抛物槽集热器模块、抛物槽集热器模块单元以及太阳能热发电站的制作方法

【技术领域】

本发明涉及一种抛物槽集热器模块，其包括吸收体管，将太阳辐射聚焦到吸收体管的并具有反射器表面的抛物槽反射器，以及至少一个支撑装置，所述抛物面反射器在其上可枢转地安装。本发明进一步涉及一种具有多个抛物槽集热器模块的抛物槽集热器模块单元，以及一种具有多个抛物槽集热器单元的太阳能发电站。

背景技术：

太阳能热发电站使用太阳光的能量来加热热载体介质，其中所述热经常用于发电。光学集中器用于将太阳辐射聚焦到在热载体介质循环中的吸收器上。光学集中器是太阳能热发电厂最大的投资项目，并且对它们的效率具有决定性的影响。

已知的太阳能热发电站包括沟槽集热器。沟槽集热器包括一种具有沟槽横截面的伸长的集热器结构。典型的孔径开口为5-7m。个别的沟槽集热器模块也被称为“太阳能集热器元件”(sce)，具有大约12m的长度。多个这样的模块组合成沟槽集热器单元，它们通常面向南/北方向。一个单元的模块通常枢转在一起，以便抛物槽反射器能够跟踪太阳的位置。模块的重力轴的中心，即模块的旋转的轴，位于抛物线的顶点附近并因此距离吸收体管一定距离。因此，吸收体管通常在枢转期间被引导。为了使这成为可能，吸收体管通过特殊的吸收体管支架直接连接至抛物面反射镜或者抛物面反射镜的支撑结构。因此，在两个独立的可移动的沟槽集热器模块之间需要柔性的吸收体管连接器，这些连接器通过所谓的球接头连接线或旋转接头连接线实现。这种连接线结构复杂并且成本相对较高。进一步地，柔性的吸收体管连接器造成压降和热损失。另外，抛物面反射器的支撑结构为了吸收吸收体管的巨大的重量力量必须是固体和稳定的。由于抛物面反射器是最大的投资项目，这些抛物面反射器的稳定结构导致投资成本的显著增加。

进一步地，因为热的原因，吸收体管通过太阳辐射的加热而膨胀。因此吸收体管支架必须补偿所述吸收体管的轴向伸长。为此通常提供通过铰链或弹簧片将吸收体管支架倾斜地连接到抛物面反射器。通过倾斜吸收体管支架，抛物面反射器与吸收体管之间的距离改变，使得如果吸收体管支架倾斜过多，吸收体管能够从抛物面反射器的焦点移出。因此，抛物槽集热器单元以及抛物槽集热器单元系列的最大长度受到限制。另外，集热器单元或者集热器单元系列的每个端部必须配备有补偿装置，以补偿吸收体管的轴向伸长。这些装置导致投资成本增加，并且也会进步一导致在操作期间的压力损失和热损失。

进一步地，在所谓的固定聚焦集热器中的抛物面反射器围绕吸收体管枢转是已知的。在这种集热器中，吸收体管不沿着枢转，使得在两个沟槽集热器单元之间的高成本吸收体管连接器可以省略。然而，吸收体管仍然通过吸收体管支架与抛物面反射器或者抛物面反射器的支撑结构直接相连，有关吸收体管支架的问题仍然存在。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供一种抛物槽集热器模块，一种抛物槽集热器单元，以及太阳能热发电站，在其中抛物槽集热器模块的投资成本减少，并且由于热和压力的损失的减少，实现更高的发电量。

根据本发明的一种抛物槽模块由权利要求1的特征限定。根据本发明的一种抛物槽集热器单元由权利要求14的特征限定。根据本发明的一种太阳能热发电站由权利要求16的特征限定。

在根据本发明的一种抛物槽集热器模块中包括吸收体管，将太阳辐射聚焦到吸收体管的并具有反射器表面的抛物面反射器，以及包括至少一个支撑装置，所述抛物面反射器在其上可枢转地被支撑，提供具有在垂直方向伸出到反射器表面的支撑头的支撑装置，所述吸收体管通过用形成直线导轨的直线轴承结构在其上被安装。因此本发明提供的吸收体管在支撑装置上被支撑，因此吸收体管的重量力量以及在操作期间热载体介质所包含的重量力量被支撑装置吸收。以这种方式，可以提供与抛物面反射器分离的吸收体管，从而降低了抛物面反射器的稳定性和固体性的要求。因为这样，抛物面反射器能够以较低的成本生产。通过提供形成直线导轨的直线轴承结构，当吸收体管被加热时可以无限制地扩张，因为吸收体管可以滑过对应于受加热影响所导致的伸长的直线轴承结构。以这种方式，即使在热膨胀下，吸收体管与抛物面反射器的反射面保持相同的距离并且避免复杂的倾斜结构。在抛物槽集热器模块中，有利地提供所谓的固定焦点结构是可能的，其中当抛物面反射器枢转时吸收体管不枢转。因此，在两个抛物槽集热器模块之间的高成本柔性连接器被省略。

支撑装置可以由例如塔架的支撑件形成。

吸收体管可以由在操作中通过热载体介质的内管和护套管组成。护套管对太阳辐射透明。在内管和护套管之间形成的间隙可以被抽真空。由于护套管和真空间隙热损失减少。

优选地提供抛物面反射器由围绕吸收管或围绕吸收体管以及直线轴承结构布置的径向轴承结构可枢转地被支撑。使用这种径向轴承结构，可以以简单的方式提供用于抛物面反射器的轴承结构，在该轴承结构中的旋转轴在吸收体管的中心轴上延伸，使得抛物面反射器围绕吸收体管枢转。吸收体管或者吸收体管以及直线轴承结构有利地通过径向轴承结构。特别地，可以提供吸收体管的内管和护套管都通过径向轴承结构。为此，支撑装置可以例如包括通过吸收体管或者吸收体管以及直线轴承结构通过的管段，径向轴承结构设置在管段的侧表面上。

通过这种径向轴承结构的设计，如果抛物槽集热器模块是长行模块的外部模块，有利地可以实现与吸收体管的连接，或者有利地实现吸收体管能够在相邻的抛物槽集热器模块处继续。

在本发明特别优选的实施例中，提供的支撑装置通过至少一个安装装置连接到至少一个吸收体管座，吸收体管座布置在位于所述反射器表面上方的吸收体管的部分处，并且形成在吸收体管的轴向方向上相对于吸收体管的可移位的吸收体管座。吸收体管座可以位于例如与本发明的抛物槽集热器模块相关联的吸收体管的中心。特别地，可以提供专门固定于安装装置以及吸收体管的吸收体管座。吸收体管的重量力量以及在操作期间热载体介质所包含的重量力量可以通过吸收体管座以及安装装置传递至支撑装置上，使得吸收体管防止由于自身的重量或热载体介质的重量而弯曲。通过对吸收体管的可移位的布置，确保了吸收体管的热膨胀是可能的。以这种方式，不需要在吸收体管与抛物面反射器之间的连接的更长的吸收体管也是可能的。吸收体管座可以与吸收体管的内管相连接，护套管在该位置处被中断。护套管部分可以在中断位置处被密封，以允许间隙抽真空。

具有将支撑装置与至少一个吸收体管座连接的至少一个安装装置的抛物槽集热器模块的设计具有独立的创造性方面，其也可以在不在支撑头上提供吸收体管的直线轴承结构来实现。

优选地，提供固定在直线轴承结构上方的支撑头的安装装置。因此，支撑头可以垂直地向上延伸远超出吸收体管，使得安装装置能够有利地导向吸收体管支架，其中吸收体管的重量力量以及在操作期间热载体介质所包含的重量力量可以传递至支撑头并因此传递至支撑装置。

在这方面可以提供安装装置是张紧装置，例如绳、杆、链或者缆绳。因此，安装装置形成用于吸收体支架的支撑。这里，张紧装置可以布置在垂直吸收体管平面内，即在垂直方向延伸穿过吸收体管的中心轴的平面。作为替代，可以提供两个分别相对于吸收体管平面以锐角延伸的张紧装置。以这种方式，可以实现吸收体管支架的横向稳定性，使得在热膨胀期间防止吸收体管横向弯曲。

在本发明的优选实施例中，提供具有沿吸收体管的轴向方向延伸的直线轴承结构导轨的直线轴承结构，其中与吸收体管连接的滑架在直线轴承结构导轨上被引导。特别地，滑架可以与吸收体管的内管相连接。以这种方式，可以以结构简单的方式提供直线轴承结构。这里，可以提供滑架在直线轴承结构导轨上滚动或滑动。特别地，可以提供滑架悬挂在直线轴承结构导轨中，使得吸收体管在直线轴承结构导轨下方被引导并且通过滑架从直线轴承导轨悬挂。因此，吸收体管的重量力量以及在操作期间热载体介质所包含的重量力量能够有利地传递至支撑装置。

优选地，提供包括沿吸收体管的轴向方向延伸的吸收体管安装导轨的吸收体管座，其中滑架沿着吸收体管安装导轨被引导，滑架与吸收体管相连接，例如内管。因此，吸收体管座可以以类似直线轴承结构的方式形成。在本实施例中，安装装置将吸收体管安装导轨与支撑装置相连接。吸收体支架的滑架在吸收体管安装导轨上滚动或滑动。

还可以提供吸收体管安装导轨由连接到支撑装置的多个安装装置支撑。安装装置以间隔的连接点固定到吸收体管安装导轨，使得安装装置相对于导轨以不同的角度延伸。以这种方式，可以实现相对长的吸收体管安装导轨。在本发明的一个实施例中，可以提供吸收体管安装导轨沿着抛物槽集热器模块的整个吸收体管长度延伸。这里，吸收体管安装导轨可以与直线轴承结构导轨相连接。因此，直线轴承结构也形成吸收体管支架，由此获得非常稳定的直线轴承结构，而吸收体管的热膨胀在任何方面都不受限制，因为吸收体管能够沿着直线轴承结构导轨或吸收体管安装导轨以准不受限制的方式移位。这里，在支撑装置的区域中，直线轴承结构导轨可以固定到支撑装置。沿吸收体管的整个管长度延伸的导轨，该导轨形成直线轴承结构导轨以及吸收体管安装导轨，也可以提供不直接固定于支撑的导轨，但是整个导轨由多个安装装置支撑。

吸收体管通常由护套管包围的内管组成，例如对太阳辐射透明的玻璃护套管。连接吸收体管与直线轴承结构导轨和/或吸收体管安装导轨的滑架可以例如直接与内管相连接，玻璃护套管在这个区域被中断和密封。

在本发明的优选实施例中，提供包括与抛物面反射器的支撑结构相连接的轴承结构壳体的径向轴承结构。以这种方式，抛物面反射器的可枢转的轴承结构能够以有利的方式实现，而抛物面反射器的重量传递至支撑装置。

在这方面，可以提供包括与轴承结构壳体相连接的支撑撑杆的支撑结构。支撑撑杆可以提供在例如抛物面反射器的端面处，并且可以将抛物面反射器的纵向侧面彼此连接。因此支撑撑杆沿着抛物面反射器的曲率的弦准延伸。

可以提供具有相对于吸收体管正交延伸的凹槽的支撑头，在该凹槽中布置有径向轴承结构，并且其包括在吸收体管的轴向方向延伸并且部分地穿过凹槽的通道管，其中径向轴承结构的径向轴承布置在通道管上。换句话说，通过径向轴承结构对抛物面反射器的支撑在通道管上实现。吸收体管或者吸收体管以及直线轴承结构通过通道管被引导。以这种方式能够提供特别稳定的径向轴承结构。在凹槽之上，从抛物面反射器传递至支撑装置的重量力量能够被集中地传递至支撑装置，因此形成有利的轴承结构。通过提供吸收体管被引导通过的通道管，并且提供在通道管上的径向轴承结构，进一步以简单结构的方式实现抛物面反射器能够围绕在吸收体管内延伸的旋转轴枢转。

这里，可以提供支撑撑杆穿过凹槽，并且特别地可以提供支撑撑杆置于布置在凹槽中的径向轴承结构上。因此，抛物面反射器的重量力量能够以有利的方式通过径向轴承结构传递至支撑装置。可以进一步提供凹槽在支撑撑杆上产生横向引导，因此避免传递至径向轴承结构的轴向力达到不允许的程度。

在本发明的一个实施例中，作为在支撑头中有凹槽的实施例的替代，可以提供包括固定于支撑头的径向轴承结构并且包括在径向轴承结构中被引导的空心轴的径向轴承结构，吸收体管或者吸收体管以及直线轴承结构通过空心轴被引导。这里，可以提供通过单独的支架支撑的直线轴承结构。进一步地，可以提供与空心轴相连接的支撑撑杆。

本发明还涉及一种抛物槽集热器单元，其包括本发明布置成一行的多个抛物槽集热器模块。在这方面提供包括由吸收体管形成的公共连续的吸收体管线的抛物槽集热器模块。公共连续的吸收体管线被理解为多个固定互联的吸收体管(其中除了护套管中可能的中断是不连续的)，其中内管通过例如法兰或焊接连接。因此，本发明允许提供具有完美连续的吸收体管线的抛物槽集热器单元。以这种方式避免了吸收体管的复杂连接，其另外用于连接两个相邻的抛物槽集热器模块，以吸收吸收体管的热膨胀或者补偿吸收体管与关联的抛物面反射器的枢转差异。

优选地，在本发明的抛物槽集热器单元中提供两个分别具有公共支撑装置的相邻的抛物槽集热器模块。因此相邻模块具有用于吸收体管组合成吸收体管线的公共直线轴承结构。进一步地，相邻的抛物槽集热器模块的安装装置从两侧接合公共支撑装置。由于吸收体管所吸收的重量力量大体相同，沿吸收体管轴向方向从安装装置传递至支撑装置的力量在很大程度上相互抵消。因此，减轻了吸收重量力量所需的支撑装置的稳定性，使得支撑装置的稳定性要求也降低。

抛物槽集热器单元可以例如包括6到18个抛物槽集热器模块。优选地，抛物槽集热器单元包括14个抛物槽集热器模块。抛物槽集热器单元可以在单元中具有用于所有抛物槽集热器模块的公共驱动。

本发明还涉及一种具有布置成一行的根据本发明的多个抛物槽集热器单元的太阳能热发电站。这里，提供至少两个相邻的抛物槽集热器单元具有公共连续的吸收体管线。因此本发明避免了必须布置在常规太阳能热发电站的两个抛物槽集热器单元之间高成本装置，该高成本装置为了补偿吸收体管或吸收体管线的不同的枢转移动或热膨胀。压力损失和热损失因此减少。可以例如提供多个抛物槽集热器单元(例如6个单元)具有公共连续的吸收体管线。对于抛物槽集热器模块以及抛物槽集热器单元的典型尺寸，连续的吸收体管线可以是数百米的长度，例如甚至超过1000m，例如1008m。因此吸收体管线由多个吸收体管组成的连续管形成。由于在太阳能热发电站的每个抛物槽集热器单元中提供的直线轴承结构以及特别的吸收体管安装，能够容易地补偿连续的吸收体管线的热膨胀，对于长度大约为1000m的吸收体管线该膨胀可高达6m。在这样的设计中可以例如提供一行抛物槽集热器单元，为吸收体管线提供单个的固定轴承结构，例如在布置在行的末端的支撑装置处，使得在一个方向上发生热膨胀。在这种情况下，在抛物槽集热器单元行的另一个末端处，用于吸收体管线的长度补偿装置是必须的。当然，也可以将固定轴承结构布置在抛物槽集热器单元的行的中心处，在热膨胀时其中吸收体管线将从中心向两个方向伸长。在这种情况下，长度补偿装置必须在布置成行的抛物槽集热器单元的两端提供。长度补偿装置可以例如为向吸收体管或者吸收体管线施加张力的装置。还可以通过弹簧装置或通过两个导轮与吸收体管线连接的拉力形成同样的。施加到吸收体管的张力防止吸收体管在吸收体管的热膨胀期间横向弯曲。吸收体管线的端部与柔性连接线相连或与允许角位移的连接线相连。以这种方式，能够在对设备技术的努力不大下以结构简单的方式实现长度补偿装置。

根据本发明的抛物槽集热器模块和抛物槽集热器单元的设计甚至允许形成长度超过1000m的抛物槽集热器单元的行，例如高达2km。唯一的限制是在行的末端或行的两端处被吸收的吸收体管的长度补偿。

【附图说明】

下面将参照附图详细说明本发明。

在图中：

图1是根据本发明的一行抛物槽集热器单元的示意性透视图，

图2a示出了图1中吸收体管的直线轴承结构以及抛物面反射器的径向轴承结构的细节，

图2b示出了图1中吸收体管座的细节，

图3示出了根据本发明的抛物槽集热器模块的替代实施例，

图4示出了根据本发明的抛物槽集热器模块的第二替代实施例，

图5示出了在支撑装置处径向轴承结构的替代性实施例的细节，

图6是根据本发明的太阳能热发电站的长度补偿装置的示意图。

【具体实施方式】

图1以透视图示意出根据本发明的抛物槽集热器模块1。根据本发明的多个抛物槽集热器模块1可以如图1中所示布置成行。多个抛物槽集热器模块1(例如14个)形成抛物槽集热器单元100。由根据本发明的多个抛物槽集热器模块1形成的多个抛物槽集热器单元100可以布置成行。例如，根据本发明的6个抛物槽集热器单元布置成行形成根据本发明的太阳能热发电站的所谓抛物槽集热器。根据本发明的太阳能热发电站可以由以这种方式组装的多个抛物槽集热器组成。

通常，抛物槽集热器面向南/北方向。

根据本发明的每个抛物槽集热器模块1包括吸收体管3。通过具有反射器表面7的抛物面反射器5，能够将太阳能辐射反射到吸收体管3上。所述抛物槽集热器模块1具有两个支撑装置9，抛物面反射器5可枢转地支撑于其上。两个相邻的抛物槽集热器模块1共享支撑装置9。

相邻的抛物槽集热器模块1的吸收体管3连接到吸收体管线11中。

吸收体管3或者吸收体管线11通过形成直线导轨的直线轴承结构13安装在支撑装置9上。在图2a中详细示出了直线轴承结构13。

如图1中所示，支撑装置9具有在垂直方向上伸出到反射器表面7的支撑头9a。以这种方式，在反射器表面7上延伸的吸收体管3可以有利地安装在支撑头9a中。

直线轴承结构13由布置在吸收体管3上方并且与吸收体管3平行的直线轴承结构导轨15形成。滑架17在直线轴承结构导轨15上被引导，通过滚子在直线轴承结构导轨15上滚动。吸收体管3与滑架17相连接，并且通过滑架17从直线轴承结构导轨15悬挂，使得吸收体管3悬挂在直线轴承结构导轨15的下方。

支撑头9a具有沿与吸收体管3正交方向延伸的凹槽19。径向轴承结构21布置在凹槽18中用于抛物面反射器5的可枢转安装。径向轴承结构21安装在支撑头9a的通道管23上。通道管23在吸收体管3的轴向方向延伸并穿过凹槽19。吸收体管3被引导穿过通道管23。进一步地，直线轴承结构13的直线轴承结构导轨15固定在吸收体管3内。通过这样的结构，以简单的方式提供直线轴承结构13到支撑头9a的固定，同时可以实现抛物面反射器5围绕旋转轴的可枢转的轴承结构，其与吸收体管3的中心轴一致。

径向轴承结构21具有与相邻抛物槽集热器模块1的抛物面反射器的支撑结构27相连接的轴承结构壳体25。为此，支撑结构27各自具有布置在抛物面反射器5的端面处的支撑撑杆29。这里，支撑撑杆29连接抛物面反射器5的纵向侧面。支撑撑杆29被引导穿过支撑头9a里的凹槽19并且在径向轴承结构21上方延伸。

如图1中所示，支撑结构27能够包括附加的撑杆31，以增加支撑结构的稳定性。为了清楚起见未在图2a中示出撑杆31。

支撑头9a中的凹槽19的尺寸使得在抛物面反射器5的枢转期间有足够的空间可用于附加的撑杆31以及支撑撑杆29。

为了承受吸收体管3的重量，抛物槽集热器模块1具有布置在吸收体管中心的吸收体管座33。吸收体管座33通过安装装置35与支撑装置9的支撑头9a相连接。安装装置35可以例如是绳索，使得吸收体管座33锚固在支撑头9a处。吸收体管座33在图2b中详细示出。吸收体管座具有在吸收体管3的轴向方向上延伸的吸收体管安装导轨37，导轨的端部各自具有用于安装装置35的接触点。吸收体管安装导轨37直线引导滑架17连接至吸收体管3。滑架17以与直线轴承结构13相同的方式在吸收体管安装导轨37上被引导。

使用吸收体管座33，吸收体管3能够独立于抛物面反射镜5安装。

从图2a和图2b中可以看出，吸收体管3由内管3a以及对太阳辐射透明的护套管3b形成。在操作中，通过内管3a提供热载体介质。

直线轴承结构13以及吸收体管座33的滑架17与内管3a相连接。护套管3b在该位置处被中断。为了能够对形成在护套管3b以及内管3a之间的间隙抽真空，在中断处密封护套管3b的部分。

直线轴承结构13以及吸收体管座33允许吸收体管3在轴向方向上的直线移动。因此，吸收体管3的热膨胀能够在不允许吸收体管3翘曲或弯曲的情况下发生。

图3示出了根据本发明的抛物槽集热器模块1的替代实施例。在该实施例中，支撑头9a的上端提供有与吸收体管3正交延伸的支架5b，多个安装装置35被固定在那里。因此保持装置35相对于延伸穿过吸收体管3的中心轴的垂直平面以一个角度延伸。因此，安装装置35从上方以及侧面接合吸收体管座33，使得作用在吸收体管3上的横向力也能够以有利的方式被安装装置35吸收。因此，在热膨胀期间能够防止吸收体管3侧向弯曲。

图4示出了根据本发明的抛物槽集热器模块1的第二替代实施例。在该实施例中，直线轴承结构导轨15沿吸收体管3的整个长度延伸，从而形成吸收体管座33的吸收体管安装导轨37。多个安装装置35将该导轨与支撑装置9的支撑头9a连接。这种设计的优点在于大量的抛物槽集热器模块1能够成行布置，这些模块具有由吸收体管3形成的公共吸收体管线11。由于形成吸收体管安装轨道37并且在整个距离延伸的直线轴承结构导轨15，与吸收体管3连接的滑架17能够任意移位，使得吸收体管3的热膨胀能够在任意长度发生。因此，可以使用长度为几百米的吸收体管线11，例如，其中能够发生几米的热膨胀。

图5示出了抛物面反射器5的径向轴承结构的替代实施例。在该实施例中，支撑撑杆29横向地被引导穿过支撑头9a。径向轴承39布置在支撑头9a处。径向轴承39可旋转地支撑在支撑头9a上的空心轴41。支撑结构27的支撑撑杆29固定在空心轴41处。

吸收体管3以及直线轴承结构导轨17被引导穿过空心轴41。在这种实施例中，直线轴承结构导轨17必须设计成具有能够被支撑装置35或者单个支架(未在图5中示出)支撑的长度。

图6示意性地示出了由多个抛物槽集热器单元100形成的集热器的端部。吸收体管线11以x距离突出超过最后的抛物槽集热器模块1。连接管43连接到吸收体管线11，该连接管允许吸收体管线11的长度变化。这可以例如通过连接管43的角度调节实现。

长度补偿装置45连接至连接管43，该装置通过绳索拉力47以及重量19在吸收体管线11上施加拉力。以这种方式，实现了在吸收体管11的伸长时，在线性方向上发生伸长并且不会发生吸收体管线11的弯曲。

使用根据本发明的抛物槽集热器模块1，能够形成稳定的并且能够以低成本制造的长度为几百米的集热器，因此能够省略例如球形接头的复杂连接。另外，由于能够提供连续的吸收体管线11，能够减少压力损失和热损失。