專利名稱：太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的制作方法
太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相關申請的交叉引用本專利申請要求2009年9月16日提交的美國臨時專利申請第61/243，032號和2010年2月16提交的美國臨時專利申請第61/304，824號的優(yōu)選權，在此以引用的方式加入其全部內(nèi)容。
背景技術：
和

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及太陽能轉(zhuǎn)換設備。特別是，本發(fā)明涉及一種構造成吸收輻射太陽能并且轉(zhuǎn)換輻射太陽能以用于例如水凈化的有用目的的太陽能收集器。本發(fā)明的一個方面是一種包括太陽能收集器和水凈化回路的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。太陽能收集器中的工作流體經(jīng)過熱交換器，用于凈化非飲用水以生產(chǎn)出飲用水和/或蒸餾水。系統(tǒng)可能還包括用于發(fā)電的渦輪機和發(fā)電機。此外，系統(tǒng)可能包括平面角度調(diào)節(jié)器，用 于自動地定向太陽能收集器以使輻射太陽能的吸收最佳。同樣，可能包括用于輸送本發(fā)明的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的外殼及其輔助部件。本發(fā)明的另一方面是一種自包含式的(self-contained)可移動太陽熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其包括具有工作流體的太陽能收集器、熱交換器和整體式水箱，該整體式水箱配置成包含非飲用水源，其容納在自包含式的便攜式外殼中。太陽熱能被太陽能收集器的工作流體所吸收，并且然后通過熱交換器被從工作流體傳遞至水箱內(nèi)的非飲用水中。非飲用水的溫度上升到足夠高以殺死任何病原體，從而提供飲用水源。本發(fā)明的另一方面是一種包括便攜式收集器模塊的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該便攜式收集器模塊包括太陽能收集器、保護罩和平面角度調(diào)節(jié)器。保護罩可能包括配置成將太陽輻射反射到太陽能收集器處的反射面。保護罩可能相對于太陽能收集器按大約45度到大約120度之間的角度定位。保護罩可能還包括薄膜式光電面板。


下文將參照僅作為非限制性實例給出的附圖來描述本發(fā)明，其中圖I是本發(fā)明的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的第一實施例的簡圖；圖2是本發(fā)明的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的第二實施例的簡圖；圖3是本發(fā)明的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的第三實施例的簡圖；圖4是本發(fā)明的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的跟蹤組件的透視圖；圖5是本發(fā)明的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的跟蹤底座的透視圖；圖6是一種配置成用于抽空管式太陽能收集器的外殼的剖視透視圖；圖7是用于輸送本發(fā)明的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的外殼組件的透視圖；以及圖8是顯示展示各個部件的單獨外殼單元的外殼組件的透視圖。圖9是本發(fā)明的太陽能-熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一實施例的透視圖；圖10是本發(fā)明的、從安裝支架上移除了太陽能收集器的太陽能-熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的另一實施例的透視圖；圖IIA和圖IIB (分別)是本發(fā)明的熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一實施例的頂部和側(cè)面簡圖。
圖12是本發(fā)明的、包括外部存儲器、泵和控制站的太陽能-熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的另一實施例的透視圖；圖13是包括可調(diào)節(jié)的太陽能收集器的實施例的端視圖；圖14是包括反射器的可調(diào)節(jié)的便攜式太陽能收集器的一實施例的透視圖；圖15-17是包括反射器的太陽能收集器中的能量轉(zhuǎn)換和固定的太陽能收集器上的角度改變方面的增益的簡圖；以及圖18和19是本發(fā)明的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的示例性應用的簡圖。
具體實施例方式太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10包括太陽能收集器12或太陽能域、和熱交換器14。參見圖1， 太陽能收集器12和熱交換器14是通過循環(huán)線路16流體地聯(lián)接的，循環(huán)線路16具有用于將工作流體從太陽能收集器12輸送至熱交換器14的熱管段16A和用于在工作流體經(jīng)過熱交換器14之后使其返回的冷管段16B。本發(fā)明的太陽能收集器12可能是由具有復合拋物形聚光器(CPC抽空管)、光電(PV)單元和/或聚集太陽能(CSP拋物形槽收集器的抽空管組成的。在圖I的示例性實施例中，顯示了 CPC抽空管。在圖I所示的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10的實施例中，借助于凈化回路17利用太陽能來將非飲用水轉(zhuǎn)化成飲用水、蒸餾水，或者兩者。凈化回路17包括用于保持非飲用水源的箱
18。箱18可能包括用于從非飲用水中除去顆粒、有機化合物及其他雜質(zhì)的過濾器20。這樣的過濾器可能包括砂濾器、紙或纖維過濾器、木炭過濾器等。通過供給線路22向熱交換器14供給非飲用水。從熱交換器14中排出的水流過排放線路24進入到例如飲用水儲罐26和/或蒸餾水儲罐28的儲罐或者保持箱中。設置控制器30來協(xié)調(diào)太陽能收集器12和凈化回路17的工作流體的流動?？刂破?0連接到配置成檢測太陽能收集器12的出口處的流體溫度的第一溫度傳感器TSA上?？刂破?0還連接到配置成檢測熱交換器14的出口處的流體溫度的第二溫度傳感器TSB上?？刂破?0還可以連接至太陽能流體泵32和水處理泵34?？刂破?0監(jiān)控溫度傳感器TSA并且調(diào)節(jié)通過閉合環(huán)路的太陽能收集器12的流體流動速率，保持太陽能加熱的流體的溫度接近但不處于太陽能收集器的臨界溫度。臨界點是通過抽空管的流體閃蒸成蒸氣的點。在一示例性實施例中，水可以用作太陽能收集器中的工作流體。作為太陽能收集器的工作流體的水維持在大約10巴的壓力下，其中CPC抽空管中的臨界點出現(xiàn)在大約130°C?？刂破?0給太陽能流體泵32發(fā)送信號以維持流體的流動速率，從而平衡輸送至流體的熱能來將流體剛好維持在臨界點下面?？刂破?0還監(jiān)控溫度傳感器TSB以調(diào)節(jié)通過凈化回路17的非飲用水的供應。凈化回路17從充滿了來自當?shù)氐牡叵滤蛘吆铀?非飲用水)的高架箱18開始。非飲用水在大氣壓下保持在高出地面的箱18中。高架箱18可能具有來自井泵或者源自當?shù)氐恼J為水質(zhì)可疑的管輸水的加壓管線。非飲用水經(jīng)過過濾器20以除去雜質(zhì)，并且然后被水處理泵34泵送通過熱交換器，在熱交換器14處，水的溫度升到足夠高以殺死水中的任何病原體并且直接排放到飲用水儲罐26中或者進過冷凝器36以生產(chǎn)出蒸餾水，并且然后進入到蒸餾水儲罐28中?？梢酝ㄟ^紫外線照射、氯、臭氧或者用于儲存飲用水的其他合適的處理方法來將飲用水儲罐26或者蒸餾水儲罐28中的水維持在安全、滅菌和可飲用狀態(tài)。
另外，太陽能收集器12的循環(huán)線路16可能還包括熱管段16A中的節(jié)流閥38和冷管段16B中的單向閥40。此外，循環(huán)線路16可能還包括膨脹罐42。此外，單向閥44可以設置在非飲用水的供給線路22中。在圖2所示的本發(fā)明的另一實施例中，太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)110包括太陽能收集器112和熱交換器114。太陽能收集器112和熱交換器114是通過循環(huán)線路116流體地聯(lián)接的，循環(huán)線路116具有用于將工作流體從太陽能收集器112輸送至熱交換器114的熱管段116A和用于在工作流體經(jīng)過熱交換器114之后使其返回的冷管段116B。在圖2所示的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的實施例中，凈化回路117包括用于保持非飲用水源的儲箱118。如先前描述的，儲箱118可能包括用于從非飲用水中除去顆粒、有機化合物及其他雜質(zhì)的過濾器120。依靠重力通過供給線路122中的節(jié)流閥123來提供非飲用水。非飲用水在經(jīng)過熱交換器114之前經(jīng)過冷凝器/預熱器150。在經(jīng)過熱交換器114之后，凈化回路117中的水在通過排出線路124排放到蒸餾水儲罐128中之前再次經(jīng)過冷凝器/預熱器150。如此，冷凝器/預熱器通過在非飲用水進入熱交換器114之前升高其溫度并且通 過將凈化回路117中的水蒸氣冷凝成蒸餾水來提高系統(tǒng)的效率。凈化回路117可能還包括真空泵152。真空泵提供了低于大氣壓的環(huán)境，以允許非飲用水在比如果系統(tǒng)在大氣壓或高于大氣壓下運行時其汽化的溫度更低的溫度下汽化。圖2的示例性實施例的優(yōu)點是非飲用水可以在低于100°C的溫度下蒸餾，從而在低溫下使水與任何有害的病原體分開，并且從而允許凈化回路比如果在大氣壓下運行時具有更大的能力。設置控制器130來協(xié)調(diào)太陽能收集器112和凈化回路117的工作流體的流動。控制器130連接到配置成檢測太陽能收集器112的出口處的流體溫度的第一溫度傳感器TSA’上。控制器130還連接到配置成檢測熱交換器114的進口處的流體溫度的第二溫度傳感器TSB’上?？刂破?30還可以連接至太陽能流體泵132和真空泵152?？刂破?30監(jiān)控溫度傳感器TSA’和TSB’以調(diào)節(jié)通過閉合環(huán)路的太陽能收集器112的流體流動速率，保持太陽能加熱的流體的溫度接近于但不處于太陽能收集器的臨界溫度?？刂破?30給太陽能流體泵132發(fā)送信號以維持流體的流動速率，從而平衡傳輸至流體的熱能來將流體剛好維持在臨界點下?？刂破鬟€給真空泵152發(fā)送信號以調(diào)節(jié)凈化回路117中的壓力。在圖2的示例性實施例中，太陽能收集器112的循環(huán)線路116可能還保持處于冷管段116b中的單向閥140。此外，循環(huán)線路116可能還包括膨脹箱142。在本發(fā)明的另一示例性實施例中，如圖3中所示，本發(fā)明的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)210可能配置成用于產(chǎn)生電能。太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)210包括太陽能收集器212和熱交換器214。太陽能收集器212和熱交換器214是通過循環(huán)線路216流體地聯(lián)接的，循環(huán)線路216具有用于將工作流體從太陽能收集器212輸送至熱交換器214的熱管段216A和用于在工作流體經(jīng)過熱交換器214之后使其返回的冷管段216B。在圖3的示例性實施例中，來自太陽能收集器212的工作流體經(jīng)過渦輪機260 (或者斯特林發(fā)動機)，該渦輪機260 (或者斯特林發(fā)動機)聯(lián)接至用于產(chǎn)生電功率的發(fā)電機262。渦輪機260是配置成按蘭金(Rankine)動力循環(huán)運行并可以使用蒸汽或者例如有機溶劑、氨、丙酮等其他工作流體的類型。在經(jīng)過渦輪機260之后，太陽能收集器中的工作流體經(jīng)過熱交換器214，在熱交換器214處，工作流體冷凝并被太陽能流體泵232泵送回太陽能收集器212。凈化回路217包括用于保持非飲用水源的儲箱218。儲箱218可能包括用于從非飲用水中除去顆粒、有機化合物及其他雜質(zhì)的過濾器220。非飲用水通過供給線路222供給至熱交換器214。從熱交換器214排出的水(液體和/或蒸氣)在經(jīng)過冷凝器236之后流過排出管線224進入到例如飲用水儲罐226和/或蒸餾水儲罐228的儲罐或者保持箱中。設置控制器230來協(xié)調(diào)太陽能收集器212和凈化回路217的工作流體的流動?？刂破?30連接到配置成檢測太陽能收集器212的出口處的流體溫度的第一溫度傳感器TSA”上?？刂破?30還連接到配置成檢測熱交換器214的出口處的流體溫度的第二溫度傳感器TSB”上?？刂破?30可能還連接至太陽能流體泵232和水處理泵234。控制器230監(jiān)控溫度傳感器TSA”并且調(diào)節(jié)通過閉合環(huán)路的太陽能收集器212的流體流動速率，以保持太陽能加熱的流體的溫度接近但不處于太陽能收集器的臨界溫度?？刂破?30給太陽能流體泵232發(fā)送信號以維持流體的流動速率，從而平衡傳輸至流體的熱能來將流體剛好維持在臨界點下面?？刂破?30還監(jiān)控溫度傳感器TSB”以調(diào)節(jié)通過凈化回路217的非飲用水的供 應。另外，視情況而定，太陽能收集器12的循環(huán)線路216可能還包括節(jié)流閥(未顯示)、單向閥(未顯示)和/或膨脹箱242。此外，單向閥244可以設置在非飲用水的供給線路222中。本發(fā)明的另一方面包括用于太陽能收集器12的平面角度調(diào)節(jié)器300，如圖4和5所示。太陽能收集器12必須相對于太陽正確地定向以使吸收的輻射太陽能的量最大。然而，太陽相對于地球上的具體地點的位置是每天變化的。此外，太陽的相對位置對于地球上的各個地點和海拔是不同的，因此平面角度調(diào)節(jié)器300根據(jù)地點、海拔、日期與時間來調(diào)節(jié)太陽能收集器12相對于太陽的平面角度。因此，該系統(tǒng)起到了一維線性跟蹤設備的作用?，F(xiàn)在參見圖4和5，平面角度調(diào)節(jié)器300包括配置成接收太陽能收集器12的太陽能收集器平臺312、底座314和一個或多個可調(diào)節(jié)支腿310，所述可調(diào)節(jié)支腿310附連到底座314和太陽能收集器平臺312上、配置成調(diào)節(jié)太陽能收集器12的平面角度的定向。在圖4所示的實施例中，太陽能收集器12被顯示成CSP槽收集器、CPC抽空管收集器和光電收集器的組合。很清楚，本文所描述的太陽能收集器可以是該類收集器之一或其組合。此外，本發(fā)明應當理解成，不排除其他種類的太陽能收集器。收集器平臺312包括配置成支承太陽能收集器12的收集器平臺框架和一個或多個收集器平臺支腿固定件。底座314包括底架320，該底架320包括赤道對齊構件322和縱向?qū)R構件324。底板321設置在底架320內(nèi)。當布置時，赤道對齊構件322被配置成朝向地球赤道并基本上與地球赤道平行地定向。類似地，縱向?qū)蕵嫾?24基本上與子午線對齊。底座314還包括許多用于將支腿310聯(lián)接到底座314上的底座支腿固定件326。設置致動器328來調(diào)節(jié)支腿310，并且從而調(diào)節(jié)收集器平臺312的平面角度的定向。在圖5所示的實施例中，致動器328顯示為配置成通過液壓管線330供給液壓液體的液壓泵。該示例性實施例的支腿配置成由液壓缸(未顯示)來伸展和收縮的許多伸縮節(jié)段。如應當理解的，本發(fā)明的范圍不排除例如電動伺服電動機、氣動致動器等的其他種類的致動器。底座314還可能包括許多傳感器332以確定底座314的定向。設想的是，在底座314上間隔開的位置上設置至少三個傳感器332以精確地確定方位，然而根據(jù)應用可以使用更多或更少個。本發(fā)明的平面角度調(diào)節(jié)器300通過調(diào)節(jié)太陽能收集器12的平面角度以通過減少方位基點的無效率來使太陽能增益最大而提高太陽能收集器12的效率。方位基點的最大化使太陽能收集器12的平面垂直于入射太陽輻射射線定向。固定的太陽能系統(tǒng)每年兩天最大，并且通常根據(jù)系統(tǒng)安裝在地球上的地點的緯度來定向平面角度。在本發(fā)明中，平面角度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)太陽能收集器12的平面以使太陽能增益最大。平面角度調(diào)節(jié)器300根據(jù)緯度、經(jīng)度、海拔、底座的平面角度、日期和當?shù)貢r間來計算需要的平面角。平面角度調(diào)節(jié)器300當需要時連續(xù)地、每小時地、每天地、每周地或者每月地自動緩慢轉(zhuǎn)動收集器以“跟隨”太陽的相對軌跡。
本發(fā)明的又一方面是用于本發(fā)明的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的外殼400或者容器，以允許太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10是可移動的或可輸送的。參見圖6,外殼400包括底部402和通過鉸鏈406聯(lián)接到底部402上的蓋子404。底部402配置成容納上述的平面角度調(diào)節(jié)器300的部件。蓋子404配置成容納太陽能收集器12。蓋子404還包括用于相對于太陽定向蓋子404的一個或多個伸縮式支桿408。支桿408可以手動地操作或者可以例如通過液壓、氣動或者電致動器來自動地操縱。外殼400是太陽能系統(tǒng)的輸送裝置和安裝機架。外殼400允許在世界上任何地方安全地轉(zhuǎn)送和設置太陽能收集器，允許改變收集器系統(tǒng)的傾角以在任何緯度或者每年的任何時候使太陽能增益最大?？梢愿鶕?jù)需要，每小時地、每天地、每周地或者每月地改變傾角。外殼400允許將收集器連接到一起以形成更大的系統(tǒng)。外殼和部件都是自包含式的。收集器系統(tǒng)被設計成附連至外殼的頂蓋上，并且連接至其它收集器上，而裝備在外殼內(nèi)部運輸?，F(xiàn)在參見圖7和8，本發(fā)明的熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)10的每個部件的多個外殼可以被聯(lián)接到一起以形成外殼組件500。外殼組件500包括多個可堆放外殼502、504、506、508、510，該多個可堆放外殼502、504、506、508、510配置成可拆卸地聯(lián)接以允許作為單元地運輸?，F(xiàn)在參見圖8，外殼組件500配置成具有可與標準聯(lián)運海運集裝箱相比的尺寸以便于運輸。標準聯(lián)運海運集裝箱通常長6英尺6英寸、20英尺、40英尺、48英尺或者53英尺；高8英尺、9英尺6英寸或者10英尺6英寸；且寬8英尺。圖8中所示的示例性實施例包括底座外殼502，該底座外殼502容納有輔助裝備、備件、水箱、控制模塊、渦輪機、電池、凈化裝備、纜繩及其他供應品。堆放在外殼502頂上的是容納有CPC太陽能熱能區(qū)段和跟蹤區(qū)段的外殼504。堆放在外殼504頂上的是容納有CPC太陽能熱能區(qū)段的外殼506。堆放在外殼506頂上的是容納有CSP槽區(qū)段和跟蹤區(qū)段的外殼508。堆放在外殼508頂上的是容納有CSP槽區(qū)段的外殼510。堆放在外殼510頂上的是容納有太陽能熱能和PV區(qū)段與自包含式的跟蹤器的組合的外殼512。堆放在外殼512頂上的是容納有太陽能熱能和PV區(qū)段與自包含式的跟蹤器的另一組合的外殼514。最后，堆放在外殼514頂上的是容納有太陽能熱能和自包含式的跟蹤器的外殼516。本發(fā)明的自包含式的太陽熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)610的實施例包括包括用于容納系統(tǒng)的部件的外殼612或者容器。外殼612可以由如圖9的示例性實施例所示的標準聯(lián)運船運單元(ISU)構造而成。標準聯(lián)運海運集裝箱通常長20英尺、40英尺、48英尺或者53英尺；高8英尺、9英尺6英寸或者10英尺6英寸；且寬8英尺。
在外殼612的外部設置有配置成通過支承構件618將太陽能收集器616附連到外殼612上的安裝支架614。支承構件618可能配置成按如圖9所示的固定角度附連至外殼612，或者可以配置成如圖10所示可樞轉(zhuǎn)地附連至外殼612，以允許調(diào)整支承構件618的角度。雖然太陽能收集器616的固定安裝考慮到了簡單的設置，但是可調(diào)整的安裝允許太陽能收集器616的角度與太陽的升高匹配，從而提高了效率。本發(fā)明的太陽能收集器616可以是由具有復合拋物形聚光器(CPC抽空管)、和/或聚集太陽能(CSP)拋物形槽收集器的抽空管組成的。參見圖IlA和11B，容納在外殼612內(nèi)部的是整體式水箱620。一個或多個太陽能流體泵622與熱交換器624流體連通地設置以配置成通過太陽能收集器616循環(huán)工作流體，從而工作流體通過太陽能收集器616吸收太陽熱能并且將太陽熱能通過熱交換器624 傳遞給容納在水箱620內(nèi)部的水。再參見圖9，太陽能收集器616可以被構造成一系列模塊化面板，所述模塊化面板配置成相互聯(lián)接到一起以形成如詳細圖A所示的收集器組件。設置聯(lián)接件626來連接模塊化面板。在所示實施例中，聯(lián)接件626包括進口部分和出口部分，以允許流體通過模塊化面板循環(huán)。太陽能收集器616通過太陽能流體線路628流體地連接至太陽能流體泵622。在示例性實施例中，太陽能流體線路628顯示為一對軟管，其具有將太陽能收集器出口 630連接至太陽能流體泵進口 634的第一軟管和將熱交換器出口 636連接至太陽能收集器進口632的第二軟管。取決于應用，太陽能流體線路628可以由橡膠軟管、例如尼龍、聚氯乙烯等的聚合物軟管或者例如不銹鋼的金屬編織管來構成。水箱620包括可從外殼612的外面接近的冷水進口 638和熱水出口 640。冷水進口 638可以從保持箱(未顯示)接收非飲用水以用于引入到水箱620中，在水箱620處，水被通過熱交換器624傳遞的熱能加熱，使水的溫度升到足夠高以殺死可能存在的任何病原體，并且從而生產(chǎn)出飲用水。設置外部電連接部642以允許在外部電源下運行太陽能流體泵622。在圖9的示例性實施例中，外殼612包括用于交流電源(AC)和直流電源(DC)兩者的電連接部642。例如，如圖9所示，可以配置光電(PV)模塊644來向太陽能流體泵622提供直流功率。另外，可以連接例如汽油或者柴油發(fā)電機(未顯示)的交流電源來為太陽能流體泵622提供電力。此外，如圖10所示，本發(fā)明的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可能包括無間斷電源(UPS)646以為太陽能流體泵622提供調(diào)整的和/或后備電源。此外，可以使用斯特林發(fā)動機來為本發(fā)明的系統(tǒng)或者電網(wǎng)提供電力。參見圖IIA和11B，除了容納有整體式水箱620之外，外殼612還包括存儲區(qū)648，該存儲區(qū)648配置成接收并保持太陽能電池板616以用于當不使用本發(fā)明的太陽熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)610時的儲存和運輸。存儲區(qū)也被配置成接收并保持與太陽熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)使用的輔助設備，例如太陽能流體線路628、光電模塊644、纜繩、捆綁帶、硬件、備用零件等。在本發(fā)明的另一實施例中，如圖12所示，外殼612的頂部可能包括替代存儲區(qū)648或者除存儲區(qū)648之外的外部存儲區(qū)650。在示例性實施例中，外部存儲區(qū)650包括關于外殼612的頂部的周邊設置的框架652 (以剖視圖示出)。豎直框架構件654設置在拐角處并且與水平框架構件656互連。交叉構件658沿著框架652的側(cè)部，而框架652的端部保持無阻礙。該結構提供了這樣的能力，即例如通過使用穿過并圍繞可活動物品和交叉構件658供給的尼龍綁帶、纜繩等來將外部存儲區(qū)650中可活動物品固定到外殼612上的能力?？蚣?52的開口端允許從外部存儲區(qū)650中移除物品。如圖12所示，太陽能收集器616和太陽能收集器支承構件618可以通過框架650的開口端放入到外部存儲區(qū)650中并從其中移除。此外，外部存儲區(qū)650可能包括用于保持例如備用零件、纜繩、繩子、配件等更小物品的外部存儲容器660。此外，外部泵殼662可能也位于容納太陽能流體泵622和控制系統(tǒng)的外部存儲區(qū)650中。將存儲區(qū)和泵殼放置在外殼612外面允許外殼內(nèi)部更多空間用于例如水箱620的部件，增加了單元的容量。在圖12的示例性實施例中，外部存儲區(qū)650的框架652使標準的海運集裝箱的高度 增加了大約兩英尺，從8英尺六英寸增加到十英尺六英寸。然而，顯然是，可以依據(jù)特殊的應用來調(diào)整外部存儲器區(qū)650的尺寸。本發(fā)明的太陽熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)610可能還包括用于相對于太陽來定向太陽能收集器616的太陽能收集器調(diào)節(jié)系統(tǒng)664。在圖4和5中所示的示例性實施例中，太陽能收集器調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括鼓666、圍繞鼓設置的纜繩A、B、C及D和轉(zhuǎn)動鼓的電動機668。在示例性實施例中，纜繩A、B、C和D圍繞鼓666設置并且聯(lián)接到太陽能收集器的支承構件618上。纜繩A和B在側(cè)壁670的下端處從外殼612引出，并且分別在其西南(纜繩A)和東南(纜繩B)轉(zhuǎn)角處連接至太陽能收集器616。同樣，纜繩C和D在側(cè)壁672的下端處從外殼12中引出，并且分別在其西北(纜繩C)和東北(纜繩D)轉(zhuǎn)角處連接至太陽能收集器。纜繩A、B、C和D圍繞鼓666設置，以便當纜繩A和B縮回時，纜繩C和D放出，反之亦然。太陽能收集器616可樞轉(zhuǎn)地安裝在位于外殼612或者框架652的一個頂部的鉸鏈674處。這樣,可樞轉(zhuǎn)地調(diào)節(jié)太陽能收集器以使其相對于太陽的角度最佳。本發(fā)明的系統(tǒng)還包括控制器以跟隨太陽在天空中的相對運動來可樞轉(zhuǎn)地自動調(diào)節(jié)太陽能收集器16的位置。此外，可以通過滑輪系統(tǒng)(未顯示)來張緊纜繩A、B、C和D以保持纜繩對齊并且減小磨損。參見圖14，本發(fā)明的另一實施例包括便攜式收集器模塊710，該便攜式收集器模塊710包括太陽能收集器712和保護罩714。保護罩的內(nèi)表面包括反射面716，該反射面716配置成當收集器模塊710處于使用狀態(tài)時將太陽能反射到太陽能收集器712上。保護罩714配置成相對于太陽能收集器712打開45度到120度之間的角度。收集器模塊710可能還包括定位在太陽能收集器712的一端720處的平面角度調(diào)節(jié)器718。平面角度調(diào)節(jié)器配置成調(diào)節(jié)太陽能收集器712相對于太陽仰角的角度以使到達太陽能收集器712的太陽能的量最優(yōu)。在圖14所示的實施例中，平面角度調(diào)節(jié)器718是由伸縮桿構成的，然而，調(diào)節(jié)太陽能收集器712的角度的剪式千斤頂或者其他合適方法同樣是可接受的。另外，雖然未顯示，但是平面角度調(diào)節(jié)器還可以定位在太陽能收集器712的相反端722上。該結構允許太陽能收集器712的端部722以低于水平面的角度來定向。平面角度調(diào)節(jié)器718起到了最優(yōu)角度調(diào)節(jié)器的作用。收集器模塊還包括進口 724和出口 726，所述進口 724和出口 726配置成連接至撓性軟管以允許循環(huán)例如水的工作流體以被太陽能收集器712加熱。世界范圍的平均白天的太陽輻射水平為398瓦/米2。聚集和最優(yōu)角度增加了可利用的太陽能(kWh/m2)和收集器的效率。主動跟蹤系統(tǒng)和聚集是提高太陽能系統(tǒng)可能得至IJ功率(kWh/m2)的兩種方式。跟蹤系統(tǒng)使每小時到達收集器的孔徑面積上的日射率最大并且使直接入射陽光的相對孔徑面積最大。參見圖15，聚集增大了直接或間接地到達收集器的孔徑面積上的太陽輻射的每平方米瓦特數(shù)。聚集具有提高收集器效率的增大作用。本發(fā)明的系統(tǒng)使用兩種方法來增加系統(tǒng)的產(chǎn)出率，提供了與增加固定角度收集器的另外容器差不多的能量。在固定角度的太陽能系統(tǒng)上，每年兩天中的4-5小時優(yōu)化孔徑面積。如果收集器的角度每月改變一次，則每年優(yōu)化系統(tǒng)十二次，并且如果每周改變，則每年優(yōu)化52次，等等。按月改變安裝角度允許收集器接收從日出到日落的額外的太陽輻射，否則在夏季期間的東北-西北方向當日出和日落時收集不到所述額外的太陽輻射。參見圖15，太陽能收集器上的日射率的增益是孔徑面積和收集器角度的函數(shù)，其中
權利要求
1.一種太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括 太陽能收集器，其具有工作流體； 熱交換器；以及 水凈化回路， 其中非飲用水經(jīng)過作為所述水凈化回路的一部分的所述熱交換器，并且熱能被從所述太陽能收集器的所述工作流體傳遞至所述水凈化回路。
2.如權利要求I所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，還包括 與所述太陽能收集器的工作流體流體連通的渦輪機；以及 聯(lián)接到所述渦輪機上的發(fā)電機，所述發(fā)電機配置成產(chǎn)生電功率。
3.如權利要求I所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，還包括平面角度調(diào)節(jié)器，來定向所述太陽能收集器以使吸收的輻射太陽能最多。
4.如權利要求I所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，還包括供運輸所述太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)所用的外殼。
5.如權利要求4所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括多個外殼，所述多個外殼中的每個配置成容納所述太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的部件，其中所述多個外殼配置成布置到外殼組件中。
6.如權利要求I所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，還包括平面角度調(diào)節(jié)器，該平面角度調(diào)節(jié)器允許所述太陽能收集器相對于太陽的調(diào)節(jié)。
7.如權利要求6所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述平面角度調(diào)節(jié)器包括 底座； 平臺，其配置成用于安裝所述太陽能收集器；以及 一個或多個可調(diào)節(jié)的支腿，其連接到所述底座和平臺上。
8.如權利要求7所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，還包括作為所述底座的一部分的赤道對齊構件，其中所述赤道對齊構件配置成與地球赤道對齊地定位。
9.如權利要求8所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，還包括作為所述底座的一部分的縱向?qū)R構件，其中所述縱向?qū)R構件配置成與最靠近所述系統(tǒng)的地球子午線對齊地定位。
10.如權利要求7所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，還包括致動器，該致動器配置成調(diào)節(jié)附連至所述底座和平臺上的一個或多個支腿。
11.如權利要求10所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述致動器包括液壓缸。
12.如權利要求I所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述太陽能收集器是復合拋物形集中器式抽空管收集器。
13.如權利要求I所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述太陽能收集器是復合拋物形集中器式抽空管收集器和光電收集器的組合。
14.如權利要求I所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述太陽能收集器是聚集太陽能的拋物形槽收集器。
15.如權利要求I所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述太陽能收集器是聚集太陽能的拋物形槽收集器和光電收集器。
16.—種太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng),包括 太陽能收集器，其具有工作流體； 熱交換器；以及水罐，其配置成容納非飲用水源， 其中通過所述熱交換器將熱能從所述太陽能收集器的工作流體傳遞至所述水箱內(nèi)的非飲用水，從而將所述非飲用水的溫度升到足夠高以殺死任何病原體。
17.如權利要求16所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述太陽能收集器配置成流體連通的一個或多個模塊化面板。
18.如權利要求16所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，還包括供運輸所述太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)用的外殼。
19.如權利要求18所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，還包括位于所述外殼的外表面上的存儲區(qū)。
20.如權利要求16所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，還包括配置成允許所述太陽能收集器相對于太陽的調(diào)節(jié)的太陽能收集器調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
21.如權利要求20所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述太陽能收集器調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括 鼓; 圍繞所述鼓布置的一個或多個纜繩，所述鼓連接至驅(qū)動器，并且所述一個或多個纜繩的端部附連至所述太陽能收集器； 其中所述太陽能收集器被配置成樞轉(zhuǎn)，從而當所述鼓放出一個或多個纜繩時，所述太陽能收集器沿第一方向樞轉(zhuǎn)，并且當所述鼓卷起一個或多個纜繩時，所述太陽能收集器沿第二方向樞轉(zhuǎn)。
22.—種太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括 收集器模塊，包括 太陽能收集器； 保護罩，其具有關閉位置和打開位置，所述保護罩鄰近所述太陽能收集器的表面包括反射面，該反射面配置成當所述保護罩處于打開位置時將太陽輻射反射到所述太陽能收集器處；以及 平面角度調(diào)節(jié)器，其配置成允許所述太陽能收集器相對于太陽的調(diào)節(jié)。
23.如權利要求22所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述太陽能收集器包括組合的復合拋物形集中器式抽空管收集器。
24.如權利要求22所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述太陽能收集器包括集中的太陽能拋物形槽收集器。
25.如權利要求22所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述保護罩配置成當處于打開位置時相對于所述太陽能收集器以處于大約45度到大約120度之間的角度來定位。
26.如權利要求22所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述平面角度調(diào)節(jié)器是伸縮桿。
27.如權利要求22所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述平面角度調(diào)節(jié)器是剪式千斤頂。
28.如權利要求22所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，還包括液力地聯(lián)接到所述收集器模塊上的泵站。
29.如權利要求28所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述泵站液力地聯(lián)接至所述太陽能收集器的出口。
30.如權利要求29所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述太陽能收集器的出口液力地聯(lián)接至位于所述泵站內(nèi)的熱水箱，所述熱水箱配置成為預定應用輸送水。
31.如權利要求30所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述泵站配置成連接至水源。
32.如權利要求31所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述泵站還包括泵，該泵具有液力地聯(lián)接至所述水源的進口和液力地聯(lián)接至所述太陽能收集器的進口的出口。
33.如權利要求29所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述太陽能收集器包括作為工作流體的油，并且其中所述泵站包括 油箱，其液力地聯(lián)接至所述太陽能收集器的出口， 水箱，其液力地聯(lián)接至水源；以及 位于所述油箱和水箱之間的熱交換器，其配置成將熱能從油傳遞給水。
34.如權利要求22所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述保護罩還包括薄膜式光電面板。
35.如權利要求34所述的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中所述薄膜式光電面板配置成當所述保護罩處于關閉位置時該薄膜式光電面板布置在所述反射面和太陽能收集器之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括太陽能收集器和水凈化回路(217)。所述能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可能還通過與所述太陽能收集器(212)的工作流體流體地連通的渦輪機260來提供電功率。平面角度調(diào)節(jié)器可手動地或者自動地定向所述太陽能收集器以使最多地吸收輻射太陽能。此外，外殼供運輸本發(fā)明的太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其輔助部件所用。太陽能收集器可以是集中太陽能(CSP)式拋物形槽收集器、復合拋物形集中器(CPC)式抽空管收集器和光電收集器的組合。
文檔編號C02F1/14GK102725233SQ201080048924
公開日2012年10月10日 申請日期2010年9月16日 優(yōu)先權日2009年9月16日
發(fā)明者D·豐昌 申請人:101攝氏度有限責任公司