[发明专利]用于聚集太阳热能的方法及系统

说明书

技术领域

交叉引用

本申请要求于2009年10月7日提交的美国临时申请序列号61/249,280，标题为“太阳热能的大规模收集与聚集的系统及方法”的自申请日权益，其全部披露内容特此通过引用而结合到本披露中。

技术领域

本发明性主题物涉及一种太阳热能聚集系统，并且更加具体地涉及在一个太阳热能聚集系统中围绕一个中央接收器定位的定日镜阵列的一种安排和控制。

背景技术

一种用于大规模收集和聚集太阳能的现有方法是使用多个定日反射镜来将太阳的光线反射到一个中央接收器上。通过利用多个定日反射镜，每一个定日反射镜都反射到一个共用的点上，实现了太阳能的聚集。

在多种已知系统中，多个定日反射镜可以处于包围高塔的一个固定位置中。这些反射镜表面典型地地被控制在两个运动自由度上，以便相对于高塔对反射镜的表面进行定位。每个定日反射镜具有一个控制系统，这个控制系统追踪太阳相对于这个中央定位的接收器的运动。该反射镜是在一个固定的基座上并且反射镜的反射表面是连续运动的以便保持日光从反射镜表面反射到这个接收器上。对这些定日反射镜进行定位的目的是将太阳的光线反射并且引导到一个指定的中央聚集点，已知为一个中央目标接收器或一个发电塔。为了实现这点，该定日反射镜要求一个反射镜的表面积、两个运动轴线、用于每个运动轴线的一个伺服电机、以及用于这两个轴线的位置计算以及运动控制的一个控制系统。

在一些安装中，该定日镜阵列在一个接收器周围环绕成一个完整的360度的区域。这是一种非常昂贵的安装，因为要构成该阵列和包围该接收器需要大量的定日镜。同样，由于太阳的位置在一整天内是改变的，在任何时间点，该阵列的一半以上因它们在阵列中固定的放置而具有非常低的性能。

其他安装已经尝试通过减少反射镜的数量来解决定日镜的成本问题。数量减少的反射镜是作为一个组群来控制的，其中该定日镜阵列是一个单一的可移动单元，它被定位在一条轨道上。该阵列于是在一个水平的运动平面上围绕该接收器同心地转动。在该阵列中的这些反射镜不仅是作为一个单一单元围绕该接收器来控制的，而且是作为一个单一单元围绕一条竖直轴线是可移动的以便相对于该接收器来转动它们的表面位置。这些安装对于具有离该中央塔一个大的半径的安装而言是不实用的。同样，反射镜的大弧形区段将不能以足够的准确度来瞄准该接收器。

此外，已知的同心设计没有始终考虑到对于围绕该中央接收器转动的完整的360°的要求。在全球实施中，尤其对于在北回归线与南回归线之间的纬度(其中包括对于太阳热能应用的大型全球市场领域)上的太阳追踪，已知的同心设计可能无法追踪太阳。对于这种特殊情况，太阳路径并不总是在南或在北的，而二者取决于当年的当天。事实上，太阳路径可以在该中央接收器的北面或南面并且可以在直接在头顶上方的一点处。没有阵列的整圈转动的能力，已知的同心设计在这个赤道带内就不会运行。

在太阳热能聚集系统中的另一个主要因素是这种安装的环境影响。在已知系统中，必要的是大面积的土地的并且土地必须专供太阳热能聚集这个唯一的目的。另外，对于安装的典型的地面准备涉及侵害性的平坡(grading)和平整做法，这些做法完全破坏了该地带的固有栖息地以及生态环境。此外，专用的区域是被该反射镜阵列永久覆盖的，从而限制地面暴露于由日光所提供的自然修复以及光照，这对环境造成负面影响。

对于一种太阳热能聚集系统及方法存在一种需要，这种系统及方法对于安装和维护而言是有成本效益的，完全利用了地球绕太阳轨道运行时的聚集可能性，并且对于环境具有最小的不利影响。

发明内容

一种太阳热能聚集系统，该系统具有一个接收器；一个轨道系统，该轨道系统具有围绕该接收器环形布置的多个同心轨道；一个定日反射镜的阵列，该定日反射镜的阵列被安排在该轨道系统上并且围绕该轨道系统可移动。该阵列被配置成基于一种余弦效率原理使反射镜面积最大化，并且一个控制器追踪太阳并且控制相对于该接收器的该阵列的位置并且保持该阵列与太阳相对。