[发明专利]非正交的太阳能集热器与太阳能热电联产

说明书

技术领域

本申请涉及太阳能应用领域。本申请尤其涉及非正交太阳能集热器和太阳能热收集和储存集成在一起的太阳能集热器。本申请还涉及使用一种以上太阳能集热器的热电联产系统。所述的太阳能热电联产系统就地并同时提供热力和电力给客户。

背景技术

太阳能集热器或集成了热收集和储存的太阳能集热器(以下它们被简单地统称为太阳能集热器)是太阳能热应用的基本设备。在一般情况下，太阳能集热器包括太阳能吸热元件，太阳能热传导/传输元件，和一个太阳能热汇聚元件。

太阳能集热器的一个典型例子是普通的平板太阳能集热器。一个带有太阳能吸热涂层的平板是太阳能热吸收元件。太阳能热传导/转移元件是一组的流体管或热管包括其中的流体，所述的流体管或热管连接到所述平板上或布置在所述平板中。热汇聚元件是一个较大的流体管或热管，它连接到所述的热传导/转移元件。这里的热传导/转移元件从太阳能热吸收元件吸收太阳能热并将其传送到热汇聚元件。

另一个例子是真空管太阳能集热器。一组带热吸收涂层的真空管是太阳能吸热部件。一组位于真空管内的热管或U形管(可能包括散热片)是太阳能热传导/传输元件。热汇聚元件是在真空管的一端较大的流体汇聚管。当真空管填充有储热材料(例如水或沙)但没有流体管(如热管，U形管等)时，所述真空管(包括填充材料)既是太阳能热吸收元件又是热传导/传输元件。用这种真空管的太阳能集热器是集成了太阳能热收集和储存的装置。

通常太阳能热传导/传输元件和太阳能热汇聚元件的轴之间的角度是正交的。这意味着该角度为90度。在运行中，所述太阳能热传导/转移元件或所述太阳能热汇聚元件的任一轴可能都平行于地球表面。在某些情况下这种传统的太阳能集热器工作得并不很好。

第一种情况是在热驱动流体自动循环系统，它在我们之前披露的专利或正在申请的专利中(如PCT/CA2009/001295，PCT/CA2009/001296和PCT/CA2009/001297)介绍过。在自动循环的系统中希望流体的流动是有坡度的。所以有必要设计一种非正交(也称为倾斜角)的太阳能集热器。在这种太阳能集热器中，所述的太阳能热传导/传输元件的轴线与地球表面的法线之间的角度是非正交的，并且该角度是大于95度或小于85度，并且所述太阳能热汇聚元件的轴线和地球表面的法线之间的角度也是非正交的，大于95度或小于85度。

太阳能集热器还包括将太阳能吸热和储热集成在一个设备中的太阳能集热器。这种集成的设备在我们的已公开专利申请(PCT/CA2012/00538)中介绍过。这种集热器的第一实施例是平板太阳能集热器。此收集器的太阳能吸热部件是一个平面储热箱的表面壁。它的第二个例子是用一个热存储罐的壁以吸收太阳能热量，并有透明罩。第三个例子将在本申请中予以披露。

此外，太阳能热发电已经引起越来越多的关注。其原因在于：1、太阳能热吸收材料的吸热效率提高和这种材料的单价减少。2、太阳能热可以被存储并用于在用电高峰时间发电。

目前许多现有的太阳能热发电项目都是规模大，温度高(超过300摄氏度)以及太阳能热收集和储存相分离。它们也远离用户中心，所以余热不容易被使用。此外，所分离的太阳能热收集和储存导致热的传输损失。许多现有的太阳能热发电系统的整体效率不是很高。

非正交太阳能集热器，集成了太阳能热收集和储存的太阳能集热器以及我们的其他创新技术提供一种可能性来开发一种热电联产系统。该系统可就地同时提供太阳的热能和电能给客户。该热电联产系统可以是小的，中等的或者大的规模。该系统可以在较低的温度，较低的压力下高效率地工作。它可以为工业，商业或住宅客户提供一体化的太阳能应用设备。它可以提供电力，热水，供暖和蒸汽。它也可用于一些以烹饪为目的的太阳能烹饪器具，它还可以是一个实用的能源需求管理计划中的能量存储元件，因为所有发电后的余热都可以被使用。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种非正交的太阳能集热器。

非正交太阳能集热器包括：一个太阳能吸热元件，太阳能热传导/传输元件，它与所述太阳能热吸收元件有紧密的热连接，用于会聚从所述太阳能热传导/传输元件转移来的太阳能热的太阳能热汇聚元件，所述太阳能热的传导/转移元件的轴线与地球表面的法线之间的角度是非正交的，例如大于95度或小于85度，所述太阳能热汇聚元件的轴线与地球表面的法线之间的角度是非正交的，例如大于95度或小于85度。

本发明的另一个方面，提供了一种将集热和储热集成在一个装置中的管形的太阳能集热器。