[发明专利]带有由多个截段形成的集中器组件的太阳能收集器

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的太阳能收集器。

背景技术

所提及的类型的辐射收集器或集中器此外应用在太阳能发电站中。

至今由于光电池的还未克服的缺点未实现在该技术的运用中以几乎能收回成本的方式产生太阳能电流。而太阳能发电站已自一段时间以来以工业标准价格生产电，其(相对于光电池)接近以传统方式产生的电的现在通常的商业价格。

在太阳能发电站中太阳的辐射通过收集器借助于集中器来反射并且有针对性地聚焦到一点，在其中由此产生高温。集中的热量可被散发并且用于运行热机如涡轮，其又驱动产生电流的发电机。

现在使用三种基本形式的太阳能发电站：碟式Sterling系统、太阳能塔发电站系统和抛物形槽式系统(Parabolrinnensystem)。

碟式Sterling系统作为在直至每模块50kW的范围中的小的单元未普遍使用。

太阳能塔发电站系统具有中央的、提高地(在“塔”上)装配的吸收器，其用于由成百上千的各个镜子一起反射至其的阳光，因此太阳的辐射能应经由多个镜子或集中器被集中在吸收器中并且由此达到直至1300℃的温度，这对于后置的热机(通常是用于产生电流的蒸汽或流体涡轮发电站)的效率是有利的。在加利福尼亚的设备“Solar two”具有若干MW的功率。在西班牙的设备PS20具有20MW的功率。太阳能塔发电站(尽管有能够有利地达到的高温)至今同样无更大的普及。

然而抛物槽式发电站普及并且具有大量收集器，其具有带有较小横向尺寸的长的集中器，并且由此并非具有一个焦点，而是具有焦线。现在，这些线性集中器具有20m直至150m的长度。在焦线中伸延有用于集中的热(直至大约500℃)的吸收器管，其将热输送至发电站。作为输送介质例如可考虑导热油、熔融的盐或过热的水蒸汽。

传统的吸收器管利用复杂的且昂贵的结构来制造，以尽可能使热损失最小。因为输送热量的介质在管槽中循环，通过集中器集中的太阳辐射首先加热管而管然后加热介质，结果是，必要地大约500°C热的吸收器管与其温度相应地辐射热量。经由用于输送热量的介质的传导网(Leitungsnetz)的热量辐射可达到100W/m，传导长度在大型设备中至100km，使得经由传导网的热损失对于发电站的总效率非常重要，落到吸收器管上的热损失部分同样如此。

相应地，吸收器管路更加复杂地来构建，以便避免这些能量损失。由此远地蔓延的传统的吸收器管路构造为由玻璃包裹的金属管，其中，在玻璃与金属管之间存在真空。金属管在其内部中引导输送热量的介质并且在其外表面处设有覆层，其改善地吸收在可见范围中的入射光，但是对于在红外线范围中的波长具有较深的辐射率。包裹的玻璃管保护金属管免于被风冷却并且用作用于热辐射的附加电池。在此不利的是，包裹的玻璃壁部分地同样反射或者也吸收射入的集中的太阳辐射，这导致，减少反射的层被施加到玻璃上。

为了降低用于这样的吸收器管路的昂贵的清洁费用，但是也为了保护玻璃免于机械损伤，吸收器管路可附加地设有包围其的(不绝热或者很少绝热的)机械保护管，它虽然必须设有用于射入的太阳辐射的开口，但是此外相当可靠地保护吸收器管路。

这样的结构是复杂的且相应昂贵的，不仅在制造中而且在维护中。

在南加利福尼亚的9 SEGS-抛物形槽-发电站总共产生大约350MW的功率。2007年接入电网的发电站“Nevada Solar One”具有带有182400个弯曲的镜子的槽形收集器，其布置在140公顷的面积上并且产生65MW。在西班牙的Andasol 3自2009年九月开始建造，应在2011年运行，使得设备Andasol 1至Andasol 3将具有50MW的最高功率。

对于整个设备(Andasol 1至3)预期大约20%的峰值效率以及约15%的年平均效率。

如所提及的那样，对于太阳能发电站的效率的重要参数是通过收集器加热的输送介质(经由其从收集器运走所获得的热量并且用于转换成例如电流)的温度：利用更高的温度在转换时可获得更高的效率。在输送介质中可实现的温度又取决于所反射的太阳辐射通过集中器的集中度。集中度50表示，在集中器的聚热区域(Brennbereich)中每m²获得与由太阳射入到地表的一m²上的能量的50倍相对应的能量密度。

理论上最大可能的集中度取决于地面-太阳几何结构，即取决于从地面观察的日轮的张角。从0.27°的该张角得出，用于槽式收集器的理论上最大可能的集中因素为213。