过基于太 阳炉的动力站以及最近被称为斯特林盘或抛物面收集器设施进行该过 程。太阳炉太阳炉包括高塔，由通过镜子(定日镜)的太阳反射产 生的光线聚集于该高塔，所述镜子在塔中聚集能量。水流从中流过， 该水流被转化为蒸汽以接着将蒸汽的能量转化为机械能并最终转化为 电能。这种基于蒸汽涡轮机的动力设备建设成本高，但是却具有高效 的特征。太阳塔太阳塔是新型的热力太阳塔设施，其运行基于具有大表 面的温室中的空气加热。使热空气通过平行于地面并且位于数米高的 竖直塔上的涡轮机。热空气将大部分能量传递至涡轮机，然后这种已 损失了大部分能量的热空气在上部排出。由于涡轮机是具有高机械精 度和巨大尺寸的单元，因此这些太阳塔是具有高技术复杂性的动力设 备。斯特林盘存在各种组装有该技术的动力设备， 一个清晰的示例 是Almeria动力设备或PAS (西班牙)。该设备基本上包括抛物面盘， 该抛物面盘通过反射将太阳光线聚集在焦点，例如斯特林发动机的外 燃发动机安装在该焦点上。该发动机通过上述热力学过程使热能转化 为机械能并接着转化为电能。这种动力设备的缺点在于发动机被放置成与太阳一线，因此暴露 于直接太阳辐射以及汇集在抛物面盘上的太阳辐射。这两种作用加在 一起迫使发动机必须承受高温，而这种高温使机油温度过度升高，因 而机油失去其特性并且机器不得不停机。另一种动力设备是抛物柱面动力设备。这种动力设备基于蒸汽涡 轮机并包括将能量聚焦在管中的抛物柱面，水流流过该管。所述水接 收并吸收太阳能直到水转化为水蒸气，最终水蒸气穿过涡轮机，从而 能量复原为机械形式以接着转化为电能。这种设施具有与其余基于蒸汽涡轮机的动力设备相同的缺点。该 缺点主要在于这种设施需要高输出使得涡轮机具有合适的效率，因而这种i更施占据大的表面。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种系统，该系统解决了小型和中型能量产 生的问题，并克服了现有系统所具有的问题，如设施的高成本、需要 大的太阳能收集表面以及常规热机的低效率。为此，在本专利技术的第一方面中，提供了用于将太阳能转化为机械 能并接着转化为电能的系统。该系统包括第一聚集装置，将太阳能 聚集在给定焦点；第二收集装置，对源自第一聚集装置的太阳辐射作 用温室效应，作用温室效应的目的是聚集热能；以及第三装置，其体 现为外燃发动机，该外燃发动机是聚集在聚集装置中的热能的接收体 以用于生产机械能。与现有技术的系统不同，本专利技术的系统具有的第 一差别在于太阳 辐射并非通过镜子反射而是聚集在具有特别特征的会聚透镜上。在第二方面中，冬专利技术提供了通过本专利技术的系统将太阳能转化为 机械能的方法。该方法具有以下主要步骤i. 通过聚集装置将太阳辐射聚集在给定的焦点；ii. 在累积装置中对源自聚集装置的太阳辐射进行累积；以及iii. 将累积在累积装置中的热能应用或输送至将热能转化为机械 能的转化装置。本专利技术的这些和其它目的通过根据权利要求1的系统以及根据权 利要求15的方法得以实现。本专利技术的系统对象的具体实施方式分别在 从属权利要求2至14和16中得到限定。更具体地，太阳能聚焦在菲涅耳透镜上并且处于焦距处，即，热 能收集器在焦点上安装用于将热能应用至斯特林发动机，该斯特林发 动机的尺寸和功率适于将所述热能还原为机械能的形式。以下是菲涅耳透镜与其它类型的透镜相比的特征-相比固态透镜具有小尺寸(厚度)；-比固态透镜低得多的生产成本；-比会聚标准透镜具有更大的焦点幅度，即，更广的焦点分散；以及-由于菲涅耳透镜使用更少的材料，从而具有更轻的重量，因而 产生更大的机动性和用于控制支持系统的控制性。另外，可以为系统补充设置控制系统和发电机，当提供了合适的 条件时，该控制系统通过采用温度计或传感器使发动机启动，而发电 机则将发动机的机械能复原为电力。外燃发动机(斯特林式)在其热点处具有设置有具有温室效应特 性的黑表面(通过浸润选择性涂料或任何其它形式)的接收器-累积器， 所述温室效应特性便于热能的累积以用于其后续输送至外燃发动机的 引用的热点而几乎无任何能量损失。本专利技术的系统所产生的优点包括但不限于-外燃发动机的热点位于透镜的覆盖部分，这意味着对太阳表面 的更充分利用；-更易于保护外燃发动机的冷点免受太阳强光影响；-透镜具有更小的质量并允许进行跟踪的运动质量消耗更少的能量；-如果设施需要且被赋予增加设施的技术复杂性的尺寸，那么该 施可以具有大功率，也可以如所需地由很多较小功率且技术上更可实 现的模块替代。附图说明以下参照附图，对仅以说明性和非限制性示例的方式给出的优选 实施方式进行详细描述，从而本专利技术的这些和其它特征与优点将会更 加显见。图1示出了本专利技术的系统的总体示意图； 图2示出了本专利技术的带有温室效应的收集装置的放大图； 图3示出了本专利技术的优选实施方式中的聚集装置，即菲涅耳透镜 的俯^见图和侧^见8200880008382.5 图4示出了本专利技术的将热能转化为机械能的转化装置，具体为根据本专利技术的优选实施方式的斯特林循环外燃发动机。环的参考点的图形表示；图6示出了本专利技术的优选实施方式的整体斯特林循环发动机的容 积以及每个气缸的容积的变化的图形表示；学循环过程中的压力和温度的变化的图形表示。专利技术的优选实施方式已经述及，将考虑附图对本专利技术进行详细地描述。因此，在图1中可以看到本专利技术的、用于将热能转化为机械能的 系统(1 )包括源于太阳(6)的辐射(5)的聚集装置(2)，其位于 给定焦点；具有温室效应的收集装置(3);源自收集装置(2)的太阳 辐射(5')的接收器和累积器，其用于累积热能；以及转化装置(4)， 其将热能转化为机械能。接着，源自转化装置(4)的机械能可通过采 用将机械能本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于将太阳能转化为机械能或电能（１）的系统，包括：　－聚集装置（２），将源自太阳（２）的太阳辐射（５）聚集在给定的焦点（７）；　－收集装置（３），用于接收和累积源自所述聚集装置（２）的太阳辐射（５′）以累积热能；以及　－转 化装置（４），将累积在所述收集装置（３）中的所述热能转化为机械能。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：何塞比森特加西亚奥尔蒂斯，何塞伊格纳西奥冈萨雷斯托莱多，
申请(专利权)人：何塞比森特加西亚奥尔蒂斯，何塞伊格纳西奥冈萨雷斯托莱多，
类型：发明
国别省市：ES[西班牙]