一种利用太阳能发电的系统与方法与流程

本发明涉及利用太阳能发电的装置。特别地，本发明涉及一种改进型的太阳能发电系统和方法。

背景技术：

背景描述包括可能有助于理解本发明的信息。背景描述不承认此处所提供的任何信息是现有技术或与本申请专利的发明相关，也不承认具体或隐含引用的任何出版物是现有技术。

太阳能是一种重要的、以太阳的光和热为表现形式的可再生能源。太阳能热电(电)发电系统收集和聚焦太阳光，产生发电所需的高温热能。这种发电机组系统在为偏远地区的电力设备提供电能方面特别有用，而(利用)这些地区的其他能源并不经济。

传统的太阳能发电装置包括多个相对较大尺寸的反射器，例如反射太阳辐射能量入射到太阳能接收器上的镜子。通常，太阳能接收器包括蛇形管，传热流体通过蛇形管循环并被加热。传热流体被输送到蒸汽发生单元，在该单元中，热能从传热流体交换到在单独的流体回路中循环的水以产生蒸汽。产生的蒸汽进入与发电机组耦合的汽。蒸汽推动汽轮机旋转，从而使发电机组产生电力。

然而，传统的太阳能热发电装置规模相对较大，不易在紧凑的空间内运行。而且，传统的太阳能热发电装置中，装有传热流体的接收器会向环境中散失热能，而当传热流体的温度超过环境温度时，能量损失通常会增加，这使得传统的太阳能热发电装置效率降低。

因此，本领域需要提供一种有效的太阳能发电系统和方法，以克服与传统太阳能热电装置相关的限制。此外，存在需要改进的技术，以提供一种高效且成本有效的、外形紧凑并且尺寸合适的太阳能发电系统。

在本文的说明和随后的整个权利要求书中，除非上下文另有明确规定，不定冠词和定冠词“a”、“an”和“the”的含义均包括复数。此外，如本说明书中所使用的介词“in”的含义包括“in”和“on”，除非上下文另有明确指示。

在某些实施例中，在书面描述和附加权利要求书中所提出的数值参数是可以根据某个特定实施例所要获得的期望属性而变化的近似值。在某些实施例中，应根据报告的有效数字的数量并通过应用普通舍入技术来解释数值参数。尽管提出了本发明的一些实施例的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实例中所述的数值被精确地报告为是切实可行的。在本发明的某些实施例中呈现的数值可以包含必然在其各自的测试测量中发现的标准偏差所引起的某些误差。

本文中对值范围的列举仅仅是为了作为一种速记方法，单独指代在该范围内的每个单独值。除非此处另有说明，否则每个单独的值都被并入说明书中，如同在此处单独列举一样。除非文中另有说明或文中另有明确矛盾之处，否则本文所述的所有方法均可按任何适当顺序执行。使用本文中提供的关于某些实施例的任何和所有示例或示例性语言(例如，“例如”)仅仅是为了更好地说明本发明，并且不对本发明的范围构成限制，除非有权利要求。本说明书中的任何语言都不应被解释为指示对本发明的实施必不可少的任何非权利要求之要素。

本文所公开的发明之替代元素或实施例的分组不应被解释为限制。各分组成员可单独或与本组其他成员或本文中所发现的其他要素的任何组合提及和提出权利要求。出于方便和/或专利性的原因，某个组中的一个或多个成员可以被包括在一个组中或从中删除。当出现任何这样的包含或删除时，本说明书被视为包含经修改的组，从而满足所附权利要求中使用的所有组的书面描述。

发明目的

本发明的目的是提供一种改进型的、利用太阳辐射产生电能的系统和方法。

本发明的另一个目的是提供一种外形紧凑和尺寸合适的改进型太阳能发电系统。

本发明的另一个目的是提供一种具有廉价外壳和支撑结构的太阳能发电系统。

本发明的另一个目的是提供一种热转换效率高的太阳能发电系统和相关方法。

本发明的另一个目的是提供一种简单且非常经济的太阳能发电系统和方法。

技术实现要素：

本发明若干方面涉及利用太阳能发电的系统和方法。在一方面，该太阳能发电系统包括至少一个放大镜，用于将入射到其上的太阳辐射聚焦到用于产生蒸汽的储水装置上，用于存储产生蒸汽的蒸汽包，所述蒸汽包具有与通道连通的出口，以允许蒸汽从蒸汽包流出，所述蒸汽包能够防止蒸汽倒流，并且汽轮机位于通道内，使得通过通道的蒸汽流推动汽轮机叶轮或风扇旋转，其中，发电机组与汽轮机进行操作耦合，使得汽轮机叶轮旋转驱动发电机组产生电能。

在一个实施例中，发电系统还包括可容纳至少一个大型放大镜、蒸汽包、单向通道和储水单元的外壳。在一个实施例中，所述外壳包括允许太阳辐射入射到至少一个或多个放大镜上的开孔。

在一个实施例中，至少有一个放大镜是从球形、椭圆形、圆柱形、三角形、立方形等组成的组中选择的形状的、水晶透明放大镜或水晶球放大镜。

在一个实施例中，储水单元操作性地与水源连接，以允许向储水单元供水，同时具有防止蒸汽/水回流的闸门或阀门。

在本实施例中，储水单元含有90％的水和10％的生成蒸汽，其余90％的生成蒸汽储存在蒸汽包中。

在一个实施例中，储水单元是由耐腐蚀金属合金制成的碗状容器。

在一个实施例中，发电系统还包括用于存储所产生电能的能量存储装置。

在一个方面，所提出的电能产生方法包括将水储存在储水单元中，使用高度聚焦的太阳光加热所储存的水，由至少一个大型放大镜聚焦在其上的太阳光通过入射太阳辐射加热水源而产生蒸汽的步骤，将产生的蒸汽储存在蒸汽包中，并将储存的蒸汽用于推动汽轮机叶轮或风扇。

在一个实施例中，汽轮机叶轮的旋转驱动发电机组产生电能/电力。

本领域技术人员在结合附图阅读下面的详细描述时，将进一步理解本发明的优点和卓越特性以及本发明的其他重要方面。

附图说明

附图是为了进一步理解本发明，并包含在本说明书中并构成本说明书的一部分。这些附图说明了本发明的示例性实施例，并与本说明书一起，用于解释本发明的原理。

在图中，类似部件和/或特征可能具有相同的附图标记。此外，同一类型的各种部件可以通过在附图标记后面跟随用于区分相似组件的第二附图标记来区分。如果本说明书中仅使用第一附图标记，则说明适用于具有相同第一附图标记的任何类似部件，而不考虑第二附图标记。

图1示出了根据本发明的一个实施例所提出的太阳能发电系统。

图2示出了根据本发明的一个实施例用于产生电能的建议方法的流程图。

具体实施方式

如果本说明书规定了部件或特征“也许”、“能够”、“可能”或“可以”被包括在内或具有某一特征，则不要求该特定部件或特征被包括在内或具有该特征。

下面将参考附图更全面地描述示例性实施例，附图中示出了示例性实施例。然而，本发明可以多种不同形式体现，且不应被解释为仅限于本文所述的实施例。这些实施例的提供使得本发明将是彻底和完整的，并且将本发明的范围完全传达给本领域的普通技术人员。另外，本文中叙述本发明实施例的所有陈述以及其具体示例，意在包括其结构和功能等同物。此外，此类等同物包括当前已知的等同物和将来开发的等同物(即，开发的用于执行相同功能的任何元件，无论其结构如何)。

本文中使用的各种术语如下所示。如果在权利要求中没有定义所使用的术语，则应当给出相关领域的人员所给出的最广泛的定义，该术语反映在印刷出版物和在提交发明申请时的专利文件中。

本发明的实施例涉及一种利用太阳辐射产生电能/电力的系统和方法。在一个方面，此处所公开的系统和方法利用太阳辐射所产生的热能来发电。在另一个方面，所提议的太阳能发电系统可以包括至少一个大放大镜，用于将入射到其上的太阳辐射聚焦到用于产生蒸汽的储水单元上，以及用于存储所产生蒸汽的汽包，所述蒸汽包具有与通道连通的出口以允许蒸汽从蒸汽包单向流出，以及位于通道内的汽轮机叶轮，使得通过通道的蒸汽流推动汽轮机叶轮或风扇旋转。

在一个实施例中，汽轮机叶轮可以与发电机组耦合，使得汽轮机叶轮的旋转驱动发电机产生电能。

在一个实施例中，所述发电系统还包括具有允许太阳辐射入射到至少一个大放大镜上的开孔外壳。在一个实施例中，所述外壳用于容纳至少一个大型放大镜、蒸汽包、通道、储水单元、蒸汽包和一个汽轮机。

在一个实施例中，至少一个大放大镜可以是从球形、椭圆形、圆柱形、三角形和立方形等组成的组中所选择形状的、水晶般清晰的放大镜。

在一个实施例中，储水单元可操作地与水源连接以允许向储水单元供水。在一个实施例中，储水单元可以是由耐腐蚀金属合金制成的碗状容器。

在一个实施例中，发电系统还可以包括用于存储所产生电能的能量储存装置。

在一个方面，所提出的产生电能的方法可以包括以下步骤：将水存储在储水单元中，使用聚焦的太阳光加热所存储的水，由至少一个大型放大镜聚焦在其上的太阳光通过入射太阳辐射加热水源产生蒸汽，将所产生的蒸汽推动旋转汽轮机叶轮或风扇，并使用汽轮机叶轮或风扇驱动的发电机发电。

图1是根据本发明的一个实施例所提出的太阳能发电系统。如图所示，所发明的太阳能发电系统(以下也称为发电系统)100可以包括至少一个大放大镜102，以将入射到其上的太阳辐射聚焦到储水单元104上，用于加热储水单元104中存储的水以产生蒸汽，用于存储生成的蒸汽的汽包106，具有与通道110连通的出口108以允许蒸汽从蒸汽包106流出，位于通道110内的汽轮机叶轮或风扇112，使得通过通道110的蒸汽流推动汽轮机叶轮或风扇112旋转。

在一个实施例中，所发明的系统100还可以包括耦合到汽轮机叶轮112的发电机组(未示出)。当耦合到转子的汽轮机叶轮或风扇112在蒸汽流过通道110的流量下旋转时，发电单元可包括转子和定子以产生电能/电能。

在一个实施例中，汽轮机叶轮或风扇112可以是再循环汽轮机叶轮或风扇、轴向汽轮机叶轮或风扇或切向汽轮机叶轮或风扇中的任何一个，并相应地根据通道110中蒸汽的流动定位。

在一个实施例中，太阳能发电系统100还可以包括容纳至少一个大型放大镜102、储水单元104、蒸汽包106、通道110、汽轮机叶轮112和发电单元的外壳114。所提议的系统100提供易于实现的紧凑形状和尺寸。

在一个实施例中，外壳114可以包括允许太阳辐射入射到至少一个大放大镜102上的开孔116。

在一个实施例中，至少一个放大镜102可以形状为选自球形、椭圆形、圆柱形、三角形和立方形组合的晶莹剔透的放大镜。至少一个放大镜102可以由玻璃、聚合材料等构成，以允许太阳辐射通过其中进入储水单元104以加热水。

在一个实施例中，储水单元104可以与水源连接以允许向储水单元供水(如图1中的箭头所示)。向储水单元供应的水可以从由海水、污水、淡水等组合中选择。

在一个实施例中，储水单元104可以是由顶部开口的、侧壁和底部限定的容器。储水单元104可以是由耐腐蚀金属和金属合金(例如不锈钢、镍合金、铜合金等)制成的碗状、矩形等形状容器中的任何一种。在另一实施例中，储水单元104的顶部可用盖子盖上。

在另一个实施例中，碗形容器的外壁表面可以做好保温以免热量散失。

在一个实施例中，储水单元104可以存储90％的水。

在一个实施例中，蒸汽包106可以包括与入口通道118连通的入口开口，以允许所产生的蒸汽从储水单元104流入蒸汽包106进行存储。在一个实施例中，蒸汽包106可以用来存储90％生成的蒸汽。

在一个实施例中，蒸汽包106可以与阀门(未示出)连接，以控制存储的蒸汽从蒸汽包106流入到通道(以下也称为出口通道)110。该阀可在开启位置和关闭位置运行，分别启动和停止储存蒸汽的流出。

在一个实施例中，蒸汽包106可以将生成的蒸汽存储到一定的压力限值，以增加存储蒸汽的压力，从而增加进入通道110的蒸汽流动压力。

在一个实施例中，出口通道110可以按照箭头指示的方向(如图1所示)将储存的高压蒸汽从蒸汽包106输送到汽轮机叶轮或风扇112，以特定速度(以转/分为单位)推动汽轮机叶轮或风扇112以驱动发电机组。

在一个实施例中，发电单元(在下文中也称为交流发电机)产生可存储在诸如多个电池的储能装置(未示出)中的电能。储存的电能可通过电线传输，供最终用户在目的地建构筑物(如住宅)中使用，或切换传输到传统电网(未示出)。

图2示出了根据本发明的一个实施例所提出的用于产生电能的方法的流程图。所提出的用于产生电能的方法200可以包括步骤：例如，在步骤202，将水存储在储水单元中。在步骤204，方法200可涉及使用聚焦的太阳光加热所存储的水，由至少一个放大镜聚焦的太阳光通过入射太阳辐射加热水源而产生蒸汽。在步骤206，方法200可以涉及存储生成的蒸汽。

在步骤208，方法200可涉及将存储的蒸汽通过与蒸汽包连接的通道推动汽轮机叶轮旋转。汽轮机叶轮位于通道内，这样通过通道的蒸汽流推动汽轮机叶轮旋转。进一步在步骤210，使用由汽轮机叶轮驱动的发电机来产生电能。

在示例性实施例中，所述方法还可以包括将生成的蒸汽存储到蒸汽包中的步骤，直到所存储的蒸汽压力增加到足够的极限。在一个实施例中，储存的高压蒸汽从蒸汽包流出可具有高动能，以特定速度(以转/分为单位)推动汽轮机叶轮旋转以产生电能。

因此，本发明提供了利用太阳辐射热产生电能的改进型系统和方法。所提出的系统和方法简单有效。改进型的系统和方法基于包含至少一个大放大镜，以将入射到其上的太阳辐射聚焦到储水装置上以产生蒸汽。产生的蒸汽被储存在一个蒸汽包中，该蒸汽包具有一个与通道连通的出口，该通道允许储存的蒸汽从蒸汽包流出以推动汽轮机叶轮或风扇旋转。汽轮机叶轮或风扇与发电机耦合以产生电能。该系统提供了一个紧凑外形和合适尺寸，使其易于实现。

本领域技术人员应当清楚，在不脱离本发明理念的情况下，除了已经描述的改进之外，还可以进行更多的改进。因此，本发明的主题不受限制，除非符合所附权利要求书的精神。此外，在解释本说明书和权利要求书时，所有术语都应以与上下文一致的、最广泛方式进行解释。尤其是，术语“包括”和“包含”应被解释为以非排他方式指代元素、组件或步骤，表示所引用的元素、组件或步骤可能存在或使用，或与未明确引用的其他元素、组件或步骤组合。如果本说明书权利要求涉及从a、b、c….和n组成的组中选择至少一个内容，则文本应解释为仅要求来自该组的一个元素，而不是a+n或b+n，等。上述对具体实施例的描述将充分揭示本文中实施例的一般性质，使得其他人可以通过应用当前知识，容易地修改和/或适应各种应用，而不脱离一般概念，并且，因此，这种调整和修改应当并且将在所发明的实施例之等价物的含义和范围内理解。本文所使用的措辞或术语，此处应理解为是为了说明而非限制。因此，虽然已经根据优选实施例描述了本文中的实施例，但是本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的精神和范围内通过修改来实践本文中的实施例。

虽然已经说明和描述了本发明的实施例，但是很明显，本发明不限于这些实施例。根据权利要求书所述，本领域技术人员在不脱离本发明之精神和范围的情况下，可以清楚地看到大量的修改、变更、变型、替换和等同物。

发明优点

本发明提供了一种改进的、利用太阳辐射产生电能的系统和方法。

本发明提供了一种紧凑外形和得当尺寸的改进型太阳能发电系统。

本发明提供了一种具有廉价的外壳和支撑结构的太阳能发电系统。

本发明提供了一种具有更高热转换效率的太阳能发电系统和相关方法。

本发明提供了一种简单、经济的利用太阳能的系统和方法。

本发明提供了一种绿色的、环境友好的技术。