太阳能发电系统及其太阳能集热装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种太阳能集热装置，包括一凹形聚光板、一热管与一翼状结构，其中凹形聚光板具有一槽形抛物面，且槽形抛物面具有一对称轴与一聚焦轴，热管设置于槽形抛物面的聚焦轴上，且于热管内流通一工作流体，翼状结构连接热管并朝热管的侧向延伸，其中翼状结构的延伸方向平行于对称轴。
【专利说明】太阳能发电系统及其太阳能集热装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太阳能集热装置及太阳能发电系统，特别是涉及一种在热管上设置翼状结构的太阳能集热装置及太阳能发电系统。
【背景技术】
[0002]一般太阳能集热发电是通过聚光器将光线聚集于热管上，加热在热管内流通的工作流体，并通过工作流体将热能传递至热电装置，进而将热能转换为电能以供储存或利用。由于热管表面相对于聚光器的抛物面而言较小，且太阳会随着时间在天空中移动，故聚光器需要通过精密且昂贵的追日装置频繁地调整其追日角度，才能持续地将光线聚集在热管上，且当具有追日角度误差时，大部分光线将偏离热管表面使收光效率大幅度降低。
【发明内容】
[0003]本发明的一个实施例提供一种太阳能集热装置，包括一凹形聚光板、一热管以及至少一个翼状结构，其中凹形聚光板具有一槽形抛物面，且槽形抛物面具有一对称轴与一聚焦轴，其中聚焦轴垂直于对称轴，聚焦轴与对称轴定义出一对称平面，且聚焦轴与对称轴位于对称平面上，热管设置于对称平面上并形成有一管体，且工作流体流通于管体内，翼状结构连接热管并朝热管的侧向延伸，其中翼状结构平行于对称平面。
[0004]在一个实施例中，所述太阳能集热装置还包括一透光外管，且翼状结构与热管设置于透光外管内。
[0005]在一个实施例中，所述透光外管内部为真空。
[0006]在一个实施例中，所述透光外管为玻璃管。
[0007]在一个实施例中，所述太阳能集热装置还包括一光学镀膜，形成于透光外管表面。
[0008]在一个实施例中，所述光学镀膜含有氟化镁(MgF2)。
[0009]在一个实施例中，所述热管与翼状结构以焊接或一体成型方式连接。
[0010]在一个实施例中，所述太阳能集热装置还包括一复合材料，形成于翼状结构表面，且复合材料具有吸热性。
[0011]在一个实施例中，所述复合材料包括钥/三氧化二铝(M0-Al2O3)、钨/三氧化二铝(W-Al2O3)或镍 / 三氧化二铝(N1-Al2O3)。
[0012]在一个实施例中，所述翼状结构具有一腔室，且腔室与热管的管体相连通。
[0013]在一个实施例中，所述腔室与管体形成有毛细结构。
[0014]本发明的另一实施例还提供一种太阳能发电系统，包括一如前所述的太阳能集热装置、一储热装置以及一热电装置，其中储热装置连接太阳能集热装置，太阳能集热装置透过工作流体将热能传递至储热装置储存，热电装置连接储热装置以及太阳能集热装置，用以将热能转换为电能。
[0015]在一个实施例中，储热装置为熔盐(molten salt)储热装置，且热电装置具有热机引擎(heat engine)、蒸气润轮机或热电材料(thermoelectric materials)。[0016]本发明另一实施例提供一种太阳能集热装置，包括一凹形聚光板、一热管以及两个翼状结构，其中凹形聚光板具有一槽形抛物面，且槽形抛物面具有一对称轴与一聚焦轴，其中聚焦轴垂直于对称轴，聚焦轴与对称轴定义出一对称平面，且聚焦轴与对称轴位于对称平面上，热管设置于聚焦轴上并形成有一管体，且工作流体流通于管体内，两个翼状结构分别连接于热管相对两侧并朝热管的两侧方向延伸，其中翼状结构平行于对称平面。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1示出本发明一实施例的太阳能集热装置示意图；
[0018]图2示出本发明一实施例的热管与翼状结构剖面图；
[0019]图3示出本发明另一实施例的热管与翼状结构剖面图；
[0020]图4示出图3中A部分的放大图；
[0021]图5示出本发明另一实施例的太阳能集热装置示意图；
[0022]图6A示出本发明另一实施例的太阳能集热装置示意图；
[0023]图6B示出本发明另一实施例的太阳能集热装置示意图；以及
[0024]图7示出本发明一实施例的太阳能发电系统示意图。
【具体实施方式】
[0025]首先参阅图1，本发明一实施例的太阳能集热装置10包括凹形聚光板300、热管100和至少一个翼状结构200，其中凹形聚光板300具有槽形抛物面301，槽形抛物面301具有对称轴V与聚焦轴I，其中聚焦轴I垂直于对称轴V，聚焦轴I与对称轴V并定义出一对称平面S，且聚焦轴I与对称轴V位于对称平面S上。热管100设置于槽形抛物面301的聚焦轴I (平行于Z轴方向)上并沿聚焦轴I沿伸，两个翼状结构200连接热管100，并分别朝X轴以及-X轴方向延伸，其中翼状结构200的延伸方向平行于槽形抛物面301的对称平面
S。亦即两个翼状结构200对称地分别连接设置于热管100两侧。其中热管100位于聚光板300的聚焦轴I上。因此，两个翼状结构200可位于对称平面S上，亦即翼状结构200近似垂直或垂直于聚光板300的抛物面301。
[0026]特别地是，聚光板300内侧的槽形抛物面301可反射光线L，并将光线L反射聚焦在热管100以及翼状结构200上，由此加热在热管100内部流动的工作流体(未图示)。其中，入射的光线L大致平行于X轴方向，且通过翼状结构200能大幅度地增加太阳能集热装置10的受光面积，使光线L能充分地照射在热管100和翼状结构200上以吸收热能。
[0027]接着参阅图2，于本实施例中，两个翼状结构200对称地连接热管100两侧，并可将热能传递至热管100的管体101内部中的工作流体。
[0028]于另一实施例中，也可在翼状结构200内部形成有腔室201 (如图3所示)，且腔室201与热管100的管体101相连通，故工作流体可在腔室201和热管100的管体101内部流动，由此将热能带离热管100和翼状结构200。
[0029]在制作上，两个翼状结构200可分别焊接或一体成型于热管100两侧，如图2所示。焊接为可选择的一种方法，但并不以此为限。如图3所示，热管100具有槽孔102，而翼状结构200设置有内凹的开放腔室201。制造时可将翼状结构200的开放腔室201与热管100的槽孔102对准并予相互焊接。接着，将热管100 —端封闭，另一端则利用真空装置抽真空后予以封闭，进而形成热管结构。
[0030]接着参阅图4，此图为图3中A部分的放大图。在一个实施例中，所述热管100的内表面和翼状结构200的腔室201内表面均形成有毛细结构202，其可增加热管100、翼状结构200与工作流体之间的接触面积，并可通过毛细原理加速工作流体的流动以提升热传效率。所述毛细结构202可为金属网结构、沟槽结构等的等效毛细结构均为本发明的范畴。此外，翼状结构200的外表面还可涂覆有复合材料203，此复合材料203具有吸热的特性，故能增加翼状结构200的吸热性并增加可传递的热量。所述复合材料例如可包含钥/三氧化二铝(Mo-Al2O3)、钨 / 三氧化二铝(W-Al2O3)、镍 / 三氧化二铝(N1-Al2O3)等。
[0031]再参阅图5，本发明另一实施例的太阳能集热装置10还包括透光外管500，光线L经过槽形抛物面301反射，可穿过透光外管500至热管100和翼状结构200上，所述透光外管500可为玻璃管等。如图5所示，翼状结构200与热管100都设置于透光外管500内，其中在透光外管500内部可形成真空，由此防止热管100和翼状结构200所吸收的热能因热传递作用而散失。此外，透光外管500的表面可形成光学镀膜501，例如可为氟化镁(MgF2)等材料，由此能将特定频带的光线L选择性地穿过透光外管500，由此提升光线L的利用率。此外，透光外管500可固定于热管100上，并使翼状结构200设置于透光外管500内。
[0032]当入射光线L未平行于槽形抛物面301的对称轴V且与对称轴V产生一倾斜角度时，入射光线L经由槽形抛物面301反射后虽然会偏离聚光板300的聚焦轴I，但是透过朝向热管100外侧延伸的翼状结构200仍可接收绝大部分的偏离光线，故能在入射光线L并未平行于对称轴V的情况下维持极佳的收光效率。此外，也可依据实际环境需求调整太阳能集热装置10的尺寸和形状设计，以达到最佳的收光效率。
[0033]接着一并参阅图6A、6B，本发明另一实施例的太阳能集热装置10也可仅具有一个翼状结构200，其连接热管100并朝X轴(图6B)或-X轴(图6A)方向延伸，其中翼状结构200的延伸方向系平行于槽形抛物面301的对称平面S。其中，热管100与翼状结构200整体的结构中心大致位于聚焦轴I上，使太阳能集热装置I可接收大部分的光线。
[0034]如图7所示，本发明还提供一种太阳能发电系统1，包括至少一个太阳能集热装置10、储热装置20和热电装置30，其中储热装置20可为熔盐储热装置，热电装置30可具有热机引擎、蒸气涡轮机或热电材料。太阳能集热装置10可通过热管100中的工作流体将热能传递至储热装置20储存，热电装置30则连接储热装置20以及太阳能集热装置10，用以将热能转换为电能。在一个实施例中，多个太阳能集热装置10可通过热管100相连串接并形成太阳能集热装置阵列，如此更能有效率地使用太阳能集热装置10。
[0035]此外，由图7可以看出，太阳能集热装置10装设在一个可旋转的追日装置400上，使用时可根据太阳在天空的方位调整太阳能集热装置10的角度。由于本发明的集热装置10在热管100上设有翼状结构200，且能在具有收光角度误差时仍维持良好的收光效率，因此不需使用昂贵的精密定位装置，且不必频繁地启动追日装置400即可达到良好的收光效率，进而能达到节省装置成本的目的。
[0036]虽然本发明以前述实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明。本发明所属【技术领域】的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许修改与改变。因此本发明的保护范围以权利要求书中界定的范围为准。
【权利要求】
1.一种太阳能集热装置，包括: 凹形聚光板，具有槽形抛物面，且该槽形抛物面具有一对称轴与一聚焦轴，其中该聚焦轴垂直于该对称轴，该聚焦轴与该对称轴定义出一对称平面，且该聚焦轴与该对称轴位于该对称平面上； 热管，设置于该对称平面上并形成有管体，且工作流体流通于该管体内；以及 至少一个翼状结构，连接该热管并朝该热管的侧向延伸，其中该翼状结构平行于该对称平面。
2.根据权利要求1所述的太阳能集热装置，其中该太阳能集热装置还包括透光外管，且该翼状结构与该热管设置于该透光外管内。
3.根据权利要求2所述的太阳能集热装置，其中该透光外管内部为真空。
4.根据权利要求2所述的太阳能集热装置，其中该透光外管为玻璃管。
5.根据权利要求2所述的太阳能集热装置，其中该太阳能集热装置还包括光学镀膜，形成于该透光外管表面。
6.根据权利要求5所述的太阳能集热装置，其中该光学镀膜含有氟化镁。
7.根据权利要求1所述的太阳能集热装置，其中该热管与该翼状结构以焊接或一体成型方式连接。
8.根据权利要求1所述的太阳能集热装置，其中该太阳能集热装置还包括复合材料，形成于该翼状结构表面，且该复合材料具有吸热性。
9.根据权利要求8所述的太阳能集热装置，其中该复合材料包括钥/三氧化二铝、钨/三氧化二铝或镍/三氧化二铝。
10.根据权利要求1所述的太阳能集热装置，其中该翼状结构具有腔室，且该腔室与该热管的该管体相连通。
11.根据权利要求10所述的太阳能集热装置，其中该腔室与该管体形成有毛细结构。
12.—种太阳能发电系统，包括: 根据权利要求1所述的太阳能集热装置； 储热装置，连接该太阳能集热装置，该太阳能集热装置透过该工作流体将热能传递至该储热装置储存；以及 热电装置，连接该储热装置以及该太阳能集热装置，用以将该储热装置所储存的热能转换为电能。
13.根据权利要求12所述的太阳能发电系统，其中该储热装置为熔盐储热装置，且该热电装置具有热机引擎、蒸气涡轮机或热电材料。
14.一种太阳能集热装置，包括: 凹形聚光板，具有槽形抛物面，且该槽形抛物面具有一对称轴与一聚焦轴，其中该聚焦轴垂直于该对称轴，该聚焦轴与该对称轴定义出一对称平面，且该聚焦轴与该对称轴位于该对称平面上； 热管，设置于该聚焦轴上并形成有管体，且工作流体流通于该管体内；以及 两个翼状结构，分别连接于该热管相对两侧并朝该热管的两侧方向延伸，其中该些翼状结构平行于该对称平面。
【文档编号】F24J2/05GK103486744SQ201210279043
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年8月7日 优先权日:2012年6月13日
【发明者】周明杰, 张平, 陈易呈, 王郁仁, 叶建贤 申请人:财团法人工业技术研究院