包括由絕緣材料制成的框架并用于菲涅爾聚光太陽能發(fā)電廠的太陽能接收器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能接收器及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚光太陽能發(fā)電(CSP)廠能夠利用太陽輻射產(chǎn)生能量。太陽輻射被聚集在包含太陽能吸收器的太陽能接收器上，其中載熱流體在太陽能吸收器中流動(dòng)。因而，載熱流體被加熱并可在熱力循環(huán)中充當(dāng)熱源。太陽輻射在太陽能吸收器上的聚集能夠達(dá)到高溫并由此實(shí)現(xiàn)了高的熱力轉(zhuǎn)換效率。
[0003]如專利US4069812，CN101706161和US2011/214668中所述，除太陽能吸收器外，太陽能接收器通常包含用于太陽能接收器的機(jī)械連接的實(shí)體結(jié)構(gòu)，以及限制熱損失和延長貯存的絕緣材料。
[0004]根據(jù)太陽輻射聚集在太陽能吸收器上的不同方式等其他特點(diǎn)，太陽能發(fā)電廠存在四個(gè)主要的類別。例如，聚光太陽能發(fā)電廠配有:拋物線槽型收集器、菲涅爾型線性集熱器、中央太陽能塔型系統(tǒng)或移動(dòng)聚焦拋物線型。
[0005]技術(shù)的發(fā)展的不同還在于傳輸載熱流體的方法和執(zhí)行熱力轉(zhuǎn)換的方法。例如所述發(fā)電廠可以使用蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)或斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0006]菲涅爾型太陽能發(fā)電廠包括設(shè)置在地面上的成排的反射鏡，所述反射鏡將入射輻射反射到太陽能接收器上。接收器的總長度從數(shù)百米到數(shù)千米不等。太陽能接收器通過金屬結(jié)構(gòu)被置于一定高度，該高度通常在7米到15米之間。
[0007]依照慣例并且如文獻(xiàn)US2009/0056703和FR2458032中所述，如圖1所示，菲涅爾型聚光太陽能發(fā)電廠的太陽能接收器I包括:
[0008]-沿著反射鏡的焦線設(shè)置的太陽能吸收器，載熱流體在其中流動(dòng)，
[0009]-防止從吸收器到外部的熱損失的熱絕緣體，
[0010]-支撐熱絕緣體和作為接收器的機(jī)械支撐的剛性金屬支撐結(jié)構(gòu)，
[0011]-反射鏡，稱為次級(jí)反射鏡，設(shè)置在吸收器的各側(cè)面以降低光損失，
[0012]-可選的附加絕緣系統(tǒng)，設(shè)置在吸收器和地面上的反射鏡之間，將吸收器與外部環(huán)境隔絕并從而限制因?qū)α鲗?dǎo)致的損失，同時(shí)使太陽輻射流通過；例如該系統(tǒng)是由玻璃面板構(gòu)成。
[0013]在專利FR2458032中，支撐結(jié)構(gòu)是具有內(nèi)部加固的圓柱形殼體。殼體厚度為2.8mm。其部分填充有熱絕緣體，例如巖棉、玻璃泡沫或二氧化硅。
[0014]絕緣體可以是固體的，致密的，模制的，或機(jī)器加工的絕緣體，其使得通過沿固體熱絕緣體設(shè)置的凹槽支撐太陽能吸收器。
[0015]在專利US2009/0056703中，太陽能吸收器由拱門、橋和梁形式的支撐結(jié)構(gòu)所支撐。熱絕緣體設(shè)置在這些不同結(jié)構(gòu)元件之間。例如它可以是由玻璃纖維、卷曲泡沫或玻璃棉構(gòu)成的。
[0016]這些太陽能接收器由大量的部件組成，因此需要相對(duì)長的裝配時(shí)間。為了具有好的彎曲強(qiáng)度以及避免因其自身重量下垂，該支撐結(jié)構(gòu)必須是堅(jiān)固的和輕的，但是另一方面，它通常是相當(dāng)高的，這增加了風(fēng)力載荷，會(huì)導(dǎo)致接收器的橫向運(yùn)動(dòng)并因而造成太陽能接收器變形，并且會(huì)在反射鏡上產(chǎn)生相當(dāng)大的陰影，降低聚光太陽能發(fā)電廠的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明的目的是改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，并特別地提出一種太陽能接收器，其結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、易于安裝并且能夠改善性能。
[0018]該目的傾向于由所附權(quán)利要求來實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0019]本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特征通過下面特定實(shí)施例的描述將變得更加顯而易見，特定實(shí)施例僅為非限定示例的目的且表示在附圖中，其中:
[0020]圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的太陽能吸收器的橫截面示意圖；
[0021]圖2、4和5為根據(jù)不同特定實(shí)施例的太陽能接收器的橫截面示意圖；
[0022]圖3和6為根據(jù)特定實(shí)施例的不同的制造步驟的太陽能接收器的三維立體示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]如圖2所示，用于菲涅爾型聚光太陽能發(fā)電廠的太陽能接收器I包含:
[0024]-太陽能吸收器2，其包含至少一個(gè)液體循環(huán)裝置用于使載熱流體在其中流動(dòng)，
[0025]-由第一絕緣材料制成的框架3，其構(gòu)造限定出太陽能吸收器2的殼體槽4，
[0026]-太陽能吸收器2與框架3的連接系統(tǒng)，
[0027]-完全覆蓋框架3外側(cè)表面的保護(hù)膜5，以便其位于框架3和太陽能吸收器2之間。
[0028]例如載熱流體可以是水。由于太陽輻射被集中在太陽能接收器I上，更特別地是在太陽能吸收器2上，載熱流體被加熱并可以作為熱力循環(huán)的熱源。通過反射鏡將太陽輻射集中在太陽能吸收器2上。載熱流體在循環(huán)裝置中流動(dòng)。該裝置可以是管道或者導(dǎo)管，例如是圓柱形。根據(jù)另外一實(shí)施例，導(dǎo)管的截面可以是方形或者另外一種更復(fù)雜的形狀。有利地，該裝置在整個(gè)接收器的長度上為密閉的，以使得流體在流動(dòng)中無任何材料損失，并且有利地，該裝置由在流體流動(dòng)時(shí)使熱損失最小化的材料制成。
[0029]框架指的是機(jī)架，一種由彈性材料制成的剛性支架，設(shè)計(jì)為支撐元件。框架能夠支撐其自身的重量和其所支撐單元的重量，即它不會(huì)因其自身的重量和其所支撐單元的重量而下垂。
[0030]框架3優(yōu)選的由第一熱絕緣和剛性材料制成。剛性指的是具有結(jié)構(gòu)抗力功能的材料，即其斷裂模量大于IMpa。斷裂模量的測(cè)量依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NFEN993-6:1995中描述的方法。
[0031]剛性材料在只有其自身重量的作用下不會(huì)變形，或者幾乎不變形，即該框架的初始形狀的變形度不會(huì)超過5%，例如能夠通過框架的下垂度來測(cè)量變形度。
[0032]框架3包含超過90%的至少一種斷裂模量超過IMpa的絕緣材料。框架3能夠支撐其自身重量、太陽能吸收器2的重量和保護(hù)膜5的重量。太陽能吸收器2懸掛在框架3上，并且保護(hù)膜5由框架3支撐。
[0033]優(yōu)選地，該第一絕緣材料的熱膨脹系數(shù)在2ppm/K?12ppm/K的范圍內(nèi)，更特別地，在2ppm/K?4ppm/K的范圍內(nèi)。有利地，框架3即使處在太陽輻射的聚焦不佳時(shí)也僅有微小的膨脹，也就是說，即使太陽輻射沒有被集中在太陽能吸收器2上，而是集中在框架3上，后者也幾乎不會(huì)膨脹。有利地，框架3可以承受高于500°C的溫度，而其機(jī)械性能不會(huì)衰退。優(yōu)選地，框架3的材料在高達(dá)500°C下的熱導(dǎo)率小于0.2ff/m.K。
[0034]優(yōu)選地，該第一熱絕緣材料為耐火材料。
[0035]更優(yōu)選地，該材料為鍛造絕緣耐火材料。成形的絕緣耐火材料(標(biāo)準(zhǔn)NFEN1094-2:1998)指的是該鍛造產(chǎn)品根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN1094-4具有至少45%的總孔隙度。這樣的孔隙度使得剛性材料能夠獲得好的熱絕緣性能。
[0036]有利地，框架3由耐高溫的耐火材料制成。高溫指的是高于500°C的溫度。例如，該材料可以由蛭石基底材料形成。例如，這種材料可以通過鑄造或者擠壓來獲取。
[0037]優(yōu)選地，該耐火材料具有由Ca0、Si02、Mg0、Na20、K20、Al203形成的基底。這些材料呈現(xiàn)低密度以便于具有很低的熱導(dǎo)率和輕的重量，同時(shí)具有足夠的強(qiáng)度。優(yōu)選地，框架3由二氧化硅和鈣形成的基底制成。
[0038]更優(yōu)選地，框架3由硅酸鈣制成，即由超過85%的CaO和S12組成。該框架可以含有低于1%的Al203、Fe203、Mg0、Na20和K20。特別是由丹麥公司Skamol提出的產(chǎn)品Skamotec225符合這些有利的性質(zhì)。
[0039]有利地，硅酸鈣具有低的密度或相對(duì)密度，使得太陽能接收器I的重量得以減輕同時(shí)能獲得剛性的框架。優(yōu)選地，其表觀密度小于300kg/m3，并且更優(yōu)選地，小于或等于250kg/m3o
[0040]有利地，硅酸鈣基底材料可以通過擠壓來生產(chǎn)，從而能夠獲得大長度的框架，例如大于5米。
[0041]優(yōu)選地，由蛭石基底或硅酸鈣基底形成的材料在300°C下的熱導(dǎo)率在0.05W/m.K?0.15W/m.K的范圍內(nèi)。選擇在300°C下熱導(dǎo)率在0.05W/m.K?0.llW/m的范圍內(nèi)的硅酸鈣基底材料，更優(yōu)選地，選擇在0.05ff/m.K?0.08ff/m的范圍內(nèi)的硅酸鈣基底材料。由蛭石基底或硅酸鈣基底制成的材料，除了它們的機(jī)械性能外，表現(xiàn)出與傳統(tǒng)絕緣棉相當(dāng)?shù)膬?yōu)良的絕緣性能。
[0042]根據(jù)一個(gè)特定實(shí)施例，框架3包含由第一材料制成的單個(gè)元件。根據(jù)另一特定實(shí)施例，如圖3所示，框架3包含由第一材料制成的多個(gè)疊加元件。例如，框架3包含由第一熱絕緣材料制成的第一元件3a和由第一熱絕緣材料制成的第二元件3b，所述第一元件和第二元件嵌入在保護(hù)膜5中。有利地，多個(gè)元件的使用使得可以使用標(biāo)準(zhǔn)磚尺寸。
[0043]由單個(gè)或多個(gè)由第一材料制成的元件組成的框架3，具有伸長的形狀。伸長指的是，為了形成吸收元件的殼體槽4，框架3可以是截圓柱體形狀，只要涉及到其橫截面。該橫截面可以具有任何合適的形狀，該形狀也可以是截六邊形的橫截面以形成吸收單元的殼體槽4。該凹槽使得