ЗАКРЫТОЕ УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2019 года по МПК H02S40/22 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее раскрытие относится к области техники экологически чистой энергии и, в частности, к закрытому устройству для использования солнечной энергии и системе для использования солнечной энергии.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Поскольку защита окружающей среды приобретает все большую актуальность, все более широкое применение находят солнечные энергетические системы. Текущие солнечные энергетические системы при использовании имеют два аспекта проблем: во-первых, ограничения внешних условий приводят к тому, что солнечная энергия может собираться в течение ограниченного времени и в ограниченном пространстве; во-вторых, элементы преобразования световой энергии (например, фотогальванические панели), ограниченные текущим уровнем техники, обычно имеют неудовлетворительную эффективность преобразования, так что большая часть собранного солнечного света, который является исходно ограниченным, будет рассеиваться без преобразования энергии после однократного контактирования с элементами преобразования световой энергии. Рассеянный солнечный свет будет всегда становиться световым загрязнением.

Таким образом, желательно разработать устройство для использования солнечной энергии, которое может улучшить эффективность преобразования солнечной энергии.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Один аспект согласно настоящему раскрытию обеспечивает закрытое устройство для использования солнечной энергии, содержащее: первый приемник, который образует относительно закрытую первую полость, на которой обеспечено по меньшей мере одно входное световое отверстие; по меньшей мере один элемент преобразования световой энергии, или по меньшей мере один элемент преобразования световой энергии и по меньшей мере один светоотражающий элемент, который (которые) обеспечен на внутренней стенке первой полости или обеспечен во внутреннем пространстве первой полости; и по меньшей мере одно световодное устройство, каждое из которых плотно соединено с соответствующим входным световым отверстием, для направления собранного снаружи солнечного света таким образом, чтобы он входил в первую полость через входное световое отверстие.

Другой аспект настоящего раскрытия обеспечивает систему для использования солнечной энергии, содержащую закрытое устройство для использования солнечной энергии, упомянутое выше, и первую систему циркуляции, причем первая полость дополнительно снабжена по меньшей мере одним входным отверстием рабочего тела, чтобы позволить первому рабочему телу входить в первую полость, и по меньшей мере одним выходным отверстием первого продукта, чтобы позволить первому продукту выходить из первой полости в первую систему циркуляции, причем первый продукт является веществом, получаемым после воздействия по меньшей мере части энергии солнечного света на первое рабочее тело. Первая система циркуляции является открытой или закрытой системой циркуляции, содержащей: первую трубопроводную систему, которая по меньшей мере соединена с выходным отверстием первого продукта, или по меньшей мере соединена с входным отверстием первого рабочего тела и выходным отверстием первого продукта; по меньшей мере один клапан для управления включением и выключением сегмента трубопровода в первой трубопроводной системе; и по меньшей мере одно узловое устройство, соединенное с первой трубопроводной системой, для хранения или преобразования энергии или для обмена энергией.

Дополнительный аспект настоящего раскрытия обеспечивает систему для использования солнечной энергии, содержащую первый приемник и первую систему циркуляции, упомянутые выше, и дополнительно содержащую второй приемник и вторую систему циркуляции, причем второй приемник образован в виде относительно закрытой второй полости, на которой обеспечено по меньшей мере одно входное световое отверстие; второй приемник по меньшей мере частично обеспечен во внутреннем пространстве первой полости; по меньшей мере один элемент преобразования световой энергии обеспечен на внутренней стенке второй полости или обеспечен во внутреннем пространстве второй полости; и по меньшей мере одно световодное устройство проходит через входное световое отверстие первой полости и плотно соединено с входным световым отверстием второй полости, для направлении собираемого снаружи солнечного света во вторую полость. По меньшей мере одно входное отверстие второго рабочего тела и по меньшей мере одно выходное отверстие второго продукта дополнительно обеспечены на второй полости. Вторая система циркуляции является открытой или закрытой системой циркуляции, содержащей: вторую трубопроводную систему, которая по меньшей мере соединена с выходным отверстием второго продукта, или по меньшей мере соединена с входным отверстием второго рабочего тела и выходным отверстием второго продукта; по меньшей мере один клапан для управления включением и выключением сегмента трубопровода во второй трубопроводной системе; и по меньшей мере одно узловое устройство, соединенное со второй трубопроводной системой, для хранения или преобразования энергии или для обмена энергией.

Закрытое устройство для использования солнечной энергии согласно настоящему раскрытию направляет, с использованием световодного устройства, собранный солнечный свет в относительно закрытую полость таким образом, что солнечный свет не будет рассеиваться после однократного контактирования с элементом преобразования световой энергии; вместо этого, солнечный свет преобразуется в полости в пригодную к использованию тепловую энергию или отражается снова или много раз для контактирования с элементом преобразования световой энергии для улучшения эффективности прямого преобразования солнечного света (например, преобразования в электрическую энергию), в результате чего собранная ограниченная солнечная энергия может быть использована как можно более удовлетворительно.

Система для использования солнечной энергии согласно настоящему раскрытию соединяет закрытое устройство для использования солнечной энергии с системой циркуляции таким образом, что рабочее тело системы циркуляции участвует в поглощении и преобразовании солнечного света внутри рабочей полости закрытого устройства для использования солнечной энергии; таким образом, энергия солнечного света может быть использована более удовлетворительно, и может быть обеспечено большее количество функций, например, посредством системы циркуляции, солнечная энергия может быть преобразована в другие пригодные к использованию виды энергии, например, кинетическую энергию, обеспечиваемую паром, или химическую энергию, которая подходит для долговременного хранения.

Далее будут подробно описаны конкретные примеры согласно настоящему раскрытию со ссылкой на сопутствующие чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 является схемой закрытого устройства для использования солнечной энергии согласно Варианту 1 осуществления;

Фиг. 2 является схемой двух видов коаксиальных плоскостей для создания френелевской преломляющей поверхности в настоящем раскрытии;

Фиг. 3 является схемой светосводящего устройства, имеющего две зубчатые поверхности, в настоящем раскрытии;

Фиг. 4 является схемой закрытого устройства для использования солнечной энергии Варианта 2 осуществления;

Фиг. 5 является схемой закрытого устройства для использования солнечной энергии Варианта 3 осуществления;

Фиг. 6 является схемой закрытой системы для использования солнечной энергии Варианта 4 осуществления;

Фиг. 7 является схемой закрытой системы для использования солнечной энергии Варианта 5 осуществления;

Фиг. 8 является схемой закрытой системы для использования солнечной энергии Варианта 6 осуществления; и

Фиг. 9 является схемой закрытой системы для использования солнечной энергии Варианта 7 осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Вариант 1 осуществления

Фиг. 1 показывает вариант осуществления закрытого устройства для использования солнечной энергии согласно настоящему раскрытию, содержащего первый приемник 110, элемент 102 преобразования световой энергии, светоотражающий элемент 103, световодное устройство 104, и светосводящее устройство 105.

Первый приемник 110 образован в виде относительно закрытой первой полости 111, на которой обеспечено входное световое отверстие 112. «Относительно закрытый» здесь означает, что солнечный свет, попадающий в полость, и вещество, присутствующее в полости, не будут свободно рассеиваться. С одной стороны, солнечный свет, входящий в полость через входное световое отверстие, не будет проходить через стенку полости и рассеиваться за пределы полости, например, если полость изготовлена из светоотражающего материала. С другой стороны, вещество, присутствующее в полости, либо полностью закрыто внутри полости, либо связано с внешней средой управляемым способом, например, связано с внешней средой через трубопровод с клапаном; вследствие управляемости этой связи, это не исказит смысл выражения «относительно закрытая» полость.

Элемент 102 преобразования света в этом варианте осуществления имеет форму листа, и его можно считать расположенным на внутренней стенке первой полости или можно считать обеспеченным во внутреннем пространстве первой полости. Элемент преобразования световой энергии является функциональным элементом (например, фотогальванической панелью) для преобразования солнечного света в другой вид энергии, и электрическая энергия, генерируемая посредством этого, выводится из полости через электрическую цепь (не показана на фигуре). В соответствии с потребностями, может быть обеспечен один или более элементов преобразования световой энергии. Элемент (элементы) преобразования световой энергии может иметь форму листа и может быть уложен на внутреннюю стенку полости или обеспечен во внутреннем пространстве полости; кроме того, опорная конструкция элемента преобразования световой энергии может иметь стереоскопическую форму, например, форму кубоида, шестигранника, сферы, и эллипсоида, и т.д.; в этом случае, элемент преобразования света располагают на внешней поверхности опорной конструкции, например, укладывают на всей внешней поверхности опорной конструкции.

Светоотражающий элемент 103 в настоящем варианте осуществления расположен на внутренней стенке первой полости; в соответствии с потребностями, может быть обеспечен один или более светоотражающих элементов. В других вариантах осуществления, в соответствии с потребностями, светоотражающий элемент может быть также расположен во внутреннем пространстве полости. Светоотражающий элемент может быть также изготовлен посредством нанесения покрытия или обеспечения сцепления отражающего материала с внутренней стенкой. В других вариантах осуществления, поскольку элемент преобразования световой энергии обычно также имеет некоторую отражательную способность, конкретный светоотражающий элемент может не обеспечиваться. В качестве предпочтительного варианта осуществления, элемент преобразования световой энергии или светоотражающий элемент может быть уложен на всю внутреннюю стенку первой полости таким образом, чтобы с одной стороны, солнечный свет мог быть должным образом загерметизирован, а с другой стороны, эффективность преобразования солнечного света могла быть удовлетворительно улучшена. Когда элемент преобразования световой энергии обеспечен стереоскопически во внутреннем пространстве полости, светоотражающий элемент может быть уложен на всей внутренней стенке полости.

В этом варианте осуществления, первая полость дополнительно снабжена входным отверстием 113 первого рабочего тела и двумя выходными отверстиями 114, 115 первого продукта. Входное отверстие первого рабочего тела выполнено с возможностью пропускать первое рабочее тело в первую полость, а выходное отверстие первого продукта выполнено с возможностью позволять первому продукту выходить из первой полости в присоединенную снаружи систему циркуляции, причем первый продукт является веществом, получаемым после воздействия по меньшей мере части энергии солнечного света на первое рабочее тело. Например, первый продукт может быть первым рабочим телом, нагретым теплом, генерируемым элементом преобразования световой энергии; если температура нагревания является достаточно высокой, то первый продукт может также содержать фазоизмененное первое рабочее тело, и первый продукт может быть также продуктом, получающимся в результате электролиза первого рабочего тела с помощью электрической энергии, генерируемой фотогальванической панелью; или, если множественные первые рабочие тела одновременно смешаны в первой полости, то первый продукт может быть также продуктом, получающимся в результате химического соединения этих смесей при высокой температуре. Количества входных отверстий и выходных отверстий могут быть установлены в соответствии с потребностями, например, могут быть установлены согласно количествам видов рабочих тел и продуктов.

В этом варианте осуществления, первое рабочее тело является пресной водой или герметизируемой водой; и первый продукт может быть двух видов: причем одним видом является нагретая вода, которая может быть получена через выходное отверстие 114, расположенное в нижней части полости; причем другим видом является газифицированный водяной пар, который может быть получен через выходное отверстие 115, расположенное в верхней части полости. Если первым рабочим телом является пресная вода, то устройство настоящего раскрытия может быть использовано в качестве устройства для генерирования горячей воды; если первым рабочим телом является герметизируемая вода, то устройство настоящего раскрытия может функционировать для обессоливания морской воды, таким образом, водяной пар, получаемый в выходном отверстии 115, после конденсации является пресной водой, в то время как выходное отверстие 114 может функционировать в качестве дренажного выходного отверстия для выпуска остатков герметизируемой воды (в том числе солевых шлаков). Для продления срока службы полости, внутренняя стенка полости может быть подвергнута водостойкой и антикоррозионной обработке. Для предотвращения рассеяния энергии, внешняя поверхность полости может быть покрыта теплоизолирующим материалом.

В других вариантах осуществления, первая полость может иметь только одно выходное отверстие первого продукта, например, может иметь только выходное отверстие горячей воды или выходное отверстие водяного пара. В других вариантах осуществления, другие виды первого рабочего тела могут быть также выбраны в соответствии с потребностями, например, спирт, холодильный агент (фреон и т.д.), и жидкий азот. В других вариантах осуществления, первая полость может быть также полностью закрытой, таким образом, чтобы преобразованная энергия выводилась только элементом преобразования световой энергии, причем полость может быть заполнена рабочим телом или может не иметь рабочего тела не заполнена веществами. В этом случае, в целях рассеяния тепла или повторного использования тепла, часть первой полости или вся она погружается в открытый или закрытый резервуар жидкости, например, в водохранилище, озеро, реку, море, или водяной бак системы горячего водоснабжения, и т.д.

Световодное устройство 104 плотно соединено с соответствующим входным световым отверстием 112, для направления собранного снаружи солнечного света в первую полость через это входное световое отверстие. Световодное устройство может быть изготовлено согласно различным видам существующих технологий пропускания света, например, оно может быть изготовлено с использованием твердого прозрачного материала или полого трубопровода, с отражающей пленкой, нанесенной на его внешнюю поверхность или внутреннюю поверхность, таким образом, чтобы солнечный свет после вхождения в световодное устройство мог проходить только во входное световое отверстие и излучаться в полость.

В этом варианте осуществления, закрытое устройство 116 для использования солнечной энергии дополнительно содержит рассеивающую линзу 116, обеспеченную на входном световом отверстии 112. С использованием рассеивающей линзы, солнечный свет, входящий во входное световое отверстие, может быть рассеян для предотвращения обратного отражения солнечного света после его падения на стенку (например, фотогальваническую панель или отражающее зеркало), обращенную к входному световому отверстию. Конкретно, рассеивающая линза может быть выполнена с возможностью быть установленной на полости как единое целое с входным световым отверстием 112; или может быть выполнена с возможностью быть установленной на световодном устройстве как единое целое с выходным отверстием пути света световодного устройства. Солнечный свет падает, например, на фотогальваническую панель, имея рассеянную коническую форму после прохождения через рассеивающую линзу; таким образом, свет, отраженный фотогальванической панелью, может быть использован много раз при расположении отражающего зеркала на периферии фотогальванической панели. В других вариантах осуществления, рассеивающая линза может не использоваться; вместо этого, рассеяние солнечного света из входного светового отверстия может быть уменьшено или предотвращено другими способами, например, световодное устройство может быть вставлено на подходящую глубину в полость, или направление светового выхода световодного устройства может быть расположено под углом к направлению нормали к внутренней стенке, к которой оно обращено. Эти другие способы могут быть использованы согласованно.

Светосводящее устройство 105 выполнено с возможностью сведения света во входное отверстие пути света соответствующего световодного устройства. Светосводящее устройство имеет по меньшей мере одну светосводящую преломляющую поверхность, которая может иметь относительно большую площадь для приема большего количества солнечного света. В этом варианте осуществления, две светосводящие преломляющие поверхности 1051, 1052, последовательно расположенные вдоль направления пути света, обеспечены для достижения более сильного эффекта сведения. Дополнительно, светосводящие преломляющие поверхности (или другая поверхность оптического элемента, где расположены эти преломляющие поверхности) могут быть покрыты пленкой для улучшения пропускания света, для уменьшения таким образом потерь на отражение солнечного света в светосводящем устройстве и улучшения эффективности сведения света.

Этот вариант осуществления схематично иллюстрирует входное световое отверстие, и световодное устройство и светосводящее устройство, которые соответствуют входному световому отверстию. В других вариантах осуществления, первая полость может быть также снабжена множеством входных световых отверстий, и множеством световодных устройств и светосводящих устройств, которые соответствуют множеству входных световых отверстий. В этом случае, положение входного светового отверстия должно быть тщательно расположено таким образом, чтобы солнечный свет, падающий из одного входного светового отверстия, не рассеивался легко из другого входного светового отверстия. Или, световодное устройство, имеющее множество входных отверстий и единственное выходное отверстие, может быть выполнено таким образом, чтобы солнечный свет, сводимый множеством светосводящих устройств, падал из одного выходного отверстия в полость.

В качестве предпочтительного варианта осуществления, светосводящая преломляющая поверхность может иметь форму зубчатой поверхности, обеспечиваемой линзой Френеля. Для облегчения понимания, релевантная идея будет приведена ниже.

Линза Френеля является утонченной линзой. Линзу Френеля образуют посредством нарезания непрерывной исходной криволинейной поверхности обычной линзы на множество секций, и, после уменьшения толщины каждой секции, располагают каждую секцию криволинейной поверхности в одной и той же плоскости или на одной и той же по существу гладкой криволинейной поверхности. Разрывная преломляющая поверхность, образованная из исходной криволинейной поверхности, может называться френелевской преломляющей поверхностью, в общем, имеющей ступенчатую или зубчатую форму. Теоретически, френелевская преломляющая поверхность имеет оптические характеристики, приблизительно сравнимые с характеристиками соответствующей исходной криволинейной поверхности, но имеет значительно уменьшенную толщину. Френелевская преломляющая поверхность, создаваемая с помощью исходной криволинейной поверхности (или части исходной криволинейной поверхности) может называться устройством Френеля.

Общепринятая исходная криволинейная поверхность для создания френелевской преломляющей поверхности является обычно криволинейной поверхностью, симметричной относительно оптической оси, например, сферической поверхностью, и криволинейной поверхностью вращения, такой как параболоид вращения. Фокусы общепринятой исходной криволинейной поверхности находятся в общей точке, которая, таким образом, может называться «сходящейся плоскостью». В настоящем раскрытии, исходная криволинейная поверхность может быть коаксиальной поверхностью любой формы, которая может быть расположена конкретным образом согласно потребностям применения. Заявленная коаксиальная поверхность относится к криволинейной поверхности, чьи фокусы находятся на одной и той же прямой (но не обязательно в одной и той же точке); эта прямая может называться «коаксиальной линией». Традиционная сходящаяся плоскость может считаться конкретным примером, когда коаксиальная линия коаксиальной поверхности уменьшается до одной точки. Посредством выбора исходной криволинейной поверхности, которая является коаксиальной, но не сходящейся, чувствительный элемент, расположенный в фокусном положении, может быть продолжен из меньшей области (соответствующей фокусу), в удлиненную форму (соответствующую коаксиальной линии, образованной фокусами), так что, без значительно возросших затрат, способность приема сигналов может быть улучшена, что облегчает решение проблемы локального перегрева. Типичная коаксиальная плоскость включает в себя криволинейную поверхность вращения (в том числе криволинейную поверхность вращения второго и более высоких порядков), столбчатую поверхность, и коническую поверхность, и т.д., причем столбчатая поверхность может также называться коаксиальной поверхностью постоянного сечения; при рассечении этой криволинейной поверхности в любой точке вдоль вертикального направления коаксиальной линии, формы и размеры результирующих сечений все являются идентичными; таким образом, цилиндрическая поверхность является только конкретным примером столбчатой поверхности. Сечения конической поверхности вдоль коаксиальной линии имеют подобные формы, но разные размеры; таким образом, круговая коническая поверхность является только конкретным примером конической поверхности. Фиг. 2 показывает вышеупомянутые два вида коаксиальных плоскостей, причем фиг. 2(а) показывает коаксиальную плоскость постоянного сечения, а фиг. 2(b) показывает коническую коаксиальную плоскость, причем все их соответствующие фокусы F расположены на их соответствующих коаксиальных линиях L.

Макроскопическая преломляющая поверхность, составленная из одного или более устройств Френеля, может называться зубчатой поверхностью, в то время как по существу гладкая или плоская поверхность, противоположная ей, может называться задней поверхностью. Зубчатая поверхность, содержащая только одно устройство Френеля, может называться «простой френелевской преломляющей поверхностью», в то время как зубчатая поверхность, содержащая два или более устройств Френеля, называется «сложной френелевской преломляющей поверхностью». В общем, основные параметры (например, площадь, фокусное расстояние, форма соответствующей исходной криволинейной поверхности, и количество концентрических окружностей, используемых при делении исходной криволинейной поверхности, и т.д.) соответствующих устройств Френеля на сложной френелевской преломляющей поверхности могут быть выбраны гибко, т.е. они могут быть полностью идентичными, частично идентичными или совершенно разными. В одном варианте осуществления, каждое устройство Френеля на сложной френелевской преломляющей поверхности имеет свой собственный оптический центр; но их фокусы находятся в одной и той же точке или на одной и той же прямой или в ограниченной области. Это может быть реализовано посредством пространственного расположения каждого устройства Френеля, образующего сложную френелевскую преломляющую поверхность. Можно считать, что эти устройства Френеля расположены на макроскопической криволинейной поверхности, например, плоской поверхности, поверхности второго порядка (в том числе сферической поверхности, эллипсоидальной поверхности, цилиндрической поверхности, параболической цилиндрической поверхности, гиперболической цилиндрической поверхности), полиномиальной поверхности высокого порядка (общей реализации несферической поверхности), и складчатой поверхности или ступенчатой поверхности, состыкованной посредством множества плоских поверхностей, и т.д.

Зубчатая поверхность и задняя поверхность могут быть гибко объединены для образования элементов разных типов. Например, линза Френеля, имеющая одну зубчатую поверхность и одну заднюю поверхность, может называться «одноповерхностной линзой Френеля». Дополнительно, если зубчатая поверхность является «простой френелевской преломляющей поверхностью», то тогда эта линза является «одноповерхностной простой линзой Френеля»; если зубчатая поверхность является «сложной френелевской преломляющей поверхностью», то тогда эта линза является «одноповерхностной сложной линзой Френеля». Линза Френеля с обеими поверхностями, являющимися зубчатыми поверхностями, может называться «двухповерхностной линзой Френеля», которая может также дополнительно подразделяться на «двухповерхностную простую линзу Френеля» и «двухповерхностную сложную линзу Френеля». Если одна зубчатая поверхность двухповерхностной линзы Френеля является простой френелевской преломляющей поверхностью, в то время как другая зубчатая поверхность является сложной френелевской преломляющей поверхностью, то такая линза Френеля может называться «двухповерхностной смешанной линзой Френеля». Кроме того, в качестве варианта, в двухповерхностной линзе Френеля, если одна из зубчатых поверхностей является «простой френелевской преломляющей поверхностью», то эта зубчатая поверхность может быть заменена традиционной выпуклой зеркальной поверхностью или вогнутой зеркальной поверхностью.

Посредством расположения двух или более зубчатых поверхностей на одном и том же оптическом пути, светосводящее устройство может получить лучшую способность сведения. Фиг. 3 показывает светосводящее устройство, имеющее две зубчатые поверхности, причем сложная френелевская преломляющая поверхность s3 и простая френелевская преломляющая поверхность s4 могут быть обе снабжены одной двухповерхностной линзой Френеля или по-отдельности снабжены двумя одноповерхностными линзами Френеля.

Светосводящее устройство и рассеивающая линза здесь могут использовать линзу Френеля, которая имеет оптические характеристики выпуклого зеркала или вогнутого зеркала, или комбинацию таких линз Френеля.

Отражающее зеркало обычно получают посредством нанесения отражающей пленки на материал, такой как стекло или пластики; в то время как отражающая пленка и пленка на светосводящей преломляющей поверхности для улучшения пропускания света являются обычно металлическими пленками. Согласно фотоэлектрическому эффекту, свободные электроны будут генерироваться, когда свет падает на металлическую пленку. Таким образом, когда элемент преобразования световой энергии является фотогальванической панелью, металлическая пленка на отражающем зеркале или светосводящей преломляющей поверхности будет электрически соединенной с отрицательным полюсом фотогальванической панели, например, при прямом последовательном соединении или параллельном соединении, или при последовательном соединении или параллельном соединении через конденсатор, в результате чего достигается цель, состоящая в улучшении эффективности фотоэлектрического преобразования и устранении статического электричества.

С использованием закрытого устройства для использования солнечной энергии настоящего варианта осуществления, с одной стороны, солнечная энергия будет сведена в закрытую полость, энергия которой по существу вся преобразуется в тепловую энергию или электрическую энергию, в результате чего она используется удовлетворительно; с другой стороны, посредством введения воды в полость для генерирования горячей воды и водяного пара, солнечная энергия, не преобразованная в электрическую энергию, может быть поглощена и использована в виде тепловой энергии или другими средствами, в результате чего обеспечивается большее количество функций, например, обеспечение горячей воды, или реализация обессоливания морской воды, или выполнение вторичной генерации энергии с использованием водяного пара.

Дополнительно, поскольку элементы, такие как фотогальваническая панель и отражающее зеркало, оба являются закрытыми внутри полости, никакое световое загрязнение генерироваться не будет, и не будет оказываться никакого неблагоприятного воздействия на окружающую экологическую среду. Напротив, существующие общепринятые крупные электростанции, работающие на солнечной энергии, не только имеют относительно низкую эффективность преобразования, но и вызывают очень большое световое загрязнение; кроме того, выставленные фотогальванические панели будут часто убивать птиц и насекомых, что не только наносит вред среде, но и обусловливает дополнительные потребности в очистке.

Вариант 2 осуществления

Фиг. 4 показывает другой вариант осуществления закрытого устройства для использования солнечной энергии согласно настоящему раскрытию, содержащего первый приемник 210, элемент 202 преобразования световой энергии, светоотражающий элемент 203, световодное устройство 204, светосводящее устройство 205, и второй приемник 220.

Компоненты в этом варианте осуществления и нижеследующих вариантах осуществления, которые именуются идентично компонентам в Варианте 1 осуществления, могут относиться к описанию, приведенному в Варианте 1 осуществления, если не указано иное, которое, таким образом, не будет детализироваться здесь.

Первый приемник образован в виде относительно закрытой первой полости 211, на которой обеспечены входное отверстие 213 первого рабочего тела и выходное отверстие 215 первого продукта, причем первым рабочим телом является вода, а выходное отверстие 215 является выходным отверстием водяного пара. Светоотражающий элемент 203 уложен на всей внутренней стенке первой полости.

Второй приемник 220 образован в виде второй полости 221, на которой обеспечено входное световое отверстие 222. Световодное устройство 204 проходит через входное световое отверстие (не показано) первой полости и соединено с входным световым отверстием второй полости, для направления собранного снаружи солнечного света таким образом, чтобы он по меньшей мере частично входил во вторую полость. В этом варианте осуществления, между выходным отверстием пути света световодного устройства и входным световым отверстием второй полости имеется промежуток, так что часть солнечного света входит в первую полость, а другая его часть входит во вторую полость. В этом случае можно считать, что первая полость и вторая полость совместно используют одно световодное устройство. В других вариантах осуществления, световодное устройство может быть также плотно соединено с входным световым отверстием второй полости таким образом, чтобы весь солнечный свет входил во вторую полость, что также делает вторую полость относительно закрытой; в этом случае, первая полость может быть отдельно сконфигурирована со световодным устройством и/или светосводящим устройством для ее использования.

Элемент 202 преобразования световой энергии расположен на внутренней стенке второй полости, что соответствует расположению во внутреннем пространстве первой полости. В других вариантах осуществления, элемент преобразования световой энергии может быть также расположен во внутреннем пространстве второй полости. В качестве предпочтительного варианта осуществления, элемент преобразования световой энергии может быть уложен на всей внутренней стенке второй полости, и элемент преобразования световой энергии или светоотражающий элемент могут быть уложены на всей внешней стенке второй полости.

В этом варианте осуществления, второй приемник полностью расположен во внутреннем пространстве первой полости. В других вариантах осуществления, второй приемник может быть также частично расположен во внутреннем пространстве первой полости, в то время как остальная его часть выходит за пределы первой полости в соответствии с потребностями, причем часть второго приемника, выходящая за пределы первой полости, должна быть плотно соединена с первой полостью.

В этом варианте осуществления, по меньшей мере один элемент преобразования световой энергии является фотогальванической панелью. Для лучшего сохранения и использования электрической энергии, преобразованной из солнечной энергии, этот вариант осуществления дополнительно включает в себя дополнительные элементы, перечисленные ниже (в других вариантах осуществления, любой один или более компонентов, которые могут генерировать электрическую энергию, могут быть выбраны в соответствии с потребностями применения):

Хранилище 251 энергии, электрически соединенное с компонентом, который генерирует электрическую энергию (например, фотогальванической панелью 202), через провод, для хранения электрической энергии. Хранилище энергии может быть выбрано из суперконденсатора, перезаряжаемой аккумуляторной батареи, и воздушного компрессора. Хранилище энергии может прямо подавать потребителям выходные сигналы постоянного тока с разными напряжениями через присоединенное устройство 252 вывода постоянного напряжения.

Инвертор 253, электрически соединенный с хранилищем энергии (в других вариантах осуществления, он может быть также прямо электрически соединен с фотогальванической панелью), для преобразования постоянного тока, выдаваемого фотогальванической панелью, в переменный ток, например, с параметрами 60Гц 120В или 50Гц 220В, который может не только прямо подавать потребителям выходной сигнал переменного тока, но и может быть внешним образом соединен с отсеком сетевого переключателя для подачи электрической энергии обратно в электрическую сеть.

Датчик состояния и дисплей состояния (не показаны на фигуре), для восприятия и отображения рабочих параметров, соответственно. Эти рабочие параметры могут быть выбраны из одного или более элементов следующего набора: напряжение, ток, мощность, запас и температура рабочего тела в полости, и т.д.

Контроллер для управления рабочим состоянием устройства на основе результата восприятия датчика состояния. Например, для управления включением или выключением питания всего устройства; автоматической подачи предупредительных сигналов при детектировании аномальностей параметров, и т.д. С использованием контроллера, может быть реализовано оперативное автоматическое управление на основе состояния, которое обеспечивает расширение объема использования устройства для использования солнечной энергии.

Вариант 3 осуществления

Фиг. 5 показывает дополнительный вариант осуществления закрытого устройства для использования солнечной энергии согласно настоящему раскрытию, содержащего: первый приемник 310, элемент 302 преобразования световой энергии, светоотражающий элемент 303, световодное устройство 304, светосводящее устройство 305, и второй приемник 320.

Компоненты, упомянутые в этом варианте осуществления и нижеследующих вариантах осуществления, которые именуются идентично компонентам, впервые появившимся в Варианте 2 осуществления, могут относиться к описанию, приведенному в Варианте 2 осуществления, если не указано иное, которое, таким образом, не будет детализироваться здесь.

Первый приемник образован в виде относительно закрытой первой полости 311, на которой обеспечены входное отверстие 313 первого рабочего тела и выходное отверстие 315 первого продукта.

Второй приемник 320 образован в виде относительно закрытой второй полости 321, на которой обеспечены три входных световых отверстия (не показаны). Три световодных устройства 304 проходят через три входных световых отверстия (не показаны) первой полости и плотно соединены с входными световыми отверстиями второй полости, для направления собранного снаружи солнечного света таким образом, чтобы он входил во вторую полость. В этом варианте осуществления, обеспечены три светосводящих устройства 305, соответственно.

В этом варианте осуществления, вторая полость дополнительно снабжена входным отверстием 323 второго рабочего тела, чтобы позволить второму рабочему телу входить во вторую полость, и выходным отверстием 325 второго продукта, чтобы позволить второму продукту выходить из второй полости в присоединенную снаружи систему циркуляции, причем второй продукт является веществом, получаемым после воздействия по меньшей мере части энергии солнечного света на второе рабочее тело. Подобно связи между первым рабочим телом и первым продуктом, второй продукт может быть нагретым вторым рабочим телом или газифицированным вторым рабочим телом или продуктом разложения или химическим соединением второго рабочего тела. Для продления срока службы полости, внутренняя стенка полости может быть подвергнута водостойкой и антикоррозионной обработке.

Первое рабочее тело и второе рабочее тело могут быть выбраны таким образом, чтобы они относились к одному или разным видам. При выборе разных видов рабочих веществ, первая полость и вторая полость могут быть снаружи соединены с разными системами циркуляции для реализации разных функций. При выборе рабочих веществ таким образом, чтобы они относились к одному виду, системы циркуляции, соединенные снаружи с первой полостью и второй полостью, могут быть одной и той же системой циркуляции или взаимосвязанными системами циркуляции для реализации концентрированной большой энергии.

В этом варианте осуществления, нижняя часть второй полости выходит за пределы первой полости, так что входное отверстие 323 второго рабочего тела образовано в виде открываемого отверстия, которое может быть закрыто или открыто через открываемую дверь 3231. Открываемое отверстие может действовать в качестве отверстия для очистки и технического обслуживания второй полости; таким образом, его размер может быть спроектирован таким образом, чтобы он был относительно большим для облегчения операций очистки и технического обслуживания. В других вариантах осуществления, выходное отверстие второго продукта может быть также образовано в виде открываемого отверстия; или независимое открываемое отверстие может быть обеспечено для очистки и технического обслуживания, причем это открываемое отверстие может быть расположено на боковой поверхности или в нижней части второй полости. Подобным образом, открываемое отверстие для очистки и технического обслуживания может быть также расположено на боковой поверхности или в нижней части первой полости; или, входное отверстие первого рабочего тела или выходное отверстие первого продукта могут быть образованы в открываемом отверстии.

Устройство этого варианта осуществления является применимым для создания крупной солнечной электростанции, которая может быть создана на берегу или в акватории; таким образом, это не только позволяет сохранить участок суши, но и позволяет получить обильную солнечную энергию. Второе рабочее тело включает в себя герметизируемую воду. Внешняя поверхность первой полости может быть подвергнута антикоррозионной, водостойкой и теплоизолирующей обработке; тогда, первый приемник прямо погружают в герметизируемую воду. Во время работы, открываемое отверстие 3231 открывается с помощью силового привода таким образом, что герметизируемая вода входит во вторую полость, причем одновременно удаляются шлаки, находящиеся во второй полости; затем дверь 3231 герметизируется. Таким образом, солнечная энергия может быть использована для генерирования энергии и нагревания герметизируемой воды во второй полости; дополнительно, водяной пар получают из выходного отверстия 325, посредством чего обеспечивается обессоливание герметизируемой воды. В соответствии с потребностями, все устройство может быть вынуто из морской воды; после открывания двери 3231, шлаки после испарения герметизируемой воды могут быть использованы в качестве химического сырья. Первое рабочее тело в этом варианте осуществления может быть выбрано в соответствии с потребностями присоединенной системы циркуляции. Например, в случае присоединенной снаружи закрытой системы циркуляции, могут быть выбраны жидкости, такие как фреон или спирт, которые могут быть газифицированы при относительно низкой температуре.

Вариант 4 осуществления

Фиг. 6 показывает вариант осуществления системы для использования солнечной энергии согласно настоящему раскрытию, содержащей закрытое устройство для использования солнечной энергии и первую систему циркуляции.

Закрытое устройство для использования солнечной энергии в этом варианте осуществления имеет конструкцию, подобную конструкции Варианта 1 осуществления, содержащую первый приемник 410, фотогальваническую панель 402, светоотражающий элемент (не показан), световодное устройство 404, и светосводящее устройство 405.

Первая система циркуляции является открытой системой циркуляции. «Открытый» здесь означает, что рабочее тело в системе циркулирует по открытому контуру. Рабочее тело может вытекать из системы и может подаваться извне системы. Например, в случае использования воды в качестве рабочего тела, система, которая вводит холодную воду из внешней системы водоснабжения и подает нагретую воду потребителю для использования, является открытой системой циркуляции; или, система, которая разлагает посредством электролиза воду на водород и кислород, подлежащие высвобождению, также является разновидностью открытой системы циркуляции. В открытой системе циркуляции не требуется, чтобы трубопровод образовывал контур. Заявленный термин «закрытый» означает, что рабочее тело в системе циркулирует по закрытому контуру внутри системы, которая в основном не имеет потерь. Например, система, которая обеспечивает сжатие холодильного агента, находящегося в качестве рабочего тела внутри компрессора, для рассеяния тепла и затем обеспечивает расширение холодильного агента в теплообменнике для поглощения тепла, является закрытой системой циркуляции. В закрытой системе циркуляции, трубопровод должен образовывать контур. Система циркуляции может переключаться между открытым типом и закрытым типом. Например, в случае, когда контур образован трубопроводом, система будет менять свой тип с открытого на закрытый при закрывании клапана, предназначенного для соединения системы с внешней средой.

Первая система циркуляции содержит первую трубопроводную систему, состоящую из множества трубопроводов 431 (полностью не показаны), по меньшей мере один клапан 432 (полностью не показаны), и по меньшей мере одно узловое устройство.

В этом варианте осуществления, первая трубопроводная система соединена с входным отверстием 413 первого рабочего тела и двумя выходными отверстиями первого продукта (выходным отверстием 414 горячей воды, выходным отверстием 415 водяного пара), но не образует контур. В других вариантах осуществления, первая трубопроводная система может быть соединена только с выходным отверстием первого продукта в соответствии с потребностями; и первое рабочее тело может быть подано в первую полость по-другому (например, через открываемое отверстие). Для краткости, трубопровод не будет конкретно упомянут в описании, приведенном ниже; если не указано иное, то протекание рабочего тела и продукта всегда осуществляется через трубопровод.

В этом варианте осуществления, включение и выключение трубопроводов в первой трубопроводной системе управляется клапанами, причем каждый клапан управляет одним сегментом трубопровода; все или часть трубопроводов могут быть сконфигурированы с клапанами в соответствии с потребностями. Для краткости, все клапаны, расположенные на трубопроводах, опущены в последующих чертежах. Клапаны могут быть автоматическими клапанами (например, открывание или закрывание клапанов управляется давлением в трубопроводах); клапаны могут быть также электрически управляемыми по командам из системы управления. Выбранные клапаны могут также иметь функцию управления потоком.

Узловое устройство соединено с первой трубопроводной системой для хранения или преобразования энергии или для обмена энергией. Посредством конфигурирования различных видов узловых устройств, может быть реализован богатый выбор функций.

В этом варианте осуществления, первое рабочее тело является жидкостью (например, водой), а первый продукт является водяным паром. Узловые устройства включают в себя: модуль 4331 хранения газа для хранения водяного пара, паровой турбогенератор 4332 (постоянного тока) для генерирования энергии с использованием водяного пара, и модуль 4333 восстановления рабочего тела для восстановления горячей воды после генерирования энергии. Соответствующие узловые устройства расположены вдоль направления потока водяного пара согласно вышеупомянутому порядку, начиная от выходного отверстия 415. В других вариантах осуществления, типы используемых узловых устройств могут также включать в себя только один или более типов из вышеупомянутого набора. Дополнительно, один и тот же тип узловых устройств может быть также обеспечен во множестве, например, множество устройств хранения газов и паровых турбогенераторов может быть расположено последовательно или параллельно согласно количеству генерируемого водяного пара. Электрическая энергия, генерируемая фотогальванической панелью и паровым турбогенератором, может быть либо передана в хранилище энергии, описанное в Варианте 2 осуществления, либо подана прямо потребителю для использования.

Во время работы, холодная вода входит в первую полость через входное отверстие 413 по направлению стрелки, нагревается и газифицируется, и затем сохраняется в устройстве 4331 хранения газа; при необходимости использования энергии, соответствующий клапан открывается, чтобы позволить водяному пару войти в паровой турбогенератор 4332; затем обеспечивается генерирование энергии; после генерирования энергии, как давление воздуха, так и температура пара упадет; пар в газообразном или жидком состоянии входит в модуль 4333 восстановления рабочего тела. Модуль 4333 восстановления рабочего тела может действовать в качестве водонагревателя; когда нет необходимости в ее использовании, сконденсировавшаяся вода может протекать обратно в первую полость; в этот момент, первая трубопроводная система превращается в закрытую систему (выходное отверстие 414 теперь действует в качестве входного отверстия первого рабочего тела). Когда есть необходимость в ее использовании, горячая вода может быть выпущена по направлению стрелки. Дополнительно, когда температура в устройстве 4333 восстановления рабочего тела является недостаточной, более горячая вода может быть получена прямо из первой полости через выходное отверстие 414.

Эффективность преобразования обычной фотогальванической панели будет уменьшаться с течением времени, в то время как для системы согласно этому варианту осуществления, поскольку солнечный свет повторно используется в закрытой полости, свет, который не может быть преобразован в электрическую энергию, будет преобразован в тепловую энергию, которая сохраняется или продолжает преобразовываться; таким образом, даже если эффективность преобразования фотогальванической панели уменьшится до некоторой степени, это не окажет существенного влияния на общую эффективность преобразования; таким образом, система согласно настоящему варианту осуществления имеет более продолжительный срок службы и лучшую стабильность.

Система согласно настоящему варианту осуществления может быть использована в качестве домашней солнечной системы, которая может одновременно подавать горячую воду и электрическую энергию; кроме того, она может также хранить энергию, что облегчает длительное использование и решает проблему, состоящую в том, что солнечная энергия является чувствительной к естественным условиям.

Вариант 5 осуществления

Фиг. 7 показывает другой вариант осуществления системы для использования солнечной энергии согласно настоящему раскрытию, содержащей закрытое устройство для использования солнечной энергии и закрытую первую систему циркуляции.

Конструкция закрытого устройства для использования солнечной энергии в этом варианте осуществления по существу подобна конструкции Варианта 2 осуществления и содержит первый приемник 510, элемент преобразования световой энергии (не показан), светоотражающий элемент (не показан), световодное устройство 504, светосводящее устройство 505, и второй приемник 520. Разница между закрытым устройством для использования солнечной энергии в этом варианте осуществления и закрытым устройством для использования солнечной энергии в Варианте 2 осуществления состоит в том, что световодное устройство 504 плотно соединено с входным световым отверстием второй полости, что обусловливает то, что вторая полость является относительно закрытой.

Первая система циркуляции содержит первую трубопроводную систему (не показана), образующую контур, по меньшей мере один клапан (показан), и множество узловых устройств. Кроме того, устройство 5531 хранения газа и паровой турбогенератор 5332 подобны устройству хранения газа и паровому турбогенератору Варианта 4 осуществления, и типы узловых устройств в этом варианте осуществления дополнительно содержат нагнетающее устройство 5334. Верхний по потоку выход нагнетающего устройства соединен с нижним по потоку выходом парового турбогенератора через первую трубопроводную систему, и нижний по потоку выход нагнетающего устройства соединен с входным отверстием 513 первого рабочего тела через первую трубопроводную систему. В других вариантах осуществления, устройство восстановления рабочего тела может быть сначала обеспечено ниже по потоку относительно парового турбогенератора, и затем может быть обеспечено нагнетающее устройство ниже по потоку относительно устройства восстановления рабочего тела.

Способ работы системы в этом варианте осуществления подобен способу работы системы Варианта 4 осуществления, за исключением того, что газ или жидкость из парового турбогенератора протекает обратно в первую полость после нагнетания нагнетающим устройством и затем снова превращается в пар для вытекания из выходного отверстия 515. Система в этом варианте осуществления не будет подавать горячую воду во внешнюю среду; жидкость рециркулирует по существу без потерь; таким образом, в качестве первого рабочего тела может быть также выбрана жидкость с относительно низкой температурой кипения, такая как фреон и спирт, и т.д.

В этом варианте осуществления, первый приемник не может прямо принимать световую энергию, а принимает только тепловую энергию, генерируемую из солнечного света во втором приемнике. Поскольку второй приемник закрыт в первом приемнике, световая энергия, которая не преобразована вторым приемником в электрическую энергию, будет полностью преобразована в тепловую энергию и удовлетворительно поглощена первым приемником для превращения ее в энергию, газифицирующую первое рабочее тело. Теплоизолирующая защита может быть обеспечена на внешней периферии первого приемника и на внешней части первой трубопроводной системы для уменьшения рассеяния тепловой энергии.

Система в этом варианте осуществления может по существу преобразовать весь солнечный свет в электрическую энергию, причем она имеет низкие потери энергии и по существу не имеет никаких потерь рабочего тела; таким образом, она является подходящей для сценариев, имеющих повышенные требования к эффективности и надежности, например, для создания средней и малой распределенной солнечной электростанции, например, на крыше здания или на вершине горы.

Вариант 6 осуществления

Фиг. 8 показывает другой вариант осуществления системы для использования солнечной энергии согласно настоящему раскрытию, содержащей: закрытое устройство для использования солнечной энергии, первую систему циркуляции, перезаряжаемую аккумуляторную батарею 651, и компрессор 640.

Закрытое устройство для использования солнечной энергии в этом варианте осуществления может иметь конструкцию, подобную конструкции Варианта 1 осуществления или Варианта 2 осуществления, содержащую: первую полость 611 и светосводящее устройство 605 (остальные компоненты не показаны на фигуре). Светосводящее устройство 605 может образовывать крышу здания, например, в виде светосводящих плиток. Если пространственный размер является относительно малым, так что солнечный свет, собираемый на одной крыше, является недостаточным, то светосводящее устройство может быть также установлено на других крышах (не показано на фигуре) для дополнительного направления солнечного света в первую полость через световодную трубу.

Первая система циркуляции является открытой системой циркуляции, которая является подобной первой системе циркуляции Варианта 4 осуществления, за исключением того, что энергия хранится с использованием перезаряжаемой аккумуляторной батареи 651; таким образом, устройство хранения газа опущено в узловых устройствах, так что выходное отверстие 615 водяного пара прямо соединено с паровым турбогенератором 6332. Устройство 6333 восстановления рабочего тела действует в качестве водонагревателя, как показано стрелкой, который, с одной стороны, принимает холодную воду извне и подает холодную воду в первую полость через входное отверстие 613; с другой стороны, он подает холодную воду во внешнюю среду.

Перезаряжаемая аккумуляторная батарея 651 хранит электрическую энергию, генерируемую закрытым устройством для использования солнечной энергии и паровым турбогенератором, и подает электрическую энергию различным устройствам-потребителям энергии для использования, например, контроллеру 654 всей системы, компрессору 640, устройству подачи воздуха кондиционера 6410, и электрической печи 655, и т.д.

Компрессор 640 выполнен с возможностью быть снаружи соединенным с закрытой системой циркуляции, для сжатия третьего рабочего тела, используемого системой циркуляции. Закрытая система циркуляции, использующая третье рабочее тело, может быть системой циркуляции, включающей в себя теплообменное устройство кондиционера 641 и теплообменное устройство холодильника 642.

Компрессор 640 по меньшей мере частично расположен внутри устройства восстановления рабочего тела, что обусловливает осуществление третьим рабочим телом, при сжатии, теплообмена с первым рабочим телом в устройстве восстановления рабочего тела.

В настоящее время, общепринятые компоновки обычных устройств-потребителей энергии, используемых в домашних условиях, являются нецелесообразными, что вызывает потери энергии. Например, летом, кондиционеры должны потреблять электрическую энергию для рассеяния тепла во внешнюю среду, в то время как холодильники и водонагреватели будут генерировать тепло во внутренних помещениях при работе, и это тепло будет, несомненно, увеличивать нагрузку на систему охлаждения кондиционера. Однако зимой желательно увеличивать количество тепла во внутренних помещениях. Эти задачи могут быть решены при взаимодействии между системой этого варианта осуществления и конструкцией дома.

Например, система этого варианта осуществления может быть расположена на чердаке дома, и теплоизолирующая дверь или окно 656, которое является открываемым, обеспечено между чердаком и внутренними помещениями. В дневное время, электрическая энергия и высокотемпературный водяной пар генерируются внутри первой полости; высокотемпературный водяной пар приводит в движение паровой турбогенератор 6332 для генерирования энергии и затем превращается в горячую воду, подлежащую хранению в водонагревателе 6333. При потребности в охлаждении, компрессор начинает сжимать третье рабочее тело (например, холодильный агент, воздух, и т.д.); генерируемое тепло поглощается холодной водой в водонагревателе; сжатое третье рабочее тело входит в теплообменное устройство внутреннего кондиционера или теплообменное устройство холодильника по закрытому контуру, и протекает обратно в компрессор после расширения и поглощения тепла. Компрессор может также поддерживать режим постоянного включения, и сохранять сжатое третье рабочее тело в компрессионном баке, так что при потребности в охлаждении, сжатое третье рабочее тело может быть высвобождено. Ночью устройство для использования солнечной энергии работать не будет, и водонагреватель, перезаряжаемая аккумуляторная батарея, и компрессионный бак могут продолжать подачу энергии. Зимой, при открывании теплоизолирующей двери 656, тепло, генерируемое системой, может быть подано во внутренние помещения, что уменьшает потребности в нагревании внутренних помещений.

В этом варианте осуществления, посредством центрированного расположения компрессоров, тепловая энергия, генерируемая при этом, используется удовлетворительно, что предотвращает потери энергии; с другой стороны, нет необходимости в отдельном конфигурировании дополнительных компрессоров для различных внутренних охлаждающих устройств, что не только уменьшает затраты на оборудование, но и улучшает использование энергии. Например, от холодильника требуется только охлаждение и не требуется ничего другого (например, не требуется внутреннее освещение), или не требуется даже подача энергии. Конечно, если дом не имеет чердака, то система этого варианта осуществления может быть расположена в других независимых малообъемных наружных местах, что требует только расположения светосводящего устройства на крыше.

Вариант 7 осуществления

Фиг. 9 показывает другой вариант осуществления системы для использования солнечной энергии согласно настоящему раскрытию, содержащей: закрытое устройство для использования солнечной энергии, первую систему циркуляции (не показана), и вторую систему циркуляции.

Закрытое устройство для использования солнечной энергии в этом варианте осуществления имеет конструкцию, по существу подобную конструкции Варианта 3 осуществления, содержащую: первый приемник 710, фотогальваническую панель 702, светоотражающий элемент (не показан), световодные устройства 704, светосводящее устройство 705, и второй приемник 720. Два световодных устройства 704 направляют собранный снаружи солнечный свет во вторую полость через два входных световых отверстия (не показаны) первой полости.

Первый приемник 710 соединен с первой системой циркуляции через входное отверстие 710 первого рабочего тела и выходное отверстие 715 первого продукта. Первая система циркуляции, например, может включать в себя открытую или закрытую систему циркуляции, подобную системе циркуляции Варианта 4 или 5 осуществления.

Второе рабочее тело является пресной водой или герметизируемой водой, которая может входить во вторую полость из открываемого отверстия 723; открываемое отверстие 723 может быть закрыто или открыто через открываемую дверь 7231. Вторая полость дополнительно снабжена анодом 7021 и катодом 7022, которые электрически соединены с фотогальванической панелью 702. Анод и катод используются для электролиза воды (или водяного пара) для генерирования кислорода на аноде и водорода на катоде; таким образом, обеспечены выходные отверстия второго продукта, которыми являются выходное отверстие 724 водорода и выходное отверстие 725 кислорода, соответственно. В других вариантах осуществления, электролиз может быть также выполнен в первой полости; или, после выведения водяного пара из второй полости (или первой полости), его электролизуют в его устройстве хранения. На основе текущих технологий, эффективность электролиза высокотемпературного водяного пара является более высокой, чем эффективность электролиза холодной воды. Однако с развитием технологий ситуация может измениться, и операцию электролиза можно будет выполнить, при необходимости, в подходящей процедуре. Кислород, генерируемый посредством электролиза, может быть подан в резервуар для газа для наполнения промышленного кислородного баллона, или выпущен в воздух после генерирования энергии паровым турбогенератором. Водород, генерируемый посредством электролиза, может быть сжат компрессором и затем сохранен в виде топлива для батареи топливных элементов или двигателя внутреннего сгорания. Однако в этом варианте осуществления он будет использоваться для генерирования дополнительного сохраняемого источника энергии.

Вторая система циркуляции является открытой системой циркуляции. Узловые устройства второй системы циркуляции включают в себя реакционную печь 7335, которая имеет по меньшей мере два входных отверстия газа и по меньшей мере одно выходное отверстие продукта. Одно входное отверстие 7631 газа реакционной печи соединено с выходным отверстием 724 водорода через вторую трубопроводную систему, а другое входное отверстие 7632 газа реакционной печи выполнено с возможностью подачи газа, содержащего двуокись углерода, например, воздуха. В реакционной печи, двуокись углерода и водород вступают в реакцию при высокой температуре для генерирования метана (CH₄) и воды. Выходное отверстие 764 продукта реакционной печи выполнено с возможностью позволить метану, генерируемому в этой реакции, выходить из реакционной печи, в то время как другое выходное отверстие 765 продукта выполнено с возможностью выпускать пресную воду. В качестве предпочтительного варианта осуществления, высокотемпературный газообразный метан, вытекающий из выходного отверстия 764, может быть сохранен после прохождения через безопасный (искробезопасный) паровой турбогенератор, в результате чего обеспечивается двойной эффект генерирования энергии и охлаждения.

В этом варианте осуществления, реакционная печь достигает высокой температуры, необходимой для реакции, посредством сведения солнечной энергии и нагревания ею, в то время как в других вариантах осуществления может быть также выбран способ полностью электрического нагревания или вспомогательного электрического нагревания.

Система этого варианта осуществления является подходящей для крупной солнечной электростанции, которая может не только полностью использовать солнечную энергию, но и может реализовать богатый выбор функций, включающий в себя: генерирование энергии, промышленное производство кислорода или обессоливание морской воды, и создание экологически чистых источников энергии (например, водорода или метана, и т.д.), доступных для долговременного хранения, с использованием солнечной энергии, и т.д.

Принципы и варианты осуществления были показаны выше на конкретных примерах. Следует понимать, что варианты осуществления предназначены только для облегчения понимания настоящего раскрытия, а не для ограничения настоящего раскрытия. Специалисты в данной области техники могут изменять конкретные варианты осуществления согласно идеям настоящего раскрытия.

Закрытое устройство для использования солнечной энергии содержит первый приемник, который образует относительно закрытую первую полость, на которой обеспечено одно входное световое отверстие, один элемент преобразования световой энергии или один элемент преобразования световой энергии и по один светоотражающий элемент, который обеспечен на внутренней стенке первой полости или во внутреннем пространстве первой полости, световодное устройство плотно соединеное с входным световым отверстием, для направления собранного снаружи солнечного света таким образом, чтобы он входил в первую полость через входное световое отверстие, второй приемник, который образован в виде второй полости, на которой обеспечено входное световое отверстие, при этом второй приемник частично обеспечен во внутреннем пространстве первой полости, элемент преобразования световой энергии обеспечен на внутренней стенке второй полости или обеспечен во внутреннем пространстве второй полости, световодное устройство проходит через входное световое отверстие первой полости и плотно соединено с входным световым отверстием второй полости для направления собранного снаружи солнечного света во вторую полость, световодное устройство, соединенное с входным световым отверстием второй полости, плотно соединено с входным световым отверстием второй полости, вторая полость дополнительно снабжена одним входным отверстием второго рабочего тела, чтобы позволить второму рабочему телу входить во вторую полость, и выходным отверстием второго продукта, чтобы позволить второму продукту выходить из второй полости в присоединенную снаружи систему циркуляции, причем второй продукт является веществом, получаемым после воздействия по меньшей мере части энергии солнечного света на первое рабочее тело. Изобретение позволяет улучшить эффективность преобразования. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Закрытое устройство для использования солнечной энергии, содержащее:

первый приемник, который образует относительно закрытую первую полость, на которой обеспечено по меньшей мере одно входное световое отверстие;

по меньшей мере один элемент преобразования световой энергии или по меньшей мере один элемент преобразования световой энергии и по меньшей мере один светоотражающий элемент, который (которые) обеспечен (обеспечены) на внутренней стенке первой полости или обеспечен (обеспечены) во внутреннем пространстве первой полости;

по меньшей мере одно световодное устройство, каждое из которых плотно соединено с соответствующим входным световым отверстием, для направления собранного снаружи солнечного света таким образом, чтобы он входил в первую полость через входное световое отверстие;

второй приемник, который образован в виде второй полости, на которой обеспечено по меньшей мере одно входное световое отверстие; при этом:

второй приемник по меньшей мере частично обеспечен во внутреннем пространстве первой полости;

упомянутый по меньшей мере один элемент преобразования световой энергии обеспечен на внутренней стенке второй полости или обеспечен во внутреннем пространстве второй полости;

упомянутое по меньшей мере одно световодное устройство проходит через входное световое отверстие первой полости и плотно соединено с входным световым отверстием второй полости для направления собранного снаружи солнечного света во вторую полость;

световодное устройство, соединенное с входным световым отверстием второй полости, плотно соединено с входным световым отверстием второй полости, что обусловливает то, что вторая полость является относительно закрытой; и

вторая полость дополнительно снабжена по меньшей мере одним входным отверстием второго рабочего тела, чтобы позволить второму рабочему телу входить во вторую полость, и по меньшей мере одним выходным отверстием второго продукта, чтобы позволить второму продукту выходить из второй полости в присоединенную снаружи систему циркуляции, причем второй продукт является веществом, получаемым после воздействия по меньшей мере части энергии солнечного света на первое рабочее тело.

2. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее по меньшей мере одно светосводящее устройство для сведения света во входное отверстие пути света соответствующего световодного устройства, причем светосводящее устройство имеет по меньшей мере одну светосводящую преломляющую поверхность, при этом светосводящая преломляющая поверхность является зубчатой поверхностью и включает в себя по меньшей мере одно устройство Френеля.

3. Устройство по п. 2, в котором

макроскопическая поверхность зубчатой поверхности имеет форму криволинейной поверхности вращения или коаксиальной плоскости или

зубчатая поверхность покрыта пленкой для улучшения пропускания света.

4. Устройство по п. 2, в котором упомянутый по меньшей мере один элемент преобразования световой энергии является фотогальванической панелью и светоотражающий элемент или светосводящая преломляющая поверхность имеет пленку металлического покрытия, причем пленка металлического покрытия электрически соединена с отрицательным полюсом фотогальванической панели.

5. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее:

рассеивающую линзу, обеспеченную на входном световом отверстии, или

направление светового выхода световодного устройства расположено под углом к направлению нормали к внутренней стенке, к которой оно обращено.

6. Устройство по п. 1, в котором элемент преобразования световой энергии обеспечен во внутреннем пространстве первой полости; опорная конструкция элемента преобразования световой энергии имеет стереоскопическую форму; и элемент преобразования световой энергии расположен на внешней поверхности опорной конструкции.

7. Устройство по любому из пп. 1-6, в котором первая полость дополнительно снабжена по меньшей мере одним входным отверстием рабочего тела, чтобы позволить первому рабочему телу входить в первую полость, и по меньшей мере одним выходным отверстием первого продукта, чтобы позволить первому продукту выходить из первой полости в присоединенную снаружи первую систему циркуляции, причем первый продукт является веществом, получаемым после воздействия по меньшей мере части энергии солнечного света на первое рабочее тело.

8. Устройство по п. 7, в котором

по меньшей мере один элемент преобразования световой энергии является фотогальванической панелью, причем устройство дополнительно содержит одно или более из следующего:

хранилище энергии, электрически соединенное с фотогальванической панелью, для хранения электрической энергии; при этом хранилище энергии выбирают из суперконденсатора, перезаряжаемой аккумуляторной батареи и воздушного компрессора;

инвертор, электрически соединенный с фотогальванической панелью, для преобразования постоянного тока, выдаваемого фотогальванической панелью, в переменный ток;

датчик состояния и дисплей состояния для восприятия и отображения рабочих параметров устройства соответственно, причем рабочие параметры выбирают из одного или более элементов следующего набора: напряжение, ток, мощность, запас и температура рабочего тела в полости; и

контроллер для управления рабочим состоянием устройства на основе результата восприятия датчика состояния.

9. Устройство по п. 1, в котором

первое открываемое отверстие также обеспечено на боковой стороне или в нижней части первой полости, причем первое открываемое отверстие является герметизируемым или открываемым через открываемую дверь; или

одно входное отверстие первого рабочего тела или одно выходное отверстие первого продукта образовано в виде первого открываемого отверстия; или

боковая поверхность или нижняя часть второй полости снабжена вторым открываемым отверстием; или

одно входное отверстие второго рабочего тела или одно выходное отверстие первого продукта образовано в виде второго открываемого отверстия.

10. Устройство по п. 1, в котором

элемент преобразования света или светоотражающий элемент уложен на всю внутреннюю стенку первой полости; или

элемент преобразования световой энергии уложен на всю внутреннюю стенку второй полости; или

элемент преобразования световой энергии или светоотражающий элемент уложен на всю внешнюю стенку второй полости; или

первое рабочее тело или второе рабочее тело выбрано из одного или более видов из набора: пресная вода, морская вода, спирт, холодильный агент, жидкий азот.

11. Система для использования солнечной энергии, содержащая:

закрытое устройство для использования солнечной энергии по п. 7 и

первую систему циркуляции, которая является открытой или закрытой системой циркуляции и содержит:

первую трубопроводную систему, которая по меньшей мере соединена с выходным отверстием первого продукта или по меньшей мере соединена с входным отверстием первого рабочего тела и выходным отверстием первого продукта;

по меньшей мере один клапан для управления включением и выключением сегмента трубопровода в первой трубопроводной системе; и

по меньшей мере одно узловое устройство, соединенное с первой трубопроводной системой, для хранения или для преобразования энергии или для обмена энергией.

12. Система по п. 11, в которой

первое рабочее тело является жидкостью, а первый продукт по меньшей мере включает в себя газифицированный продукт первого рабочего тела;

типы узловых устройств включают в себя один или более элементов, выбранных из следующего набора: модуль хранения газа, паровой турбогенератор и модуль восстановления рабочего тела; и

соответствующие узловые устройства расположены относительно выходного отверстия первого продукта вдоль направления потока, начиная от выходного отверстия первого продукта, согласно их последовательности в упомянутом наборе.

13. Система по п. 12, в которой типы узловых устройств дополнительно содержат нагнетающее устройство, причем верхний по потоку выход нагнетающего устройства соединен с нижним по потоку выходом парового турбогенератора через первую трубопроводную систему и нижний по потоку выход нагнетающего устройства соединен с входным отверстием первого рабочего тела через первую трубопроводную систему.

14. Система по п. 12, дополнительно содержащая:

компрессор, снаружи соединенный с закрытой системой циркуляции, для сжатия третьего рабочего тела, используемого системой циркуляции; и

компрессор по меньшей мере частично расположен внутри устройства восстановления рабочего тела, что обусловливает осуществление третьим рабочим телом, при сжатии, теплообмена с первым рабочим телом в устройстве восстановления рабочего тела.

15. Система для использования солнечной энергии, содержащая:

закрытое устройство для использования солнечной энергии по п. 1;

первую систему циркуляции, которая является открытой или закрытой системой циркуляции и содержит:

первую трубопроводную систему, которая по меньшей мере соединена с выходным отверстием первого продукта или по меньшей мере соединена с входным отверстием первого рабочего тела и выходным отверстием первого продукта;

по меньшей мере один клапан для управления включением и выключением сегмента трубопровода в первой трубопроводной системе; и

по меньшей мере одно узловое устройство, причем узловое устройство первой системы циркуляции соединено с первой трубопроводной системой, для хранения, или для преобразования энергии, или для обмена энергией; и

вторую систему циркуляции, которая является открытой или закрытой системой циркуляции и содержит:

вторую трубопроводную систему, которая по меньшей мере соединена с выходным отверстием второго продукта или по меньшей мере соединена с входным отверстием второго рабочего тела и выходным отверстием второго продукта;

по меньшей мере один клапан, выполненный с возможностью управления включением и выключением сегмента трубопровода во второй трубопроводной системе; и

по меньшей мере одно узловое устройство, причем узловое устройство второй системы циркуляции соединено со второй трубопроводной системой, для хранения, или для преобразования энергии, или для обмена энергией.

16. Система по п. 15, в которой

второе рабочее тело является пресной водой или морской водой,

по меньшей мере один элемент преобразования световой энергии во второй полости является фотоэлектрическим элементом преобразования; вторая полость дополнительно снабжена анодом и катодом, которые электрически соединены с фотоэлектрическим элементом преобразования; и анод и катод используются для электролиза воды для генерирования кислорода на аноде и водорода на катоде; и

обеспечены два выходных отверстия второго продукта, которые являются выходным отверстием водорода и выходным отверстием кислорода соответственно.

17. Система по п. 16, в которой

узловые устройства второй системы циркуляции включают в себя реакционную печь, которая имеет по меньшей мере два входных отверстия газа и по меньшей мере одно выходное отверстие продукта;

одно входное отверстие газа реакционной печи соединено с выходным отверстием водорода через вторую трубопроводную систему, а другое входное отверстие газа реакционной печи выполнено с возможностью подачи газа, содержащего двуокись углерода;

реакционная печь выполнена с возможностью позволить двуокиси углерода вступать в реакцию с водородом при нагревании сведенной солнечной энергией или при электрическом нагревании для получения метана и воды, и

по меньшей мере одно выходное отверстие продукта реакционной печи выполнено с возможностью позволить метану, получаемому в этой реакции, выходить из реакционной печи.