包括由绝缘材料制成的框架并用于菲涅尔聚光太阳能发电厂的太阳能接收器及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能接收器及其制造方法。
【背景技术】
[0002]聚光太阳能发电(CSP)厂能够利用太阳辐射产生能量。太阳辐射被聚集在包含太阳能吸收器的太阳能接收器上，其中载热流体在太阳能吸收器中流动。因而，载热流体被加热并可在热力循环中充当热源。太阳辐射在太阳能吸收器上的聚集能够达到高温并由此实现了高的热力转换效率。
[0003]如专利US4069812，CN101706161和US2011/214668中所述，除太阳能吸收器外，太阳能接收器通常包含用于太阳能接收器的机械连接的实体结构，以及限制热损失和延长贮存的绝缘材料。
[0004]根据太阳辐射聚集在太阳能吸收器上的不同方式等其他特点，太阳能发电厂存在四个主要的类别。例如，聚光太阳能发电厂配有:抛物线槽型收集器、菲涅尔型线性集热器、中央太阳能塔型系统或移动聚焦抛物线型。
[0005]技术的发展的不同还在于传输载热流体的方法和执行热力转换的方法。例如所述发电厂可以使用蒸汽轮机、燃气轮机或斯特林发动机。
[0006]菲涅尔型太阳能发电厂包括设置在地面上的成排的反射镜，所述反射镜将入射辐射反射到太阳能接收器上。接收器的总长度从数百米到数千米不等。太阳能接收器通过金属结构被置于一定高度，该高度通常在7米到15米之间。
[0007]依照惯例并且如文献US2009/0056703和FR2458032中所述，如图1所示，菲涅尔型聚光太阳能发电厂的太阳能接收器I包括:
[0008]-沿着反射镜的焦线设置的太阳能吸收器，载热流体在其中流动，
[0009]-防止从吸收器到外部的热损失的热绝缘体，
[0010]-支撑热绝缘体和作为接收器的机械支撑的刚性金属支撑结构，
[0011]-反射镜，称为次级反射镜，设置在吸收器的各侧面以降低光损失，
[0012]-可选的附加绝缘系统，设置在吸收器和地面上的反射镜之间，将吸收器与外部环境隔绝并从而限制因对流导致的损失，同时使太阳辐射流通过；例如该系统是由玻璃面板构成。
[0013]在专利FR2458032中，支撑结构是具有内部加固的圆柱形壳体。壳体厚度为2.8mm。其部分填充有热绝缘体，例如岩棉、玻璃泡沫或二氧化硅。
[0014]绝缘体可以是固体的，致密的，模制的，或机器加工的绝缘体，其使得通过沿固体热绝缘体设置的凹槽支撑太阳能吸收器。
[0015]在专利US2009/0056703中，太阳能吸收器由拱门、桥和梁形式的支撑结构所支撑。热绝缘体设置在这些不同结构元件之间。例如它可以是由玻璃纤维、卷曲泡沫或玻璃棉构成的。
[0016]这些太阳能接收器由大量的部件组成，因此需要相对长的装配时间。为了具有好的弯曲强度以及避免因其自身重量下垂，该支撑结构必须是坚固的和轻的，但是另一方面，它通常是相当高的，这增加了风力载荷，会导致接收器的横向运动并因而造成太阳能接收器变形，并且会在反射镜上产生相当大的阴影，降低聚光太阳能发电厂的性能。
【发明内容】
[0017]本发明的目的是改进现有技术的缺点，并特别地提出一种太阳能接收器，其结构紧凑、价格低廉、易于安装并且能够改善性能。
[0018]该目的倾向于由所附权利要求来实现。
【附图说明】
[0019]本发明的其它优点和特征通过下面特定实施例的描述将变得更加显而易见，特定实施例仅为非限定示例的目的且表示在附图中，其中:
[0020]图1为根据现有技术的太阳能吸收器的横截面示意图；
[0021]图2、4和5为根据不同特定实施例的太阳能接收器的横截面示意图；
[0022]图3和6为根据特定实施例的不同的制造步骤的太阳能接收器的三维立体示意图。
【具体实施方式】
[0023]如图2所示，用于菲涅尔型聚光太阳能发电厂的太阳能接收器I包含:
[0024]-太阳能吸收器2，其包含至少一个液体循环装置用于使载热流体在其中流动，
[0025]-由第一绝缘材料制成的框架3，其构造限定出太阳能吸收器2的壳体槽4，
[0026]-太阳能吸收器2与框架3的连接系统，
[0027]-完全覆盖框架3外侧表面的保护膜5，以便其位于框架3和太阳能吸收器2之间。
[0028]例如载热流体可以是水。由于太阳辐射被集中在太阳能接收器I上，更特别地是在太阳能吸收器2上，载热流体被加热并可以作为热力循环的热源。通过反射镜将太阳辐射集中在太阳能吸收器2上。载热流体在循环装置中流动。该装置可以是管道或者导管，例如是圆柱形。根据另外一实施例，导管的截面可以是方形或者另外一种更复杂的形状。有利地，该装置在整个接收器的长度上为密闭的，以使得流体在流动中无任何材料损失，并且有利地，该装置由在流体流动时使热损失最小化的材料制成。
[0029]框架指的是机架，一种由弹性材料制成的刚性支架，设计为支撑元件。框架能够支撑其自身的重量和其所支撑单元的重量，即它不会因其自身的重量和其所支撑单元的重量而下垂。
[0030]框架3优选的由第一热绝缘和刚性材料制成。刚性指的是具有结构抗力功能的材料，即其断裂模量大于IMpa。断裂模量的测量依据标准NFEN993-6:1995中描述的方法。
[0031]刚性材料在只有其自身重量的作用下不会变形，或者几乎不变形，即该框架的初始形状的变形度不会超过5%，例如能够通过框架的下垂度来测量变形度。
[0032]框架3包含超过90%的至少一种断裂模量超过IMpa的绝缘材料。框架3能够支撑其自身重量、太阳能吸收器2的重量和保护膜5的重量。太阳能吸收器2悬挂在框架3上，并且保护膜5由框架3支撑。
[0033]优选地，该第一绝缘材料的热膨胀系数在2ppm/K?12ppm/K的范围内，更特别地，在2ppm/K?4ppm/K的范围内。有利地，框架3即使处在太阳辐射的聚焦不佳时也仅有微小的膨胀，也就是说，即使太阳辐射没有被集中在太阳能吸收器2上，而是集中在框架3上，后者也几乎不会膨胀。有利地，框架3可以承受高于500°C的温度，而其机械性能不会衰退。优选地，框架3的材料在高达500°C下的热导率小于0.2ff/m.K。
[0034]优选地，该第一热绝缘材料为耐火材料。
[0035]更优选地，该材料为锻造绝缘耐火材料。成形的绝缘耐火材料(标准NFEN1094-2:1998)指的是该锻造产品根据标准EN1094-4具有至少45%的总孔隙度。这样的孔隙度使得刚性材料能够获得好的热绝缘性能。
[0036]有利地，框架3由耐高温的耐火材料制成。高温指的是高于500°C的温度。例如，该材料可以由蛭石基底材料形成。例如，这种材料可以通过铸造或者挤压来获取。
[0037]优选地，该耐火材料具有由Ca0、Si02、Mg0、Na20、K20、Al203形成的基底。这些材料呈现低密度以便于具有很低的热导率和轻的重量，同时具有足够的强度。优选地，框架3由二氧化硅和钙形成的基底制成。
[0038]更优选地，框架3由硅酸钙制成，即由超过85%的CaO和S12组成。该框架可以含有低于1%的Al203、Fe203、Mg0、Na20和K20。特别是由丹麦公司Skamol提出的产品Skamotec225符合这些有利的性质。
[0039]有利地，硅酸钙具有低的密度或相对密度，使得太阳能接收器I的重量得以减轻同时能获得刚性的框架。优选地，其表观密度小于300kg/m3，并且更优选地，小于或等于250kg/m3o
[0040]有利地，硅酸钙基底材料可以通过挤压来生产，从而能够获得大长度的框架，例如大于5米。
[0041]优选地，由蛭石基底或硅酸钙基底形成的材料在300°C下的热导率在0.05W/m.K?0.15W/m.K的范围内。选择在300°C下热导率在0.05W/m.K?0.llW/m的范围内的硅酸钙基底材料，更优选地，选择在0.05ff/m.K?0.08ff/m的范围内的硅酸钙基底材料。由蛭石基底或硅酸钙基底制成的材料，除了它们的机械性能外，表现出与传统绝缘棉相当的优良的绝缘性能。
[0042]根据一个特定实施例，框架3包含由第一材料制成的单个元件。根据另一特定实施例，如图3所示，框架3包含由第一材料制成的多个叠加元件。例如，框架3包含由第一热绝缘材料制成的第一元件3a和由第一热绝缘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护膜5中。有利地，多个元件的使用使得可以使用标准砖尺寸。
[0043]由单个或多个由第一材料制成的元件组成的框架3，具有伸长的形状。伸长指的是，为了形成吸收元件的壳体槽4，框架3可以是截圆柱体形状，只要涉及到其横截面。该横截面可以具有任何合适的形状，该形状也可以是截六边形的横截面以形成吸收单元的壳体槽4。该凹槽使得