光伏热混合系统及其操作方法

光伏热混合系统及其操作方法
【专利摘要】本发明主要针对一种操作光伏热混合系统(10)的方法。这样的系统（10)包括：混合太阳能接收器（20)，具有操作地耦合到系统以对功率用户输送电输出功率（P。）的光伏模块（21);以及与光伏模块不同的热收集器（22)。光伏模块和/或热收集器被可移动地安装在系统中。该系统进一步包括：收集器热量存储装置（42)，热连接到热收集器以存储在热收集器处收集的热量；以及定位装置（30)，被适配为移动光伏模块和/或热收集器。该方法包括指示（S30)定位装置移动光伏模块和/或热收集器，以改变在光伏模块处接收到（S10)的辐射的强度与在热收集器处接收到(S10)的辐射的强度的比率。
【专利说明】光伏热混合系统及其操作方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一般地涉及光伏热混合太阳能系统及其操作方法。

【背景技术】
[0002] 需要一些定义：
[0003] -光伏（PV)通过呈现光伏效应的半导体将太阳辐射转换成直流电力来产生电力；
[0004] -光伏电池（或PV电池，还称为"太阳能电池"或"光电电池"）是借助于光伏效 应将光的能量直接转换成电力的固态器件；
[0005] -光伏模块（也称为"太阳能模块"、"太阳能板"或"光伏板"）是连接的光伏电池 的配件；
[0006] -光伏系统通常包括光伏模块、逆变器和互连线的阵列；
[0007] -热收集器（也称为"太阳能热收集器"）通过吸收通常阳光的辐射来收集热量；
[0008] -热交换器是用于将热量从一个介质有效地传输到另一介质的设备的器件/工 件；
[0009] -在电子系统中，散热器用于通过使热消散到周围介质来对设备进行冷却的组 件；
[0010]-太阳能热能（STE)涉及使太阳能产生热能（热）的技术。STE与将太阳能直接 转换成电力的光伏不同，并且被认为比光伏更高效；
[0011] -集中式太阳能功率（也称为"汇聚太阳能功率"或CSP)系统使用镜子或透镜，其 将大面积的太阳能热能集中在小面积上，使得电功率（也是"功率"）可以在集中的光被转 换成热时产生，其驱动连接到发电机的热引擎（例如，蒸汽涡轮机）。集中的常见形式是： 抛物线型槽、碟式斯特林、集中线性菲涅尔反射器和太阳能发电塔。
[0012] -聚光光伏（CPV)系统使用光学器件（例如，透镜）以将大量太阳光集中到太阳能 光伏材料的小面积上以产生电力。集中允许较小面积的太阳能电池的产生。
[0013] OCPV不应与CSP混淆：在CSP中，汇聚的光线被转换成热量，并且然后，热量被转 换成电力，而在CPV中，使用光伏效应将汇聚光线直接转换成电力；
[0014] -光伏热混合太阳能热收集器（也称为"混合PV/T系统"或PVT)是将太阳辐射转 换成热能和电能的系统。这样的系统与将光子转换成电力的光伏电池与太阳能热收集器组 合，太阳能热收集器捕获剩余能量并且从PV模块去除浪费的热。两种类型的PVT热收集器 通常被称为：
[0015] 〇PV/T流体收集器（空气或液体）。在液体收集器中，典型的水冷却设计使用附 连到PV模块的背面的导电金属管或板。工作流体通常是水或乙二醇。来自PV电池的热量 通过金属传导，并且由工作流体吸收，这假定工作流体是比电池的操作温度低。在闭环系统 中，该热量在其流动到其应用的热交换器处被耗尽（用以冷却）或转移。在开环系统中，该 热量在流体返回到PV电池之前被使用或耗尽；
[0016] 〇PV/T集中器（CPVT)，其中，集中系统被提供为减少所需要的太阳能电池的量。 与平面PV/T收集器相比，CPVT能够实现很好的太阳能热性能。然而，CPVT的主要障碍是提 供太阳能电池的良好冷却和耐用跟踪系统。
[0017] 与其它能源相比，PV系统的缺点是直接太阳能辐射的不可预知性质。这导致了间 歇性功率输送，这具有比需求功率少得多的值并且导致电网的不稳定性。在例如电池组中 存储电能过于昂贵，使得用于全天生产的存储单元的成本比太阳能发电站的成本高得多。 可以存储收集的热的聚光太阳能发电系统（CSP)可以按需要产生电力，直到所存储的热量 被消散。聚光光伏（CPV)发电厂具有比PV和CSP更高转换效率，但是仍然受到间歇电力产 生的影响。聚光光伏热（CPVT)系统由于改善的冷却而具有较高的系统效率，但是排斥对环 境的热量或以有限的利用率而产生低级热量。


【发明内容】

[0018] 根据第一方面，本发明被实现为一种操作光伏热混合系统的方法，光伏热混合系 统包括：
[0019] 混合太阳能接收器，具有
[0020] 光伏模块，该光伏模块可操作地耦合到系统以向功率用户输送电输出功率；以及
[0021 ] 与光伏模块不同的热收集器，
[0022] 其中，光伏模块和/或热收集器被可移动地安装在系统中；以及
[0023] 收集器热存储装置，热连接到热收集器以存储在热收集器处收集的热量；以及
[0024] 定位装置，被适配为移动光伏模块和/或热收集器；并且
[0025] 该方法包括：指示定位装置移动光伏模块和/或热收集器，以改变在光伏模块处 接收到的辐射的强度与在热收集器处接收到的辐射的强度的比率。
[0026] 本发明的实施例可以包括下述特征中的一个或多个：
[0027] -该方法进一步包括接收表示电功率需求的数据；以及基于输出功率与功率需求 的比较执行指示定位装置；
[0028] -指示定位装置包括，如果所述比较表示输出功率大于功率需求，则指示定位装置 移动光伏模块和/或热收集器以减小所述比率；
[0029] -该方法进一步包括，如果所述输出功率匹配功率需求，则指示将由光伏模块产生 的输出功率输送到功率用户，以满足功率需求；
[0030] -该系统还包括热连接到收集器热存储装置的热引擎，该方法还包括：如果由光 伏设备产生的输出功率低于功率需求，则指示热引擎开始存储在收集器热存储装置中的热 量的热到电的转换的过程；
[0031] -该方法进一步包括：指示触发脱盐过程和/或吸收冷却过程，以便于使来自收集 器热存储装置的热量消散：
[0032] -该系统进一步包括：
[0033] 〇第一热回路，将光伏模块连接到与所述收集器热量存储装置不同的光伏热存储 装置，以对光伏模块进行冷却；以及
[0034] 〇第二热回路，不同于所述第一热回路，并且将所述收集器热量存储装置连接到 热收集器；
[0035]-该系统进一步包括热连接到所述光伏热量存储装置的热交换器，并且该方法进 一步包括指示经由所述热交换器向热用户提供存储在所述光伏热存储装置中的热量；
[0036] -在该系统中，热交换器被进一步热连接到收集器热存储装置，该方法还包括指示 在经由所述热交换器向热用户提供存储在所述光伏热存储装置中的热量的同时，向热交换 器提供存储在收集器热存储装置中的另外的热量；
[0037] -该系统进一步包括热连接到热引擎和给定的热用户的附加热交换器，所述给定 的热用户进一步经由所述热交换机器热连接到所述光伏热存储装置或所述光伏热存储装 置和所述收集器热存储装置二者，并且该方法还包括指示热引擎使用所述给定热用户作为 低温池开始存储在收集器热存储装置中的热量的热到电的转换的过程；
[0038] -在该系统中，收集器热存储装置中的温度基本上大于在所述光伏热量存储装置 中的温度，优选地超过30°C，更优选地超过50°C ;
[0039] -在该系统中，光伏热混合太阳能接收器被可移动地安装在系统中，使得定位装置 可以将光伏热混合太阳能接收器作为整体进行移动；
[0040] -在该系统中，热收集器在第一平面上延伸，并且包括孔；并且光伏模块包括在第 二平面中延伸的在孔的距离处的光伏模块的区域内的光敏区域，该光敏区域与孔相对，垂 直于第二平面的孔的投影基本上对应于光敏区域，并且热收集器优选地进一步包括下述组 件中的一个或两个：
[0041] 〇在第一平面和第二平面之间的中间部分中设置的一个或多个镜元件，所述镜元 件优选地通过将热收集器连接到收集器热存储装置的同一热回路被热连接到收集器热存 储装置；以及
[0042] 〇布置在孔的层级处的带通滤波器；
[0043]-该系统进一步包括集中器，布置成朝向光学焦点集中辐射，并且定位装置被适配 为在光学焦点中或外移动光伏模块；
[0044] 根据另一方面，本发明被实现为一种光伏热量混合系统，其包括：（i)具有被设计 用于电输出功率输送的光伏模块的混合太阳能接收器以及与光伏模块不同的热收集器，其 中，光伏模块和/或热收集器被可移动地安装在系统中；（ii)热连接到热收集器以存储在 热收集器处收集的热量的收集器热量存储装置；以及（iii)被适配为移动光伏模块和/或 热收集器的定位装置；并且进一步包括：（iv)控制单元，该控制单元被配置为例如基于输 出功率与在控制单元处接收到的功率需求的比较来指示定位装置移动光伏模块和/或收 集器以改变在光伏模块处接收到的辐射的强度与在热收集器处接收到的辐射的强度的比 率。
[0045] 现在将通过非限制性示例并且参考附图来描述部分地实现本发明的实施例的设 备、系统、操作这样的设备和系统的方法以及计算机程序功能。

【专利附图】

【附图说明】
[0046] -图1不出了用于光伏设备的多层冷却设备的分解3D视图；
[0047] -图2集中于被设计用于图1的设备的给定层的特定通道部分图案；
[0048] -图3描绘了表示冷却设备的孔口的布置和通道部分的3D树形结构；
[0049] -图4示出了安装在冷却设备上的光伏设备的侧视图；
[0050] -图5是这样的安装在冷却设备上的光伏设备的3D视图；
[0051] -图6是用于光伏设备的热收集器的3D视图；
[0052] -图7是示出热收集器的横截面的图6的部分示图；
[0053] -图8是光伏热混合太阳能接收器的横截面视图；
[0054] -图9是另一光伏热混合太阳能接收器的横截面视图；
[0055] -图10是光伏热混合太阳能系统的侧视图；
[0056] -图11是诸如图10中描绘的光伏热混合太阳能系统的操作的方法中所实现的步 骤的流程图；
[0057] _图12-13是光伏热混合太阳能系统的简化表不；
[0058] -图14-15是另一基于光伏热混合太阳能设备的系统的框图表示；
[0059] -图16是示出在沿着系统的光轴布置混合接收器的同时在混合接收器的输入平 面的层级处的辐射强度分布的图；
[0060] -图17是示出在沿着系统的光轴布置混合接收器的同时由混合接收器的热收集 器和PV芯片和捕获的总辐射度的图；
[0061] -图18是比较由各种CPVT系统进行的电力的分派输送的图；
[0062] -图19是使用跟踪器太阳能传感器信息的短期本地天气预测的系统的简化表示； 以及
[0063] -图20示意性地描绘了适用于实现诸如在图10、图12-15和图19中描绘的系统 的操作的方法的步骤的控制系统-计算单元的示例。

【具体实施方式】
[0064] 本发明形成综合CPVT解决方案的一部分。这样的解决方案围绕新颖的光伏热混 合接收器。这些解决方案的各方面涉及这样的接收器、用于这样的接收器的冷却设备、光伏 热混合系统和操作方法。
[0065] 首先，结合本发明的一些高级变形（下面第一节）讨论本发明的一般方面。然后， 在第2节中描述了各种实施例。
[0066] 1.本发明的一般实施例
[0067] 本发明提出了用于操作光伏热混合系统的新颖的系统和方法。这样的系统和方 法依赖于混合太阳能接收器，该混合太阳能接收器配备有能够输送电输出功率的光伏（或 PV)模块以及与PV模块不同的热收集器。PV模块和/或热收集器被可移动地安装在系统 中。此外，收集器热存储装置（热）连接到热收集器，以便于存储稍后收集的热量。此外， 提供定位装置，其被适配为移动PV模块和/或热收集器。然后，指示定位装置移动PV模块 和/或热收集器导致了改变在PV模块处接收到的辐射的强度与在热收集器接收到的强度 的比率。因此，在PV模块处接收的过量辐射（即，大于满足功率需求所需要的）可以有利 地用于加热热回路并且将热量存储在热存储装置处。
[0068] 附图如下组织：
[0069] -如图1-4所描绘的冷却设备25可以有利地用于冷却PV接收器，如图4和5所 /_J、1 〇
[0070] -PV接收器21能够有利地由热收集器22来补充，诸如图6、图7中描绘的，
[0071] -这产生混合接收器，诸如图8、图9中描绘的。
[0072] -所述混合接收器进而可以在系统10中使用，诸如图10、图12-15中描绘的。
[0073] -所述系统10可以补充为以使得能够进行短期天气预测，图19 ;
[0074] -上述系统10可以根据诸如在图11的流程图中所捕获的方法进行操作；
[0075] -用于实现这样的方法的控制系统在图20中进行描绘。
[0076] 2.具体实施例
[0077] 本节分解成小节2. 1到2. 3,其中：
[0078] -第2. 1节描绘了具体被设计用于光伏接收器的新颖的冷却设备；
[0079] -第2. 2小节解决了新颖的光伏热混合太阳能接收器；并且
[0080] -第2. 3小节针对光伏热混合太阳能接收器和系统的操作的系统和方法。
[0081] 2. 1.用于光伏接收器的冷却设备
[0082] 冷却设备的主要方面（及变形）在第2. 1. 1小节中进行了讨论。第2. 1. 2小节涉 及实现细节。
[0083] 2. 1. 1.冷却设备的主要方面及变形
[0084] 在图1-5中，使用以下记号：
[0085] 表示L个总层级的第1层级；
[0086] -在层级1处：
[0087] 〇0ih表示流入回路的第h个孔口（0A是其用于排出回路的配对物）；
[0088] 〇类似地，CPih表示流入回路的第h个通道部分（CP&涉及排出回路）。例如，CPn 表示在第1层级的流入回路的第一通道部分；
[0089] -在层级2处：
[0090] 〇〇ihk表示从CPih出现的第k个孔口；
[0091] 〇CPihk表示相应的通道部分；
[0092] -在层级3处：
[0093] 〇0ihkl表示从CPihk出现的第1个孔口；
[0094] 〇CPihkl表示相应的通道部分；
[0095] -等等。
[0096] 用于标记具体孔口或通道部分的下标hkl...的值对应于所述孔口或通道所属于 的层级。例如，〇 ihk属于层级2,而0ihkl属于层级3。
[0097] 一般地参考图1-5并且更具体地参考图1和图3,如实施例中所涉及的芯片模块冷 却设备（或冷却器）25包括两个流体回路：流入流体回路i和排出流体回路〇。每个回路 包括孔口 〇i、〇。和通道部分CPpCP。的布置。孔口在以下一些位置也被称为喷嘴：其实际上 可以具有给定的各种适当的形状，诸如注射喷嘴。该布置可以被视为形成（或反映）树形 结构。这样的树形结构的示例在图3中示出，其中：
[0098] -分支表示孔口 Op 0。，并且
[0099] -节点表示通道部分CPp CP。。
[0100] 如树形结构中所公知的，分支仅将节点与一个子节点关联；共享相同的父节点的 节点被称为同级或同级节点。因此，对应于同级节点通道部分可以被称为同级通道部分。
[0101] 每个流体回路通过所述树形结构的L个层级（即，图1中的U至L3)延伸。本冷 却设备的基本概念需要至少L > 3个层级。L可以更大，参见例如图3。在图1中，层级L4 可以被看作是树形结构的附加层级。然而，"包括修改的孔口结构；其进一步包括热交换 器的通道部分，其将在下面进行描述。
[0102] 回路经由与树形结构的叶节点相对应的通道部分在最终层级（即，树形结构的最 低层级）处（或之后）彼此连接。流体回路的连接可以直接或不直接经由最终"叶"通道 部分实现。所述连接可以例如涉及在树形结构中的叶通道部分"之后"的连接结构（通道、 狭缝等）的附加孔口或任何类型。示例如下。所述附加装置不需要在上述树形结构中被反 映。从流入到排出流体回路流体连通仍然经由树的最低层级而被支持。
[0103] 现在，对于两个流体回路中的每一个，对应于同级节点的通道的部分必须满足两 个条件：
[0104] -第一，其彼此平行，即，同级通道部分的延伸的理论方向（线路）彼此平行。这 里，平行应当根据平行的欧几里德定义来理解，即这意味着严格平行，并且指两个平行的不 同的通道部分。在图1的示例中可以看出，同级通道部分是平行的；这例如是下述情况：
[0105] 〇在层级2(L2)处：用于流入回路i的通道部分CPm、CPil2和CP il3。这对于相应 的排出通道部分CP#、CP-和CP-也发生；或
[0106] 〇在层级3(L3)处：用于通道部分CP^，CP。^等；
[0107] 〇注意，在层级1(L1)处，每个回路（i或〇)仅存在一个通道部分（CPil*CPj部 分，仅形成一个通道。
[0108] -第二，对应于同级节点的通道部分沿着相应的方向延伸，其中没有一个平行于与 父节点相对应的通道部分的延伸方向（比较例如L 3通道部分与L2通道部分、或者比较L2通 道部分与U通道部分）。
[0109] 〇假定所述方向不相交（应当最后改善紧密度），接下来，与同级节点相对应的通 道部分中的每一个沿着与其父节点的延伸方向一起形成斜线对的方向延伸。该情况可以在 给定层级处被满足，更优选地树结构的并且对于两个流体回路中的每一个被满足；
[0110] 〇更好地，同级可以跨平行于所述同级节点的父节点的平面；
[0111] 〇因此，同级可以被描述为关于其父通道部分"旋转"优选地90° (这是图1或图 3中的情况）。旋转的程度取决于通过孔口绘制的图案，如将在下面详细说明的。
[0112] 通道部分可以有利地满足以下附加条件：
[0113] -第三，如果有的话，对应于同级节点的通道部分优选地严格平行于对应于所述同 级节点的祖父节点的通道部分。这明显是平行于层级1的CPd或CPn的所有L 3通道部分 (CP〇131、CPQl32等）的情况。这可以实现，该第三条件允许改善的紧密度，简化了设计，并且因 此简化了设备的制造，更加是在L>3时。
[0114] 〇然而，这不是严格的条件（特别是如果L = 3)。例如，L3通道部分可以在不严 格影响设备的基本性质的情况下不平行于其L1祖父通道部分延伸。
[0115] 〇这可以例如是如果其约束（组件、制造）必须是祖父通道部分与其理想延伸方 向偏移的情况。
[0116] -第四，对应于同级节点通道部分优地跨平行于对应于父节点的通道部分的平面。 再次，这可以改善紧密性和/或简化设计和制造。然而，该第四条件在父通道部分可以在与 同级通道部分相同的平面上延伸（通过相对于后者旋转）时并不严格。具体地，在图1中， 可以看到：
[0117] 〇通道部分CPm、CPil2和CPil3在组件211的上平面是开放的，该组件211的上平 面（严格）平行通道部分CPn的延伸的主方向（CP m、CPil2、CPil3的父节点）。
[0118] 〇然而，CPn的延伸的主方向接近于通过CPm、CP il2、CPil3的延伸的方向所跨的平 均平面或者甚至可以被包括在其中。因为在层级1处仅存在一个流入通道和一个排出通 道，所以后者仍然可以很容易地集成在与其子通道部分相同的设备块251中。
[0119] 〇然而，由于在图1的示例中所采用的层结构而导致层级3的通道部分不属于与 层级2的通道部分相同的层。对应于层级3的同级节点的通道部分现在跨严格平行于对应 于父节点的通道部分的平面；
[0120] 〇因此，可以理解，同级通道部分可以有利地跨平行于受其他约束影响的其父的 平面。
[0121] 最后，流入回路（例如CPm、CPil2和CPil3)的通道部分平行于排出回路（例如CP^、 0匕 12和0?。13)的通道部分并与之交叉。交叉是指互连，使两只手的手指锁在一起，如图1或 图3中所示。由于设备已经满足的条件，交叉涉及对应于树形结构的相同层级的通道部分。
[0122] 在图3中示出了类似的布置。图3实际上描绘了 3D树形结构，即树形抽象，表示 孔口和通道部分的布置。然而，应当认识到，冷却设备可以被实现为如图3中所示的通道的 几何形状。在图3中，对于流入/排出流体回路（i，o)中的每一个，对应于同级节点的通道 部分满足与前述相同的条件。即：
[0123] -首先，同级是彼此平行的，如例如用于下述的情况：
[0124] 〇通道部分0?111和同级；这对于其排出配对物也发生（为了清楚，通道部分没有 全部被引用）；或
[0125] 〇通道部分CPim和平行同级；以及
[0126] 〇再次，在层级1处，对于流入回路（并且类似地对于排出回路仅存在一个通道部 分 CPn)。
[0127] -第二，其不平行于与所述同级节点的父节点相对应的通道部分（比较例如CPim 到CPm)。其替代地旋转90° ;
[0128] -第三，同级进一步平行于与所述同级节点的祖父节点相对应通道部分。这明显是 平行于其独特祖父通道（CPn、层级1、流入回路）的层级3(CP mil和同级、流入回路）的所 有通道部分的情况；以及
[0129] -第四，对应于同级节点（例如，CPill和同级，流入回路）的通道部分跨平面，其 在图3的实施例中严格平行于对应于父节点的通道部分（例如，CPil、流入回路）。
[0130] 如上所述的结构允许在热交换层级处（即叶层级"之后"）实现通道的密度和均匀 的布置。在至少一些情况下，以上第三条件进一步改善最终的紧密性。第四条件可以根据 祖父的数目而被省略。交叉导致了通道的均匀分布并且允许最小化流体轨迹。从通道细分 和旋转得到的分形图案使得能够显著优化热交换。此外，【具体实施方式】允许最小化冷却剂 流所需要的泵送功率。具体示例在下面给出。
[0131] 另外，这样的结构及其构建原理是易于扩展，这对于例如多芯片光伏电池是有利 的，因为后者的尺寸可以大大超过典型的集成回路（1C)芯片。
[0132] 由本发明人进行的测试已经示出了，常规的芯片冷却设备（其中，流体回路可以 被视作细分成多个喷嘴/通道的单个层级）可以成功地用于冷却经典1C芯片，而不需要不 合理的泵送工作。因此，可扩展性不是用于冷却经典1C芯片的问题。现在，经典1C芯片冷 却设备没有针对多芯片光伏电池而适当地调整尺寸。如果仍然想要使用经典冷却设备用于 (较大的）多芯片光电设备，则由于与常规1C芯片相比，多芯片光伏设备的尺寸而导致可以 首先尝试使这样的经典冷却设备平行化。然而，实验已经示出了，因为由于通过平行的冷却 设备所获得的不均匀冷却而导致多芯片光伏设备的一些区域没有被令人满意地冷却，所以 这是不适当的。接下来，如果想要将经典1C芯片冷却设备缩放到典型的多芯片光伏设备的 尺寸（其中与典型1C芯片相比，尺寸可能乘以>5的因子 >)，则另一问题出现。在该情况 下，本发明的发明人已经认识到，缩放冷却设备需要（过）大的泵送量。
[0133] 相反，包括上述孔口 /通道部分的多层级并且交叉布置的冷却设备是可通过构建 扩展的。
[0134] 这样的构建原理由于通道部分的连续旋转而进一步允许在叶层级处实现通道部 分的密集布置。通道和喷嘴二者的横截面尺寸应当很可能随着通道部分和喷嘴的数目从一 个水平增加到另一水平而从一个水平降低到另一水平。可以认识到，通道的高度是不关键 的：例如，在实施例中，通道的高度垂直于设置有通道的层的厚度延伸。然而，通道部分的宽 度（在垂直于通道中的流动方向的横截面中）通常应当减小。换言之，如果通道的密度在 层级η处最大，则该通道部分很可能应当在层级n-1处比层级η处更大。上述结构允许使 流路径减小到热传递结构并且在热传递结构内；其进一步允许在保持适当的泵送量的同时 的可扩展性。
[0135] 通常，所述两个流体回路中的每一个在每个层级Ldl < 1 < L-1)处包括：
[0136] 孔口（或喷嘴），每一个通向相应的通道部分。孔口通常在相应的通道部分中 间分支，除了在设备的边缘处。可以设想其它分支的几何形状，然而这被预计是不太有效 的；以及
[0137] 平行通道部分。进而，所述Ν1通道部分中的每一个应当使得流体能够分布到 下一层级L1+1的Β1+1个孔口，其中Β1+1是分支因子，由Β 1+1 =队+1/队来定义。通道回路的连 续细分要求Β2彡2并且Β3彡2 可以被假定为等于1。例如，在图3中：
[0138] _0η 广生 CPn (层级 1，= 1);
[0139] _经由〇in、〇il2和将CP n划分成相应的通道部分（CPm和问级，层级2，B2 = 3)；
[0140] -。通道部分（CPm和同级）中的每一个通向4个通道部分。例如，CPm通向 CPim (经由0im)，并且经由相应的孔口通向三个其它平行通道部分（同级）；CPil2通向 CPil21以及三个其它平行通道部分（同级）等。因此，在层级2处：流入回路的每个通道部 分使得流体能够分配到下一层级L 3的B3 = 4个流入孔口（例如，0mk，k = 1，2,3,4)。这 对于排出流体回路的通道部分也成立。
[0141] 换言之，每个流体回路底层的树形结构通常是平衡的，如图3中所示，即分支因子 Bm+1对于给定层级Lm处的每个通道部分优选地是相同的，从而使得设备的设计和制造更加 容易。
[0142] 接下来，孔口 /通道部分的布置可以被设计为使得每个回路具有完全相同的几何 形状，这简化了设备的制造和装配。同时，所述布置能够被设计为优化叶层级的流体分布， 艮P，在该热交换器的附近。一种可能性是在给定层级L m(2<m<L)使一个流体回路的孔口 的位置与第一有限阵列的离散点的第一集合相对应。在利用2D晶体的模拟中，该第一阵列 可以被视作由离散转换R的集合生成，即由R = 定义，其中和n2是整数，并且ai 和a2是线性独立的向量（如线性代数中定义的）。在层级Lm处的通道部分沿着或平行于 %延伸，并且层级Lm处的通道部分沿着或平行于a2延伸。最后，其它流体回路的孔口的位 置可以对应于第二有限阵列的离散点的第二集合，通过由r = Xiai+x2a2定义的转换r而从 第一阵列转换，其中〇〈 Xl〈l并且〇 < x2〈l。优选地，在选择Xl = x2 = 1/2时，这优化了在热 交换层级处的流体分布的均匀性。选择Xi或χ2尹1/2将替代地引起在流体结构中的轨迹 集合的不均匀性，并且通过其将产生在热交换器内的不均匀的流体分布，从而导致不均匀 的冷却。注意，对于m彡L-1，有0〈 Xl〈l并且0〈χ2〈1，而对于m= 1，有0彡Xl〈l并且0〈χ2〈1 或〇〈Xl〈l并且0 < χ2〈1。而且，作为上述布置的结果，层级Q处的队个通道部分相对于下 一个/前一个层级的通道部分进行旋转，通常对于方形网格旋转角度α = π/2,如图3中 所示。
[0143] 如果网格的基本单元是不同（例如，斜网格），那么对应于给定父节点的子节点的 通道部分将相对于父通道部分旋转角度α，并且孙通道部分将优选地旋转角度π-α，以 与所述父节点同相。
[0144] 例如，在图3中，在层级L3处，{0im，0il21，0 ill2, . . . }的位置映射到通过转换R = niai+n2a2产生的第一阵列。层级L2处的通道部分（例如，CP m和同级）沿着或平行于&1延 伸，并且层级L3处的通道部分沿着或平行于a 2延伸。最后，其它流体回路（为清楚起见，未 引用）的孔口的位置在任何层级处都对应于第二阵列的第二离散点集合。1^至1^的排出孔 口通过r= (ai+a2)/2来从第一阵列转换。接下来，为了考虑边缘效应，L3通道部分被修改： 最左侧的流入通道部分被减小（比较CP im与CPil21)及其一端处的相应孔口分支；排出结 构简单地相对于流入回路旋转（围绕〇"的η旋转），并且仍然位移。结果，L 4排出孔口仅 通过r = a/2而从第一阵列转换，符合对于m = L，用于Xi和x2的条件变为0 < χ,Ι并且 0〈χ2〈1或0〈Xl〈l并且0彡χ2〈1的事实，如上所述。这样的布置具有以下优点：⑴使得流 入和排出回路能够具有完全相同的结构（排出回路简单地相对于流入回路旋转）；（ii)进 一步均衡层级4处的从一个回路到另一个回路的流体轨迹（在一个流入孔口到最接近的排 出孔口之间的流体路径长度是| ai|/2;并且（iii)两个回路具有相同的迹线（方形网格）。
[0145] 接下来，根据孔口布置，通道部分的子集可以重新加入以在给定层级处（例如，在 图3中，CP im、CPil21和CPim在层级3处形成一个这样的子集）或者在若干层级处绘制通 道线路。通常，在任何这样的子集中的两个相邻通道部分是表亲（例如，0? 1111和0?1121)。 因此，可以得出，在该示例中，在任何层级处的任何两个通道部分是严格平行（如CP im和 CPill2同级）或沿着同一线路延伸（如CPim和CPil21表亲）。在这方面，因为线路可以通过 点和方向向量来定义，并且如果其方向向量平行的两个相同线路，即使其不根据欧几里得 定义（其中两条不同的平行线条被称为严格平行），两条线也可以被定义为平行的。因此， 在任何层级处的任何两个通道部分是至少不严格平行。
[0146] 注意，诸如在前述段落中讨论的设计选项可能通过孔口的位置来暗示，具体地在 后者映射到上述阵列上时。在所有情况下，因为通道部分的子集沿着同一方向延伸，所以该 设计选项大大简化了冷却设备的几何形状和制造。给定通道线路应当包括成直线布置的通 道部分，其中可以使得流体从一个通道部分连通到另一个。是否这样做实际上应当取决于 各种参数、流速、通道部分等。例如，流体回路i、Ο中的每一个可以包括（至少在其一个层 级Q处）：队个通道部分形成Να个严格平行通道线路Ci、C。，其中Να个通道线路中的每一 个包括成直线布置的通道部分。实际上，在给定层级处，同级通道部分是严格平行的（例 如，在图3中，CP mdPCPill2，层级3)，但是具有不同父（例如，CPim、CPil2dPCP il31)的一些 通道部分可以被成直线布置，产生了 Να个平行通道（图3的示例中的层级3处，NC3 = 4)。 成直线布置的通道部分在流体连接中不是必须的：可以例如具有在成直线布置的通道部分 或通道部分之间的壁。注意，如上所述，有必要使心< Nd <队。
[0147] 通过设置Na = 获得特别简单的设计，由此Να个平行通道线路对应于孔口的 Να个平行线路，如图3中层级3所示。因此，流体回路中的每一个可以包括形成氏个严格 平行通道线路的队个通道部分。在该情况下，每个通道线路包括成直线布置的个通道 部分（并且这在每个层级Q处是可能的）。再次，在给定通道线路中的通道部分可以被连 接以使得流体从一个通道连通到另一个。现在，一个通道线路可以包括独特通道部分。例 如，在层级1处，具有C n = CPn，假设在该情况下Bd = 1 ;在层级2处，因为& = 1，所以具 有Cm = CPm等。然而，在层级3处，存在Nra = B3 = 4个平行通道线路（对于每个流体回 路），该线路对应于孔口的各个平行线路，并且每一个都包括3个孔口和3响应的通道部分 (? = 3)。
[0148] 此外，期望进一步改善该布置的紧密性，以最小化流体轨迹。为此，在给定层级 Lm(l彡m彡L)处，流入流体回路的Να个严格平行的通道线路Q可以有利地与排出流体回 路的Ν α个严格平行通道线路C。交叉。因此，流入流体回路的每个通道线路导致与在该层 级Lm处的排出流体回路的每个通道线路平行。通道线路的交叉实际上可以被设置在若干 层级处，并且更优选地在每个层级处（其中通道部分可以形成通道线路）增加紧密度。在 这方面，应该牢记的是，图1和图3中描绘了简单的示例，但是实际上可以预期通道部分的 附加层级（和层）。
[0149] 接下来，将参考图1 (放大的"B"区域）和图2 (集中在放大的"B"区域中示出的 特定图案，被设计用于图1的设备的子层sL32)来讨论通道部分的特定图案。即，在给定层 级L m处并且对于流体回路中的每一个，Nm个通道部分中的至少一些可以被设计为具有非恒 定的横截面。如图2中所示，流入和排出通道部分可以适当地移位（即，交叉），以保持紧 凑的布置（比较例如〇匕 124与0匕124)。更具体地，所述通道部分中的每一个可以与Nm个孔 口的相应一个相对的放大区域相对，以改善来自/去往相应的通道部分的孔口的流体分布 (在给定层级L m)。
[0150] 可以设想附加的设计选项，这考虑到边缘效应。例如，在给定的层级Lm处（例如， 图1中1^ 3)，每一个都包括4个孔口的两个孔口集合（例如，0_和0。131;，1^= 1，2，...）被 布置成对应于前一层级Lm的相应的最外通道（例如，CPm和CP。」。然后，两个集合的所 述匕个孔口中的每一个和/或其相应通道部分中的每一个可以具有沿着层级、处的通道 的延伸的具体方向（即，图1中的方向X)减小的维度。
[0151] 除了歧管系统之外，冷却设备可以进一步包括热传递结构24,用于供给和排出去 往和来自热传递结构的液体，如图1和图4中所示。在变形中，热传递结构24可以首先被 集成到光伏模块，并且稍后被连接到冷却设备。在所有情况下，热传递结构24可以被配置 为使流体回路中的一个与另一连接。热传递结构优选地包括硅，并且更优选完全由硅制成， 原因将在后面讨论。
[0152] 热传递结构可以例如包括热传递通道部分（例如，在图1中的CPtl311、CP tl312，放大 的区域"D"）。所述热传递通道部分中的每一个将与流入流体回路的叶节点相对应的至少 一个通道部分（例如，图1中的CP il31)连接到与排出流体回路的叶节点相对应的一个通道 部分（例如，图1中的CP。」。
[0153] 优选地，按照在冷却设备的树形结构的通道部分中的方面中已经讨论的相同的原 理，每个热传递通道部分沿着相对于其所连接的通道部分的延伸的方向旋转的方向延伸。
[0154] 类似地，按照到现在所讨论的与用于孔口喷嘴相同的原理，热传递通道部分可以 经由缝隙（例如，图1的SmJPU连接最低层级的通道部分，除了出于制造的原因，通常 在热传递结构的层级处所涉及的尺寸使得优选地具有狭缝而不是孔口的密度成直线布置。 然而，狭缝可以被看作是这样的布置的渐近极限。在该意义上，热传递结构可以被视为形成 或完成每个流体回路底层的树形结构的附加层级，例如，图3中的层级4。
[0155] 接下来，层级中的一个层级的所有孔口的累积宽度（横截面积）优选地被保持为 大致等于（例如，至±15%)另一个层级的所有孔口的横截面积，例如连续层级（和优选地 所有其它层级），以便于限制泵送量。
[0156] 在示例中，在给定层级k处：
[0157] -通道部分（不在边缘处）的长度是1^ = (LrWmJ/BM ;并且
[0158] -通道部分的宽度是Wm =
[0159] -其中Wm是层级m处的通道部分的宽度，并且Wmin是最小壁厚度。由于边缘效应， 如果W m对于流入和排出通道部分是相同的，并且如果其对于的每个部分是恒定的，则上述 尺寸是有效的。
[0160] 通道的高度可以例如从一个层级到另一层级是独立的。假定所有层级都应当具有 相同的迹线，从一个层级到下一个层级的通道的横向尺寸之间的关系应当显著地取决于分 支因子。
[0161] 在制造方面，可以有利的使一个或多个层级中的每一个被实现为重叠的子层（例 如，在图1中，用于层级3的sL 31和sL32)。在图1中：第一子层sL31包括孔口，而第二子层 sL32包括通道部分。孔口和通道部分二者可以在其相应的子层中被加工成通孔，这使得制 造过程更加容易。重叠的层可以由不同的材料制成，如果需要的话，因为通道部分与孔口的 不同尺寸和形状可以更容易地使用不同的材料来加工。
[0162] 如上所述的冷却设备有利与光伏接收器20 -起使用，如图8或图9中所示。该接 收器可以包括光伏模块21，如图4或图5所示。接收器应当进一步包括热回路部分71a(图 8、图9)，连接到光伏模块和冷却设备25,后者形成所述热回路部分71a的一部分。
[0163] 优选地，上述冷却设备与光伏热混合太阳能接收器20 -起使用，诸如图8或图9 中所示。后者进一步包括与接收器的光伏模块21不同的热收集器22。在那种情况下，所述 热回路部分71a是连接到热收集器的与第二热回路部分72a不同的第一热回路部分71a。
[0164] 这样的光伏热混合太阳能接收器20将在2. 2节中详细描述。
[0165] 2. 1. 2.冷却设备：具体的实施方式细节
[0166] 冷却设备优选地被设计为允许在将电池保持处于适当的温度（〈100°C )的同时用 冷却剂的升高温度冷却电池封装。以该方法，收集的热能由于其升高的温度层级而具有高 的值。
[0167] 为此，冷却设备优选地被设计为具有在PV电池和冷却流体之间的最小热阻。如上 所述的冷却设备可以提供小于〇. 11CM2K/W的热阻。假设PV电池通过焊接接口被连接到冷 却设备，从PV电池表面到液体冷却剂的总热阻大约是0. 17CM2K/W。这允许在使电池保持处 于小于100°C的同时对超过400W/cm2的热通量密度进行冷却（假定流体流入温度为30°C )。
[0168] 冷却器可以被优化为以低泵送功率操作，从而减少了操作该系统所需要的能量。
[0169] 上述解决方案允许在可以容易缩放的扩展区域（Λ T〈±0. 2°C )上的均匀冷却性 能。
[0170] 还可以考虑封装的可靠性。使用硅作为衬底材料的解决方案允许在光伏电池（通 常锗）和冷却器之间的膨胀匹配的良好热系数，这减小了对电池的压力。硅的使用进一 步允许使用MEMS工艺来构成冷却器表面并且在冷却器中实现感测元件（温度、辐射、压 力· · ·）。
[0171] 在最大化跨冷却器表面的温度均匀性的同时最小化泵送功率二者可以通过如上 所述的有效歧管来实现，即，具有两个主路径（流体流入和排出）的层级流体分配/收集系 统。
[0172] 分布通道（歧管）和喷射孔口（喷嘴）的逐层实现允许：
[0173] -使用不同的材料和制造方法来覆盖大范围的结构尺寸（例如，从20μπι至20mm 或更多）；
[0174] -使用不同的材料增加封装的寿命，这进而允许在冷却层中实现低热机械应力，增 加封装的使用期限；以及
[0175] -可缩放性。
[0176] 冷却器封装优选地使用MEMS技术制造，利用微观结构的定义和处理、批量处理、 接合技术、感测元件的集成等。
[0177] 参考图1、图4或图5,该封装通常包括：
[0178] -顶部的层21，包括：
[0179] 〇PV电池211，形成了多芯片模块212, PV电池由电气互连连接（见下文）；
[0180] 〇旁路电极213;以及
[0181] 〇电层（214)，用于连接PV电池的底部电极。
[0182] -层21可以进一步包含：
[0183] 〇传感器层，具有电阻式温度设备的网络以将温度映射到PV电池的底部（未示 出）的整个封装上；
[0184] 〇绝缘层，使传感器层与电层（未示出）绝缘；
[0185] 这些层通常使用薄膜沉积技术以及电镀工艺来加工。焊料也可以通过电镀工艺或 如丝网印刷的任何传统工艺来应用。
[0186] 在冷却子层中，微通道可以通过DRIE来制造，以提高热移除。这些通道还可以使 用多个切割锯来制造。在孔口子层（例如，图1中的sL 31)中：孔口可以通过DRIE来制造。 压铸及其它大规模生产工艺也可以用于制造这样的子层。
[0187] 包括如上所述的冷却设备的多芯片模块封装应当优选地包括：
[0188] -高效率三结太阳能电池（或"3JPV"，市售），以彼此之间的最小距离被焊接到基 板上；
[0189]-冷却器封装（或散热器），具有：
[0190] 〇微加工硅晶片24,即电网的热交换器和载体，其具有：
[0191] 在底侧的微加工热传递结构，包括通道（诸如图1或图4中的CPtl311);
[0192] 集成温度传感器；
[0193] 由连接到PV电池的底部电极的导电垫（214)组成的电网。
[0194] 〇歧管系统，用于流体分布和收集，具有：
[0195] 组合孔口子层sL41和歧管子层sL32的一个基板；以及
[0196] 具有孔口子层sL31的基板。通过这样的（特定）设计，两个子层可以被组合在 单个基板中，以利用双侧DRIE的特定工艺。这样做，可以减少组件和接口的数目。通常，如 果工艺和设计允许，应当组合层以减小制造成本。
[0197] -电互连（包括导电焊盘214、连接216等），其在平行连接的情况下将一个电池的 顶部电极连接到另一电池的顶部电极，或者其在串联连接的情况下，将一个电池的顶部电 极连接到再次连接到另一小区的底部电极的导电焊盘214(见下文，300 μ m丝焊、软钎焊或 焊接Cu带或引线框）。
[0198] -载体251，用于机械支撑和对更大的系统的对接，具有：
[0199] 〇歧管层（实现层级L1和L2二者），由聚合物、金属、复合材料等制成。
[0200] 参考图5,除了前述组件，多芯片模块接收器封装通常应当包括用于保护不期望暴 露于辐射的组件的屏蔽215。此外，该屏蔽封装PV电池封装，以防止灰尘、湿气等。屏蔽进 一步包括覆盖窗215a，其可以用于在需要时滤波辐射，参见2. 2节。屏蔽壁215b可以用作 用于使入射辐射均匀的辅助反射器。屏蔽具有可以热回收系统，其可以串联地耦合到冷却 回路或单独的热回路，如在接下来2. 2节中具体描述
[0201] 2.2.光伏热混合太阳能接收器
[0202] 在2. 2. 1小节中讨论混合接收器的主要方面（及变形）。2. 2. 2小节涉及实现细 节、应用、操作方法等。
[0203] 2. 2. 1.主要方面和变形
[0204] 参考图6-10,现在描述新颖的光伏热混合太阳能接收器20。在每一种情况下，该 混合接收器首先包括热收集器22。后者在第一平面220中延伸，该平面通常是热收集器的 延伸的主平面，即，可以接收和收集辐射的平面。所述第一平面的位置优选地取在收集器的 热收集板的平均平面的层级，如图8或9所示。因此，该热平面也可以被称为"屏蔽"，如以 下一些地方所进行的。此外，热收集器包括孔口 68。
[0205] 接收器20进一步包括光伏模块21。这样的模块被设计用于输送电输出功率P。，在 操作上本身是公知的。该模块特别包括在第二平面210中延伸的光敏区域212。后者通常 是区域212的扩展的主平面，例如，模块的光敏窗格的平均平面。出于简单和效率的原因， 其进一步优选地平行于第一平面，但是平行不是必需的。在所有情况下，第二平面210位于 第一平面220的距离232 (参见图8或9)处，并且区域212与孔口 68相对。孔口的投影， 即垂直于到第二平面210,对应于光敏区域（或基本上与之对应）。这里，"基本上"是指光 敏区域可以表示孔口的投影区域的80至100 %。
[0206] 其中平面210远离平面220并且区域212被设置为与孔口 68相对的上述设计方 法允许容易地改变光伏模块21与热收集器22的辐射暴露的比率，例如，通过简单地相对于 辐射焦点或平面，垂直于平面210平移设备。因此，该设备使得能够迅速地从PV功率输送 "切换"为热功率存储。
[0207] 另一个优点是：当光束散焦时，PV电输出变小，但是从前面的目标的热输出较大。 因此，即使有偏移也可以有益处。因此，可以实现利用较低成本的镜子的不太准确的跟踪器 和更高的最大光学集中。
[0208] 此外，热收集器和光伏模块可以被配置为保护光伏模块的外围区域不受撞击热收 集器的辐射的影响。即，热收集器可以被设计为保护光伏模块的主平面的外围区域，并且至 少部分地屏蔽从光伏模块处的光源接收的辐射，例如，以保护光伏模块中的无源二极管或 无源元件。
[0209] 优选地，混合接收器进一步包括热连接到光伏模块（在其背面的）的第一热回路 部分（参见在图8或9中的71a)以热连接到热收集器的第二热回路部分（72a)。所述回路 部分可以被连接到相应的热回路部分，典型的闭环，如下面将要讨论的。所述回路部分71a 和72b可以在需要时彼此热绝缘。部分71a或72a或两个部分71a和72a可以例如被实现 为如前在2. 1节中所述的冷却设备，参见例如图1或4中的25。
[0210] 通常，第一回路部分71a被插入在被配置为冷却PV接收器的第一热回路71中，并 且第二回路部分72a被插入在独立于所述第一回路的第二回路72中，并且进而连接到热存 储装置，以服务将在下一节中描述的目的。在变形中，所述第一部分71a和所述第二部分 72a可以在相同的热回路中被串联地热连接，经历稍后要要描述的附加约束。为了完整，图 8、图9示出了相应回路71、72的流入/排出回路部分71i、71o、72i、72o。
[0211] 距离232以及在区域212和孔口 68的下端68a之间的距离231取决于许多设计 和系统选项，这将稍后具体讨论（期望的绝缘、回路尺寸、均化器的存在、滤波、集中器及其 特性，系统的平移速度和所需的反应性等）。
[0212] 例如，最接近光伏区域212的孔68的端部68a优选地被保持在与该区域212的 (小）距离处，如图8所示，以确保热绝缘。通常，孔68的该端位于在大于或等于0. 2mm的 距离处，这可能已经使与PV接收器的绝缘距离足够，如测试已经证明的（空气可以用作绝 缘介质）。然而，根据所使用的PV模块的尺寸和冷却回路的温度，该距离可能需要大于或等 于0.5_，和/或可以使用其它绝缘材料。另一方面，该距离优选地小于或等于3. 0_。实 际上，这可以实现，该间隙必须小得足以使得光不能"逃离"。即，离开孔的光具有限定的角 度，因此上述距离被设计为小得足以使得外出的光线不应当撞击有源区域的外围。根据其 它设备规格，该距离可以更优选地小于或等于2. 0_，甚至更优选地1. 0_。附图显然未按 比例，至少在所示出的每个特征方面。
[0213] 现在，可以认识到，因为⑴最小热回路部分通常具有5mm的直径，并且（ii)端 68a位于大于0. 2mm的距离处，那么最小距离232需要大于2. 7mm。替代地，使用6mm回路 直径的使该值为3. 2_。此外，如果使用中间均化器，则该最小距离增加（例如，至少10_， 最优地，对于大约35X35mm的孔60mm长以及53°的光入射角，抛物面的边缘角）。更一般 地，如果没有提供均化器，则图8的最小距离232通过热收集器的尺寸（即包括热回路72a、 板等）来确定。
[0214] 注意，在图8或图9的变形处，热收集器22可以包括锥形孔部分，即具有非恒定的 横截面。在该情况下，孔68的所述端部68a对应于非恒定横截面的最小横截面面积。
[0215] 如前所述，热收集器可以进一步在第一平面220和第二平面210之间的中间部分 75中的包括一个或多个镜元件74 (参见图6、图7或图9)，例如光均化器，或者更一般地光 学器件，即，二次光学器件（除了集中器）。这样的镜元件可以被配置为具体反射入射光 90a-c，并且将反射的光90b-c反射到光敏区域212上，如图9所示。例如，镜元件可以被配 置为均匀化和/或进一步集中反射的辐射90b-c到区域212上。为此，简单的可能性由具 有形成封闭中空部分75的至少3个或4个镜元件组成，如在图6、图7或图9中所描绘的。 然而，可以使用单个管状镜。
[0216] 有利地，一个或多个镜元件74热连接到第二热回路部分72a，诸如有利于相应的 热回路。在该情况下，如果如图9和图10中所示，回路部分72a的至少一部分是卷绕所述 镜元件周围，则应当获得最优结果。所需要的回路可以例如被适当地模制或布置在绝缘体 中，如图7更好地看到，其中，第二热回路部分的部分72al-7是可见的。
[0217] 有趣的是，热收集器还可以包括带通滤波器76 (参见图7或图9)，例如，在孔68的 上端的层级处并且配合在所述孔内，以具体地选择PV电池的转换效率为最优的带宽。对于 后述目的最优的通带是350-1500nm，S卩，其对应于优选的PV电池具有大于80 %的转换效率 的光谱。优选的PV电池通常是来自例如波音斯派克、安科、蓝色空间等的多结太阳能电池。
[0218] 有利地，滤波器可以进一步被设计为热吸收通带外的辐射波长，即再次在较高级 的热能形式方面有利于热回路，优选地第二热回路72。
[0219] 在这方面，滤波器可以包括填充有在与例如回路72的热回路连通的流体中的冷 却流体77的中空腔（参见图7)。稍后讨论其它选项。
[0220] 接下来，如上所述的混合接收器20可以有利地用于诸如图10中所示的装置 10 (或者更具体地在图12或图13中）。这样的设备应当进一步包括集中器27。后者被设 计和配置为使辐射集中到光学焦点80,如公知的。根据实际实施方式，光学焦点80是集中 的光的最大强度的区，例如，基本上位于小体积或密闭接近平面，例如平面80。
[0221] 该装置（或集中器装置本身）还包括定位装置27&、2713、30，其可以具有各种目的。 在这方面，接收器和/或集中器经由定位装置被可移动地安装在装置中。
[0222] 例如，所述定位装置可以被配置为改变在光伏模块处接收到的辐射90b的强度与 在热收集器处接收到的辐射90a的强度的比率。由于其相对尺寸而导致很可能更简单地使 混合接收器经由定位装置30而不是集中器可移动地安装在装置10中。接收器还可以相对 于光学焦点80移动。因此，接收器和/或集中器可通过所述定位装置从光伏模块21位于 光学焦点80的位置移动（例如，沿双向轴84)到热收集器22位于光学焦点的位置。
[0223] 因此，非常容易，例如，经由接收器和/或集中器的简单的平移获得上述改变强度 的比率。在这方面，定位装置可以简单地被实现为下述中的一个：线性致动器，诸如齿条和 小齿轮；或车辆，如轮式车辆、履带式车辆、或有轨车辆，例如包括小车、转向架等，更一般 地，所述定位装置30优选地使得能沿着垂直域第二平面210的轴84的双向运动。所述装 置30优选地具体专用于改变上述比率的任务，并且可能仅用于该任务。常规的跟踪系统在 操作中不支持沿着轴84的适当双向运动。实际上，在现有系统中，接收器的位置在设置期 间被改善，但是其被固定（明确）用于标准系统的系统的寿命。
[0224] 现在，集中器27或其一个或多个元件271可以进一步经由其他定位装置27a、27b 被可移动地安装在装置中，如在图10、图12和图13中示意性描绘的。
[0225] 作为是双混合系统的简化表示的图12 - 13图示了在接收器处的光斑几何形状的 变化。在每种情况下，上图表示用于在接收器平面处聚焦的光斑的配置，而光斑下图中散 焦。此外，在图12中，使用经典抛物面集中器（镜）27,而在图13中，集中器包括多个镜 271，其可以通过相应的定位装置27b来致动，以改变接收器平面处的光斑几何形状（在图 8-9 中的 210 或 220)。
[0226] 如示意性图示，接收器平面处的光斑几何形状可以通过下述来改变：
[0227] -图12 :例如在旋转对称抛物面集中器中沿着光轴84的接收器的移位是否应当是 均化器所涉及的；和/或
[0228] -图13 :例如通过多小面镜的一个或多个（平坦）元件271的倾斜来改变初级集 中器的形状。
[0229] 此外，可以通过改变主镜或折叠束布置中的二次光学装置中的一个的曲率来使光 斑散焦。
[0230] 如上述触摸时，为了将接收器模块20移动到焦点外，接收器可以被安装在可移动 级上。该级可以通过轴和本身相对于集中器系统的焦点平面被安装在固定位置的步进电机 来致动。该可调整的接收器定位单元表示控制元件30,象征性地由图10的附图标记30表 示。替代地，可以使用液压或气动致动活塞等来移动具有接收器的级。
[0231] 图16示出了当对于沿着系统的光轴布置的接收器模块使用旋转对称抛物面初级 集中器时在PV接收器模块平面（参见在图8-9中的220)处的强度分布（归一化强度）的 典型横截面。X轴表示沿着通过孔的部分的距离r (mm)，其中r = 0对应于孔的中心（通常 为对称中心）。较暗的灰色块对应于孔，而较亮的灰色框表示屏蔽，即延伸平行220至接收 器PV模块平面220的收集器22的热平面。如图16中所表示的各种曲线所示，光束可以聚 焦为使得辐射强度大部分或基本上分布在与孔相对应的区域内（该强度应当相应地被转 换为有助于PV电池的电功率）。使光斑散焦（或改变镜形状/元件）导致了扩大强度分 布，使得辐射变得基本上在屏蔽处被收集。
[0232] 在这方面，屏蔽22a(图6-9)优选地被制造为基本上大于孔68。通常，孔的尺 寸（例如，在10X10和30X30mm之间）反映了 PV-MCM的尺寸，而整体屏蔽尺寸可以达到 200X200mm或更大（例如，500X500mm是可能的）。
[0233] 图17示出了在沿着朝向初级集中器的光轴（横坐标的距离d(mm))放置元件的同 时由热收集器（虚线）和PV接收器（实线）捕获的总辐照度（归一化的功率）。通常，到 达PVT接收器的的太阳能辐射的?30%可以被转换为电能，而其余70%可以作为热量被捕 获，这与由热收集器所捕获的辐射一起贡献到存储系统。该系统的设计点优选地被设置为 在PVT接收器上的负载的90-20%之间。
[0234] 2. 2. 2.其它变形、【具体实施方式】细节和应用
[0235] 可以考虑很多概念的变形。例如：
[0236] -热收集器可以具有圆锥形状；
[0237] -热收集器和均化器可以是一个和相同的元件，适当地在PV接收器上设置有用于 收集太阳能辐射并且分布/集中反射的光二者的适当形状：
[0238] -当使用平坦的多小面镜集中器（如图13)时，一些小面可以是固定的，其它可以 移动。
[0239] -主镜的小面可以倾斜为将放置热接收器平面处的接收器20外围的光进行重定 向。
[0240] 其它变形可以包括：
[0241] -光锥被直接安装在具有冷却的PV芯片上（高温），其消除3JPV芯片阵列上的无 源表面。这样的锥体被布置为使得对可能以其它方式撞击太阳能电池的接触焊盘及其之间 的间隙的光进行重新定向。光被重定向到光敏区域，由此增加系统的电效率；
[0242] -具有反射表面的前电极栅，以防止敏感PV表面的阴影；
[0243] -防反射表面，使用例如与前电极光栅组合的蛾眼图案，这通过将UV/蓝光反射到 均化器而有助于波长滤波功能，以服务如前所述的吸收增强和滤波的更一般的功能；
[0244] -可切换吸收器，这取决于湿度（湿度大和清晨/深夜增加红移和欠载的蓝色二极 管；
[0245] -附加红色吸收器等。
[0246] 以上关于混合接收器阐述的各种特征可以以若干方式被有利地组合。例如，火用 (exergetic)恢复可以通过使单独的冷却回路71用于多芯片接收器冷却25和用于均化器 和屏蔽冷却72来被优化。如所解释的，电输出可以通过沿着更接近镜和远离聚焦平面的光 轴移动配件来控制。火用优化可以进一步使用波长选择性反射滤光器，以避免PV芯片的暴 露，例如，具有其无法转换的光（UV和远IR)的多芯片模块（或MCM)三结芯片。芯片之间 的无源区域被有利地通过使三角形反射器放置在前面电极和连接网格（为清楚未示出）上 而被减少。
[0247] 本文考虑的由CPVT系统进行的电功率的分派输送情况可以例如参考图18简单描 述。图18示出了三条曲线，表示：
[0248] -全线路：早上功率需求高峰和晚上需求高峰；
[0249] -虚线（高斯状曲线）：典型的PV2小时的设计功率，在13:00左右具有最大值；
[0250] -短划线：典型的CPV6小时设计功率；以及
[0251] -虚线：8_9小时设计功率，如可以通过本发明的实施例来实现的。
[0252] 8-9小时设计功率确实可以实现，即输出功率现在可以保持在8-9小时，而不是用 于平板PV的仅2个小时。具体地，混合接收器可以被移出聚焦平面以减少光的强度，如前 面解释的。反馈回路可以将接收器移动回聚焦平面以补偿临时辐照损失（例如，光云）或 满足更高的功率输出需求，如将将在下一节中更具体说明。过多的能量通过热收集器和相 关的回路被获得为热量，并且用于渡过早晚高峰的需要，例如，使用利用存储的热（并且加 压）水（如150°C)的Rankin引擎。根据热收集器的实际尺寸，该温度不能过大，否则这将 导致从该大面积热收集器的辐射损耗。
[0253] 在下一节中给出关于操作方法和系统描述的更多细节。
[0254] 2. 3.光伏热混合系统及其操作方法
[0255] 混合系统和操作方法的主要方面（及变形）在2. 3. 1小节中进行了讨论。2. 3. 2 小节涉及具体实现细节。
[0256] 2. 3. 1.主要方面和变形
[0257] 本节集中于操作光伏热混合系统的方法。在图10中示出了混合系统10的示例。 一些组件或该系统的变形在图1-9、12-15、19-20中示出。
[0258] -般地参考图1-20并且具体地参考图11，所述方法通常依赖于系统10,包括：
[0259] -如在2. 2节中描述的混合太阳能接收器20, S卩，其中所述接收器包括光伏模块 21，可操作地耦合到系统10以例如对功率用户输送电输出功率P。；以及
[0260] -如在2. 2节中描述的热收集器22。重要地，出于本文中所描述的实施方法的目 的，收集器必须是不同于（例如，热绝缘）光伏模块。此外，光伏模块和/或热收集器被可 移动地安装在系统中（例如，在一级）。
[0261] 该系统还包括收集器热存储装置42。如上所述，后者通常经由闭环热回路72热连 接到热收集器22,使得在热收集器处收集的热量可以被存储在所述存储装置42中。在本申 请中，"热连接"的两个组件指与"热耦合"相同的两个组件，即，热量可以从一个组件交换到 另一个。
[0262] 最后，系统10包括定位装置30,其适用于移动光伏模块和/或热收集器。
[0263] 接下来，操作方法包括下述步骤：指示（图11，步骤S30)定位装置（30)移动光伏 模块21和/或热收集器22以改变辐射强度比率。所述比率比较PV模块21处接收到（图 11，步骤S10)的辐射的强度与该收集器22处接收（S10)到的强度。
[0264] 一个理解是，这样的方法可以利用如2. 2节所述的设备。
[0265] 是否指示定位装置30移动光伏模块21和/或热收集器22通常在控制系统/单 元100处决定，如图20所示。在下一节中具体说明该控制系统/装置。
[0266] 注意，决定S30可以基于所计算的、预测的功率需求等，但是也可以基于热需求 (至少部分地）。功率需求是在具体时间电网所需要的功率，例如中午高峰或晚高峰。
[0267] 例如，具体地参考图11，表示电功率需求的PD的数据可以在步骤S80处被接收。 然后，可以基于PV输出功率P。（例如，如由PV模块输送的）与功率需求的比较（步骤S20、 S22)来执行决定S30。
[0268] 注意，在典型的应用中，功率需求是AC，而输出功率是DC。因此，系统10通常应当 包括逆变器28,参见图10,通过其再输送到功率用户之前对功率进行处理。在该情况下，根 据系统的逻辑100,可能需要间接比较（AC与DC)。通常，P D始终为AC功率。因为DC/AC转 换比率或校准曲线通常是已知的，所以可以很容易地被集成在反馈回路中。转换可以通过 负载来改变（例如，100 %负载时的98 %，50 %负载时的96 % )，但是准确的校准曲线通常可 用。
[0269] 具体地，如果比较S20表示输出功率P。大于功率需求PD，则可以进行决定S30以 适当地移动PV模块和/或收集器以降低辐射强度比率。实际上，如果匕大于P D，则可以认 识到，使PV模块与收集器不变的配置是次优的。相反，通过上述接收器20,接收器20的配 置可以被改变，以有利于热收集，而不是电功率转换。
[0270] 现在，可以被指示（步骤S24)向功率用户输送提供由PV模块21生成的输出功率 Pc，以在Pc匹配需要功率PD时，基于在步骤S20、S22处执行的比较来满足功率需求PD。在 图11中，P d表示实际分派的功率（步骤S24、S57或S52)。稍后给出图11的完整描述。
[0271] 通常，这样的比较S20、S22经历容差，这取决于系统的容量、反应性等。这容差可 以例如基于尝试和错误的过程来根据经验调整。而且，这里再次，比较一致的功率值（例 如，AC 与 AC)。
[0272] 附加的组件可以被设置在系统10以进一步对其进行优化。例如，系统10可以进 一步包括热引擎62,如在图14-15中所示。热引擎62热连接到收集器热存储装置42。
[0273] 在该情况下，本方法还可以包括下述步骤：指示（图11，步骤S50、S56)热引擎62 开始热到电转换的过程，以转换存储在收集器热存储装置42中的热量。是否这样做通常是 基于比较S20、S22来作出的，S卩，如果事实证明P0比功率需求ro低。
[0274] 注意，热引擎62可以是适用于本目的的任何类型的热到电转换器，例如，运行兰 金（Rankine)循环，优选地有机兰金循环（0RC)，其使用诸如正戊烷或甲苯的有机液体代替 水和蒸汽。这允许使用较低温度的热源，其通常以约70-90°C进行操作，但是工作仍然在诸 如120-150°C的较高温度下较好，如当前设想的。适当的流体可以在下述当中选取：氢氯 氟烃（HCFC)、氯氟烃（CFC)、全氟化碳（PFC)、硅氧烷、醇、醛、醚、氢氟醚（HFE)、胺类，液体 混合物（非共沸和共沸）、无机液体。示例是：R245fa、R123、正丁烷、正戊烷和R1234yf、 Solkatherm、R134a、R600、二氧化碳、R152a、R600a、R290等。如本文所考虑的流体与系统 的最佳操作条件的临界温度的比较允许细化选择。具体地，在本发明的上下文中进行的实 验已经示出了表明流体R134a，其次是R152a、R600、R600a和R290,是用于由低于90°C的热 源温度所驱动的低温应用的最适当的流体。在变形中，依赖于热电发生器，其将热转换为电 功率而没有工作流体和移动部件。然而，热电发电机当前对于kW到MW大小的转换器具有 较低的转换效率。
[0275] 具有反馈回路的控制系统（图20,参见100)用于适配例如由电网控制站所需要的 实际需要的电功率输出。图11示出了用于可分派功率模式的主控制过程的示例。在该示 例中，所产生的电功率是主要控制变量，并且被适配为使用接收器定位系统的需求。定位响 应是在几秒的范围内，同时兰金循环的开始可以被预测，并且因此保持有相同的响应时间。
[0276] 甚至比分派的功率更有价值的是电网服务的功能。具有机动化接收器的光伏单元 可以在反馈回路在电网中的相位角Φ(表示负载情况）和接收器的位置之间闭合时采取该 功能。
[0277] 角度Φ越小，接收器就被移动得越远离焦点；角度Φ越大，接收器就被移动得越 接近接收器。最有价值的是网络服务能够非常快地反应，即几秒内，可以通过本发明的实施 例来实现该情况。
[0278] 在这方面，逆变器可以在约几毫秒中被关闭，例如在电网故障（闪电或物理损坏） 的情况下。在该情况下，接收器20可以在几秒内被移动到最小功率位置；功率因此可以在 开路电压模式中消散。所产生的电荷在PV二极管中回流，增加对微通道冷却器的热负载。 因此，不产生对系统的损害。
[0279] 接下来，如果该方法和系统继承了附加的客户端处理，则可以实现对系统10的附 加优化。例如，该方法可以进一步包括指示（图11，步骤S42、S60)以触发附加的过程以消 散收集器热存储装置的热的步骤。这优选地在步骤S42处决定，如果收集器热存储装置42 的热存储阈值被实现。
[0280] 附加的过程优选地是脱盐过程和/或吸收冷却过程。更一般地，各种客户过程可 以被集成，例如，自由冷却过程或输送用于化学应用和/或工艺的热量的过程。然而，可以 认识到，将本发明的系统/方法与脱盐过程或吸收（例如，水吸收）冷却过程相组合在诸如 本实施例中设想的上下文中更有价值，即太阳能辐射水平越高，脱盐或冷却过程的输出就 越有价值。
[0281] 此外，如图10所示，系统10还可以包括将PV模块连接到PV热存储装置41的第 一热回路71 (通常为闭环），其中后者与收集器热存储装置42不同。PV热存储装置41和 回路71用于冷却PV模块（可以用于如2. 1节所述的由冷却设备25组成的实例）。还提供 了不同于所述第一热回路71的第二热回路72 (通常也为闭环），其将收集器热存储装置42 连接到热收集器22。组件41和42也出现在图14和15中。
[0282] 注意，在变形中，该系统可以包括将PV模块和热收集器二者串联连接到热存储装 置的热回路，使得单个热回路中的流体首先到达光伏模块以使其冷却，并且然后到达热收 集器。
[0283] 本文所考虑的热回路中的任何一个（当仅使用一个回路时，单个热回路，或者当 使用不同的热回路时，两个回路中的一个或两个）可以附加地用于冷却的系统中的任何组 件。因此，散热组件中的一部分或全部可以被包括在回路中，诸如以有助于系统的能量转换 效率。
[0284] 接下来，该系统可以进一步包括热交换器61，如图14中所示。热交换器61热连接 到PV存储装置41。因此，可以指示经由所述热交换器61将存储在PV存储装置41中的热 提供到热用户64。
[0285] 有利地，热交换器61被进一步热连接到收集器热存储装置42。在该情况下，可以 指示将存储在热收集器存储装置42中的附加热量提供到热交换器61，同时经由热交换器 61向热用户64提供存储在PV存储装置41中的热量。
[0286] 交换器61实际上可以包括串联的两个热交换器：第一个抬升温度并且第二个将 热量转移给用户。第二热交换器可以是热用户64的组成部件。
[0287] 如图14所示，系统10还可以包括热连接到热引擎62和热用户64的附加热交换 器63。有利地，热用户64(脱盐、吸收热量泵）进一步热连接到PV热存储装置41。此外， 可以经由热交换器61连接到收集器热存储装置42。然后，该方法可以附加地包括指示（图 11，S60)热引擎使用热交换器63作为低温池开始对存储在收集器热存储装置42中的热量 的热到电转换的过程。
[0288] 附加热交换器63可以连接到热引擎62和热用户64,以提供用于兰金循环的低温 池。例如：
[0289] -盐溶液供给可以被直接输入到用户64(步骤S64,图14)，在该情况下，兰金循环 可以使用空气作为低温池；或者
[0290] -盐溶液供给可以通过热交换器63 (优选的选项，步骤S63,图14)，并且因此用作 低温池以提高兰金循环的温度差。
[0291] 目前，给出了图11的方法的完整描述。图11对应于具体实施例中，组合上述方法 的许多方面：
[0292] -步骤S10 :在热收集器和/或PV模块上接收太阳能辐射；
[0293] -步骤S10 :将实际PQ与功率需求PD作比较，由于涉及在步骤S80接收到的功率需 求相关的数据（例如，功率需求可能迅速变化；相应的数据流可以在单元1〇〇处被接收和处 理，图20)。具体地，如果存在PPPd，则该过程前进到S30。如述，该比较优选地经历特殊容 差并且可能计时器，以避免过于频繁的致动。如果该条件不满足（匕不大于P D)，则该过程 前进到S22 ;
[0294] -步骤S30 :当匕圮时，指示定位装置移动光伏模块和/或热收集器，以降低辐射 强度比率，并且从而有利于在热收集器处收集的辐射；
[0295] -步骤S22 :单元100测试是否PQ ~ PD，在该情况下，PQ可以被分派，步骤S24,以 满足当前功率需求（匕=P D)。如果不是，则该过程前进到S50 ;
[0296] -步骤S50 :单元100检查存储在存储装置42的热量是否足以开始热到电转换，并 且从而满足功率需求PD ;
[0297] -步骤S56 :如果是，则热到电转换过程开始；相应产生的功率可以被分派，步骤 S57,以满足当前功率需求。如果有必要，则通过热到电转换所获得的电功率可以被"添加" 到PV可用功率P。，以满足需要。然而，热电转换器的"大小"通常应当为CPVT系统能够输 送的最大功率的10-20%。在实践中，这足以满足整晚而不是白天期间的需要。
[0298] -步骤S52 :如果不（即，如果存储在存储装置42中的热量不足以开始热到电转 换），则该过程将无法满足需要。然而，仍然可以输送可用PV功率；
[0299] -步骤S40 :因为在步骤S30,定位装置可能已经移动了光伏模块和/或热收集器 以有利于在热收集器收集的辐射，所以热量可以被方便地存储（步骤S40)。如在S40处存 储的热量的当前水平用作S50的输入；
[0300] -步骤S42 :另一方面，如果存在要实现的存储容量（如在S42中监视的），单元100 可以指示开始附加的客户端过程（例如，自然冷却、脱盐、吸收冷却等）：该过程进行到S60。 现在，如果存储容量还没有实现，则附加热量可以被存储，步骤S40。
[0301] 根据该原理，现在特别参考图14描述具体的有效情况。通过热回路71(71i、 71〇)将热量从微通道冷却器收集（图1-5,参考25)到低级热量槽41 (图14)中。由于回 路72 (72i、72o)，热量进一步从均化器74 (图9)和热收集器22 (图9)收集到高级热量槽 42 (图14)中。低级热量槽对功率用户直接进行馈送，即脱盐系统（膜蒸馏）64。当低级热 量槽被部分地或完全耗尽时，附加热交换器61可以使用来自高级槽的热量来提升温度。高 级热量槽馈送兰金过程62来以20-30%的效率将热量转换成电功率。低温池是从进入的盐 水S63或从空气冷却器S64(图14)得到的。
[0302] 图15示出了系统10的另一可能配置，其基本方案允许按需管理电力和水输送二 者。图15示出了 ：
[0303] -与图14中相同的组件20、41、42、62和64，除了脱盐系统包括64、64&和65。附 图标记64现在对应于脱盐过程，64a是该过程64的对应的供给，并且65是指脱盐水存储装 置。脱盐水存储装置65连接到脱盐过程64以按需提供水66 ;
[0304] -连接到脱盐系统的供给64a和兰金过程62的热交换器63本身如前连接到存储 装置41和42。注意，图15中的热交换器63a与图14中的热交换器63的功能相同；
[0305] -第一热回路71连接到如前第一存储装置41。所述回路现在分支到脱盐过程 64(经由回路部分71b)，这另外由存储装置41来辅助（经由回路部分71c)。回路部分71c 在需要时可以包括热交换器。
[0306] 上述系统允许按需提供电功率10a和水输送66二者，得出高和低级热水槽的最佳 使用。
[0307] 如果在收集器热存储装置42中的温度基本上大于PV热存储装置41中的温度，即 大于20°C，则如前面所述的方法全部都是更有效的。然而，超过30°C的温度差大大提高了 系统的性能。理想地，温度相差多于50°C，这可以在如本文所述的实施例中被实现。
[0308] 混合接收器20优选地被可移动地安装在系统10中，使得定位装置30可以通过沿 着光轴的简单平移将接收器20作为整体进行移动（例如，通过定位装置使光伏模块和热收 集器不独立于彼此地可移动），如2. 2节所述。这大大简化了系统的设计。此外，这允许例 如经由回路72有效地捕获接收器20的各种组件所耗散的热量的集成解决方案。进而，可 以优化在两个回路71、72之间的温度差。
[0309] 在变形中，仅热收集器板22a可以被移动（PV模块21是固定的）。例如：热收集 器板基本上由于透镜阵列混合的热回路的2D布置组成，其中收集器可以或多或少地被移 动得接近固定的PV模块。此外，假设在光伏接收器上的辐射的均匀分布，后者可以在入射 辐射的横向方向上相对于热接收器移动（或反之亦然），以覆盖光伏接收器的部分，并且相 应地改变在热回路与PV回路中捕获的能量。因此，存在实现在可移动地安装在系统中的光 伏模块和/或热收集器的各种可能的方法。
[0310] 2. 3. 2.天气预测、预测需要的电力和水
[0311] 在§ 2. 3. 1中所述的一些方法的目的是按需提供电力，并且同时基于由太阳能 CPVT接收器输送的中/高级热量满足在晴天位置的其他核心需要：例如脱盐水和冷却。脱 盐和/或冷却可以直接或从存储的热量来操作。由于上述方法可以得到用于脱盐和冷却的 足够的温度水平。热水可以在高辐射期间被存储，即超过电力的需要。来自PV冷却单元的 冷却剂被存储在热水槽41中，以供在功率用户64处的以后使用（脱盐和冷却）。当需要比 可从PV提供的更多电能时，低压有机兰金过程62被激活。通过存储的热量驱动的微通道 热交换器25产生驱动涡轮的蒸汽，并且产生电功率。
[0312] 电力需要曲线在大多数位置示出了中午期间的峰值以及在早晨和傍晚两个较小 的峰值。在夜间的需要通常是1/10以下。通过晚间需要是峰值光伏输出的1/10的并且与 部分太阳能功率一起的有机兰金设施，可以覆盖早晚高峰。
[0313] 为了过渡夜晚，日常热输入的约30%以高温水平被收集，并且通过高效率低温有 机兰金循环被转换成电功率。热量在白天被存储在热水槽中，与夜晚的较低环境温度一起， 兰金循环可以以相当好的效率将热量转换成电功率。热-电转换的效率将通过使用太阳能 集中器来改善，来以低或负的摄氏温度将热能辐射到空间。因为热脱盐提供了大于电力输 出的30%的相对值，所以可以实现用于受控输出发电站的理想候选。热脱盐过程可以通过 因子4来容易地调整，并且当使用大的输出水存储槽时，脱盐水的输送可以根据需要。
[0314] 为了允许集中的光伏热系统存储用于脱盐和以合理价格的电能产生的一周的能 量，需要两个单独的存储槽：（i)每MW5000m 3的热水气压存储池以及1000m3加压的热水存 储槽。热水池存储来自PV微通道冷却器的90°C加热的冷却剂，而热水槽存储来自热收集器 (面板+均化器）的150°C冷却剂。在变形中，在?120°C并且2巴进行操作的顺序冷却系 统（串联的回路71和72)需要具有?5000m 3的体积的单个低压槽。热水存储可以用于驱 动低压有机兰金引擎，而热水存储槽用于驱动膜脱盐或吸收冷却过程（图14)。热交换器被 设计成在电力需要低的情况下以因子2来延伸热水槽的容量和脱盐容量。两个槽使用分层 存储的方法，以防止在部分填充的槽中的温度下降。
[0315] 更成问题的是直接太阳能辐射很小的坏（雨天）天气的时段。幸运的是，在该时 段期间对于脱盐水或冷却的需要可忽略。这意味着可以使用有机兰金设施将整个热存储转 换为电力。通过改进的计算机建模，天气预测已经在5天的时段中变得准确，即热存储可以 实现的时段。
[0316] 热-电转换的效率将通过使用太阳能集中器来改善，来以低或负的摄氏温度将热 能辐射到空间。
[0317] 参考图19和20 :对于具有多个太阳能发电站的区域，面对风向的站可以用作用于 后续发电站的辐射预测器。这允许电功率的更准确的短期派发。对于即将到来的较大云团 情况，减少脱盐产生以有利于热存储以具有用于兰金发电的足够能力。用于执行这样的功 能的控制设施100可以是自动的。云团的移动速度和方向可以通过检测即将到来的云团的 不同接收器的覆盖速度和方向来测量。该测量通过例如已经是双轴跟踪器的一部分的象限 检测器来执行。这样的输入然后被馈送到控制系统100,以确定云团的轨迹，并且确定相邻 发电站是否以及何时将受到影响。该监视可以连续地执行。在主要产生区300外放置分散 "计量"接收器阵列301-303,其可以供应单个房屋或小村庄，但是主要用作主要发电站的适 当派发策略的"预警"。这些阵列必须大得足以能够检测云团的速度和方向。
[0318] 接下来，控制系统100可以被设计为调谐对应于天气预测的缓冲的能量。发电站 的能力规划现与天气预报相结合。在预测降雨之前，脱盐可以被减小以积累用于电力产生 的热量，以便于在降雨期间过渡没有直接太阳能辐射。这由于在下雨时段期间对于水的较 低需要而易于被补偿。热的积累和热存储装置的扩展通过使较热的冷却剂通过CPVT以牺 牲电产生来实现。
[0319] 2. 3. 3.具体实现细节
[0320] 可以设想很多可选特征，其中的一些已经在2. 1和2. 3中提及。
[0321] 首先，热收集器22和PV模块21可以如2. 2节所述的实现。类似地，接收器还可 以包括镜元件74,如在图6-7中描绘的。后者被设置在中间部分75 (图9)，并且优选地通 过将热收集器22连接到收集器热存储装置42的同一回路72热连接到收集器热存储装置 42。
[0322] 该接收器还可以包括：
[0323] -如2. 2节所述的带通滤波器76 ;
[0324] -集中器（图10, 27、27a、27b、271)，具有任何在2. 2节中描述的特征中的任何一 个。
[0325] 关于操作方法：反馈算法也可以基于热需要，以产生水、制冷或馈送另一热过程， 并且不仅基于功率需求。此外，兰金引擎可以正向和反向运行，以有助于"泵送"出存储的 热量。可逆兰金引擎可以有助于电网服务，这允许更长或以更好的值使用兰金引擎中的投 入。
[0326] 3.附加的技术实施方式细节
[0327] 最后，图20图示了适用于实现本发明的各方面的计算单元的示例性实施例。应当 理解，本文所描述的方法在很大程度上是非交互式和自动化的。在示例性实施例中，本文描 述的方法可以在交互式、部分地交互式或非交互式系统中来实现。上述的方法可以部分地 以软件（例如，固件）、硬件或其组合来实现。在示例性实施例中，本文描述的方法以如可执 行程序的软件实现，并且通过专用或通用数字计算机来执行，诸如个人计算机、工作站、小 型机、大型计算机。因此，该系统100包括通用计算机101。
[0328] 在示例性实施例中，在硬件架构方面，如图20中所示，计算机101包括处理器105、 耦合到存储器控制器115的存储器110以及一个或多个输入和/或输出（I/O)设备140、 145 (或外围设备），其经由本地输入/输出控制器135通信地耦合。该输入/输出控制器 135可以是但不限于一个或多个总线或其它有线或无线连接，如本领域已知的。输入/输出 控制器135可以具有用于支持通信的附加元件，为了简化而省略，诸如控制器、缓冲器（高 速缓存）、驱动器、转发器以及接收器。此外，本地接口可以包括地址、控制和/或数据连接， 以支持在上述组件当中的适当通信。如本文中所描述的I/O设备140U45可以是任何通用 加密卡或在本领域中已知的智能卡。
[0329] 处理器105是用于执行特别是存储在存储器110中的软件的硬件设备。处理器105 可以是与计算机101相关联的若干处理器当中的任何定制的或市售的处理器、中央处理单 元（CPU)、辅助处理器、基于半导体的微处理器（微芯片或芯片组的形式）、宏处理器或通常 用于执行软件指令的任何设备。
[0330] 存储器110可以包括下述中的任何一个或组合：易失性存储器元件（例如，随机存 取存储器、RAM，诸如DRAM、SRAM、SDRAM等）和非易失性存储器元件（例如，R0M，可擦除可编 程只读存储器（EPROM)、电可擦除可编程只读存储器（EEPR0M)、可编程只读存储器（PR0M)、 磁带、光盘只读存储器（⑶-ROM)、磁盘、软盘、盒式磁带、磁带等）。此外，存储器110可以包 含电子、磁、光和/或其它类型的存储介质。注意，存储器110可以具有分布式架构，其中各 个组件彼此远离，但是可以由处理器105访问。
[0331] 存储器110中的软件可以包括一个或多个单独的程序，其中的每一个包括用于实 现逻辑功能的可执行指令的有序列表。在图20的示例中，存储器110中的软件包括根据示 例性实施例描述的方法和合适的操作系统（0S) 111。0S111基本上控制诸如这里描述的方 法的其它计算机程序的执行，并且提供调度、输入-输出控制、文件和数据管理、存储器管 理以及通信控制和相关服务。
[0332] 本文描述的方法可以具有源程序、可执行程序（目标代码）、脚本或包括要执行的 指令集合的任何其他实体的形式。当具有源程序形式时，那么该程序需要经由编译器、汇编 器、解释器或等来转换，其可以或可以不被包括在存储器110内，以便于与0S111相结合地 适当操作。此外，该方法可以被写为面向对象的编程语言，其具有数据和方法的类别，或者 程序编程语言，其具有例程、子例程和/或功能。
[0333] 在不例性实施例中，传统键盘150和鼠标155可以f禹合到输入/输出控制器135。 诸如I/O设备140U45的其它输出设备可以包括输入设备，例如但不限于打印机、扫描仪、 麦克风等。最后，I/O设备140、145还可以包括通信输入和输出二者的设备，例如但不限于， 网络接口卡（NIC)或调制器/解调器（用于访问其它文件、设备、系统或网络）、射频（RF) 或其它收发器、电话接口、桥接器、路由器等。如本文中所描述，I/O设备140、145可以是任 何通用的加密卡或本领域中已知的智能卡。系统100可以进一步包括耦合到显示器130的 显示器控制器125。在示例性实施例中，系统100还可以包括用于耦合到网络165的网络接 口 160。网络165可以是用于经由宽带连接在计算机101和外部服务器或客户端等之间的 通信的基于IP的网络。网络165传送和接收在计算机101和外部系统300、301、302、303 之间的数据。在示例性实施例中，网络165可以是由服务提供商管理的被管理的IP网络。 网络165可以以无线方式实现，例如使用无线协议和技术，诸如WiFi、WiMax等。网络165 还可以是分组交换网络，诸如局域网、广域网、因特网网络或其它类型的网络环境。网络165 可以是固定的无线网络、无线局域网（LAN)、无线广域网（WAN)、个人区域网（PAN)、虚拟专 用网络（VPN)、内联网或其它适当的网络系统，并且包括用于接收和传送信号的设备。
[0334] 如果计算机101是PC、工作站、智能设备等，则存储器110中的软件还可以包括基 本输入输出系统（BIOS)(为简单起见省略）。BIOS被存储在ROM中，使得当计算机101被 激活时，BIOS可以被执行。
[0335] 当计算机101进行操作时，处理器105被配置为执行存储在存储器110内的软件， 向和从存储器110通信输入，并且通常根据软件控制计算机101的操作。本文描述的方法 和0S111整体地或部分地由处理器105来读取，可能在处理器105内缓冲，然后被执行。
[0336] 当本文所述的系统和方法的各方面以软件来实现，如图11中所示，方法可被存储 在任何计算机可读介质上，诸如存储装置120,以由或结合任何计算机相关系统或方法来使 用。
[0337] 所属【技术领域】的技术人员知道，所述的各个方面可以实现为系统、方法或计算机 程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完 全的软件实施方式（包括固件、驻留软件、微代码等），或硬件和软件方面结合的实施方式， 这里可以统称为"电路"、"模块"或"系统"。此外，在一些实施例中，本发明的各个方面还可 以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中 包含计算机可读的程序代码。
[0338] 可以采用一个或多个计算机可读介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算 机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是--但不限 于--电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算 机可读存储介质的更具体的示例（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便 携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM)、只读存储器（ROM)、可擦式可编程只读存储器 (EPR0M或闪存）、光纤、便携式紧凑盘只读存储器（CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者 上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的 有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
[0339] 计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号， 其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括--但 不限于--电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是 计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者 传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
[0340] 计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括--但不限 于--无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
[0341] 可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的计算 机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言一诸如Java、Smalltalk、C++ 等，还包括常规的过程式程序设计语言一诸如"C"语言或类似的程序设计语言。程序代码可 以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、 部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。 在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络一包括局域网（LAN) 或广域网（WAN)-连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务 提供商来通过因特网连接）。
[0342] 上面已经参照本发明实施例的方法、装置（系统）和计算机程序产品的流程图和 /或框图描述本发明。应当理解，流程图和/或框图的每个方框，都可以由计算机程序指令 实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装 置的处理器，从而生产出一种机器，这些计算机程序指令通过计算机或其它可编程数据处 理装置执行，产生了实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的装置。
[0343] 计算机程序指令还可以被加载到计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置 上，以使得要在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行的一系列操作步骤产生计算机 实现的过程，使得在计算机或其它可编程装置上执行的指令提供用于实现在流程图和/或 框图的一个或多个框中指定的功能/动作的过程。
[0344] 附图11、14和15中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法 和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个 方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一 个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中， 方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实 际上可以基本平行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也 要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可 以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算 机指令的组合来实现。
[0345] 虽然已经参考特定实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不背 离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以替换等效物。此外，可以在不背离本 发明的范围的情况下，进行许多修改以使具体情况适应本发明的教导。因此，期望本发明不 限定于所公开的具体实施例，但是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的实施例。例 如：
[0346] -各种其它歧管层设计/尺寸/材料可以取决于冷却设备；
[0347] -对于热收集器的热能板可以考虑各种其它形状/大小；
[0348] -其它组件（除了本说明书中提及的组件）可以被插入在图10、图14和图15的 系统中；
[0349] -简单起见，在图1-10、图12-15和图19-20的设备和系统的描述中已经省略了很 多常规组件。
[0350] 最后，非穷尽的附图标记列表如下。
[0351] 1.基于光伏热混合太阳能接收器的装置和系统的附图列表，图6-10
[0352] 10 基于光伏热混合太阳能接收器的装置或系统
[0353] 20 光伏热混合太阳能接收器
[0354] 21 光伏模块
[0355] 210 光敏区域延伸平面
[0356] 212 光敏区域
[0357] 22 热收集器
[0358] 220 热收集器平面
[0359] 231 在区域212和孔的下端之间的最小距离
[0360] 232 在平面210和平面220之间的距离
[0361] 27 集中器
[0362] 271 集中器的镜元件
[0363] 27a/27b集中器的定位装置
[0364] 28 逆变器
[0365] 30 混合PV接收器的定位装置
[0366] 68 热收集器孔
[0367] 68a 热收集器孔下端
[0368] 71/71a第一热回路/第一热回路部分（光伏模块的）
[0369] 72/72a第二热回路/第二热回路部分（热收集器的）
[0370] 74 镜元件（二次光学）
[0371] 75 在平面210和220之间的中间部分（封闭中空部分）
[0372] 76 带通滤波器
[0373] 77 滤波器的中空腔（或其冷却流体）
[0374] 80 集中器的光学焦点
[0375] Po 光伏模块电输出功率
[0376] 2. CPVT系统的附图标记列表，图14-15、图19、图20
[0377] 41 光伏热存储装置
[0378] 42 收集器热存储装置
[0379] 61 系统热交换器
[0380] 62 热引擎（兰金过程）
[0381] 63 附加系统热交换器
[0382] 63a 热交换器
[0383] 64 功率用户（吸收、冷却、脱盐等）
[0384] 64a 脱盐系统的馈送
[0385] 65 脱盐水存储装置
[0386] 100 控制系统（控制单元/计算系统）
[0387] 300 主 CPVT 电厂
[0388] 301-303 小 CPVT 电厂
[0389] PD 功率需求
[0390] Pd 功率分派
[0391] Po 光伏模块的电输出功率
[0392] 3.冷却设备的附图标记，图1-5
[0393] 24 热传递结构
[0394] 25 冷却设备
[0395] B1+1 层级1处的分支因子
[0396] Ci/Co 流入/排出通道线路
[0397] CPi/CPo流入/排出通道部分
[0398] CPihk 对应于第h个流入回路的CPih的第k个孔口的通道部分
[0399] CPt 热传递通道部分
[0400] i/o 流入/排出流体回路
[0401] L 树的层级的总数
[0402] Lx 树形接口的第1个层级
[0403] (V0。 流入/排出孔口
[0404] 0ihk 从第h个流入回路的通道部分CPih出现的第k个孔口
[0405] sL 子层
【权利要求】
1. 一种操作光伏热混合系统（10)的方法，所述光伏热混合系统（10)包括： 混合太阳能接收器（20)，其具有 ?光伏模块（21)，所述光伏模块（21)操作地耦合到所述系统以对功率用户输送电输 出功率此）；以及 ?热收集器（22)，所述热收集器（22)与所述光伏模块不同， 其中，所述光伏模块和/或所述热收集器被可移动地安装在所述系统中；以及 收集器热存储装置（42)，热连接到所述热收集器以存储在所述热收集器处收集的热 量；以及 定位装置（30)，所述定位装置（30)被适配为移动所述光伏模块和/或所述热收集 器； 所述方法包括： 〇指示（S30)所述定位装置移动所述光伏模块和/或所述热收集器，以改变在所述光 伏模块处所接收（S10)的辐射的强度与在所述热收集器处所接收（S10)的辐射的强度的比 率。
2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括： 〇接收（S80)表示电功率需求（PD)的数据； 并且其中，基于所述输出功率（PJ与所述功率需求（PD)的比较（S20、S22)执行指示 (S30)所述定位装置。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，指示（S30)所述定位装置包括：如果所述比较 (S20)表示所述输出功率（PJ大于所述功率需求（P D)，则指示（S30)所述定位装置移动所 述光伏模块和/或所述热收集器以减小所述比率。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，进一步包括： 〇如果所述输出功率（PJ匹配（S20、S22)所述功率需求（PD)，则指示（S24)将由所述 光伏模块（21)产生的输出功率（PJ输送到功率用户，以满足所述功率需求（PD)。
5. 根据权利要求2至4中的任何一项所述的方法，其中，所述系统进一步包括热连接到 所述收集器热存储装置的热引擎（62)，所述方法进一步包括： 〇如果由所述光伏设备产生的输出功率（PJ低于（S20、S22)所述功率需求（PD)，则指 示（S50、S56)所述热引擎开始将存储在所述收集器热存储装置中的热量进行热到电的转 换的过程。
6. 根据权利要求1至5中的任何一项所述的方法，进一步包括： 〇指示（S42、S60)触发脱盐过程和/或吸收冷却过程，以便于使来自所述收集器热存 储装置的热消散。
7. 根据权利要求1至6中的任何一项所述的方法，其中，所述系统进一步包括： 〇第一热回路（71)，将所述光伏模块连接到与所述所述收集器热存储装置不同的光伏 热存储装置（41)，以对所述光伏模块进行冷却；以及 〇第二热回路（72)，不同于所述第一热回路，并且将所述收集器热存储装置（42)连接 到所述热收集器（22)。
8. 根据权利要求1至7中的任何一项所述的方法，其中，所述系统进一步包括：热连接 到所述光伏热存储装置（41)的热交换器（61)，所述方法进一步包括： 〇指示经由所述热交换器￠1)向热用户￠4)提供存储在所述光伏热存储装置（41) 中的热量。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中，在所述系统中，所述热交换器￠1)被进一步热连 接到所述收集器热存储装置（42)，所述方法进一步包括： 〇指示在经由所述热交换器￠1)向所述热用户￠4)提供存储在所述光伏热存储装置 (41)中的热量的同时，向所述热交换器（61)提供存储在所述收集器热存储装置（42)中的 另外的热量。
10. 根据权利要求8至9中的任何一项所述的方法，其中，所述系统进一步包括：热连 接到所述热引擎￠2)和给定的热用户￠4)的附加热交换器￠3)，所述给定的热用户进一 步经由所述热交换器（61)热连接到所述光伏热存储装置（41)或所述光伏热存储装置（41) 和所述收集器热存储装置（42)二者，并且其中，所述方法进一步包括： 〇指示（S60)所述热引擎使用所述给定的热用户作为低温池的存储开始存储在所述 收集器热存储装置中的热的热到电的转换的过程。
11. 根据权利要求1至9中的任何一项所述的方法，其中，在所述系统中，所述收集器 热存储装置（42)中的温度基本上大于在所述光伏热存储装置（41)中的温度，优选地超过 30°C，更优选地超过50°C。
12. 根据权利要求1至11中的任何一项所述的方法，其中，在所述系统中，所述光伏热 混合太阳能接收器被可移动地安装在所述系统中，使得所述定位装置（30)能够将所述光 伏热混合太阳能接收器作为整体进行移动。
13. 根据权利要求1至12中的任何一项所述的方法，其中，在所述系统中： 〇所述热收集器（22)在第一平面（220)上延伸，并且包括孔（68);并且 〇所述光伏模块（21)包括在第二平面（210)中延伸的在所述孔的距离（230)处的所 述光伏模块的区域内的光敏区域（212)，所述光敏区域与所述孔相对，垂直于所述第二平面 的所述孔的投影基本上对应于所述光敏区域， 并且其中，所述热收集器优选地进一步包括下述组件中的一个或两个： ? 一个或多个镜元件（74)，所述一个或多个镜元件（74)设置在所述第一平面和所述 第二平面之间的中间部分中，所述镜元件优选地通过将所述热收集器连接到所述收集器热 存储装置（42)的同一热回路被热连接到所述收集器热存储装置（42);以及 ?带通滤波器（76)，所述带通滤波器（76)布置在所述孔的层级处。
14. 根据权利要求1至13中的任何一项所述的方法，其中，所述系统进一步包括集中 器（27、27&、2713、271)，所述集中器（27、27 &、2713、271)被布置成朝向其光学焦点（80)集中 辐射，并且其中，所述定位装置（30)被适配为在所述光学焦点中或外移动所述光伏模块。
15. -种光伏热混合系统（10)，包括： 〇混合太阳能接收器（20)，其具有 光伏模块（21)，所述光伏模块（21)被设计用于电输出功率（PJ输送；以及 热收集器（22)，所述热收集器（22)与所述光伏模块不同， 其中，所述光伏模块和/或所述热收集器被可移动地安装在所述系统中； 〇收集器热存储装置（42)，所述收集器热存储装置（42)热连接到所述热收集器以存 储在所述热收集器处收集的热量；以及 〇定位装置（30)，所述定位装置（30)被适配为移动所述光伏模块和/或所述热收集 器； 并且进一步包括： 〇控制单元（100)，所述控制单元（100)被配置为指示（S30)所述定位装置移动所述光 伏模块和/或所述热收集器，以改变在所述光伏模块处接收到的辐射的强度与在所述热收 集器处接收到的辐射的强度的比率。
【文档编号】H02S10/30GK104221279SQ201380018169
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年3月8日 优先权日:2012年3月30日
【发明者】W·埃舍尔, R·格汉姆, B·米歇尔, S·佩尔德斯 申请人:国际商业机器公司, 埃及纳米技术中心