CN102187162A

CN102187162A - 太阳能收集器

Info

Publication number: CN102187162A
Application number: CN2009801383643A
Authority: CN
Inventors: A·佩德雷蒂
Original assignee: Ale Airlight Energy SA (ch)
Current assignee: Ale Airlight Energy SA (ch); Airlight Energy IP SA
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2029-09-29
Also published as: PT2340402E; EP2340402B1; CH699605A1; ZA201102886B; AU2009299034B2; CH699584A2; WO2010037243A3; EP2340402A2; WO2010037243A2; MX2011003123A; US20120174911A1; CN102187162B; AU2009299034A1; IL211998A0; ES2444720T3; EG26515A; CL2011000701A1

Abstract

根据本发明的太阳能收集器具有包括具有不同球形弯曲的区域70,71,72的膜装置41，使得其被反射层覆盖的聚集器膜42最佳地近似于抛物形状，并因此具有最佳地小的焦点或焦线区域。

Description

太阳能收集器

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的辐射收集器。

背景技术

所述类型的辐射收集器或辐射聚集器尤其在太阳能发电设备中使用。

迄今由于还未克服的光伏方法的缺点，还不可能使用该技术以大致覆盖成本的方式来产生太阳能电力。另一方面，太阳热发电设备已经以工业规模发电有一段时间，其价格与光伏方法相比接近于以常规方式产生的电力的目前通常的商业价格。

在太阳热发电设备中，太阳辐射通过收集器借助聚集器反射，并且特定地聚焦在这样的位置上，即在该位置上由此产生高温。所聚集的热可被移走并用于运行诸如涡轮机的热力发动机，而热力发动机又驱动产生功率的发电机。

目前有三种基本类型的太阳热发电设备在使用：蝶式斯特林***，太阳塔式发电设备***以及抛物槽式***。

蝶式斯特林***配备了抛物反射镜，这些抛物反射镜将太阳光聚集到焦点，在焦点上设置了热接收器。这些反射镜被安装为使得它们可双轴地旋转以便能够跟踪太阳的当前位置，并且具有从几米到多达10m以及更大的直径，其结果是获得每个模块多达50kW的功率。安装在所述热接收器上的斯特林发动机将热能直接转换为机械功，该机械功的结果是又产生电流。

在此参照在US-PS 4,543,945中展示的实施例以及在西班牙安装的设备EU Distal and Eurodish。

US-PS 4,543,945在第一实施例中公开了一种收集器的构造原理，该收集器包括由两个在侧面连接的圆形的、重叠的膜组成的压力元件，其中上面的膜被配置为透明的，而下面的膜设置有反射层。在膨胀的状态下，该压力元件具有透镜的形状，其中两个膜球形地弯曲，其结果是穿过透明部件的入射辐射通过所述反射层聚集到这样的区域中，在该区域中热可被移走。在第二实施例中，真空元件代替压力元件来使用，从而具有反射层的膜通过环境压力而进入球形运行位置。

Distal I和Distal II设备（它们分别在1992年和1997年投入运行）具有安装在框架中的聚集器，这些聚集器作为可伸展膜而张紧在该框架上并且通过真空泵保持在运行位置。原则上，该框架形成被膜张紧的密封腔，就像鼓的膜那样。形成聚集器的膜通过由所述真空泵产生的真空被吸入到该框架中（或者通过环境压力被从外部挤压到该框架中），然后获得基本上球形的但接近于抛物面的形状—即运行位置。Distal II具有8.5m的反射镜直径或聚集器直径。

膜的使用具有重量小的优点，而该优点又导致膜被张紧于其上的框架的低花费。构造花费与制造昂贵的常规重反射镜相比明显更低。

太阳塔式发电设备***具有以高架方式（在“塔”上）安装的、用于成百上千个单独的反射镜的中心吸收器，其中太阳光被反射到该中心吸收器，其结果是太阳辐射能通过很多反射镜或聚集器被聚集到该吸收器中，由此获得高达1300℃的温度，这对下游的热力发动机的效率来说是有利的（通常是用于发电的蒸汽或流体涡轮发电设备）。在加利福利亚的“Solar two”设备具有几兆瓦特的功率。

抛物槽式发电设备具有大量的收集器，这些收集器包括具有小横向直径的长聚集器，因此这些收集器不具有焦点而是具有焦线。这些线聚集器目前具有20m到150m的长度。用于所聚集的热（高达大约500℃）的吸收器管线在该焦线中延伸，该吸收器管线将所聚集的热传输给发电设备。可考虑将热油或过热的水作为传输介质。

在南加利福利亚的9个SEGS槽式发电设备一起产生大约350MW的功率。在2007年进入该电网的“Nevada Solar One”发电设备具有槽式收集器，这些槽式收集器具有182400个设置在140公顷面积上的弯曲反射镜，并产生65MW。

槽式发电设备的另一个示例是建设中的在安达路西亚的Andasol 1，它具有510000 m²的聚集器的面积和50MW的功率，其中在吸收器管线中的温度应当达到大约400℃。估计成本为3亿欧元。应当在2009年进入该电网的Andasol 2以及计划的Andasol 3也是如此。

根据粗略计算，可以注意到太阳能发电设备的总成本的40%或更多归结于收集器，而该发电设备的效率关键由聚集器的质量来确定。

WO 2008/037108现在提出了收集器，尤其是槽式收集器，这些收集器的聚集器具有有涂层的膜。这些收集器适合于以上述数量级用于工业用途并且实现比如诸如简单的结构和降低的成本的期望优点。

但是由于不可避免球形弯曲的收集器，与具有抛物弯曲的常规制造的反射镜相比会有效率的损失。因此在附加的实施例中，聚集器被设计为分段地暴露于不同的压力下，使得该聚集器的内部区域与相邻的外部区域相比更严重地弯曲，其结果是获得抛物形状的近似，由此焦线区域是抛物槽式收集器的理论焦线的更好的近似。

压力区通过密封唇或者半透明泡沫带来分离，该密封唇或半透明泡沫带允许“足够的密封”而不会对该聚集器造成“机械损伤”。由于该密封装置和由昂贵的薄膜制成的聚集器之间的接触，不可避免地且不利地造成球形膜弯曲的变形，从而导致太阳辐射聚集的甚至更进一步的恶化。结果是则效率降低的程度超过通过不同弯曲的区域可能改善的程度。

所公开的、意欲避免任何机械损伤的足够的密封导致连续的泄漏空气流，从而聚集器浮在该密封装置上（并且因此均匀地压在该密封装置的整个面积上），而该泄漏空气流又连续地通过旋转风扇来补偿。

但实际上，该机械损伤即使在没有机械接触的情况下也会由于有意穿过该密封装置以及在该密封装置上方流过的空气而发生，从而最终产生问题，即实际上获得不同弯曲的片段的共同焦线区域以及处于相邻的压力区域被密封到正确的程度。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具有聚集器膜的改进的收集器。

该目的通过具有权利要求1的特征的辐射收集器来实现。

通过改变对聚集器膜的弯曲有效的线张力，实现了不会导致不期望的变形而是导致期望结果的机械影响，即改进对太阳辐射的聚集。

本发明的实施例在从属权利要求中描述。

附图说明

下面参照附图详细解释本发明。

在附图中：

图1示出现有技术槽式收集器的视图，

图2示意性示出穿过图1的槽式收集器的压力元件的横截面，

图3示出穿过图1所示类型的槽式收集器的横截面，但其中聚集器分为两个部分，

图4示意性示出穿过根据本发明的具有膜装置的槽式收集器的压力元件的横截面，

图5示意性示出穿过根据本发明的膜装置的另一实施例的横截面，

图6a和6b分别示出穿过又另外实施例的横截面，以及

图7示出具有4个区域的膜装置的工作示例。

具体实施方式

图1示出常规类型的槽式收集器1，该常规类型的槽式收集器包括具有垫子形式并且通过上柔性膜3和在图1中被覆盖的下柔性膜4形成的压力元件2。压力元件2借助流体通道5保持在运行压力下，其中还提供了流体通道6，该流体通道6的功能参照图2详细描述。

膜3对太阳射线7来说是透明的，太阳射线7在压力元件2内入射到聚集器膜8（图2）上，并且被聚集器膜8作为射线7’反射到吸收器管9，在该吸收器管9中循环着热传输介质并且其带走了通过收集器聚集的热。吸收器管9通过支架10保持在聚集器膜8的焦线区域中（图2）。

压力元件2被夹在框11中，而该框11又根据太阳的位置可倾斜地安装在框架上。

图2示意性示出穿过图1的收集器的压力元件2的横截面以及流体通道5和6。示出对太阳射线来说透明的上膜3、下膜4以及穿过压力元件2的聚集器膜8。聚集器膜8在其朝向太阳的一侧上具有例如通过蒸镀沉积的涂层，使得太阳射线7被反射到吸收器管9所在的焦线区域13中。

聚集器膜8将压力元件2分为聚集器室15和补偿室16。聚集器室15例如用由流体泵通过流体通道5馈送的空气来加压，该流体泵优选被配置为风扇17。结果是，空气通过流体通道6流入补偿室16中。另一优选也被配置为风扇18的流体泵与该流动方向相反地运行，使得补偿室16被空气填充但是压力梯度相对于聚集器室15来说总是占据主导。然后压力p在聚集器室中占据主导，而稍微更低的压力p-Δp在补偿室中占据主导。

由此聚集器膜8暴露于运行压力Δp下，该运行压力将聚集器膜8保持在工作的球形弯曲的位置。

该装置所具有的优点是：该装置对风的侵袭相对不灵敏，因此允许非常薄并因此在质量上非常先进的聚集器膜（参见WO 2008/037108）。但是该装置所具有的缺点是：由于球形弯曲产生的不是焦线而是焦线区域13。

图3示出穿过根据还未公布的申请CH 00462/08的槽式收集器20的横截面，该槽式收集器20包括压力元件21及其透明的上膜22，太阳辐射23,24透过该上膜22入射进来并且被作为射线23’,24’反射。还示出由两部分25,26组成的聚集器膜27，其中这些部分25,26相互分离但是关于对称虚线32相互对称地设置。可以在中心带28上行走，以例如方便安装和维护在所述带上延伸的吸收器管线29，并且该中心带28将所述部分25,26相互足够远地分离，使得通过两部分的次级聚集器30所投下的阴影不会到达聚集器膜27的部分25,26。

该装置允许吸收器管线29设置在压力元件21中。这是很重要的，因为延伸在露天的常规吸收器管线9（图1）由于环境空气（风）导致的热耗散和冷却而失去多达100W/m，这对应于多达100km（或更多）的管线长度上的10MW的损失。因此，例如通过对风冷却的防护而得到的该损失的任何减小都是重要的，并且应当是努力追求的。该装置的另一优点在于：次级聚集器30的球形弯曲部分25,26的焦线区域通过该次级聚集器被减小，使得如该图所示的在内部进行吸收的吸收器管线29的优点开始发挥作用。

图4示意性示出穿过根据本发明配置的槽式收集器的一个实施例的压力元件40的横截面，其中该图以稍微夸大的方式示出以便对几何关系进行图解。

该压力元件的基本结构对应于图3的压力元件的基本结构，即槽式收集器的聚集器被配置为压力元件40的一部分，并且包括柔性（在此：多层）膜装置41，该柔性膜装置在所示出的实施例中分为两个关于对称线43对称的部分（该对称线43对应于图3的对称线32），这两个部分通过中心带44相互连接。以下的描述参照该图所示的右侧部分；应当理解左侧的对称部分按照相同的方式配置。

膜装置41包括被反射层覆盖的聚集器膜42，该反射层未示出以减轻图上的负担。

该聚集器膜42就其而言在运行时一方面借助夹具45被张紧在中心带44上，另一方面借助夹具46被张紧在槽式收集器的框47上。还可以看出通过夹具48类似地固定在框47上的上透明膜47。

透明膜47与该膜装置41一起形成聚集器膜50，该聚集器膜50通过作为风扇51示意性示出的流体泵保持在与外部压力p_ext相比提高的运行压力p处。优选的，p处在30到100Pa的范围中，特别优选的是50Pa。在这样的运行压力条件下，膜装置41与其聚集器膜42在运行时弯曲。

还示出内部吸收器管52，该内部吸收器管52在压力元件40中的悬架53示意性示出，并且可以由本领域技术人员根据该槽式收集器的特定配置来设计。

太阳射线54从上面入射到聚集器膜42上，并且作为射线54’被反射到吸收器管52的内部。

在该图中，太阳在天顶处，槽式收集器垂直地向上对准。因此，太阳被设计为位于顶部，使得例如中心带44位于（进一步）下面的特定高度处，或者位于与吸收器管52相比更低的特定高度处，同时框47位于与中心带44相比更高以及（进一步）向外的地方，中心带44位于与框47相比（进一步向内）的地方。

该图示出第一其它膜60和第二其它膜61，其中通过运行压力条件以及各膜42,60,61的张紧的给定，聚集器膜42在第一区域63中靠在第一其它膜60上，以及在第二区域64中穿过所述第一其它膜60而靠在第二其它膜61上。

第一区域63从聚集器膜42的外端延伸到第一预定线65那么远，即在此从框47向内延伸到第一预定线65那么远。

第二区域64从聚集器膜42的外端延伸到第二预定线66那么远，即在此从框47向内延伸到第二预定线66那么远。

在该图中必须作为点在横截面视图中示出的预定线65,66基本上以恒定高度在膜装置41的整个长度上延伸（以及因此在槽式收集器的整个长度上延伸）。

同时，第一其它膜60被向着第一预定位置施加预张力，该第一预定位置配置为位于聚集器膜42的内端之下或者位于夹具45之下的第一锚点67。第二其它膜61向着第二预定位置被施加预张力，该第二预定位置配置为相应地位于第一预定位置之下、即位于第一锚点67之下的第二锚点68。

第一和第二锚点67,68只是示意性的在该图中示出，并且可以由本领域技术人员根据槽式收集器的特定配置来设计以及合适地附连到槽式收集器的框或框架上。

第一和第二预定位置、即锚点67,68的位置按照这样的方式被预定，即在运行压力条件下以及在运行预张力下，聚集器膜42以及第一和第二其它膜60,61在任何情况下如所述那样相互靠在一起直到第一或第二预定线65,66那么远。

下面将进一步详细描述一种可以用于确定第一和第二预定线65,66的位置和相关的预张力的方法。

第一和第二预定线65,66将聚集器膜42分为从中心带44开始的三个区域70,71,72，其中每个区域70,71,72基本上是无变形的球形弯曲，并且具有所分配的曲率半径，即第一曲率半径73，第二曲率半径74和第三曲率半径75，在每一种情况下都具有增加的长度。最内区域70是最大弯曲的，接下来的中间区域71较小地弯曲，而外区域72是最小弯曲的。

从该图中进一步看出在预定线65,66的位置上——在此两个相邻区域70和71以及71和72相互邻接，各相邻区域70和71或71和72的曲率半径重合并由此这些区域在预定线65,55的位置上的切线也重合。结果是，发现聚集器膜42的弯曲以连续可微的方式在其整个伸展范围上延伸，即即使在线65,66的位置上也没有任何弯折。这是对最小可能的焦线区域的要求，该最小可能的焦线区域接近抛物弯曲的聚集器部分的理论焦线。

被加压的膜的弯曲将通过本领域技术人员公知的关系式T₀=p₀R₀来描述。T₀是在该膜的边缘上通过对膜的夹紧而引入到该膜中的线张力（N/m，即每米膜长度所作用的力，其中该膜的厚度并不重要）。p₀是作用在该膜上从而导致该膜的球形弯曲的（差）压力，而R₀是该膜的所产生的曲率半径。因此在给定压力p₀下，曲率半径R₀的长度可以通过改变线张力T₀来调节，该线张力即是用于对该膜施加预张力或夹紧的力。

基本线张力T_B现在在聚集器膜中占据主导，在第一其它膜60中根据该第一其它膜的预张力由第一线张力T₁占据主导，而在第二其它膜61中根据该第二其它膜的预张力由第二线张力T₂占据主导。因此，根据本发明，

■ 在膜装置41的第一区域70中，线张力Z₁=T_B

■ 在膜装置41的第二区域71中，线张力Z₂=T_B+T₁，以及

■ 在膜装置41的第三区域72中，线张力Z₃=T_B+T₁+T₂

结果是在每个连续区域70至72中的曲率半径73至75都大于前一区域中的曲率半径。根据本发明，通过这种方式聚集器膜42的弯曲被近似为抛物线。

因此根据本发明，区域70至72的弯曲和延伸被最佳地确定尺寸，并且借助第一和第二锚点67,68的位置以在相关的膜60,61中的对应预张力来实现，使得最终聚集器膜42的弯曲以尽可能好的方式被近似为抛物线的弯曲，其中焦点在吸收器管52的位置处，结果是焦线区域的延伸可以被最小化而且槽式收集器的效率可以被最大化。

这可以借助本领域技术人员熟悉的弧样条插值来完成。通过使用弧样条插值，给定的曲线（在这种情况下：待近似的抛物线）通过圆弧段来近似。

在这个情况下，待近似的抛物线上的第一点通过其切线给出作为弧样条插值的起始位置：这是夹具45的以下位置，在该位置上聚集器膜42肯定具有斜度，使得垂直入射到那里的太阳射线被反射到吸收器管51中。待近似的抛物线上的另一个点是夹具46的位置。最后，用吸收器管52的位置来确定待近似的抛物线。由此对应于该图中的实施例，在该待近似的抛物线上应当假设有另外两个点（这另外两个点在此对应于第一和第二线65,66）。

那么通常成立的是两个所述连续的点具有已知的坐标x_i/y_i或 x_i+1/y_i+1，并且穿过这两个点的圆弧的中心具有未知的坐标x_z/y_z。关于该中心的曲率半径R是未知的，而在第一点处的斜度m又是已知的（聚集器膜42在夹具45的位置处的斜度）。

结果，获得以下3个等式：

其中可以由此确定未知的x_z,y_z和R。

由此从位于夹具45的位置处的第一点出发可以确定第一圆弧，然后从该第一圆弧接着是在第二点处的切线的斜度x_i+1/y_i+1，使得针对下个圆弧的曲率中心和曲率半径遵循该斜度，这导致下个点，包括该点的切线，依此类推，直到该抛物线上的期望点通过圆弧段相互连接并由此近似于抛物线。

但是，由此这些圆弧还没有被最佳地对准，因为第一和第二线65,66的位置已被任意地先验假定。

例如，Levenberg-Marquardt数值优化算法使得能够最小化在这3个圆弧偏离待近似的抛物线的情况下存在于此的误差。该误差通过该算法来最小化，由此第一切线的斜度和后续点的坐标可以被自由移动，只要利用它们的改进的位置通过最小平方方法最小化这些圆弧相对于该抛物线的高度偏差之和。

结果是，曲率中心76至78，相关的曲率半径73至76，以及第一和第二线65,66的位置是已知的，结果是膜装置41的待近似的抛物形状通过由此定义的3个球形弯曲的区域70至72优化。

因此提供了球形弯曲的区域70至72，这些区域的宽度远小于常规压力元件的宽度，其优点是各自的焦线区域相应地更小。此外，区域70至72的焦线区域基本上重合（例如，由于区域70至72的不同几何形状而导致这些焦线区域不一致，精确的重合是不可能的）。如以前一样由于“仅仅”优化地近似于抛物形状因此偏差不可避免，但是该偏差非常小，以至于本发明的膜装置允许收集器效率的相当大的增加。

第一锚点67位于该膜装置的在第一线65的位置处的切线上，相应地第二锚点68位于在第二线66的位置上的切线上。

使用聚集器室50中的预定义压力p（优选50Pa）和现在已知的曲率半径73至75以及线65,66的位置，本领域技术人员可以使用基本关系式T₀=p₀R₀（参见上面）来计算每个膜42,60,61所必需的预张力。

区域70所需要的预张力（以及因此来自锚点45的预张力）从预定压力p和现在已知的第一曲率半径73中获得。区域71所需要的预张力也类似；第一锚点67的预张力对应于针对区域71的预张力减去来自锚点45的预张力之差。对应的计算对区域72有效。

总之，通过第一和第二其它膜60,61，给出了用于改变对聚集器膜42的弯曲有效并且在所述膜装置41运行期间在该膜装置41中占据主导的线张力的手段。在槽式收集器的长度上观看的情况下，该线张力沿着两个预定线65,66以膜装置41的通过线65,66给定的区域70至72被不同弯曲的方式改变。同时，曲率在线65,66的位置处也连续可微，并且不同弯曲的区域70至72的焦线区域基本上重合。

结果是，根据本发明从该局部关系式出发，本领域技术人员可以确定槽式收集器的尺寸、压力元件的尺寸、吸收器管的位置、以及所产生的根据本发明的膜装置的配置。

类似的，根据本发明，代替3个区域70至72，本领域技术人员可以提供n个这样的区域，即只有两个区域或4个区域或更多区域，并且根据上述计算来设计这些区域，这取决于特定的情况，例如槽式收集器的宽度和焦线区域的期望优化（例如取决于所提供的吸收器的类型）。类似的，根据本发明的膜装置不限于槽式收集器，而是还可以用在圆形收集器中，例如用于具有根据本发明优点的蝶式斯特林***。在此应当补充：诸如直径达到1m或甚至更小的小***可以根据本发明来实现。在这样的***中，两个区域可足以获得非常好的结果。

图4示出包括3个层的膜装置41，这3个层即是聚集器膜42以及第一和第二其它膜60,61（正如所提到的，可以很容易地使用仅两个层或4个以及更多层）。在根据本发明的另一实施例中，这些膜只要它们相互叠置就至少部分地相互连接，或者配置为整块，这可以提高该膜装置的内在稳定性。根据收集器的该特定配置，本领域技术人员又可以确定该膜装置是应当由相互放置其中的单个的膜组成，还是由单个的膜的相互连接的部分或是由整块的膜组成。

类似的，不需要根据各预定线65,66将第一和/或第二其它膜60,61进一步向内拉，因为它们只承载聚集器膜42到这些线65,66那么远。因此锚点67,68可以被放置为更靠近线65,66或者更远离它们。类似的，在锚点67,68与线65,66之间设置的膜部分（图4）可以通过合适的夹紧装置来代替（例如参见图6b），但是其方式是：第一和第二其它膜60,61在运行时（尤其是在长度上均匀地）被准备在它们的线56,66的位置处并且用正确的预张力在所分配的预定位置的方向上被预拉紧。在这种情况下，提供了用于夹紧至少一个其它膜的夹紧装置，所述夹紧装置根据分配给该至少一个其它膜的预定线抓紧该至少一个其它膜，并且朝着分配给该至少一个其它膜的预定位置预拉紧该至少一个其它膜。

此外，依据特定的情况，本领域技术人员可以在所述膜装置中仅提供聚集器膜以及该聚集器膜的反射层，并且提供在预定线65,66的位置上连接到聚集器膜的夹紧装置（图4），即夹紧装置可以根据本发明改变在所述膜中占据主导的线张力（例如参见图6a）。

这些不同实施例的元件也可以由本领域技术人员根据收集器的特定设计来合适地组合。

图5示意性示出本发明的优选实施例，该实施例组合了图2和图3所示的收集器的优点：

一方面，膜装置41将压力元件40分为聚集器室50和补偿室80，其优点则在于：如在WO 2008/037108中所公开的，聚集器膜42可以被配置为非常薄并且由于低运行压力负荷而具有均匀的表面，因此更好地适合于高效率的反射涂层或者使得该高效率的反射涂层首次成为可能。此外，该设计使得能够即使在风侵袭的情况下也将聚集器膜42保持静止，尽管上透明膜47以及下柔性膜81两者都在风侵袭下变形。类似图3和图4的那些，根据图5的实施例也使得能够由于根据本发明的膜装置41而将射线聚集在非常小的焦线区域中，由此允许吸收器管52具有内部吸收表面以及将用于该射线的相对小的入口开口52’，该吸收器管进一步位于压力元件40内部，使得热损失可以被避免。根据本发明的膜装置41由此允许根据图3的次级聚集器及其它可被省略，而无需承受相关的效率损失。

与在图4中一样，该图示出由3个层组成的膜装置41，这3个层即是被反射层覆盖的聚集器膜42、第一其它膜60和第二其它膜61。还可以看出在定义第一、第二和第三区域70至72的预定线65,66上的曲率半径73至75。在运行压力条件下，区域70至72也不同地弯曲，其中聚集器膜42的曲率也在相邻区域的位置处（即在预定线65,66的位置处）连续可微，并且这些不同弯曲的区域的焦线区域在吸收器区域52的位置处（或者在如入口裂口52’的位置处）基本上重合。

第一其它膜60在第一预定线65上延伸，并在第一预定线65之后向内在第一其它区域82上延伸到其锚点那么远（为了进一步减轻图5上的负担没有示出该锚点）。封闭在聚集器膜42与第一其它膜60的第一其它区域82之间的空间以不漏流体的方式被配置为第一压力室84，该第一压力室84被不漏流体的壁85在内部终止。进一步提供配置为第一风扇86的装置，用于保持第一压力室84中的第一运行压力p_I。

由于第一其它膜60的第一其它区域82处于压力下，因此其也是球形弯曲的。相应地，其锚点与图4的相比进一步向上，更接近于聚集器风扇50，结果是补偿室80的高度更小了。为了这些高度的比较，聚集器膜42的第一切线87在第一预定线65的位置上示出，当不设置压力室84时，第一其它膜60的锚点必须位于该第一切线87上（参见图4）。

类似的，第二其它膜61在第二预定线66上延伸，并在第二预定线66之后向内在第二其它区域87上延伸到其锚点那么远（为了进一步减轻该图上的负担没有示出该锚点）。封闭在第一其它膜60与第二其它区域87之间的空间以不漏流体的方式被配置为第二压力室88，该第二压力室88被不漏流体的壁85在内部终止。进一步提供配置为第二风扇90的装置，用于保持第二压力室88中的第二运行压力p_II。

由于第二其它膜61的第二其它区域87处于压力下，因此其也是球形弯曲的。相应地，其锚点与图4的相比进一步向上，更接近于基本风扇50，结果是补偿室80的高度更小了。为了高度的比较，聚集器膜42的第二切线89在第二预定线66的位置上示出，当不设置压力室84时，第一其它膜60的锚点必须位于该第二切线89上（参见图4）。

因此，如果没有前面描述的根据本发明的膜装置41的具有第一和/或第二压力室84,88的进一步扩展，就会为补偿室80获得例如对风侵袭来说不利的大的高度。

在另一实施例中，第一其它膜60通过设置在第一预定线65与壁85之间的夹紧装置而在运行时被预拉紧，其中这些夹紧装置并非不漏流体的，因此只设置单个压力室，即在聚集器膜61与第二其它膜61的第二其它区域87之间。依据膜装置41的设计，即依据预定线65,66的位置，补偿室80的小高度的优点被类似或近似地保留下来。本领域技术人员可以根据特定条件确定合适的夹紧装置（关于这方面还参见图6a和6b）。

在聚集器室50中、在第一压力室84中、第二压力室88中以及在补偿室80中的运行压力通过下柔性膜81中的基本风扇92、第二风扇90、第一风扇85和聚集器风扇50来产生和维持。也可以代替风扇50,85,90,92而使用其它合适的流体泵。

每个风扇50,85,90,92在相同的方向上运送空气：向补偿室80内的基本风扇92，向第二压力室88内的第二风扇85，向第一压力室84内的第一风扇85以及向聚集器室50内的聚集器风扇50。

由于该运送，在补偿室80中形成与外部压力p_ext相比更高的压力p_A，在第二压力室88中形成与补偿室80的压力p_A相比更高的压力p_II，在第一压力室84中形成与第二压力室88的压力p_II相比更高的压力p_I，以及在聚集器室50中形成与第一压力室84中的压力p_I相比更高的压力p_k。

相应地，运行压力p_k-p_I作用在膜装置41的第一区域70上，运行压力p_k-p_II作用在第二区域71上，以及运行压力p_k-p_A作用在第三区域72上。

结果是，利用在每个区域70至72中占据主导的线张力获得膜装置41在每个区域70至72中的曲率。进而，即正如在图4的装置中那样，对区域70的曲率有效的线张力等于聚集器膜42的预张力，对区域71有效的线张力等于聚集器膜42的预张力加上第一其它膜60的预张力之和，对区域72的曲率有效的线张力等于聚集器膜42的预张力加上第一其它膜60和第二其它膜61的预张力之和。

所需要的线张力又根据上面的描述获得（首先通过弧样条插值，然后由Levenberg-Marquardt方法通过最小化误差获得球形弯曲的区域70至72对抛物线的近似，其中吸收器管线的位置，即焦线区域的位置以及聚集器膜42的夹紧点一起形成给定的起始点）。

在此应当补充，所需要的预张力首先在区域72中通过运行压力p_k-p_A来实现；对p_A来说可以假定介于10和30Pa之间的值，优选27Pa。那么根据第二其它区域87的期望曲率（参见下面的部分），第二其它区域的预张力可以结合第二运行压力被选择。结果是，对第一其它区域82加上聚集器膜42获得所需要的预张力之和。最后，依据第一其它区域82的期望曲率，则可以类似地结合第一运行压力确定第一其它区域的预张力，于是这导致用于聚集器膜42的预张力的值。

于是本领域技术人员将根据在收集器的框或框架上的锚点的期望高度，结合运行压力做出对预张力的上述选择。本领域技术人员根据现场给定的条件选择各预张力以及对应的运行压力。在此，应当补充，由于其在设计上的灵活性，根据本发明的膜装置的概念允许以尽可能简单的方式考虑局部情况和需要，不管这例如与更大或更小的尺寸有关还是与收集器本身的结构变化有关。

总之，上述确定膜装置中的区域的尺寸的方法在于：在第一步骤中，从收集器中的聚集器膜的夹紧点以及热吸收器或吸收器管的位置开始来定义将由聚集器膜近似的抛物形状，其中该近似通过聚集器膜的n+1个、优选3个球形弯曲的区域来实现，并且对此假定有n个预定线在该抛物形状上。在第二步骤中，通过弧样条插值方法确定该n+1个球形弯曲的区域的第一配置。在第三步骤中，使用Levenberg-Marquardt方法在自由移动n个预定线的情况下针对n+1个球形弯曲的区域相对于待近似的抛物形状的高度偏差来最小化在所述n+1个球形弯曲的区域的配置中的通过弧样条插值而给定的误差，使得确定出n+1个球形弯曲的区域的第二配置，该第二配置更好地近似于待近似的抛物形状。

这意味着根据第二配置的区域在高度偏差方面被最小化，但是在现在小的高度误差的情况下仍然可能存在在各区域的圆弧上的对应点关于待近似的抛物线的斜度方面的大的差异。

用于相应地最小化这些误差的方法的优选变型在于：按照误差纠正不是根据高度偏差而是根据斜度偏差而进行的方式来修改Levenberg-Marquardt数值算法。这样的修改可以由本领域技术人员进行，或者可以容易地由数学领域的技术人员确定。这导致这些区域的焦线区域的位置对待近似的抛物线的焦点或焦线的近似被改善，因为与用不正确的高度的情况相比，被反射的太阳射线更强烈地被不正确的斜度散焦。

因此，在第三步骤中，n+1个球形弯曲的区域的第一配置中的由弧样条插值给定的误差被针对这些区域关于待近似的抛物形状的斜度最小化，从而确定出n+1个球形弯曲的区域的第二配置，该第二配置在其焦线区域的位置方面更好地近似于待近似的抛物形状。

用于最小化误差的方法的另一特别优选的变型现在在于：修改Levenberg-Marquardt数值算法，使得根据各个点离待近似的膜的焦点或焦线的距离来对误差纠正进行附加的加权，由此确定了各个点的距离，并且该距离作为加权因子以如下方式被包括在该算法中：即在优化过程中，（在以更近点为代价情况下）更远处的点的位置、不过优选斜度（参见上面）被更为精确地近似。

这是因为从更远处的点反射的、具有不正确斜度的射线比从更靠近焦点或焦线的点反射的、具有相同斜度误差的射线更强烈地散焦。

相应地，在第三步骤中在n+1个球形弯曲的区域的第一配置中的通过弧样条插值给定的误差被关于这些区域离待近似的抛物形状的焦点或焦线的距离加权地最小化，其中距离越远权重越大，从而确定出n+1个球形弯曲的区域的第二配置，该第二配置在这些区域的焦线区域的最小延伸方面更好地近似于待近似的抛物形状。

根据本发明，通过将斜度误差的最小化与随距离增大而权重增大相组合来实现最佳的聚焦。

于是在第三步骤中，根据斜度以及随着离待近似抛物形状的焦点或焦线的距离增加而更强地加权来执行误差的最小化，从而确定出n+1个球形弯曲的区域的第二配置，该第二配置在这些区域的焦线区域的位置和最小延伸方面更好地近似于待近似的抛物形状。

换句话说，根据本发明，本领域技术人员能够借助在特定情况下给定的吸收器管线的位置和聚集器膜的夹紧点的位置计算出用于定义这些区域的n个预定线、与每个区域有关的曲率半径以及然后是不同的运行压力。

图6a示意性示出本发明的另一实施例。其示出压力元件40，该压力元件40的膜装置100包括聚集器膜42，在该聚集器膜42中通过在预定线65,66的位置处的机械连接而直接引入预张力，从而其曲率根据本发明会改变。因此与图4和图5中的实施例不同，在该膜装置100中多个膜42,60,61不再在区域中组合地上下叠置。该图示出配置为第一膜101的第一夹紧装置，该第一膜101在运行时在第一预定线65的位置上连接到聚集器膜42，并且与聚集器膜42一起形成第一压力室84，其优点是小的空间需要（参见对图5的描述）。夹紧膜101和聚集器膜42之间的运行连接可以例如通过焊接来进行。

还示出配置为第二夹紧膜102的第二夹紧装置，该第二夹紧膜102在运行时在第二预定线66的位置上连接到聚集器膜42，并且与第一夹紧膜101一起形成第二压力室88，其优点是小的空间需要（参见对图5的描述）。第二夹紧膜102和聚集器膜42之间的运行连接也可以例如通过焊接来进行。

相比之下，图6b示意性示出膜装置110，其中第一和第二夹紧装置被配置为弹簧装置111和112，并且正如在所有实施例那样又沿着预定线65和66改变在聚集器膜42中对聚集器膜42的曲率有效的线张力。刚性支架104可以通过相对窄的膜带103连接到聚集器膜42，该膜带103被焊接到该聚集器膜42，而该刚性支架104又通过作用在收集器的框或框架106上的单独的弹簧装置105被合适地夹紧。由此，尽管弹簧装置105设置在彼此相隔一定距离处，也可以将均匀的线力在线65,66的位置上引入到聚集器膜42中。

图7用米（m）为单位以真实比例示出根据本发明的具有膜装置的槽式收集器的示例，该膜装置具有4个区域。焦线区域具有坐标x=0, y=4，中心带具有1.0m的总宽度，y轴位于对称线中。

如上所提到的，应当理解根据本发明的膜装置不限于在槽式收集器中使用。上面呈现的实施例也着眼于在大型太阳能发电设备中的使用被描述。但是同样好的是：小型收集器可以适合于安装根据本发明的膜装置；这些小型收集器可以是小的槽式收集器，或者不是槽式收集器而是具有焦点或焦点区域的圆形收集器。这样的收集器可能用于蝶式斯特林***。类似的，具有1m或更小直径的更小型圆形太阳能收集器可以配备根据本发明的膜装置，其中优选只有一个第一其它膜配备这样的比较小的尺寸。图4至图6b可被解释为圆形收集器的横截面图，从这些横截面图中本领域技术人员能够容易地实现用于圆形收集器的根据本发明的膜装置。

Claims

1. 一种太阳能收集器，包括框（47）和聚集器，该聚集器在运行时被张紧在该框中并且配置为压力元件的一部分，该聚集器包括具有聚集器膜（42）的柔性的膜装置（41），该膜装置在运行时在运行压力条件下弯曲，其特征在于，设置有用于沿着至少一个或n个预定线（65,66）改变对该聚集器膜（42）的曲率有效的、在运行期间在所述膜装置（41）中占据主导的线张力的装置，使得由此给定的所述膜装置（41）的区域（70,71,72）被不同地弯曲，曲率即使在这些预定线（65,66）的位置上也连续可微，并且这些不同弯曲的区域（70,71,72）的焦点或焦线区域基本上重合。

2. 根据权利要求1所述的槽式收集器，该槽式收集器的膜装置（41）包括两个关于彼此对称设置的部分，其中用于该膜装置（41）的每一部分的装置包括第一其它膜（60），该第一其它膜（60）按照在运行压力条件下所述聚集器膜（42）的各部分从其外端直到第一预定线（65）那么远地靠在该第一其它膜（60）上的方式被张紧，并且其中该第一其它膜（60）朝着位于聚集器膜（42）的内端下方的第一预定位置被施加预压力。

3. 根据权利要求2所述的槽式收集器，其中用于所述膜装置（41）的每一部分的装置包括第二其它膜（61），该第二其它膜按照在运行压力条件下所述聚集器膜（42）在第二区域（64）中从其外端穿过第一其它膜（60）而直到第二预定线（66）那么远地靠在该第二其它膜（61）上的方式被张紧，并且其中该第二其它膜（61）朝着位于第一其它膜（60）的第一预定位置下方的第二预定位置被施加预压力。

4. 根据权利要求2或3所述的槽式收集器，其中所述聚集器膜（42）的膜区域和/或彼此叠置的其它膜（60,61）至少部分地彼此连接或者配置为整块。

5. 根据权利要求2或3之一或两者的槽式收集器，其中设置有夹紧装置来用于张紧其它膜（60,61）中的至少一个，该夹紧装置根据分配给该夹紧装置的预定线（65,66）抓紧这些膜，并且朝着分配给该夹紧装置的预定位置对所述膜施加预张力。

6. 根据权利要求2所述的槽式收集器，其中所述第一其它膜（60）延伸超过第一预定线（65）并且向内延伸超过第一其它区域（82），以及封闭在聚集器膜（42）与第一其它区域（82）之间的空间按照不漏流体的方式配置为第一压力室（84），并且其中设置有用于维持该第一压力室中的第一运行压力p_I的装置。

7. 根据权利要求3或6所述的槽式收集器，其中所述第二其它膜（61）延伸超过第二预定线（66）并且向内延伸超过第二其它区域（87），以及形成在聚集器膜（42）或第一其它区域（82）与第二其它区域（87）之间的空间按照不漏流体的方式配置为第二压力室（88），其中设置有用于维持该第二压力室中的第二运行压力p_II的装置。

8. 根据权利要求5或6所述的槽式收集器，其中设置有用于第一其它膜（60）的夹紧装置，并且第二其它膜（61）在第二其它区域（87）中向内延伸超过第二负载表面线（66），以及形成在聚集器膜（42）与第二其它区域（87）之间的空间按照不漏流体的方式配置为压力室以维持该压力室中的第二运行压力。

9. 根据权利要求1所述的槽式收集器，该槽式收集器的聚集器膜（42）包括两个关于彼此对称设置的部分，其中用于该聚集器膜（42）的每一部分的装置包括第一夹紧装置，该第一夹紧装置配置为在第一预定线（65）的位置上将第一线夹紧力引入到聚集器膜（42）中，以及其中第一夹紧装置优选包括第一夹紧膜（101），该第一夹紧膜在运行时在第一预定线（65）的位置上连接到聚集器膜（42），以及形成在聚集器膜（42）与第一夹紧膜（101）之间的空间特别优选地按照不漏流体的方式配置为第一压力室，并且设置有用于维持该第一压力室中的第一运行压力p_I的装置。

10. 根据权利要求9所述的槽式收集器，其中用于所述聚集器膜（42）的每一部分的装置包括第二夹紧装置，该第二夹紧装置配置为在第二预定线（66）的位置上将线夹紧力引入到聚集器膜（42）中，以及其中第二夹紧装置优选地包括第二夹紧膜（102），该第二夹紧膜在运行时在第二预定线（66）的位置上连接到聚集器膜（42），以及其中形成在第一夹紧膜（101）与第二夹紧膜（102）之间的空间特别优选地按照不漏流体的方式配置为第二压力室，并且设置有用于维持该第二压力室中的第二运行压力p_II的装置。

11. 根据权利要求1所述的太阳能收集器，包括圆形聚集器膜，其中所述装置包括第一其它膜，该第一其它膜按照在运行压力条件下所述聚集器膜在第一区域中从其外端直到第一预定线那么远地靠在该第一其它膜上的方式被张紧，以及所述第一其它膜朝着位于聚集器膜的内端下方的第一预定位置被施加预张力。

12. 根据权利要求1所述的太阳能收集器，包括圆形聚集器膜，其中所述装置包括第一夹紧装置，该第一夹紧装置配置为在第一预定线的位置上将第一线夹紧力引入到聚集器膜中，以及其中第一夹紧装置优选地包括第一夹紧膜，该第一夹紧膜在运行时在第一预定线的位置上连接到聚集器膜，以及形成在聚集器膜与第一夹紧膜之间的空间特别优选地按照不漏流体的方式配置为第一压力室，并且设置有用于维持该第一压力室中的第一运行压力的另外的装置。

13. 根据权利要求12所述的槽式收集器，其中用于所述聚集器膜的每一部分的装置包括第二夹紧装置，该第二夹紧装置配置为在第二预定线的位置上将线夹紧力引入到聚集器膜中，以及其中第二夹紧装置优选地包括第二夹紧膜，该第二夹紧膜在运行时在第二预定线的位置上连接到聚集器膜，以及其中形成在第一夹紧膜与第二夹紧膜之间的空间特别优选地按照不漏流体的方式配置为第二压力室，并且设置有用于维持该第二压力室中的第二运行压力的另外的装置。

14. 根据权利要求6,7,9或10中任一项所述的槽式收集器，其中所述聚集器膜（42）按照不漏流体的方式穿过压力元件（40），并将压力元件分为用于聚集器压力的上聚集器室（50）和用于补偿压力的下补偿室（80），以及其中聚集器压力p_k高于第一运行压力p_I，该第一运行压力高于第二运行压力p_II，而该第二运行压力就其而言高于补偿压力p_A，其中补偿压力p_A高于外部压力p_ext。

15. 根据权利要求1所述的槽式收集器，包括具有外部绝缘的吸收器管（52）、内部吸收器室以及设置在该外部绝缘中的裂缝开口（52’），该裂缝开口用于让聚集的太阳辐射通过到所述吸收器室中，所述不同弯曲的区域（70,71,72）的焦点或焦线区域位于该裂缝开口（52’）的区域中。

16. 一种用于制造根据权利要求1所述的太阳能收集器的方法，其特征在于，在第一步骤中为了确定聚集器膜（42）在各个区域（70,71,72）中的曲率，从收集器中的该聚集器膜（42）的夹紧点以及热吸收器或吸收器管（52）的位置开始，定义将通过聚集器膜（42）近似的抛物形状，其中该近似应当通过聚集器膜（42）的n+1个、优选3个球形弯曲的区域（70,71,72）来实现，并且为此假定n个预定线（65,66）在该抛物形状上，在第二步骤中通过弧样条插值方法确定该n+1个球形弯曲的区域（70,71,72）的第一配置，在第三步骤中优选使用Levenberg-Marquardt方法，在移动n个预定线（65,66）的情况下针对该n+1个球形弯曲的区域（70,71,72）相对于待近似的抛物形状的高度偏差来最小化在所述n+1个球形弯曲的区域（70,71,72）的第一配置中的通过弧样条插值给定的误差，使得确定出由此获得的n+1个球形弯曲区域（70,71,72）的第二配置，该第二配置是对该待近似的抛物形状的改进的近似。

17. 根据权利要求16所述的方法，其中在第三步骤中，使用Levenberg-Marquardt方法针对n+1个球形弯曲的区域（70,71,72）相对于待近似的抛物形状的斜度来最小化在所述n+1个球形弯曲的区域（70,71,72）的第一配置中的通过弧样条插值给定的误差，使得确定出由此获得的n+1个球形弯曲区域（70,71,72）的第二配置，该第二配置是对该待确定的抛物形状在其焦线区域的位置方面的改进的近似。

18. 根据权利要求16或17所述的方法，其中在第三步骤中，优选使用Levenberg-Marquardt方法步骤针对n+1个球形弯曲的区域（70,71,72）离待近似的抛物形状的焦点或焦线的距离来加权地最小化在该n+1个球形弯曲的区域（70,71,72）的第一配置中的通过弧样条插值给定的误差，其中随着距离的增大权重增加，使得确定出由此获得的n+1个球形弯曲的区域（70,71,72）的第二配置，该第二配置是对该待确定的抛物形状在其焦线区域的最小延伸方面的改进的近似。

19. 根据权利要求17和18所述的方法，其中在第三步骤中，根据斜度并且随着离待近似的抛物形状的焦点或焦线的距离增大而权重更大地来最小化所述误差的最小化，使得确定出n+1个球形弯曲的区域（70,71,72）的第二配置，该第二配置是对该待确定的抛物形状在其焦线区域的位置和最小延伸方面的改进的近似。