太阳能接收器的制作方法

太阳能接收器
1.本发明涉及太阳能系统、它们的组件以及用于使用它们的方法。更具体地，本发明涉及用在集中式太阳能应用中的太阳能接收器。
2.集中式太阳能系统使用包括反射镜和/或透镜的一系列定日镜，将入射在大表面积上的太阳光集中到可以利用能量的较小面积上。在商业应用中，定日镜组通常位于支撑太阳能接收器的塔或杆附近。定日镜被定位使得它们将入射的太阳辐射朝向塔的接收器反射，该接收器吸收能量并且将其传递到系统，以便随后转换为电能。定日镜通常配有跟踪系统，该跟踪系统允许它们调整相对于太阳位置的对齐方式，以确保入射光全天持续朝向塔引导。电力塔布置和抛物线槽/沟太阳能发电厂是集中式太阳能发电厂最常见的设计。
3.太阳能接收器一般被划分为固体、液体和气体类型。原则上，太阳辐射在接收器的固体、液体或气体介质中被转化为热能。然后，来自接收材料的热量通常经由诸如传导和/或对流的处理被传递到工作流体。然后，工作流体最终用在热力循环中以产生功。在液体或气体太阳能接收器中，接收太阳辐射的流体也可以用作工作流体。通常，接收器的吸收表面应该具有高吸收率，以使得能够吸收尽可能大比例的入射太阳辐射。
4.管状接收器是最常见的集中式太阳能接收器，并且通常包括含有导热流体的金属管。光被集中到管上并且里面的流体被加热。然后，由流体收集的能量可以用在发电中。
5.熔盐系统以类似于管状接收器的方式运行。在熔盐接收器中，入射光用于加热固体盐存储器，然后当其温度升高到超过盐的熔点时该固体盐存储器熔化。然后，熔盐可以流过标准热交换系统以加热工作流体。熔盐被认为是有利的，因为如果存储器适当隔热，它们能够长时间存储熔盐中的热能。然后，熔盐存储器可以用于在弱光期间(诸如在夜间)发电。然而，在熔盐系统的使用中存在许多挑战，包括由大量高温液体带来的安全风险、由盐引起的组件腐蚀、在弱光期间盐的冻结以及在运行条件期间所经历的相关联的收缩和膨胀问题。
6.下落粒子太阳能接收器(也熟知为固体粒子太阳能接收器)用可流动的固体粒子(诸如沙子)来代替熔盐。在下落粒子系统中，光通常被集中到流动的粒子幕上，然后该粒子幕在重力作用下下落并且通过标准热交换系统，以将它们的热能传递到工作流体。然后，粒子通常被返回到接收器的顶部，以便进一步用在粒子幕中。下落粒子系统通常遭受由所涉及的材料带来的挑战、加热的固体和工作流体之间的热传递效率低下以及由以连续方式输送大量固体材料带来的技术挑战。
7.基于气体的接收器将入射光聚焦到导热气体上，然后该导热气体可以用于直接驱动涡轮机。基于气体的系统通常在吸收气体周围采用蜂窝和多孔结构来捕获额外的热辐射，然后该额外的热辐射被转移到工作气体。基于气体的接收器往往遭受低吸收率的影响，因此能量转换效率低。
8.不管吸收介质如何，太阳能接收器都被设计为在特定的光集中因子范围内运行。光集中因子c被定义为入射在待加热的接收器表面上的热通量(w/m2)除以从太阳到达发电站的对应热通量(也熟知为“日射量”)。集中因子对发电效率具有直接影响，并且设计人员试图最大化c是明智的意图。通常，集中式太阳能发电厂以20到100左右的c值运行，一些斯
特林盘式设计的c值高达2000。更大的c值表示增加的能量密度，这又表示可以由接收器利用的更大的潜在能源。增加集中式太阳能发电厂的c值将引起接收器介质中的温度升高。因此，接收器可以运行的最大c值受到接收器及其材料的耐热性的限制。例如，随着c值的增加，温度可能超过1000℃。在诸如熔盐系统的系统中，这样的温度可能引起熔盐的热分解。结构组件也可能由高c值而面临风险，因为结构钢可能在1400℃左右的温度下开始熔化。在入射在接收器上的能量可变的情况下，或者在发电厂在活动和非活动状态之间循环的情况下，接收器也可能面临热膨胀和收缩对组件的影响的风险。
9.在高c值时，热通量可能特别剧烈。例如，如果发电站能够达到10,000的集中因子并且日射量为1,600kw/m2，则在太阳能收集器表面的热通量将为16mw/m2。这样的高热通量将在太阳能接收器的内部和表面产生大的温度梯度和极高的温度。这样的高温度和温度梯度将显著限制接收材料的寿命。
10.通常，入射在接收表面上的能量的密度越大，接收器的寿命越短。辐射循环的平均热辐照度、辐照度幅度、周期和暴露时间都可能影响在接收器的建造中使用的材料的长期特性。即使在20到100的典型c值下，接收器的吸收率也可能随着时间而显著降低，从而使得接收器的热性能长期下降。此外，接收器是集中式太阳能发电厂的昂贵组件。据估计，太阳能接收器占建造集中式太阳能发电厂的初始资本成本的比例高达20％。因此，期望避免或延迟更换性能下降的接收器的需要。
11.实际上，已建立的集中式太阳能发电厂设计只能凭借它们使用的材料来利用有限的c值。更高的c值增加了太阳能接收器的理论效率，因此需要允许高c值同时避免本领域已知系统通常遇到的缺点的太阳能接收器。
12.根据本发明，如所附的独立装置权利要求中限定的，提供了一种用于集中式太阳能发电站的太阳能接收器。本发明的太阳能接收器的进一步优选特征在所附的从属装置权利要求中限定。
13.根据本发明的另一方面，如所附的独立方法权利要求中定义的，提供了一种用于将光转换为电能的方法。本发明的方法的进一步优选特征在所附的从属方法权利要求中限定。
14.本发明的一个方面提供了一种用在太阳能接收器中的吸热固体，该吸热固体包括主体以及一个或多个表面，该一个或多个表面被配置为接收和存储热形式的太阳辐射。吸热固体可以是任何合适的形状，包括但不限于圆柱、盘、球、半球、带、叶片、楔子、锥、管、管道、导管等。因此，吸热固体可以具有基本上为正方形、三角形、矩形、圆形、椭圆形、v形、不规则形状或任何其它合适形状的横截面。横截面可以是实心的或者可以包括一个或多个空心区域。吸热固体可以包括一个或多个支撑结构，该一个或多个支撑结构使得吸热固体能够移动和/或旋转，同时附加地或替代地引导吸热固体以使得其在回路或闭环中移动。合适的支撑结构包括被配置为允许吸热固体移动和/或旋转的中心轴、轴、枢轴、轴承或类似特征。有利地，吸热固体可以是转子、带或线缆以允许吸热固体以高速连续移动。在吸热固体是线缆或带的情况下，线缆或带可以被安装到被配置为使得线缆或带能够围绕回路移动的滑轮和引导导管的支撑结构。在吸热固体是转子的情况下，转子可以是盘形、锥形、截头锥形或圆柱形，具有包括中心轴和轴承布置以允许旋转的支撑结构。转子的高度可以小于、等于或大于转子的周长。由于摩擦因素、空气流动动力学和热分散特性，使用高度比转子周长
更小的转子可能是有利的。在其它情况下，使用高度比转子周长更大的转子可能是有利的，以提供其上可以接收太阳辐射的更大的暴露表面积。
15.在使用中，吸热固体由任何合适的驱动方式(诸如电机)驱动而移动和/或旋转。吸热固体暴露在不同浓度的太阳辐射下。在实践中，吸热固体从第一位置移动到第二位置，并且可以在回路、闭环中移动，360
°
完全旋转或者可以小于360
°
部分旋转。吸热固体的移动或旋转方向可以是恒定的，或者替代地，吸热固体可以改变移动或旋转方向。因此，吸热固体可以前后移动或旋转以在可以围绕旋转轴的两个端部位置之间摇摆。吸热固体可以在单个二维平面中移动和/或旋转，或者在移动和/或旋转过程中移动和/或旋转通过多个平面。在单个二维平面中在恒定方向上360度旋转吸热固体可能是有利的。
16.取决于预期应用，吸热固体可以是任何合适的尺寸。与被采用在小型局部系统上的类似接收器相比，大型发电厂中的太阳能塔将需要更大的吸热固体。在实践中，吸热固体的尺寸由其所在装置的容量要求以及其所伴随的工作流体和传热系统的容量来确定。一般来说，吸热固体可以具有在1cm和10000cm之间的直径、宽度、长度或尺寸。优选地，吸热固体可以具有在50cm和2000cm之间的直径和/或长度。在其它优选示例中，吸热固体可以具有在2cm和500cm之间的直径和/或长度。在附加优选示例中，吸热固体可以具有在5cm和300cm之间的直径和/或长度。在吸热固体是以10,000c运行的1mw发电厂中的转子的一个特定示例中，可以使用高度大约35cm并且直径高达200cm的圆柱形转子。在吸热固体是以大约10,000c运行的50kw到1gw发电厂中的转子的另一特定示例中，可以使用高度和/或直径在50cm和2000cm之间的截头体形转子。
17.在正常运行条件下，取决于待采用的热集中因子，吸热固体可能暴露于超过2500℃的工作温度。因此，吸热固体可以至少部分地由能够承受高温的折射材料形成。吸热固体可以包括熔点超过1000℃的材料。优选地，吸热固体可以包括熔点超过1500℃的材料。更优选地，吸热固体可以包括熔点超过2000℃的材料。在涉及高光集中值的集中式太阳能应用中，由熔点超过2500℃的材料形成吸热固体可能是特别有利的。使用能够吸收大部分紫外、可见和/或红外光谱的光的材料也可能是有利的。还具有高折射率的材料可以促进在吸热固体的表面吸收太阳能，因此是特别有益的。因此，吸热固体可以由折射率大于0.1的材料形成。优选地，吸热固体材料可以具有大于1的折射率。更优选地，吸热固体材料可以具有大于1.5的折射率。使用折射率大于2的材料可能是有利的。合适的材料可以包括陶瓷、高折射率聚合物(hrip)、金属、金属氧化物、合金、无机化合物、耐热有机化合物以及任何其它单独或组合的合适材料。由钢、钢合金、陶瓷、锆、钼或具有近似黑体的合适特性的任何材料形成吸热固体可能是特别有利的。还应该选择具有足够耐压的材料，以确保吸热固体能够承受移动和/或旋转期间作用在其上的力。
18.吸热固体可以附加地或替代地由高温折射材料形成和/或至少部分地涂覆有高温折射材料。一般来说，根据需要，其上将入射太阳辐射的吸热固体的一个或多个表面可以被涂覆以赋予吸热固体有益的特性。必要时，涂层可以围绕吸热固体的外周延伸、跨吸热固体的整个外表面延伸、跨空心吸热固体的一个或多个内表面延伸或者覆盖吸热固体表面的选定部分。如先前关于可以考虑用于吸热固体的材料所描述的，涂层的期望特性可以包括高折射率、高太阳能吸收率、高耐热性和强度抵抗的特性。特别地，期望使用具有高太阳能吸收率的涂层材料。例如，涂层材料可以具有超过0.5的太阳能吸收率。优选地，涂层材料可以
具有超过0.8的太阳能吸收率。更优选地，涂层材料可以具有超过0.95的太阳能吸收率。用于吸热固体或涂层的合适材料包括陶瓷、金属陶瓷、氧化锆、锆类、钽类、硼硅酸盐、硅类、碳基材料、金属、金属氧化物、合金以及任何其它单独或组合的合适材料。由以下材料形成涂层可能是特别有利的：耐热黑色涂料(例如，可从tempil corporation获得的pyromark 2500)；溴化锆；氧化锆和/或其锆金属陶瓷；氧化铬，和/或其镍或铬金属陶瓷；氧化铝，和/或其镍、钼和钨金属陶瓷；氮化铝和/或其钛金属陶瓷；碳化硅；或其任何组合。下面在表1中提供了一些合适材料的特性。
19.吸热固体涂层可以是任何合适的厚度。例如，涂层可以具有吸热固体的直径、宽度、长度或尺寸的约0.1％至约99％之间的厚度。优选地，涂层将具有吸热固体的约1％和75％之间的厚度。有利地，涂层可以占吸热固体的长度、宽度或直径的2％至50％。
20.表1用于太阳能接收器的材料的特性
[0021][0022][0023]
包括涂层的吸热固体可以具有主体，该主体由以其它方式将不适用于未涂覆的吸热固体的材料(诸如铅)或者具有不合适光学特性的材料形成。在这种情况下，涂层提供吸热固体吸收和传递热量所需的热和光学功能，同时还保护吸热固体的主体免受暴露于高浓度的太阳辐射和高温的损害。可以将吸热固体涂层与吸热固体的主体分开或分离，以允许单独修理或更换一个或两个组件。例如，涂层材料可以以一个或多个可移除板、小板或瓦的形式存在。
[0024]
吸热固体还可以包括绝热材料。绝热体可以定位为太阳能接收器的任何两个组件之间的层。例如，如果存在的话，绝热体可以定位在吸热固体的一个或多个吸收表面和中心旋转轴之间。另外地或替代地，绝热材料可以定位为保护特定组件免受高温影响。当使用涂覆的吸热固体时，绝热体可以有利地定位在涂层和吸热固体的主体之间。另外地或替代地，绝热材料可以以板或瓦的形式存在。如果存在的话，板或瓦可以与涂层材料的板或瓦具有相同或不同的尺寸。如果存在的话，绝热材料的板和瓦可以彼此互锁，和/或与涂层材料的板或瓦互锁。通常，绝热材料可以防止热量从吸收太阳辐射的吸热固体的表面和具有较低耐热性的太阳能接收器的组件(诸如与吸热固体相关联的移动和/或旋转装置)通过。因此，
绝热体可以防止热量从吸热固体的表面流失，并且提供保护太阳能接收器组件免于由于暴露于过高温度而退化的附加益处。绝热体可以是任何合适的厚度。例如，绝热体可以具有吸热固体的直径、宽度、长度或尺寸的约0.1％至约200％之间的厚度。优选地，绝热体将具有吸热固体尺寸的约1％和50％之间的厚度。有利地，绝热体可以占吸热固体的直径的2％至40％。合适的绝热材料包括陶瓷、耐火材料、增强碳材料、绝热耐热聚合物以及它们的组合。
[0025]
吸热固体可以被配置为高速移动或旋转。在吸热固体是带、线缆或梭子的情况下，吸热固体可以被配置为以高达每秒30米的速度移动。在吸热固体是转子的情况下，转子可以被配置为以每分钟0.1转(rpm)和20,000rpm之间的速度旋转。优选地，转子可以被配置为以25rpm和10,000rpm之间的速度旋转。更优选地，转子可以被配置为以60rpm和6,000rpm之间的速度旋转。在运行中，吸热固体的移动速度可以由运行者手动调节。有利地，吸热固体的移动速度可以另外地或独立地响应于入射能量、系统温度的测量值或任何其它合适的测量值而被自动地控制。例如，转子的旋转速度可以响应于转子上更高密度的入射太阳能而增加，并且响应于转子上入射的太阳能的减少而减少，例如，以维持转子的任何部分所经历的近似恒定的最大温度。替代地或另外地，转子的旋转速度可以响应于太阳能接收器的一个或多个组件的温度的增加或减少而增加或减少。在实践中，转子的速度可以响应于由可通信地耦合到控制系统的一个或多个传感器作出的一个或多个测量值而被调节。根据需要，吸热固体的高速移动减少了吸热固体暴露于高浓度的太阳辐射的持续时间，并且允许管理温度和限制材料的热降解。
[0026]
其上要接收太阳辐射的吸热固体的涂覆或未涂覆的表面可以是基本上光滑的。光滑的表面可以减少摩擦阻力，该摩擦阻力将抑制吸热固体的移动。替代地，吸热固体的吸收表面可以是多孔的、麻面的、波状外形的或者具有以其它方式不规则不光滑的形貌。不规则的表面可以被配置为促进表面和入射太阳辐射之间的有利交互。例如，麻面表面可以动作为通过激励表面形貌本身内的漫反射来捕获光，导致任何反射的光朝向吸热固体的表面的其它区域被引导。多孔表面可以比相当的光滑表面具有更大的表面积，因此允许跨更大的有效表面积来吸收高浓度的入射光。跨较大表面存在的热能随后可以被更有效地传递到跨过吸热固体的表面的工作流体。表面形貌可以被具体地配置为通过跨吸热固体的表面包括翅片、辐射元件或类似的结构特征来促进从吸热固体的表面到工作流体的热传递。例如，在使用多孔材料的情况下，可以有利地将工作流体通过吸热固体的孔以改善从吸热固体的表面到工作流体的热传递。
[0027]
通常，吸热固体被配置为在围绕吸热固体的外部布置的一个或多个表面上接收太阳辐射。在吸热固体是转子，并且转子是盘或圆柱的情况下，吸热表面可以是转子的非圆形表面。在某些情况下，使用其中受热表面位于旋转空心圆柱、锥或鼓的内表面上的转子可能是有利的。这样的配置将使得吸收表面失效，并且仍然通过向心加速度被保持在转子的内部空间中。在吸热固体是线缆或带的情况下，线缆或带的任何侧或表面可以根据需要接收太阳辐射。在吸热固体是空心的或者具有一个或多个空腔的示例中，太阳辐射可以在吸热固体的一个或多个外表面上被接收，然后被传递到流过空心空间并且流过吸热固体的一个或多个内表面的工作流体。
[0028]
根据本发明的另一方面，提供了一种以高达至少10,000光集中值用在集中式太阳能发电站中的太阳能接收器，该太阳能接收器包括如先前描述的吸热固体、被配置为将光
引导到吸热固体的一个或多个表面上的一个或多个光学布置；以及被配置为在吸热固体的一个或多个表面和工作流体之间进行热交换的一个或多个罩。
[0029]
在一个运行示例中，光经由太阳通量光学器件被传递到位于吸热固体附近的一个或多个光学布置。光学布置将太阳辐射引导到吸热固体的表面上，该吸热固体的表面吸收至少部分入射光作为热能。吸热固体移动，携带热能远离聚焦太阳辐射的点，并且朝向位于吸热固体的一个或多个吸收表面附近的一个或多个热交换器罩。工作流体流过罩，接触吸热固体的表面。工作流体的温度通常将低于吸热固体的受热表面，因此热量将从吸热固体的表面被传递到工作流体。然后，可以使用热工作流体来发电。吸热固体的移动将导致吸热固体的冷却表面随后通过光学布置将太阳辐射朝向其引导的点。然后，太阳辐射重新加热吸热固体的表面，进而加热工作流体。
[0030]
光学布置可以是任何合适的光学组件配置，该光学组件配置允许太阳辐射被导向并且聚焦在吸热固体的所需表面上。例如，光学布置可以包括一个或多个反射镜、透镜、棱镜、反射面或者任何其它合适的光学组件。使用复合抛物面聚光器(cpc)作为一个或多个光学布置的至少一个组件可能是有利的。光学布置可以另外地或替代地包括一个或多个光管。一个或多个光管可以各自包括外壳、形成在外壳中的孔以及布置在外壳内部的一层或多层反射材料。一层或多层反射材料可以被配置为将光朝向和/或离开孔导向吸热固体的一个或多个表面。孔可以是任何合适的形状，包括正方形、三角形、矩形、圆形、椭圆形、不规则形状或者任何其它合适的形状。将孔成形为矩形槽可能是有利的。相对于吸热固体的尺寸，光管的孔可以具有任何尺寸。优选地，孔具有在吸热固体高度的70％和130％之间的长度。更优选地，孔具有等于吸热固体高度的长度。通常，光管的尺寸可以随着它们接近孔而收缩以进一步集中通过管的光。
[0031]
太阳能接收器可以包括任何数量的光学布置。在存在多个光学布置的情况下，将太阳能接收器的光学布置定位在吸热固体周围使得吸热固体和每个近端光学组件之间的距离和角度大体上相等可能是有利的。假设相当集中的太阳辐射经由多个光学布置中的每一个，则以这样的方式隔开光学布置可以允许吸热固体的一个或多个表面随着吸热固体移动而被一致地加热。在包括多个光学布置的太阳能接收器中，根据需要，光学布置可以被配置为各自将太阳辐射聚焦到具有类似或不同表面积的吸热固体的表面的不同部分上。特别是在包括多个光管的太阳能接收器中，每个光管可以具有类似形状的，或者替代地，不同形状的孔。孔可以包括透镜或光学组件，该透镜或光学组件被配置为将通过孔的光朝向吸热固体的表面上的特定位置引导。将太阳辐射引导到吸热固体表面的特定区域可以允许光在吸热固体的区域中被转化为热，随后最有效地传递到工作流体。一些配置可以允许在不使用中间光学布置的情况下将光直接从太阳通量光学器件传递到吸热固体。在这些示例中，入射到诸如cpc的太阳通量光学器件上的光可以被直接引导到吸热固体上。
[0032]
一个或多个光学布置和吸热固体之间的间隙可以被最小化以减少漏光。在一个或多个光学布置是光管的配置中，太阳能接收器的光管被定位为它们的孔面向或基本上面向吸热固体的一个或多个吸收表面，使得光管和吸热固体之间的间隙被最小化，同时仍然使得吸热固体在使用期间能够自由移动和/或旋转，从而允许吸热固体的热膨胀。通常，最小化太阳能接收器的吸热固体附近的组件和吸热固体本身之间的间隙，可以减少光和/或热的损失和泄漏。太阳能接收器可以进一步包括一个或多个延伸部分，诸如分隔物、帘、屏、隔
板、挡板、护罩、遮蔽物、密封物或类似物。在光学布置是光管的情况下，一个或多个延伸部分可以从外壳围绕并且远离孔延伸，并且可以基本上平行于吸热固体的一个或多个表面。在存在的情况下，延伸部分被配置为通过吸收、反射或者以其它方式捕获光来减少光从光管和吸热固体之间的间隙的损失或泄漏。该类型的延伸部分可以与它们可以围绕其布置的任何合适的光学布置一起使用。
[0033]
在太阳能接收器的吸热固体是具有一个或多个开口端的空心圆柱形、锥形、锥台形或鼓形的转子的情况下，太阳能接收器的一个或多个光学布置可以包括被布置为将光从光学布置引导到转子的内表面上的附加的太阳通量光学器件。附加的太阳光学器件可以包括一个或多个反射镜、透镜或者复合抛物面聚光器(cpc)，其被配置为将光朝向转子的吸收内表面引导，同时对周围环境或者未被配置为将热量传递到工作流体的表面的光损失最小。可以使用相当的布置将太阳辐射引导到围绕回路或闭环移动的线缆或带的内表面上。
[0034]
一个有利的配置提供将所有入射光、基本上所有入射光或者大部分入射光引导到移动的吸热固体上的光学布置。在这样的配置中，太阳能接收器的将受热以与工作流体进行最终热交换的仅有表面将是移动的吸热固体的一部分。在该示例中，没有光被引导到静止或不动的固体上。这防止具有高c值的入射光加热静止固体超过耐热点。因此，通常，本文中公开的太阳能接收器基本上将所有入射光聚焦到移动的吸热固体上，并且防止或者基本上最小化形成接收器的静止固体材料对光的吸收。在示例中，太阳能接收器将被配置为经由入射光仅加热移动的吸热固体。太阳能接收器可以被配置为防止入射光加热静止固体材料。为了避免疑问，术语“大部分”可以是大于50％、大于60％、大于70％、大于80％、大于90％、大于95％或者大于99％。
[0035]
围绕太阳能接收器的吸热固体布置的通常是一个或多个热交换器罩，该一个或多个热交换器罩被配置为使得能够将热量从吸热固体的受热的一个或多个表面传递到通过罩的工作流体。一个或多个罩通常包括入口、出口以及一个或多个流体通道、导管和/或腔室，该一个或多个流体通道、导管和/或腔室被配置为使得流过入口的流体在通过出口之前将跨吸热固体的一个或多个内表面或者外表面传递。罩可以至少部分地由绝热材料形成。合适的绝热材料包括陶瓷、耐火材料、增强碳材料、绝热耐热聚合物以及它们的组合。罩的至少一部分可以由替代材料形成，诸如金属、金属氧化物、塑料、聚合物等。罩的入口和出口可以被定位为使得流体流过罩的方向相对于吸热固体的移动方向处于并流或者逆流方向。使工作流体在逆流方向上跨吸热固体的一个或多个内表面或者外表面流动，以促进热能从吸热固体表面到工作流体的更有效的传递可能是有利的。在使用期间多个光学布置将太阳辐射引导到吸热固体的一个以上部分上的情况下，热交换器罩通常将围绕吸热固体被定位在光被引导到吸热固体的一个或多个表面上的每个点之间。这样的配置确保随着吸热固体移动，在将吸热固体的表面进一步暴露于太阳辐射之前，该表面上的至少一部分热能已经被传递到工作流体。热交换器罩可以是任何合适的尺寸。一个或多个流体通道的尺寸等于吸热固体的一个或多个吸收表面的一个或多个尺寸可能是有利的。在一个或多个流体通道的高度或长度与吸热固体的一个或多个表面紧密匹配的情况下，可以实现从吸热固体到工作流体的改善的热传递。此外，这样的配置可以减少从吸热固体到接收器的周围环境的热量损失。在一些情况下，由多孔材料形成热交换器罩和/或吸热固体的至少一部分可能是有利的。在吸热固体的表面附近的罩的一个或多个表面上，或者在吸热固体本身的一个或多
个表面上提供一个或多个冲击孔也可能是有利的，该一个或多个冲击孔不用来接收太阳辐射以允许对使用中的吸热固体进行额外的冷却。在吸热固体是空心的情况下，罩可以被配置为允许工作流体流入吸热固体的入口并且通过出口流出。在这些示例中，罩将根据需要与吸热固体的入口、吸热固体的出口或者吸热固体的入口和出口两者流体连通。在一些示例中，热交换罩可以被集成到空心的吸热固体中，使得罩的先前已经围绕吸热固体被定位的部分在功能上被空心的吸热固体内部上的内部流体导管、通道或空腔代替。在这样的示例中，一部分热交换罩和/或其相关联的系统将被布置在工作流体流入和流出空心的吸热固体的入口和出口位置处。
[0036]
为了进一步减少能量损失，太阳能接收器可以进一步包括一个或多个清扫机或收集导管以最小化来自热交换器罩的边缘的热损失。在运行中，太阳能接收器中和周围的空气可能变热。任何残留或损失的热空气可以通过这样的导管回收，以回收和利用其它废热。清扫机或收集导管可以赋予太阳能接收器的冷却组件附加益处，该冷却组件具有比其上入射太阳辐射的吸热固体的表面更低的耐热性。
[0037]
流过热交换器罩的工作流体通常将是液体或气体的形式。期望的工作流体将表现出足够的热容量和传热性能，以允许吸热固体的表面上的大部分热能被传递到流过热交换器罩的工作流体并且被其带走。由于空气的热特征、易得性、低成本和不需要维持闭合回路流动之间的平衡，空气可能是优选的工作流体。然而，空气可能不适合太阳能接收器的某些配置，其中，材料对氧化降解或与水的反应敏感。替代的工作流体可以根据需要赋予改善的热传递或者其它优点。合适的工作流体的示例包括空气、蒸汽、氦气、二氧化碳等。取决于容纳太阳能接收器的更广泛系统的配置，使用特定的工作流体可能是特别有利的。例如，在没有显著的附加修改的情况下，二氧化碳工作流体将允许受热流体被传递到超临界co2布雷顿涡轮机。工作流体可以根据需要在闭路或开路中流动。
[0038]
太阳能接收器还可以包括控制系统，以及可通信地耦合到控制系统的一个或多个传感器。可能期望测量入射到接收器上的光和/或接收器的一个或多个组件的温度，使得可以调整接收器的运行以确保有效和最佳的运行条件。例如，温度传感器可以被定位在吸热固体组件附近或嵌入在吸热固体组件中。如果吸热固体的温度超过预定水平，则可以增加吸热固体的移动速度，或者替代地，如果存在的话，可以使多个光学布置中的一个光学布置失效，以减少入射到吸热固体上的太阳辐射。类似地，一个或多个光传感器可以被定位在光学布置和/或吸热固体中或周围。当检测到入射光增加时，控制系统可以使得吸热固体的移动速度增加，以防止在吸热固体的一个或多个吸收表面上达到过高的温度。当传感器检测到入射光的浓度降低时，控制系统可以根据需要减慢吸热固体的移动速度。控制系统可以另外地或替代地响应于由一个或多个天气预报提供者提供的天气数据来调整吸热固体的移动速度。
[0039]
根据本发明的另一方面，提供了一种集中式太阳能发电站，该集中式太阳能发电站包括一个或多个反射镜、透镜、定日镜和/或反射器；以及包括如先前描述的太阳能接收器的接收杆。接收杆可以包括附加的太阳光学器件，该太阳光学器件被配置为将光朝向杆从一个或多个定日镜引导到太阳能接收器的一个或多个光学布置。
[0040]
在运行中，定日镜将光朝向接收杆引导，光从接收杆被引导以加热太阳能接收器的吸热固体。定日镜可以被配置为相对于太阳的位置来旋转和/或调整它们的角度和朝向，
以确保在一天的过程中将入射光朝向接收杆引导。来自太阳能接收器的受热工作流体然后可以被引导朝向另外的热交换系统或其它系统，其中，热量可以被用在发电系统中，该发电系统被配置为将来自工作流体的热能转换为电能。可以取决于流过太阳能接收器的工作流体来选择发电系统。例如，在蒸汽是工作流体的情况下，兰金涡轮发电机可能是最适合的。在二氧化碳是工作流体的情况下，布雷顿发电机可能是最适合的。替代地或另外地，可以将热工作流体引导到可以直接使用受热流体的替代系统，诸如窑、反应器或加热设备。一个或多个定日镜系统的表面积相对于定日镜聚焦入射光的表面积决定了光集中因子c。包括本发明的太阳能接收器的接收杆能够以高达至少10,000的集中因子来接收光。在不受理论的束缚的情况下，本发明的太阳能接收器能够以高达至少20,000的集中因子来接收光。在不使用附加的热交换步骤的情况下，可以直接使用来自太阳能接收器的受热工作流体来直接发电。
[0041]
在实践中，太阳相对于发电站的杆和定日镜的位置将随着时间而变化。如先前描述的太阳能接收器的控制系统可以被配置为取决于入射太阳光的方向来调整太阳能接收器的吸热固体、罩和/或光学布置的角度。以该方式，控制系统可以经由一个或多个传感器来确定太阳的位置，并且自动地调整太阳能接收器的一个或多个组件的角度，以补偿由于太阳和/或发电站定日镜的移动而引起的入射光角度的变化。
[0042]
集中式太阳能发电站可以包括存储能量的装置。存储和稍后释放能量的能力允许发电站在低入射太阳辐射时段期间(诸如夜间)继续提供电能。能量存储介质的示例包括直接存储在电池或电容器中的电能、绝热热存储、重力电池、化学存储技术或者任何其它合适的存储方法。
[0043]
根据本发明的另一方面，提供了一种用于将光转化为电能的方法，包括以下步骤：(i)通过将光照射到固体上来加热固体，(ii)移动固体材料，(iii)在固体和工作流体之间交换热量，以及(iv)将工作流体的热能转化为电能。固体可以是单个物品、实体或组件。固体可以不是粒状材料、流体或可流动的粒子，诸如沙子。
[0044]
原则上，本发明允许结合太阳能系统使用更高的光集中值c。当暴露于升高的c值时，静止或不动的固体接收器将迅速地达到高温。通过快速移动固体材料使得其被快速连续加热和冷却，可以防止材料达到将导致固体材料失效的温度。以该方式，可以使用高光集中值，因为由于吸热固体的移动速度，表面仅间歇地暴露于聚焦的太阳辐射。特别地，本发明使得太阳能热电站的接收器能够以更高的光集中因子c值运行。
[0045]
受益于本公开的本领域的从业者将显而易见的是，本发明的吸热固体、接收器、发电站和方法克服了与已知接收器相关联的许多其它缺点和问题。特别地，当与许多已知系统相比时，本发明可以改善太阳能接收器的寿命。此外，吸热固体消除了为了产生电能而存储和运输大量热材料(诸如熔盐或可流动的粒子)的需要。不需要大量热材料因此可以赋予应用本发明的集中式太阳能发电站安全益处。本发明的接收器的使用进一步消除了将材料从接收塔或杆的基底泵送、运输和/或提升到升高位置的消耗能量的需要。此外，仅接收杆或太阳能塔的小区域需要能够承受接收介质的高温。与系统的大部分暴露于高温的许多已知系统相比，仅本发明的太阳能接收器需要具有高耐热性。将热应力限制到接收杆或塔的较小区域可以允许在太阳能塔的建造中采用更便宜或更容易获得的材料。
[0046]
现在将参考以下附图来描述本发明的实施例，其中：
[0047]
图1是本发明范围内的太阳能接收器的俯视图；
[0048]
图2是省略了罩和两个光管的图1的太阳能接收器的侧视图；
[0049]
图3是图1的热交换器罩的示意性表示；
[0050]
图4是可以结合本发明的太阳能接收器使用的发电系统的表示；以及
[0051]
图5是具有空心圆柱形鼓配置的替代太阳能接收器的表示。
[0052]
图6是具有锥形状的替代太阳能接收器的表示。
[0053]
图7是图6设计的太阳能接收器的横截面视图。
[0054]
图8a至8e是与根据图6和/或图7的接收器一起使用的太阳能接收器的组件的表示。
[0055]
图9是可以与本文中描述的太阳能接收器一起使用的空心转子的横截面示意性表示。
[0056]
图10是可以与本文中描述的太阳能接收器一起使用的替代空心转子的横截面示意性表示。
[0057]
图11是可以与本文中描述的太阳能接收器一起使用的另一替代空心转子的示意性透视图。
[0058]
图12是可以与本文中描述的太阳能接收器一起使用的复杂转子设计的示意性透视图。
[0059]
图13是根据本发明的方法的流程图。
[0060]
以下示例呈现本发明的各个方面及其实施方式。提供的示例仅仅是示例性的太阳能接收器，并且不旨在限制本发明的范围。
[0061]
图1示出了本发明范围内的太阳能接收器的俯视图。太阳能接收器100包括基本上圆柱形的转子1。转子包括基本上圆柱形的中心转子体6，该中心转子体6包括穿过圆柱的圆形平面的中心的中心轴4。中心轴4允许转子围绕中心枢轴点旋转。转子包括覆盖圆柱形转子体的曲面的绝热材料层2以及涂层3。涂层包括具有高太阳能吸收率、高折射率和高耐热性(即，熔点)的任何合适的材料。在示例性实施例中，涂层包括近似黑体的材料。
[0062]
围绕转子圆柱以90
°
间隔被定位的是四个光管10，该光管10被配置为将光引导到圆柱形转子的曲面上的涂层3上。每个光管10包括外壳12，该外壳12包含反射镜面11。外壳12随着其接近转子1而变窄，并且在其最窄点处到达端孔14，该孔面向涂覆的转子表面3。外壳12和反射镜面11的形状被配置为将光通过光管10朝向光管10的端孔14引导并且引导到转子1的涂覆表面3上。如图2中所示，每个光管10的端部和转子1的涂覆表面3之间的间隙13被最小化，以减少随着光离开光管10的能量泄漏或损失。转子1和光管10不直接接触，以防止转子1旋转时损坏转子1和/或光管10。外壳10的端部包括延伸部分15，该延伸部分15远离端孔14延伸，近似平行于转子1的弯曲涂覆表面3。延伸部分通过进一步减少光可以离开光管10和转子1之间的区域的空间区域来进一步减少来自太阳能接收器100的能量泄漏或损失。每个光管10的端孔14的横截面是矩形，其中，长度16等于转子的高度7。每个光管10的端孔14被定位为使得离开光管10的光将基本上垂直于转子1的涂覆表面3的面对端孔14的部分。
[0063]
返回到图1，四个热交换器罩20围绕转子1被布置在四个光管10中的每个光管之间。图3中示出了一个这样的罩的示意性表示。罩20被成形为使得最靠近转子1的罩边缘的
轮廓符合转子1的曲率。罩20主要由绝热材料形成，并且包括由延伸通过罩的流动通道25连接的入口23和出口24。流动通道25的一个壁的一部分基本上由转子1的涂覆表面3形成，罩20靠在该涂覆表面3上。在运行中，空气在与转子1的旋转方向5逆流的方向22上流过热交换器罩20的流动通道25从入口24到出口25。经由入口进入罩的空气的温度低于转子1，因此促进从转子1的涂覆表面3到工作流体空气流的热传递。
[0064]
在运行中，入射到太阳能接收器100上的光经由光管10被朝向转子1引导。光被转子的涂覆表面3吸收，从而被转化为热能。然后，热能经由旋转围绕转子1的圆周被携带，并且被传递到流过围绕转子被定位的热交换器罩的空气。如先前描述的，光管可以伴随一个或多个反射镜、透镜、棱镜或者允许光从一个或多个定日镜到达光管并且因此到达太阳能接收器的转子的替代光学组件。在一些实施例中，可以完全不存在光管以有利于替代的光学布置。
[0065]
图4示出了一种可以使用图1的太阳能接收器100来产生电能的装置。在图4的系统中，离开太阳能接收器100的热交换器罩20的出口24的热工作流体空气42被携带通过衬有绝热材料41的绝热管50。热空气通过传统的板式热交换器44。经由排气管49离开板式热交换器44的排气43被返回到太阳能接收器100的热交换器罩20以用于额外的能量收集。然后，板式热交换器44中产生的热蒸汽被传递到兰金涡轮系统，该兰金涡轮系统包括涡轮机46和产生电能的相关联的发电机48。然后，离开涡轮机46的热气体在进入冷凝器47并且作为冷空气/蒸汽被返回到板式热交换器44之前通过多个辅助热交换器45。虽然参考图1的太阳能接收器描述了图4，但是图4的系统可以与本发明范围内的在运行期间产生受热工作流体的任何太阳能接收器一起使用。
[0066]
图5示出了具有空心圆柱形鼓配置的太阳能接收器的替代示例的成角度的俯视表示。空心圆柱形转子51被容纳在围绕转子圆柱以90
°
间隔被定位的一系列四个热交换器罩20内部。每个热交换器罩之间是槽53，该槽53暴露转子51的表面。转子51的内表面被涂覆有涂层52。在运行中，太阳辐射被聚焦在由热交换器罩20之间的一个或多个槽53暴露的转子涂层52的一个或多个表面上。一个或多个光学布置(未示出)被配置为将太阳辐射引导和集中到空心圆柱内部上的暴露转子表面上。转子51和涂层52在方向5上旋转，这允许转子的内涂覆表面在一个360
°
旋转事件的过程中变得暴露于入射太阳辐射。热交换器罩20在使用期间是静止的。工作流体通过入口23流入一个或多个热交换器罩20，并且在逆流方向22上经过受热的转子涂层表面52。然后，受热的工作流体经由出口24离开热交换器罩20，并且被传递到诸如图4中所示的发电装置和/或渴望热能的替代系统。一个或多个热交换器罩的外表面54可以包括一个或多个冲击孔，以允许在使用期间冷却转子的未涂覆侧。
[0067]
图5的空心圆柱系统可以用于代替图1中所示的转子。在该替代示例(未示出)中，转子涂层可以替代地被定位在空心圆柱形转子的外表面上，并且可以使用一个或多个光学布置和/或光管将太阳辐射引导到转子的涂覆外表面上。在该替代示例中，工作流体入口、出口和流动通道的位置将被定位在涂覆转子表面附近的热交换器罩的部分中，以允许发生热交换。
[0068]
图6示出了本发明范围内的太阳能接收器的进一步配置。图6的太阳能接收器是截头锥形或基本上锥形。接收器包括热交换器罩20、轴62、转子61、槽53、入口23和出口24。转子61和罩20被定位在轴62上并且围绕轴62，被配置为使得至少转子61可以围绕轴62自由地
旋转。罩20的至少一部分不存在以形成槽53，该槽53暴露下方的转子61的一个或多个表面。在运行中，太阳辐射101朝向槽53内的转子61的暴露部分被聚焦。转子61的暴露部分吸收太阳辐射101并且将其存储为热能。接收器的截头锥形允许光更容易地朝向转子的内表面被引导。转子61经由轴承布置63旋转，该旋转由电动机和驱动带布置(未示出)驱动，该电动机和驱动带布置使得转子61旋转而热交换器罩20保持静止。罩20通过任何合适的固定装置(诸如螺钉或者螺栓)被固定到轴62。工作流体经由轴62内部的入口23进入热交换器罩20。工作流体在经由被定位到轴62内部的出口24离开太阳能接收器之前，跨转子61的表面围绕热交换器罩20循环。罩20和/或转子61可以至少部分地衬有绝热或耐火材料。热交换器罩可以进一步包括一个或多个密封唇，以防止工作流体通过转子61和罩20之间形成的残余间隙而损失。附加的密封唇还可以存在于轴62附近的锥/碗布置的基底处，以防止进一步的热量损失。
[0069]
图7示出了符合图6设计的太阳能接收器的横截面。图7的转子包括转子体67，吸收瓦64和冲击热屏蔽板65安装在该转子体67上。在运行中，吸收瓦64通过槽53暴露于太阳辐射。太阳能瓦64在太阳辐射传递到从入口23流到出口24的工作流体之前吸收太阳辐射作为热能。吸收瓦64可以由耐火材料或者先前描述为适用于转子或转子涂层的任何吸收材料形成。吸收瓦64放置在冲击热屏蔽板65上，该冲击热屏蔽板65被配置为既保护转子体67免于暴露于过高的热量，又允许空气通过以冷却转子体67和/或吸收瓦64。虽然图7示出了多个吸收瓦64和多个冲击热屏蔽板65。设想吸收瓦64和冲击热屏蔽板65中的任一个或两者可以以围绕转子体67的内表面的单个物品的形式存在，或者替代地以如图所示的分段的形式存在。根据需要，吸收瓦64、冲击热屏蔽板65和/或转子体67之间可以存在附加的绝热和/或耐火材料(未示出)。
[0070]
附加的参考图8a，冲击热屏蔽板65具有一个或多个贯穿其中的冲击孔70。冲击孔70允许冷却空气或其它流体通过冲击热屏蔽板，以促进转子体67和/或吸收瓦64的冷却或温度调节。在存在多个冲击孔70的情况下，可以以任何合适的图案或朝向来布置该孔。根据需要，冲击孔可以被定位或成角度为引导空气沿着特定路径流动，或跨太阳能接收器的特定部分流动。图8b示出了吸收瓦64的表示。瓦64被设计为当被布置在转子体67上时是互锁的。在实践中，可以在瓦之间提供顺从间隙71以解决热膨胀、制造缺陷等。
[0071]
图8c单独示出了转子61的转子体67。转子体67包括从转子体67的内表面向外延伸的一个或多个支撑肋66。冲击热屏蔽板65和吸收瓦67放置在支撑肋66上，以在转子体67和瓦/板(64,65)之间提供“冷却长廊”空隙空间68。当吸收瓦至少部分地由多孔材料形成时，工作流体可以通过吸收瓦到冷却长廊，从该冷却长廊其可以被进一步引导到出口24。转子体67可以进一步包括诸如翅片的辐射元件(未示出)，以促进到工作流体的热传递。可选地，支撑肋66可以被配置为用作辐射元件。为了促进旋转，转子体67包括驱动带槽69，以允许电动机和驱动带(未示出)根据需要来旋转转子61。
[0072]
图8d示出了轴组件62的示意。在运行中，转子体67位于轴62的顶部，至少部分地被支撑在支撑唇73上。入口23、出口24和固定点72通过转子体67的中心间隙74暴露以允许罩20固定到轴。图8e示出了跨入口24的罩20的横截面。通道77被示出在罩20中，以允许螺钉或螺栓与轴上的固定点72相互作用。当被固定到轴62时，罩20的入口和出口工作流体通道将与轴的入口23和出口24对齐，以允许工作流体跨转子61的表面流动。罩20中的一个或多个
空隙76允许工作流体从入口23传递到转子并且最终从转子传递到出口24。在示出的示例中，入口和出口通道被定位在罩槽53的任一侧。密封唇75防止热空气从转子61和罩20之间逸出。
[0073]
本发明的太阳能接收器可以使用任何合适的转子设计，只要光可以被引导到转子的一个或多个表面，使得转子变热，并且转子可以移动或旋转，使得转子的受热部分可以通过在转子表面和合适的工作流体之间交换热量来冷却。因此，设想了许多替代转子设计。图9示出了可以与本文中描述的太阳能接收器一起使用的空心转子80的横截面示意性表示。转子80由基本上盘形的两个主体部分81,82形成。主体部分81,82基本上是空心的，使得工作流体可以经由第一主体部分81中的入口83流入第一主体部分并且流出第二主体部分82中的出口84。被定位在第一主体部分81和第二主体部分82之间的是多个导管85。导管可以是任何合适的形状，包括但不限于横截面为正方形或矩形、具有圆形或椭圆形横截面的管状、或者根据需要更复杂的横截面形状。导管围绕盘形主体部分81,82的圆形面的外周周边被布置，使得导管85将第一主体部分81连接到第二主体部分82。所得配置近似于圆柱形笼的形状，其中，入口83和出口84在每个主体部分的与导管85所连接的一侧相对的一侧上从相应的第一主体部分82和第二主体部分83向外延伸。导管85基本上是空心的，并且与第一主体部分81和第二主体部分82中的每一个的空心区域流体连通。因此，在使用中，工作流体可以经由入口83流入转子，流入第一主体部分81的空心部分，通过多个导管85流入第二主体部分82的空心部分，然后通过出口84流出。太阳辐射86可以朝向多个导管85中的一个或多个导管的表面被引导。在示例中，太阳辐射可以通过槽(未示出)，使得转子80上入射的光朝向等于或小于单个导管85的一侧的表面积的表面积被引导。导管85的表面上入射的太阳辐射86将导致导管的表面变热。在使用中，转子80在方向87上旋转，使得多个导管85中的每个导管都将变得暴露于太阳辐射，因此依次受热。工作流体通过转子80并且流过多个导管85的受热内表面，使得热量从转子表面被传递到工作流体，从而冷却转子并且加热工作流体。一旦被冷却，由于转子80的旋转移动，多个导管85中的每个导管最终将被带回到其经由入射太阳辐射86经受进一步加热的位置。导管可以以任何合适的布置被定位。在示例中，由于光通过离太阳辐射源最近的两个导管之间的间隙，因此导管可以被定位为使得当转子旋转并且入射太阳辐射将通过转子近侧上的两个导管之间时，另一导管将暴露于转子远侧上的太阳辐射。以该方式，入射太阳辐射将不能够在不接触至少一个导管的情况下通过整个转子。附加的导管可以根据需要远离盘形转子体的圆周周边并且靠近转子体的圆形表面的中心被定位。在其它示例中，太阳辐射可以经由任何合适的装置(诸如图1的太阳能接收器中所示的那些装置)从多个方向朝向转子80被引导。
[0074]
图10示出了替代空心转子90的横截面示意性表示。转子90在概念上类似于图9的转子，但是用空心圆柱形壁95代替了多个导管，该空心圆柱形壁95围绕盘形第一主体部分91和第二主体部分92的圆周周边并且在其之间延伸。以与图9的转子类似的方式，图10的转子90在第一主体部分91中具有入口93。在使用中，工作流体可以通过入口流入第一主体部分91的空心部分并且流入圆柱形壁95的空心部分。圆柱形壁95与第一主体部分91的空心部分和第二主体部分92的空心部分流体连通，使得工作流体将流过圆柱形壁95的内表面，进入第二主体部分92并且通过出口94流出。在运行中，转子90将在方向97上旋转，使得圆柱形壁95的外表面将在一个360
°
旋转事件的过程中变得暴露于入射太阳辐射96。入射光96将加
热圆柱形壁95的表面，使得其变热。通过转子90的工作流体将流过空心圆柱形壁的内表面，使得热量从圆柱形壁95被传递到工作流体。随着圆柱形壁95的表面的每个受热部分被携带远离入射太阳辐射96时，它变冷。以该方式，转子的任何单独部分都不会长时间暴露于聚焦的太阳辐射。设想太阳辐射可以经由任何合适的装置从多个方向朝向转子90被引导，只要在转子表面的每个受热部分各自暴露于入射太阳辐射之间，工作流体的流动可以将该部分冷却到合适的温度。
[0075]
图11示出了可以与本文中描述的太阳能接收器一起使用的另一替代空心转子100的示意性透视图。转子100以与图9的转子相当的方式运行，其中，配置上的主要差异在于转子100是截头锥形形状，与转子80的圆柱形形状相反。转子100包括第一盘形主体部分101和第二盘形主体部分102。入口103从第一主体部分101的一个圆形面延伸而出口从第二主体部分102的一个圆形面延伸。为了避免疑问，如果需要，入口可以替代地从第二主体部分102延伸并且出口从第一主体部分101延伸。在示出的实施例中，第一主体部分101的直径小于第二主体部分102的直径，导致转子具有大致截头锥形形状。多个导管105连接第一主体部分101的外周周边和第二主体部分102的外周周边。多个导管105中的每个导管是空心的，使得入口103和出口104经由第一主体部分101和第二主体部分102中的每个主体部分的空心部分(未示出)以及多个导管105中的每个导管的空心内部(未示出)流体连通。在运行中，太阳辐射106朝向转子100的一个或多个表面被引导。转子100在方向107上旋转，使得随着转子100旋转，多个导管105中的每个导管将逐渐暴露于入射太阳辐射106。当太阳辐射106接触多个导管105中的每个导管的表面时，导管将变热。通过入口103流入并且流入多个导管105的空心部分的工作流体将流过导管105的内部受热表面，使得热能从每个受热导管被传递到工作流体。然后，受热的工作流体流入第二主体部分102的空心部分并且通过出口104。
[0076]
附加的复杂转子形状也可以用在本发明的太阳能接收器中。可以选择更复杂的转子形状以赋予使用它们的太阳能接收器特别的优点。例如，可以选择转子形状以影响太阳辐射与转子表面的特定相互作用。图12示出了一个这样的复杂转子110的示例。转子110是被截断的锥体形状，其中，随着侧边远离锥体的不存在点延伸，侧边逐渐偏离该不存在点。最终的形状近似于小号的钟形部分。转子110可以用在太阳能接收器中，该太阳能接收器近似于图6至图8中所示的配置。转子110由放置在转子体115上的吸收瓦114形成。吸收瓦114是弯曲的并且互锁，以在转子的内部上提供基本上连续的吸收表面。在使用中，在适当成形的太阳能接收器中，转子110将在方向111上旋转。太阳辐射113将以与图7中所示的配置类似的方式通过槽(未示出)被引导到吸收瓦114的表面上。然后，工作流体可以跨转子的一个或多个表面被传递，以冷却转子并且将热量带走以供进一步使用，诸如发电。
[0077]
本文中描述的太阳能接收器可以与图13中所示的方法一起使用。图13的方法示出了描述本发明的主要方法步骤的流程图。方法200包括：通过将光照射到固体的一个或多个表面上来加热固体210；在固体和工作流体之间交换热量220；以及将工作流体的热量转化为电能230。
[0078]
提供的示例的特征通常可以以与本发明的方法和太阳能接收器一致的任何技术上适当的方式组合。受益于本公开和所附权利要求的本领域技术人员将清楚本发明范围内的附加修改。