專利名稱：具有定日鏡場的太陽能中央接收器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于設(shè)計(jì)太陽能中央接收器系統(tǒng)的定日鏡場的方法以及一種具有定日鏡場的太陽能中央接收器系統(tǒng)，所述太陽能中央接收器系統(tǒng)由一個(gè)或多個(gè)接收器、形成定日鏡場的多個(gè)定日鏡和支撐結(jié)構(gòu)組成，所述多個(gè)定日鏡設(shè)置在優(yōu)選平整的總底面上，其中定日鏡具有可以圍繞兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸調(diào)整的反射器，所述反射器在太陽位置變化的情況下將太陽能射束反射到一個(gè)或多個(gè)接收器的目標(biāo)面上，其中目標(biāo)面是相應(yīng)接收器的開孔、熱吸收器或光伏吸收器，其中定日鏡具有第一旋轉(zhuǎn)軸以及與第一旋轉(zhuǎn)軸垂直的第二旋轉(zhuǎn)軸，定日鏡設(shè)置在裝配面上，其中第一旋轉(zhuǎn)軸相對于裝配面固定設(shè)置，并且第二旋轉(zhuǎn)軸相對于反射器固定設(shè)置，在所述支撐結(jié)構(gòu)上，所述一個(gè)或多個(gè)接收器相對于定日鏡場的地表面固定在上方。
背景技術(shù)：
接下來根據(jù)附圖1至附圖6解釋已知的太陽能塔式發(fā)電站或太陽能塔式系統(tǒng)的基本功能。圖1中示出由US 4 172 443已知的太陽能塔式發(fā)電站或太陽能塔式系統(tǒng)，所述太陽能塔式發(fā)電站或太陽能塔式系統(tǒng)具有塔120，在所述塔上裝設(shè)接收器110，定日鏡190將太陽能射束集中在所述接收器上。定日鏡場130由多個(gè)這種定日鏡190組成。在其他已知的塔中，甚至多個(gè)接收器可以裝設(shè)在一個(gè)塔上，如在EP 2000669 A2中所示的那樣。如在[I]中、尤其在第237ff頁上所示，由接收器集中的射束加熱熱載體介質(zhì)，通過所述熱載體介質(zhì)驅(qū)動渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)隨后通過機(jī)械耦合的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電流。如下所示，今天已知的太陽能塔式系統(tǒng)可以分類成四種太陽能塔式系統(tǒng)并且特征表示如下:
1.具有周圍的定日鏡場(遠(yuǎn)場)的太陽能塔式系統(tǒng)，見圖2中的俯視圖的原理圖示；
2.具有極性場的太陽能塔式系統(tǒng)，見圖3中的俯視圖的原理圖示；
3.在接收器下方具有定日鏡場的太陽能塔式系統(tǒng)(近場)，見圖4中的俯視圖的原理圖示和圖5中的透視 4.具有北場和南場的太陽能塔式系統(tǒng)，見圖6中的俯視圖的原理圖示。接下來更詳細(xì)地說明所提到的圖2至圖6。1.具有周圍的定日鏡場(遠(yuǎn)場)的太陽能塔式系統(tǒng)
大多數(shù)(商業(yè)的)太陽能塔式系統(tǒng)由在所有方位上環(huán)繞360 °確定方向的圓筒形接收器或倒截錐形接收器組成，所述接收器由中央塔保持并且由各個(gè)定日鏡190形成的定日鏡場130包圍，如在圖1中以及作為圖2的俯視圖所示的那樣。圓筒形接收器或倒截錐形接收器是具有外部吸收器的接收器，其中接收器的側(cè)面形成吸收器面。圖1中示出由US 4 172 443已知的太陽能塔式系統(tǒng)，其中圓筒形的接收器110在塔120上以接收器高度恥設(shè)置在定日鏡場130上方，所述接收器的圓筒形外殼形成吸收器面。圖2示出 具有以一間距包圍塔210的定日鏡場230的已知太陽能塔式系統(tǒng)的俯視圖的原理圖示。定日鏡場230具有環(huán)的形狀，其中支撐接收器210的塔220周圍的區(qū)域234是空的，也就是說，在區(qū)域234中沒有設(shè)置定日鏡。具有接收器的塔的位置通常不是在精確的中心，而是相對于定日鏡場向赤道方向移動，也就是說，在地球的北半球上向南而在地球的南半球上向北。圖2中，定日鏡場由遠(yuǎn)場組成。所述遠(yuǎn)場是定日鏡場-其與在下面進(jìn)一步定義的近場相區(qū)分-以一定的水平間距包圍塔和接收器，并且其反射器面密度e隨著與接收器的間距變大而減小。反射器面密度e被定義為定日鏡場的反射器面與定日鏡場的底面的比例。圖2中示出靠近接收器210的區(qū)域234，在所述區(qū)域中不裝設(shè)定日鏡。替代連續(xù)的圓筒形或連續(xù)的截錐形以及其它，接收器還可以由多個(gè)單接收器組成。如在圖1中所示，接收器高度/4被定義為具有外部吸收器的接收器的吸收器面的中心或空腔接收器的接收器開孔的中心與通過定日鏡場的定日鏡的反射器的中心限定的平面的豎直間距。接收器高度/4接下來也用作標(biāo)準(zhǔn)尺寸，借助于該標(biāo)準(zhǔn)尺寸來度量其他參量，例如定日鏡場參量。如在圖2、3、4和6中所示，定日鏡場的直徑島被定義為彼此相距最遠(yuǎn)的定日鏡的間距。

具有周圍的定日鏡場的太陽能塔式系統(tǒng)典型情況下具有:超過IOOm的接收器高度巧；以及具有超過8個(gè)接收器高度的直徑的定日鏡場，也就是說，Dh > 8 X錢r。例如在[2]中描述的Gemasolar太陽能塔具有140m的接收器高度爲(wèi)和約1200m的直徑外。例如在[3]中描述的Solar-Reserve的太陽能塔具有接收器高度"K=182.88m￠00英尺)和^H=2600mo2.具有極性場的太陽能塔式系統(tǒng)
如在圖3中具有極性場的太陽能塔式系統(tǒng)的俯視圖的原理圖示中可以看出，所述太陽能塔式系統(tǒng)僅僅在塔320和接收器310的極性側(cè)上一在地球的北半球上指向北的方向上而在南半球上指向南的方向上一有定日鏡場330，并且如EP 2000669 A2中所示，所述太陽能塔式系統(tǒng)在塔320上具有一個(gè)或多個(gè)朝向定日鏡場定向的接收器310。因此，如具有周圍的定日鏡場的太陽能塔的遠(yuǎn)場那樣，極性場的反射器面密度e隨著與接收器的間距增加而增加。具有極性場的太陽能塔式系統(tǒng)典型情況下具有50m至150m的接收器高度并且具有直徑外約為五到六個(gè)接收器高度的定日鏡場，其中下式成立:
3 X 1 : < 1 < 7 X Hn 0例如在[4]中描述的“ JUlich太陽能塔”具有55m的接收器高度爲(wèi)和約300m的
定日鏡場直徑外。例如在[5]中描述的“PS10太陽能塔”具有巧=115 m的接收器高度和外=750m的直徑，所述“PS20太陽能塔”具有巧=165 m和外=1000 m。3.具有在接收器下方的定日鏡場的太陽能塔式系統(tǒng)(近場)
在20世紀(jì)60年代，第一個(gè)太陽能塔式系統(tǒng)由意大利的喬萬尼 弗朗西亞研發(fā)，其中定日鏡場位于向下取向的接收器下方并且在北、南、東、西方向上延伸。這一點(diǎn)在圖4中示出，其中定日鏡場430和接收器410的位置在俯視圖中可以看出。與上面提到的遠(yuǎn)場相反，該定日鏡場是近場，其中裝配具有恒定反射器面密度 的定日鏡。接收器510以懸掛的方式裝設(shè)在支架系統(tǒng)520上，如圖5所示。對于其他的實(shí)施，請見[I]中第238頁和US 4220140。從[I]中第238頁圖7.77可以推斷，由圓形定日鏡組成的定日鏡場具有相當(dāng)高的反射器面密度G,約60%，其是以矩形的定日鏡所無法實(shí)現(xiàn)的-對此見[8]中第706頁。喬瓦尼 弗朗西亞的太陽能塔式系統(tǒng)的反射器面密度G的更詳細(xì)的公開數(shù)據(jù)是未知的。由喬瓦尼.弗朗西亞研發(fā)的具有在接收器下方的定日鏡場的太陽能塔式系統(tǒng)典型情況下具有小于20米的接收器高度/4并具有直徑外小于兩個(gè)接收器高度/ 的定日鏡場，也就是說，％ < 2 X 如由[I]中第238頁上的圖7.77中可看出。更詳細(xì)的公開數(shù)據(jù)是未知的。4.具有南場和北場的太陽能塔式系統(tǒng)
另一種在[7]中描述的由公司Solar公司-主頁和辦公室地址見[6]-研發(fā)的太陽能塔式系統(tǒng)是具有周圍的定日鏡場的太陽能塔式系統(tǒng)和具有極性場的太陽能塔式系統(tǒng)的混合。如在圖6的俯視圖中可以看出，它由塔620以及北場631和南場632組成，具有兩個(gè)開孔的接收器610位于所述塔上，所述南場和北場一起幾乎完全包圍塔620，如周圍的定日鏡場那樣。在這種情況下，單個(gè)的接收器610有兩個(gè)開孔,一個(gè)朝向北場定向并且另一個(gè)朝向南場定向，如在[7]中更詳細(xì)描述的那樣。eSolar公司的太陽能塔式系統(tǒng)的定日鏡場的特點(diǎn)是整個(gè)定日鏡場的均勻反射器面密度6。見WO 2008/154521 Al。然而，eSolar公司的定日鏡場在以下方面區(qū)別于喬瓦尼.弗朗西亞的具有近場的太陽能塔式系統(tǒng):定日鏡場沒有位于接收器下方并且反射器面密度G小于50%。eSolar公司的具有北場和南場的太陽能塔式系統(tǒng)典型地具有約50m的接收器高度4并具有直徑外約為五個(gè)接收器高度的定日鏡場,也就是說，Dh = 5x Hr成立，如在[7]中更詳細(xì)描述的那樣 。用于太陽能塔式系統(tǒng)的其他已知的技術(shù)是大多使用的具有固定的豎直軸懸掛裝置(FVA)的定日鏡和已知的但大多沒有使用的具有固定的水平軸懸掛裝置(FHA)的定日鏡，根據(jù)圖7至圖10對此進(jìn)行解釋。具有固定的水平軸懸掛裝置(FHA)的定日鏡
在 WO 02/070966 AU WO 2008/092194 AU WO 2008/092195 Al 和[8]中描述具有固定的水平軸懸掛裝置(FHA)的定日鏡。具有FHA的定日鏡與常規(guī)的具有固定的豎直軸懸掛裝置(FVA)的定日鏡的區(qū)別在于這些反射器可以基于其懸掛裝置在其中自由運(yùn)動的空間體積。定日鏡具有第一旋轉(zhuǎn)軸和與第一旋轉(zhuǎn)軸垂直設(shè)置的第二旋轉(zhuǎn)軸并且設(shè)置在裝配面上，其中第一旋轉(zhuǎn)軸相對于裝配面固定設(shè)置并且第二旋轉(zhuǎn)軸相對于反射器固定設(shè)置。圖7中示出具有FVA的定日鏡的原理的由[8]已知的圖示。圖7a中示出具有FVA的定日鏡的原理并且在圖7b中示出示例性的矩形定日鏡并且在圖7c中示出所屬的空間體積，這些定日鏡的反射器可以在所述空間體積中基于懸掛裝置自由運(yùn)動。如在圖7a和圖7b中可以看出，在具有FVA的定日鏡中，與裝配面或底面固定連接的第一旋轉(zhuǎn)軸792是豎直的或與裝配面或底面垂直，而與第一旋轉(zhuǎn)軸垂直的第二旋轉(zhuǎn)軸793可圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸792運(yùn)動。圖7c中可以看出空間體積799，反射器可以基于懸掛裝置在所述空間體積中自由運(yùn)動。所述空間體積是筒狀體，其相應(yīng)于球體的層，其中這些面位于頂部和底部，即垂直于與裝配面固定連接的豎直的第一旋轉(zhuǎn)軸792。在WO 2008/092195 Al的圖13和所屬的解釋中，示出并解釋具有FVA的定日鏡和所屬的空間體積，這些定日鏡的反射器可以基于懸掛裝置在所述空間體積中自由運(yùn)動。在由[8]已知的圖8中示出，可以以什么間距裝配具有FVA的定日鏡890，而定日鏡890的反射器可以在其中自由運(yùn)動的空間體積899不重疊，以便避免定日鏡之間的碰撞。定日鏡的著名的制造商使用具有FVA的定日鏡。在具有FHA的定日鏡中，與裝配面固定連接的第一旋轉(zhuǎn)軸992與裝配面或底面平行，如在圖9a的系統(tǒng)圖示中可以看出。固定的水平的第一旋轉(zhuǎn)軸992在具有FHA的定日鏡中與底部固定連接，如在WO 2008/092194 Al和WO 2008/092195 Al中所示，而與第一旋轉(zhuǎn)軸垂直的第二旋轉(zhuǎn)軸993可以圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸992旋轉(zhuǎn)。如在圖9b中可以看出，具有FHA的定日鏡的反射器可以在其中自由運(yùn)動的空間體積999與具有FVA的定日鏡相同，然而旋轉(zhuǎn)了 90°，從而使與裝配面平行地固定連接的旋轉(zhuǎn)軸992垂直于筒狀體(Tonnenkoerper)的面。在WO 2008/092195 Al中的圖12和所屬的解釋中解釋具有FHA的定日鏡和所屬的空間體積，在所述空間體積中定日鏡的反射器可以基于懸掛裝置自由運(yùn)動。如在圖10中可以看出并由[8]已知，具有FHA的定日鏡可以成行地緊密裝配，而相鄰定日鏡1090的反射器可以在其中自由運(yùn)動的空間體積1099不重疊。在圖10中示出對于給定的反射器大小而·言理論上最大的反射器面密度，其中相鄰定日鏡之間沒有安全公差。此外，這些行彼此錯(cuò)開，以便盡可能緊密地裝配這些定日鏡?？梢钥闯?，相比于具有FVA的定日鏡，具有FHA的定日鏡能夠?qū)崿F(xiàn)更高的反射器面密度。如在[8]中的圖10中所示并從所屬的解釋中推導(dǎo)出，具有FVA的矩形定日鏡的最大可能的反射器面密度在理想情況下約為58%，而具有FHA的矩形定日鏡能夠?qū)崿F(xiàn)顯著更高的反射器面密度，理論上可達(dá)接近100%。如由[8]已知，當(dāng)每個(gè)反射器995在第二旋轉(zhuǎn)軸993的方向上比在與其垂直的方向上更長時(shí)，定日鏡場的理論上可能的最大反射器面密度G增加。在WO 02/070966 Al中的圖6和所屬的解釋中示出具有FHA的定日鏡的機(jī)械耦合。此外，已知不同的接收器技術(shù)、尤其是在圖11中示出的空腔接收器。接收器
如圖1中所示，操作如下接收器一其中側(cè)面是吸收器面，如已經(jīng)解釋的那樣。其他的接收器具有目標(biāo)面、即開孔或吸收器面，其面法線基本上在相同的方向上取向。圖11中可以看出由[9]已知的空腔接收器的橫截面。集中的太陽能射束通過開孔1111落在空腔接收器中并且在那里撞擊在吸收器1115上，在所述吸收器1115上供給熱載體介質(zhì)的熱量。在所示的系統(tǒng)中，熱載體介質(zhì)是空氣，其通過入口 1117進(jìn)入接收器并且在被加熱的情況下通過出口 1118離開接收器。此外，這類接收器具有玻璃圓頂1113，以便將空氣保持在接收器中。空腔接收器的原理也由專利文獻(xiàn)US 4 220 140或WO 2008/153922Al已知。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)、解決方案和優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明的任務(wù)是，建立一種太陽能中央接收器系統(tǒng)，其中可以更有效地使用定日鏡場。所述任務(wù)通過一種根據(jù)權(quán)利要求2的用于設(shè)計(jì)太陽能中央接收器系統(tǒng)的定日鏡場的方法和一種根據(jù)權(quán)利要求3的具有定日鏡場的太陽能中央接收器系統(tǒng)來解決。相應(yīng)地，所述一個(gè)接收器或所述多個(gè)接收器可以保持在定日鏡場之上，從而使定日鏡也可以直接裝設(shè)在接收器下方。在向下定向的接收器中，定日鏡在接收器下方的區(qū)域內(nèi)具有特別高的效率。通過裝設(shè)具有矩形反射器的定日鏡(其中第一旋轉(zhuǎn)軸與裝配面平行)、具有固定的水平軸懸掛裝置(FHA)的定日鏡，可以以非常高的裝配密度成行地(優(yōu)選在東-西方向上)裝設(shè)具有公共裝配面的定日鏡。由于使用矩形反射器(其中反射器在第二旋轉(zhuǎn)軸方向上比在與其垂直的方向上優(yōu)選更長)，邊長的比例越大，定日鏡行之間(優(yōu)選在北-南方向上)的間距降低得越多，如同在[8]中的圖10中所 示并從所屬的解釋中推導(dǎo)出來那樣。由此可能的是，在反射器下方的區(qū)域內(nèi)裝設(shè)多個(gè)反射器面密度e為e > 60%的定日鏡并且最佳地使用所述區(qū)域，在所述區(qū)域內(nèi)定日鏡具有特別高的效率。因此，如在權(quán)利要求14中列出的那樣，定日鏡場連續(xù)不斷地在北、東、南和西方向上延伸。隨著與所述區(qū)域的間距增大，效率下降。隨著定日鏡數(shù)量增加，在接收器上的輻射功率增加，但每一定日鏡的功率增加隨著每個(gè)額外的相應(yīng)效率較低的定日鏡下降。通過有效地使用接收器下方的區(qū)域(其位于定日鏡場的近場中)，相比于在具有周圍的定日鏡場的太陽能塔式發(fā)電站的情況下，為了實(shí)現(xiàn)在接收器上的相同輻射功率，需要整體上更少的定日鏡。定日鏡的成行裝設(shè)(權(quán)利要求2)能夠?qū)崿F(xiàn)近場中的高裝配密度(權(quán)利要求3)。在東-西-行(權(quán)利要求4)中的定日鏡是優(yōu)選的設(shè)計(jì)，其中這些行在北-南方向上的定向同樣有意義并且導(dǎo)致與在東-西方向上的定日鏡行幾乎相同的效率。在定日鏡的裝配面向總底面傾斜角度α的應(yīng)用中，定日鏡行在南-北方向上的定向?qū)τ诰哂泄潭ǖ臏?zhǔn)極軸懸掛裝置(FQA)的定日鏡是有意義的解決方案，通過所述解決方案可以在近場中實(shí)現(xiàn)同樣高的反射器面密度(權(quán)利要求6)。此外，類似的安裝系統(tǒng)還可以用于這種定日鏡的支撐系統(tǒng)，所述支撐系統(tǒng)被研發(fā)用于在太陽能園林中固定地安裝光伏模塊。此外，定日鏡的機(jī)械耦合的可能性(權(quán)利要求7)提供潛在的成本節(jié)約。存在不同的支撐結(jié)構(gòu)，以便將接收器保持在定日鏡場上方。在權(quán)利要求8中提到拱形系統(tǒng)，在權(quán)利要求9中提到桁架式支架(Sprengwerk)(三角形的支撐結(jié)構(gòu))，它們兩者具有支承靜態(tài)(stuetzende Statik),而權(quán)利要求10中的系統(tǒng)具有懸掛式繩索結(jié)構(gòu),其中這些底點(diǎn)同樣如在拱形和桁架式支架中那樣優(yōu)選地裝設(shè)在定日鏡場之外，從而使接收器懸掛在繩索系統(tǒng)上在定日鏡場之上。權(quán)利要求11中的支撐結(jié)構(gòu)基于塔式旋臂起重機(jī)的概念，其中支架或懸臂將接收器保持在定日鏡場之上。所述系統(tǒng)主要適合于其中接收器高度/4小于約70m的小型太陽能中央接收器系統(tǒng)。因?yàn)樵谛⌒拖到y(tǒng)中，常見的塔式旋臂起重機(jī)的支架的長度足以在接收器的背離赤道的側(cè)上定日鏡場之外具有底點(diǎn)，所以可以通過接收器的支撐結(jié)構(gòu)降低對定日鏡場的遮蔽。此外，塔式旋臂起重機(jī)的使用允許在三維中移動接收器(權(quán)利要求12)，如塔式旋臂起重機(jī)移動負(fù)載那樣，并且因此允許通過接收器的最佳的放置來提高定日鏡場的效率。接收器如此安裝在相應(yīng)的支撐結(jié)構(gòu)上，使得所述接收器安置在支撐結(jié)構(gòu)的局部下側(cè)上，從而使支撐結(jié)構(gòu)不阻斷由定日鏡場反射的射束(權(quán)利要求13)。在近區(qū)域內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)不變的高反射器面密度，然而，隨著與接收器間距的增大，必須以增大的間距來裝設(shè)定日鏡，以便避免定日鏡相互阻斷，也就是說，定日鏡不能夠?qū)⑻柲苌涫械囊徊糠址瓷涞椒瓷淦魃希驗(yàn)槠渌亩ㄈ甄R干擾并且因此阻斷至接收器的光程。雖然近場已經(jīng)將輻射功率的很大一部分傳遞到接收器上，但是仍需要遠(yuǎn)場(權(quán)利要求15)，以便在接收器高度巧超過IOOm的接收器上實(shí)現(xiàn)更高的、超過IOOMWth的輻射功率。但所述遠(yuǎn)場由于近場的功率而比在接收器高度/4超過IOOm的接收器上具有超過IOOMWth的輻射功率的其他太陽能塔式系統(tǒng)顯著更小，所述其他太陽能塔式系統(tǒng)具有遠(yuǎn)場作為周圍的定日鏡場而沒有近場。由此，這些系統(tǒng)包括具有大于六個(gè)接收器高度/4的顯著更大的直徑A1的定日鏡場。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的特殊性是以下可能性:研發(fā)具有超過IOOm的接收器高度的大型太陽能中央接收器系統(tǒng)，其直徑外小于6個(gè)接收器高度，如在權(quán)利要求17中所實(shí)施的那樣。這意味著，本發(fā)明不僅導(dǎo)致定日鏡的更有效使用而且導(dǎo)致底面的更有效使用。根據(jù)本發(fā)明的太陽能中央接收器系統(tǒng)以以下方式區(qū)別于目前為止已知的太陽能塔式系統(tǒng)I至4。1.具有周圍的定日鏡場的太陽能塔式系統(tǒng)
a.根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)具有在接收器下方延伸的近場，在其中裝設(shè)具有最高效率的定日鏡，所述近場對于如下定日鏡具有比60%更大的反射器面密度e:具有矩形反射器面的定日鏡以及具有固定的水平軸懸掛裝置(FHA)或固定的準(zhǔn)極軸懸掛裝置(FQA)的定日鏡。b.該定日鏡場是連續(xù)的并且不中斷，如同周圍的定日鏡場，其在塔周圍的區(qū)域內(nèi)有空白處，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)在那里具有效率最高的定日鏡。
`
c.根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)具有如下接收器，所述接收器具有向下取向的開孔或吸收器面，所述系統(tǒng)有利，不僅因?yàn)榭梢栽诮鼒鲋醒b設(shè)具有最高效率的定日鏡，而且還因?yàn)樵谙蛳鲁ㄈ甄R場取向的接收器中對流和福射損失最小化。d.該接收器以懸掛的方式安裝在定日鏡場之上延伸的支撐結(jié)構(gòu)上，這使得接收器向接收器下方的近場定向成為可能，這導(dǎo)致近場中定日鏡的更高效率。e.根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)刻在接收器的目標(biāo)面上輻射功率相同的情況下從更小的反射器面和更小的底面的意義上具有顯著更小的定日鏡場。2.具有北場的太陽能塔式系統(tǒng)
a.根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)具有在接收器下方延伸的近場，所述近場對于如下定日鏡具有比60%更大的反射器面密度e:具有矩形反射器面的定日鏡和具有固定的水平軸懸掛裝置(FHA)或固定的準(zhǔn)極軸懸掛裝置(FQA)的定日鏡。b.該定日鏡場從接收器出發(fā)在所有的方位上延伸。c.根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)具有如下接收器，所述接收器包括向下取向的開孔或吸收器面。d.該接收器以懸掛的方式安裝在定日鏡場之上延伸的支撐結(jié)構(gòu)上。3.具有在接收器下方的定日鏡場的太陽能塔式系統(tǒng)a.根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)除了具有近場之外還具有包括減小的反射器面密度e的遠(yuǎn)場，由此能夠?qū)崿F(xiàn)具有大于IOOm的接收器高度私和大于100 MWth的輻射功率的大型太陽能中央接收器系統(tǒng)。具有在接收器下方的定日鏡場的目前為止的太陽能塔式系統(tǒng)具有小于30m的接收器高度Hr并且不具有遠(yuǎn)場。b.根據(jù)本發(fā)明的太陽能中央接收器系統(tǒng)對于小于70m的小接收器高度私提供塔式旋臂起重機(jī)系統(tǒng)作為用于接收器的支撐結(jié)構(gòu)，所述塔式旋臂起重機(jī)系統(tǒng)在接收器的背離赤道的側(cè)上在定日鏡場之外具有其底點(diǎn)并且其接收器位置可以隨著太陽的位置而在直至三維中變化。c.根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)具有近場，所述近場對于如下定日鏡具有比60%更大的反射器面密度Cf:具有矩形反射器面的定日鏡和具有固定的水平軸懸掛裝置(FHA)或固定的準(zhǔn)極軸懸掛裝置(FQA)的定日鏡。在圖17中示出具有包括FHA的定日鏡和68%反射器面密度的近場的俯視圖并且在圖22中示出具有包括FQA的定日鏡和具有約71%的反射器面密度的近場的定日鏡場。4.具有南場和北場的太陽能塔式系統(tǒng)
a.根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)具有近場，所述近場對于如下定日鏡具有比60%更大的反射器面密度e:具有矩形反射器面的定日鏡和具有固定的水平軸懸掛裝置(FHA)或固定的準(zhǔn)極軸懸掛裝置(FQA)的定日鏡。b.根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)具有反射器面密度e減小的遠(yuǎn)場。c.根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)具有如下接收器，所述接收器包括向下取向的開孔或吸收器作為目標(biāo)面。d.該接收器以懸掛的方式安裝在定日鏡場之上延伸的支撐結(jié)構(gòu)上。

上述四種太陽能塔式系統(tǒng)中沒有一個(gè)具有對于如下定日鏡具有比60%更大的反射器面密度&的近場:具有矩形反射器面的定日鏡和具有固定的水平軸懸掛裝置(FHA)或固定的準(zhǔn)極軸懸掛裝置(FQA)的定日鏡。


在附圖中，各個(gè)圖中相同的參考標(biāo)記用于相同的情況，其中如果參考數(shù)字的最后兩個(gè)末尾數(shù)相同，則表示類似的情況。位于兩個(gè)末尾數(shù)字之前的數(shù)字表示相應(yīng)圖的編號。附圖中:
圖1示出具有定日鏡場的已知太陽能塔式系統(tǒng)的透視圖，所述定日鏡場由將太陽能射束集中在接收器上的多個(gè)定日鏡組合而成，所述接收器位于塔上(根據(jù)US 4 172 443的現(xiàn)有技術(shù))，
圖2示出具有周圍的定日鏡場的已知的太陽能塔式系統(tǒng)的俯視圖的原理圖示(現(xiàn)有技
術(shù))，
圖3示出具有極性場的已知的太陽能塔式系統(tǒng)的俯視圖的原理圖示，在這種情況下對于在北半球上的系統(tǒng)具有在接收器和塔以北的定日鏡場(現(xiàn)有技術(shù))，
圖4示出具有喬萬尼.弗朗西亞的已知的太陽能塔式系統(tǒng)的俯視圖的原理圖示，所述太陽能塔式系統(tǒng)具有在接收器下方的定日鏡場(現(xiàn)有技術(shù))，圖5示出具有在接收器下方的定日鏡場的已知的太陽能塔式系統(tǒng)的透視圖，所述接收器以懸掛的方式安裝在支架支撐結(jié)構(gòu)上(根據(jù)US 4 220 140的現(xiàn)有技術(shù))，
圖6示出具有南場和北場的已知的太陽能塔式系統(tǒng)的俯視圖(出自[7]和WO2008/154521 Al的現(xiàn)有技術(shù))，
圖7a)和b)各示出具有固定的豎直軸懸掛裝置(FVA)的已知的定日鏡的原理圖示并且圖7c)示出由自由運(yùn)動的反射器所需要的空間體積的透視圖(出自[8]和WO2008/092195 Al的現(xiàn)有技術(shù))，
圖8示出具有固定的豎直軸懸掛裝置(FVA)的定日鏡的裝配的俯視圖的原理圖示，所述定日鏡在避免重疊的空間體積的情況下具有最大反射器面密度(根據(jù)[8]的現(xiàn)有技術(shù))，圖9a)示出具有固定的水平軸懸掛裝置(FHA)的已知的定日鏡的原理圖示并且圖9b)示出由自由運(yùn)動的反射器所需要的空間體積的透視圖(出自[8]和WO 2008/092195 Al的現(xiàn)有技術(shù))， 圖10示出具有固定的水平軸懸掛裝置(FHA)的定日鏡的裝配的俯視圖的原理圖示，所述定日鏡在避免重疊的空間體積的情況下具有最大反射器面密度(根據(jù)[8]的現(xiàn)有技術(shù))，圖11示出由[9]已知的空腔接收器的橫截面，其中集中的太陽能射束通過開孔落在空腔接收器中并且在那里撞擊在吸收器上，在所述吸收器上供給熱載體介質(zhì)的熱量，
圖12示出具有固定的準(zhǔn)極軸懸掛裝置(FQA)的定日鏡的模塊的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的透視圖，所述定日鏡的模塊由各具有六個(gè)定日鏡的五組定日鏡、由支撐框架和支腿組成的公共支撐系統(tǒng)組成，其中與裝配面固定連接的第一旋轉(zhuǎn)軸與所述裝配面平行，所述裝配面在圖中通過支撐框架撐開并且向定日鏡場的總底面傾斜角度α，
圖13示出由具有固定的準(zhǔn)極軸懸掛裝置(FQA)的六個(gè)定日鏡組成的一組定日鏡的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的俯視圖，其中定日鏡的空間體積允許在所示的定日鏡組之內(nèi)緊密地放置這些定日鏡并且這些定日鏡的追蹤通過第一旋轉(zhuǎn)軸直接地機(jī)械耦合并且所述追蹤通過平行的第二旋轉(zhuǎn)軸1393通過共同的機(jī)械裝置機(jī)械耦合。圖14示出分別具有以懸掛的方式安裝的接收器的太陽能中央接收器系統(tǒng)的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的可能的支撐結(jié)構(gòu)的概觀，所述支撐結(jié)構(gòu)具有a)拱形的支撐結(jié)構(gòu)，b)桁架式支架(三角形支撐結(jié)構(gòu))，c)懸掛的繩索結(jié)構(gòu)和d)作為由豎直的支撐結(jié)構(gòu)和支架或懸臂組成的支撐結(jié)構(gòu)的起重機(jī)系統(tǒng)，接收器以懸掛的方式安裝在所述支架或懸臂上，
圖15a)示出空腔接收器的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的橫截面并且圖15b)示出空腔接收器的下側(cè)的透視圖，其中吸收器位于空腔內(nèi)，其中太陽能射束通過光學(xué)開口、開孔進(jìn)入空腔并且在那落到吸收器上，
圖16示出太陽能中央接收器系統(tǒng)的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的俯視圖，由具有FHA的定日鏡組成的所述定日鏡場劃分成近場和遠(yuǎn)場，其中近場在接收器下方延伸直至矩形的邊緣并且遠(yuǎn)場從近場的邊延伸直至定日鏡場的邊緣，
圖17示出圖16的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的俯視圖的放大的片段，用于示出近場中具有FHA的定日鏡的裝配，
圖18示出圖16的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的俯視圖的放大的片段，用于示出遠(yuǎn)場中具有FHA的定日鏡的裝配，其中間距不按比例并且η是在西-東方向上的定日鏡行的編號并且m是在南-北方向上的定日鏡行的編號，圖19示出定日鏡在東-西和南-北方向上的間距的圖表，所述間距取決于與接收器的間距，
圖20a)示出具有外部吸收器的接收器的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的橫截面并且圖20b)示出具有外部吸收器的接收器的下側(cè)的透視圖，其中吸收器是接收器的一側(cè)，
圖21示出四行分別是具有FQA的定日鏡的四個(gè)模塊的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的透視圖，其中以平行的東-西行裝配，
圖22示出包括具有FQA的定日鏡的太陽能中央接收器系統(tǒng)的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的俯視圖，其中每個(gè)點(diǎn)相應(yīng)于如圖13所示的定日鏡組，其中定日鏡場劃分為近場和遠(yuǎn)場，其中近場在接收器下方延伸直至矩形的邊緣并且遠(yuǎn)場從近場的邊延伸直至定日鏡場的邊緣，
圖23示出圖22的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的不按比例的俯視圖的放大片段，用于表示近場中具有FQA的定日鏡的裝配，其中模塊行在北-南方向上的間距為_在近場中相同，如同模塊行內(nèi)的定日鏡在東-西方向上的間距4_那樣，
圖24示出圖22的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的不按比例的俯視圖的放大的片段，用于表示遠(yuǎn)場中具有FQA的定日鏡的裝配，其中模塊行在北-南-方向上的間距馬隨著與接收器的間距而增加，如同模塊行內(nèi)的定日鏡在東-西方向上的間距那樣，其中在模塊內(nèi)定日鏡在東-西方向上的間距可以保持相同并且角度α隨著與接收器的間距而變大，由此在俯視圖中模塊行隨著與接收器的間距顯得不斷變窄，從而使馬^⑶)< /W糾1)并且Amdm(n) < AMoacnin* I),其 中η是模塊在西_東方向上的編號并且是模塊行在南_北方向上的編號，
圖25對于包括具有FQA的定日鏡的定日鏡場示出定日鏡在東-西方向和在北-南方向上的間距依賴于與接收器的間距的圖表，以及定日鏡場的各個(gè)模塊的角度α依賴于在北-南方向上與接收器的間距的圖示，其中正值意味著，旋轉(zhuǎn)軸如此傾轉(zhuǎn)，使得較高末端指向地極的方向，而負(fù)值意味著，旋轉(zhuǎn)軸的較高末端指向赤道的方向，
圖26示出具有定日鏡場和作為支撐結(jié)構(gòu)的塔式旋臂起重機(jī)的太陽能中央接收器系統(tǒng)的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的橫截面，其表示從[10]中推斷出，所述太陽能中央接收器系統(tǒng)由用于接收器的支架和豎直的支撐結(jié)構(gòu)以及由具有FHA的定日鏡組成的場組成，所述場由近場組成而無遠(yuǎn)場，其中，接收器的位置可以三維變化，
圖27示出具有定日鏡場的太陽能中央接收器系統(tǒng)的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的俯視圖，其中每個(gè)點(diǎn)相應(yīng)于定日鏡，并且塔式旋臂起重機(jī)作為支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)由豎直的支撐結(jié)構(gòu)和在定日鏡場之外以北的底點(diǎn)和支架組成，以便將接收器保持在定日鏡場之上，其中支架可以通過豎直旋轉(zhuǎn)軸的軸在豎直的支撐結(jié)構(gòu)中旋轉(zhuǎn)并且接收器可以沿著支架來回運(yùn)動，如示例性示出的那樣，其中接收器所位于的在定日鏡場的零點(diǎn)之上的位置是太陽在正午恰恰位于定日鏡場以南時(shí)的地點(diǎn)，而其他位置表示如下地點(diǎn):當(dāng)太陽在夏季早晨位于定日鏡場東北邊時(shí)。
具體實(shí)施例方式發(fā)明
本發(fā)明的目標(biāo)是，建立太陽能中央接收器發(fā)電站，其中可以更有效地使用定日鏡場。為此，由具有大于60%的均勻反射器面密度f的近場組成的定日鏡場優(yōu)選與遠(yuǎn)場組合，所述遠(yuǎn)場的反射器面密度G隨著與接收器的間距增加而減小。本發(fā)明還包括如下太陽能中央接收器系統(tǒng)，所述太陽能中央接收器系統(tǒng)僅僅由具有大于60%的均勻反射器面密度e的近場組成。遠(yuǎn)場的區(qū)域和近場中的高反射器面密度e通過使用具有矩形反射器和固定的水平軸懸掛裝置(FHA)的定日鏡或替代地通過使用具有矩形反射器和固定的準(zhǔn)極軸懸掛裝置(FQA)的定日鏡來實(shí)現(xiàn)。在 WO 02/070966 AUffO 2008/092194 AUffO 2008/092195 Al 和[8]中描述具有固定的水平軸懸掛裝置(FHA)的定日鏡。具有固定的準(zhǔn)極軸懸掛裝置(FQA)的定日鏡在本發(fā)明中第一次被描述。所述定日鏡場將太陽能射束集中到接收器上，所述接收器的目標(biāo)面、開孔、熱吸收器或光伏吸收器具有向下朝著定日鏡場取向的法線矢量，所述定日鏡場在接收器下方在北、東、南和西方向上延伸。接收器以懸掛的方式安裝在支撐結(jié)構(gòu)上，所述支撐結(jié)構(gòu)在定日鏡場之上延伸。該支撐結(jié)構(gòu)例如可以是拱(見圖14a)、桁架式支架(見圖14b)或具有多個(gè)底點(diǎn)的懸掛式繩索結(jié)構(gòu)(見圖14c)或具有支架或懸臂和底點(diǎn)的起重機(jī)系統(tǒng)(見圖14d)。理想地，這些底點(diǎn)位于定日鏡場之外，但也可以例如出于靜力原因位于該場之內(nèi)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)如下太陽能中央接收器系統(tǒng)，其具有超過IOOm的接收器高度H,、在接收器的目標(biāo)面上在設(shè)計(jì)時(shí)刻具有超過IOOMWth的輻射功率(通常，在夏至白天太陽時(shí)12點(diǎn)正午)和直徑4小于六個(gè)接收器高度見的定日鏡場大小。這意味著，本發(fā)明不僅導(dǎo)致定日鏡場的有效利用，而且導(dǎo)致底面的有效利用。

具有固定的準(zhǔn)極軸懸掛裝置(FQA)的定日鏡
用于具有高反射器面密度的定日鏡場的根據(jù)本發(fā)明的備選定日鏡是具有固定的準(zhǔn)極軸懸掛裝置(FQA)的定日鏡。具有FQA的定日鏡是具有FHA的定日鏡的改進(jìn)方案。圖12中示出具有固定的準(zhǔn)極軸懸掛裝置(FQA)的定日鏡的模塊1280，其中第一旋轉(zhuǎn)軸1292與該模塊的框架1285如此固定地連接，使得所述第一旋轉(zhuǎn)軸1292相對于總底面以圖12中所繪的角度α傾斜，所述模塊1280的支腿1287坐落(fussen)在所述總底面上。第二旋轉(zhuǎn)軸1293的位置與第一旋轉(zhuǎn)軸1292垂直并且隨著與其固定連接的反射器1295圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸1292運(yùn)動。因此，具有FQA的定日鏡是具有FHA的定日鏡的改進(jìn)方案，其中第一旋轉(zhuǎn)軸1292與其平行地固定連接的裝配面相對于總底面傾斜角度α。在此，傾斜的裝配面等同于圖12中通過模塊系統(tǒng)的框架1285所撐開的面。在圖12所示的優(yōu)選實(shí)施中，通過模塊框架1285撐開的裝配面圍繞著東-西軸相對于總底面傾轉(zhuǎn)并且第一旋轉(zhuǎn)軸1292在北-南方向上定向。通過圍繞著第一旋轉(zhuǎn)軸1292運(yùn)動，這些定日鏡主要跟蹤太陽在東-西方向上的日常進(jìn)程，而定日鏡通過圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸1293的運(yùn)動主要跟隨太陽的高度。在圖12的實(shí)施中，具有FQA和公共裝配面的每六個(gè)定日鏡分別構(gòu)成一個(gè)定日鏡組1283。五個(gè)這樣的定日鏡組借助公共的支撐系統(tǒng)構(gòu)成模塊。圖13示出由六個(gè)具有FQA的定日鏡1390組成的一個(gè)定日鏡組1383的俯視圖。定日鏡1390的空間體積1399允許在所示的定日鏡組內(nèi)緊密地放置這些定日鏡。定日鏡的反射器的追蹤可以通過第一旋轉(zhuǎn)軸1392耦合。同樣，圍繞平行的第二旋轉(zhuǎn)軸1393的運(yùn)動可以通過公共的機(jī)械裝置1394耦合。在圖12和圖13中所示的優(yōu)選實(shí)施中，具有公共裝配面的定日鏡組1283和1383成行裝設(shè)，從而使它們具有公共的第一旋轉(zhuǎn)軸1292和1392，從而使圍繞所述第一旋轉(zhuǎn)軸1292和1392的運(yùn)動機(jī)械耦合。反射器1295和1395的通過旋轉(zhuǎn)軸的定向來限定的空間體積1299和1399如在具有FHA的定日鏡中那樣允許行中的高裝配密度。以(um)所述角度α的公共裝配面和因此與其平行的第一旋轉(zhuǎn)軸的定向朝著地球圍繞其旋轉(zhuǎn)的地軸確定方向。在優(yōu)選實(shí)施中，在接收器的背離赤道的側(cè)上具有位置的具有FQA的定日鏡的第一旋轉(zhuǎn)軸與地軸基本上平行，也就是說，角度α具有與在該場所(Standort)上的地理緯度基本上相同的數(shù)值。在其他位置上，即其北邊或南邊，角度α更大或更小。隨著接收器到下一地極的間距增加，第一旋轉(zhuǎn)軸越來越向豎直線傾轉(zhuǎn)，也就是說，角度α將更大，而在定日鏡具有更接近赤道的位置的情況下，第一旋轉(zhuǎn)軸越來越向水平軸傾轉(zhuǎn)，也就是說，角度α將更小。在接收器的朝向赤道的側(cè)上，可以給出以下區(qū)域:在所述區(qū)域中裝配面和第一旋轉(zhuǎn)軸可以向另一方向傾轉(zhuǎn)。如此選擇定日鏡組的公共裝配面與其第一旋轉(zhuǎn)軸的角度α，使得在定日鏡組內(nèi)的相鄰定日鏡具有高裝配密度，而不相互遮蔽和阻斷。為此，如此選擇角度α，使得這些定日鏡在三月和九月在晝夜平分時(shí)在太陽時(shí)12點(diǎn)正午在運(yùn)行中基本上位于一個(gè)平面內(nèi)。包括具有FQA的定日鏡組的模塊以如此的間距裝設(shè)在北-南方向上，使得定日鏡相互的遮蔽和阻斷很小?！白钄唷币馕吨ㄈ甄R不能夠?qū)⑻柲苌涫械囊徊糠址瓷涞椒瓷淦魃?，因?yàn)槠渌亩ㄈ甄R干擾并且因此阻斷至接收器的光程，而“遮蔽”意味著，定日鏡遮蔽其他的定日鏡。定日鏡圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸1293和1393的運(yùn)動同樣可以機(jī)械耦合，但不是必須機(jī)械耦合。在圖13中，機(jī)械裝置1394的基本上線性的運(yùn)動能夠?qū)崿F(xiàn)定日鏡1390圍繞其第二旋轉(zhuǎn)軸1393的共同運(yùn)動。具有FHA的定日鏡的以類似方式的機(jī)械耦合在WO 02/070966 Al的圖6中和所屬的解釋中以類似形式表示。在圖12所示的優(yōu)選實(shí)施中，反射器1295具有細(xì)長的形狀，從而使長度L滅是寬度S a的至少兩倍。在·圖12的設(shè)計(jì)中，反射器1295甚至至少是寬度的6倍長
(Liici > 6 X SjK—tl。定日鏡的反射器可以是平坦的或沿著長度集中彎曲的。如在圖12中可以看出，由反射器的細(xì)長的形狀產(chǎn)生的空間體積能夠?qū)崿F(xiàn)在共同的模塊1280內(nèi)相鄰定日鏡行的高裝配密度。具有FHA的定日鏡的細(xì)長的矩形反射器的高裝配密度在[8]的圖10中示出。相同的關(guān)系也適用于具有FQA的定日鏡。
實(shí)施例實(shí)施例1
基于本專利文獻(xiàn)的太陽能中央接收器系統(tǒng)的示例性設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)有以下特征:
用于設(shè)計(jì)太陽能中央接收器系統(tǒng)的假設(shè):
設(shè)計(jì)時(shí)刻:6月21日，正午12點(diǎn)，太陽時(shí)。場所:緯度34° N,北緯(例如北非或南加州，USA)。假設(shè):在設(shè)計(jì)時(shí)刻直接正常輻射(太陽能輻射功率):1000W/m2。在設(shè)計(jì)時(shí)刻在接收器的目標(biāo)面上的輻射功率(熱功率單位兆瓦-MWth): 140MWth。
接收器
所使用的接收器是空腔接收器，如在圖15中所示，其中吸收器1515位于空腔1512中。太陽能射束穿過光學(xué)開口、開孔1511進(jìn)入空腔1512并且在那落到吸收器1515上，吸收器1515將太陽能射束轉(zhuǎn)化為熱量。吸收器1515還可以具有不同的形狀和結(jié)構(gòu)。開孔面的法線矢量ηκ向下指。Brns是矩形開孔1511在北-南方向上的寬度并且& -是矩形開孔1511在東-西方向上的寬度。對于空腔接收器的開孔1511的尺寸，如在圖15中所示，下式成立:
權(quán)利要求
1.用于建造太陽能中央接收器系統(tǒng)的定日鏡場的方法，所述方法包括以下步驟: a)其中，在第一步驟中，定義優(yōu)選平整的總底面上用于近場(1636;2236)的定日鏡(1790; 1290，1390)的裝配，所述近場具有反射器面密度P , P > 60%, 其中所述反射器面密度P被定義為所述定日鏡場的區(qū)域的整個(gè)反射器面與所述定日鏡場的同一區(qū)域的覆蓋底面的比例， 其中每個(gè)定日鏡具有可圍繞兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸(792，793; 992，993)調(diào)整的反射器(795; 995)，在太陽位置改變的情況下，所述反射器將所述太陽能射束反射到一個(gè)或多個(gè)接收器(1610; 2210)的目標(biāo)面上， 其中所述目標(biāo)面被構(gòu)造為相應(yīng)接收器的開孔(1511; 2011)或熱吸收器(2015)或光伏吸收器(2015)(圖15;圖20)并且所述接收器的所述目標(biāo)面的法線矢量向下、優(yōu)選垂直地朝所述定日鏡場取向(圖 14;圖15;圖20;圖26)， 其中每個(gè)定日鏡具有第一旋轉(zhuǎn)軸和與所述第一旋轉(zhuǎn)軸垂直的第二旋轉(zhuǎn)軸并且設(shè)置在裝配面上， 其中所述第一旋轉(zhuǎn)軸(792; 992)相對于所述裝配面固定設(shè)置并且所述第二旋轉(zhuǎn)軸(793; 993)相對于所述反射器(795; 995)固定設(shè)置， 其中，在每個(gè)定日鏡中，所述第一旋轉(zhuǎn)軸(992; 1292，1392)與所述裝配面平行地構(gòu)造(圖9;圖12，圖13)并且具有公共裝配面的定日鏡組成行地裝配，從而使相應(yīng)組中的所述定日鏡(1290，1390; 1790)的第一旋轉(zhuǎn)軸(992; 1292，1392; 1792)位于一條直線上、也就是說，彼此對齊， 其中每個(gè)定日鏡的反射器(995; 1295，1395; 1795)被構(gòu)造為矩形并且在所述第二旋轉(zhuǎn)軸(993; 1293，1393)的方向上優(yōu)選比在與其垂直的方向上更長，以及 b)其中一組或多組定日鏡(1283;1383)的所述公共裝配面可以分別向所述總底面傾斜取決于相對于所述接收器的位置的角度α (圖12)， 其中在第二步驟中，借助于與所述接收器(1610; 2210)的間距來確定所述定日鏡的位置，由此得出，具有相同反射器面密度ο的近場(1636; 2236)到達(dá)所述接收器的周圍多遠(yuǎn)，以及 所述遠(yuǎn)場(1638; 2238 )緊挨近場在哪里開始， 其中在所述遠(yuǎn)場中，在東-西方向上和在北-南方向上的間距如此大，以便進(jìn)一步避免所述定日鏡的相互阻斷或?qū)⑵浔３值眯。? 其中“阻斷”意味著，定日鏡至少部分地蓋住從相鄰定日鏡的所述反射器到所述接收器的目標(biāo)面的光程， c)其中在第三步驟中，將如下定日鏡用于所述定日鏡場:所述定日鏡在設(shè)計(jì)時(shí)刻或其他確定的時(shí)刻或時(shí)間間隔對所述接收器的目標(biāo)面上的輻射功率做出最大的貢獻(xiàn)， 其中所述定日鏡場至少由近場組成，并且根據(jù)在所述接收器的目標(biāo)面上所需要的輻射功率，也由遠(yuǎn)場組成， 其中，如果所述接收器高度Hs至少是100m，則存在遠(yuǎn)場并且所述定日鏡場的最大直徑Dh優(yōu)選比所述接收器高度Hr的六倍要小， 其中在第四步驟中，存在支撐結(jié)構(gòu)(圖14)，所述支撐結(jié)構(gòu)適合用于將所述接收器(1410)保持在所述定日鏡場之上已定義的位置上，其中所述支撐結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為i.拱(圖14a) ii.或桁架式支架(圖14b) ii1.或懸掛式繩索結(jié)構(gòu)(圖14c)， 其中所述三種支撐結(jié)構(gòu)1、ii和iii分別具有至少兩個(gè)底點(diǎn)，所述至少兩個(gè)底點(diǎn)優(yōu)選位于所述定日鏡場的外部區(qū)域中或在所述定日鏡場之外， iv.或具有支撐所述接收器(1410)的支架或懸臂(1422)的起重機(jī)狀支撐裝置(圖14d)，所述支架或懸臂在所述定日鏡場之上延伸， 其中所述起重機(jī)狀支撐裝置的一個(gè)或多個(gè)底點(diǎn)或者位于所述接收器的背離赤道的側(cè)上所述定日鏡場的外部區(qū)域中或者優(yōu)選地位于所述接收器的背離赤道的側(cè)上所述定日鏡場之外， 其中安裝在所述支架(2622，2722)上的接收器(2610，2710)的位置可以在直至三維中可變， 從而使對于特定的太陽位置對于在第三步驟中確定的定日鏡場設(shè)置所述接收器的不同位置，以便對于相應(yīng)的太陽位置提高所述定日鏡場的效率(圖26、圖27)。
2.一種具有定日鏡場的太陽能中央接收器系統(tǒng)，所述太陽能中央接收器系統(tǒng)包括: a)一個(gè)或多個(gè)接收 器(110)， b)構(gòu)成所述定日鏡場(130)的多個(gè)定日鏡(190)，所述多個(gè)定日鏡設(shè)置在優(yōu)選平整的總底面上，其中每個(gè)定日鏡具有可圍繞兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸(792，793; 992，993)調(diào)整的反射器(795; 995)，所述反射器在太陽位置變化的情況下將太陽能射束反射到所述一個(gè)或多個(gè)接收器的目標(biāo)面上，其中所述目標(biāo)面被構(gòu)造為相應(yīng)接收器的開孔(1511; 2011)或熱吸收器(2015)或光伏吸收器(2015)(圖15;圖20)， 其中每個(gè)定日鏡具有第一旋轉(zhuǎn)軸和與所述第一旋轉(zhuǎn)軸垂直的第二旋轉(zhuǎn)軸并且設(shè)置在裝配面上， 其中所述第一旋轉(zhuǎn)軸(792; 992)相對于所述裝配面固定設(shè)置并且所述第二旋轉(zhuǎn)軸(793; 993)相對于所述反射器(795; 995)固定設(shè)置，以及 c)支撐結(jié)構(gòu)(120)，在所述支撐結(jié)構(gòu)上將所述一個(gè)或多個(gè)接收器(110)固定在所述定日鏡場(130)的上方， 其特征在于， d)構(gòu)成具有平行的定日鏡行的定日鏡場(圖16;圖17;圖18;圖21;圖22;圖23;圖 24)， e)用于所述接收器的所述支撐結(jié)構(gòu)被構(gòu)造為在所述定日鏡場之上延伸的支撐結(jié)構(gòu)(圖 14)， f)在每個(gè)定日鏡中，所述第一旋轉(zhuǎn)軸(992;1292，1392)與所述裝配面平行地構(gòu)造(圖 9;圖 12，圖 13)， g)具有公共裝配面的定日鏡成行地裝配，從而使相應(yīng)組中定日鏡的第一旋轉(zhuǎn)軸(1292，1392; 1792)位于一條直線上、也就是說，彼此對齊(圖12，圖13;圖17)， h)每個(gè)反射器(995;1295，1395; 1795)被構(gòu)造為矩形，其中所述反射器在所述第二旋轉(zhuǎn)軸(993; 1293，1393)的方向上優(yōu)選比在與其垂直的方向上更長， i)所述接收器的目標(biāo)面的法線矢量向下、優(yōu)選垂直地朝所述定日鏡場取向(圖14;圖15;圖20;圖26)，以及 j)所述定日鏡場在所述接收器下方具有近場(1636; 2236)，所述近場具有反射器面密度P, P > 60%，其中所述反射器面密度D被定義為所述定日鏡場的區(qū)域的整個(gè)反射器面與所述定日鏡場的同一區(qū)域的覆蓋底面的比例。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能中央接收器系統(tǒng)，其特征在于，在所述近場(1636;2236)中，每行內(nèi)相鄰定日鏡的間距分別具有預(yù)先給定的第一間距并且相鄰行的間距在與其垂直的方向上彼此間具有預(yù)先給定的第二間距(圖17)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的太陽能中央接收器系統(tǒng)，其特征在于，所述定日鏡場的行在東-西方向上定向(圖17)或所述定日鏡場的行在北-南方向上定向。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能中央接收器系統(tǒng)，其特征在于，一組或多組定日鏡(1283; 1383)的所述公共裝配面分別向所述總底面傾斜取決于相對于所述接收器的位置的角度α (圖12)，其中具有公共裝配面并且具有平行的第一旋轉(zhuǎn)軸的數(shù)個(gè)定日鏡組在與所述第一旋轉(zhuǎn)軸垂直的行中分別被組合成模塊(1280，2180，2380，2480)并且多個(gè)模塊被組合成模塊行(2181，2381; 2481)(圖21、圖23、圖24)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2和5所述的太陽能中央接收器系統(tǒng)，其特征在于，在所述近場、在所述接收器下方的定日鏡場中，在每個(gè)模塊(2380)內(nèi)相鄰定日鏡組(2383)的間距分別具有預(yù)先給定的第一間距并且在與其垂直的方向上的相鄰模塊行(2181，2381)的間距彼此間具有預(yù)先給定的第二間距(圖23)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2和權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的太陽能中央接收器系統(tǒng)，其特征在于，所述定日鏡組(1283，1383)的所述第一旋轉(zhuǎn)軸如此機(jī)械耦合，使得所述定日鏡(1290，1390)具有公共的旋轉(zhuǎn)軸(1292，1392)(圖12，圖13)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2和權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的太陽能中央接收器系統(tǒng)，其特征在于，用于所述接收器的所述支撐結(jié)構(gòu)作為拱在所述定日鏡場之上延伸，其中所述拱的兩個(gè)或更多個(gè)底點(diǎn)優(yōu)選位于所述定日鏡場的外部區(qū)域中或所述定日鏡場之外(圖14a)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2和權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的太陽能中央接收器系統(tǒng)，其特征在于，用于所述接收器的所述支撐結(jié)構(gòu)作為桁架式支架，也就是說，作為三角形的支撐裝置在所述定日鏡場之上延伸，其中所述桁架式支架的兩個(gè)或更多個(gè)底點(diǎn)優(yōu)選位于所述定日鏡場的外部區(qū)域中或所述定日鏡場之外(圖14b)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2和權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的太陽能中央接收器系統(tǒng)，其特征在于，用于所述接收器的所述支撐結(jié)構(gòu)作為懸掛式繩索結(jié)構(gòu)在所述定日鏡場之上延伸，其中所述懸掛式繩索結(jié)構(gòu)的兩個(gè)或更多個(gè)底點(diǎn)優(yōu)選位于所述定日鏡場的外部區(qū)域中或所述定日鏡場之外(圖14c)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2和權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的太陽能中央接收器系統(tǒng)，其特征在于，用于所述接收器的所述支撐結(jié)構(gòu)作為具有支撐所述接收器的支架或懸臂的起重機(jī)狀支撐裝置在所述定日鏡場之上延伸，其中所述起重機(jī)狀支撐裝置的一個(gè)或多個(gè)底點(diǎn)或者位于所述接收器的背離赤道的側(cè)上所述定日鏡場的外部區(qū)域中或者優(yōu)選位于所述接收器的背離赤道的側(cè)上所述定日鏡場之外(圖14d)。
12.根據(jù)權(quán)利要求2和11所述的太陽能中央接收器系統(tǒng)，其特征在于，所述起重機(jī)狀支撐裝置的所述支架(2622，2722)可圍繞所述豎直軸旋轉(zhuǎn)，由此可以改變所述接收器(2610，2710)的位置，優(yōu)選所述接收器設(shè)置成可沿著所述起重機(jī)狀支撐裝置的所述支架(2622，2722)移動，由此還可以改變所述接收器(2610，2710)的位置，并且優(yōu)選地，所述接收器(2610，2710)的高度設(shè)置成可改變的(圖26，圖27)。
13.根據(jù)權(quán)利要求2和權(quán)利要求3至12中任一項(xiàng)所述的太陽能中央接收器系統(tǒng)，其特征在于，所述支撐結(jié)構(gòu)在其朝向所述定日鏡場的下側(cè)上在懸掛的裝置中支撐所述接收器(圖 14a-d;圖 26)。
14.根據(jù)權(quán)利要求2和權(quán)利要求3至13中任一項(xiàng)所述的太陽能中央接收器系統(tǒng)，其特征在于，所述定日鏡場在所述接收器下方并且圍繞所述接收器在北、東、南和西方向上延伸，其中構(gòu)成連續(xù)不斷的定日鏡場(圖16;圖22;圖26，圖27)。
15.根據(jù)權(quán)利要求2和權(quán)利要求3或4中任一項(xiàng)或權(quán)利要求7或14中任一項(xiàng)所述的太陽能中央接收器系統(tǒng)，其特征在于，所述定日鏡場除了具有所述近場之外還具有遠(yuǎn)場(1638)，在所述遠(yuǎn)場中，所述定日鏡之間的所述間距在東-西方向和北-南-方向上隨著與所述接收器的間距增加而增加(圖16;圖18)。
16.根據(jù)權(quán)利要求2和權(quán)利要求5至14中任一項(xiàng)所述的太陽能中央接收器系統(tǒng)，其特征在于，所述定日鏡場除了具有所述近場之外還具有遠(yuǎn)場(2238)，在所述遠(yuǎn)場中，隨著與所述接收器的間距增加，所述模塊行(2481)之間的所述間距在北-南-方向上增加，或在東-西方向上，在模塊 (2480)內(nèi)的所述定日鏡組(2483)之間的間距從一個(gè)模塊到下一個(gè)模塊增加(圖22;圖24)。
17.根據(jù)權(quán)利要求2和權(quán)利要求3至16中任一項(xiàng)所述的太陽能中央接收器系統(tǒng)，其特征在于，所述接收器高度Hs至少是IOOm并且所述定日鏡場的最大直徑^優(yōu)選比所述接收器高度辦的六倍要小。
全文摘要
本發(fā)明的目標(biāo)是，建立太陽能中央接收器發(fā)電站，其中可以更有效地使用定日鏡場。為此，由具有大于60%的均勻反射器面密度的近場(1636)組成的定日鏡場優(yōu)選與遠(yuǎn)場(1638)組合，所述遠(yuǎn)場的反射器面密度隨著與接收器的距離增加而減小。本發(fā)明還包括太陽能中央接收器系統(tǒng)，所述太陽能中央接收器系統(tǒng)僅僅由具有大于60%的均勻反射器面密度的近場組成。遠(yuǎn)場(1638)的區(qū)域和近場(1636)中的高反射器面密度通過應(yīng)用具有矩形反射器和固定的水平軸懸掛裝置(FHA)的定日鏡來實(shí)現(xiàn)，或替代地通過應(yīng)用具有矩形反射器和固定的準(zhǔn)極軸懸掛裝置(FQA)的定日鏡來實(shí)現(xiàn)。所述定日鏡場將太陽能射束集中到接收器(1610)上，所述接收器的目標(biāo)面、開孔、熱吸收器或光伏吸收器具有法線矢量，所述法線矢量向下朝著定日鏡場取向，所述定日鏡場在接收器下方在北、東、南和西方向上延伸。所述接收器(1610)以懸掛的方式安裝在支撐結(jié)構(gòu)上，所述支撐結(jié)構(gòu)在定日鏡場之上延伸。
文檔編號F24J2/54GK103250010SQ201180050641
公開日2013年8月14日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者菲利普·施拉梅克, J.馬斯 申請人:菲利普·施拉梅克