相关申请的交叉引用
本申请要求2017年7月21日提交的美国专利no.62/535,784的权益，并且以引用的方式完全并入本申请中。
本发明涉及一个用非成像太阳能集中器收集辐射能的系统的实施。
背景
在固定焦点处产生太阳辐射的高聚焦比对很多应用都非常有用。点集中器比线集中器能产生更高的太阳辐射聚焦比。两个商业上已知的点集中器是太阳能塔系统和抛物面碟面系统。太阳能塔系统依赖于一个双轴追踪反射镜阵列(定日镜)将阳光聚集到一个在塔顶上的中央接收器上。由于入射角修正系数的原因，太阳能塔的缺点是光学太阳能效率低。此外，在塔顶上的中央接收器的位置使其很难维护。另一种选择，抛物面碟面系统由于高达1的入射角修正系数而具有高光学太阳能效率。商业上所知的抛物面碟面系统的缺点是移动焦点以及高风力载荷使碟面直径的尺寸限制在十米左右。此外，接收器升高的位置，在碟面和太阳之间，使其很难触及和维护。
现存的集中器(也称为低焦点集中器)配置成聚焦太阳辐射到一个位于其下方对着太阳的焦点上。包含折射透镜的例子，或者是光滑成像透镜或者是菲涅尔透明透镜。然而，制作大型玻璃或者塑料透镜通常不切实际和/或造价过高。此外，这种透镜的风力载荷限制了其直径小于10米。再大透镜很容易损坏。
美国专利no.6,620,995(“‘995专利”)公开了另一个低焦点集中器的例子配置成将太阳能辐射聚焦到一个位于其下方的焦点，它是参考地面固定的焦点的中心。然而，‘995专利描述了一个集中器其中反射环都具有同样的宽度导致了在焦点上不均匀的太阳能聚焦比。而且，每个反射环的反射面都是凹面的。更进一步，‘995专利没有公开与所公开集中器一起使用的配套追踪装置。
一旦一个集中器产生一个用于太阳辐射的非移动焦点(或区域)，在焦点处产生的热量可以有很多应用。例如，在焦点处产生的热量可以用于加热一个配置成作为金属冶炼厂的熔炉的能量接收器。焦点产生的热量可以用于加热一个可操作的连接一个布雷顿循环燃气轮机的热空气接收器，其可以作为联合循环燃气轮机系统的第一部分。此时，联合循环燃气轮机系统具有本领域技术人员已知的最高的热电效率。此外，一个热解装置，或者其中的一部分，可以放置在集中器的焦点处。用这种方法，热解装置能够用焦点处产生的高温将水分解成氢气和氧气。产生的氢气可以与空气中的co2反应产生多种液态燃料。
本发明公开了一个系统配置成跟踪太阳并且聚焦照射在非成像集中器上的辐射能(即阳光)到一个位于其下方的接收器上。所公开的系统中提供了环状反射元件，每个环状反射元件包含一个具有独特宽度的反射面，配置成均匀的聚集太阳辐射能穿过集中器的焦点(或区域)的整个直径。本发明的非成像集中器可由反光金属，或者其它合适的反光材料制成，并且配置成允许风吹过其中的环状反射元件。同样地，非成像集中器的最大直径不限于10米使其适合商业应用(例如能源生成，金属冶炼，热解等)。
技术实现要素：
提供了用非成像太阳能集中器收集辐射能的系统的实施。在一些实施中，系统可以配置成将照在非成像集中器的多个同轴的，圆锥环状反射元件的辐射能聚焦在置于其下方的接收器上。在一些实施中，系统可以配置成定位非成像集中器，以使阳光通常位于其中。在一些实施中，系统可以配置成旋转和/或转动接收器以便至少其中一部分一直保持在非成像集中器的焦点(或区域)内。用这种方法，非成像集中器能够聚焦来自太阳的辐射能到接收器上。
在一些实施中，用非成像太阳能集中器收集辐射能的系统可以包含一个跟踪装置配置成支撑并且定位非成像集中器以使阳光通常位于其中，并且一个接收器连接一个不可弯曲的管道系统，配置成转移聚集的太阳能到一个吸收系统，在这里能量被最终利用(例如联合循环燃气轮机系统)。在一些实施中，接收器，也被称为能量接收器，可以配置成接收和将辐射能转化成其它可用的能源类型(例如热和/或电)。
在一些实施中，跟踪装置可以包含一个地基支撑结构，一个旋转支撑结构，一个连接轴，以及两个支撑臂。在一些实施中，跟踪装置可以进一步包含一个马达用于转动位于地基支撑结构上的旋转支撑结构。
在一些实施中，两个支撑臂可以可旋转的连接到旋转支撑结构的两个相对侧。在一些实施中，一个马达可以被用于旋转的连接每个支撑臂和旋转支撑结构。用这种方法，马达可以用来绕水平轴旋转跟踪装置的支撑臂。在一些实施中，一个配重可以位于每个支撑臂的第一端并且用来平衡固定在其中第二端上的非成像集中器的重量。
在一些实施中，连接轴在支撑臂的两个马达之间延伸并且可操作的连接到接收器。用这种方法，接收器的旋转与支撑非成像集中器的支撑臂的旋转运动相关联。在一些实施中，连接轴可以配置成定位(例如旋转和/或转动)接收器以便其一直面对非成像集中器的底部。用这种方法，至少接收器的一部分保持在非成像集中器的焦点(或区域)内。
在一些实施中，跟踪装置可以配置成通过旋转支撑结构和调节支撑臂的角度来保持非成像集中器的顶部垂直于阳光。用这种方法，跟踪装置可以用来确保非成像集中器的顶部跟踪和面对太阳的方位角从而通过集中器使来自太阳的太阳辐射集中到接收器上。
在一些实施中，非成像集中器中可以包含多个具有可变宽度的同轴的，锥形环状反射元件，通过用这种方法排列将入射的太阳辐射集中到位于下方的焦点(或区域)。
在一些实施中，每个反射元件的内侧可以是一个反射面。在一些实施中，每个反射元件可以具有一个独特的倾角(β)配置成反射入射的太阳辐射到一个单一的焦点(或区域)。在一些实施中，每个反射元件可以由反光金属或其它合适的反光材料制成。
在一些实施中，所提供的方程式可以单独使用，或者与本文公开的或本领域技术人员所知的其它方程式相结合，来制造一个非成像集中器配置成均匀的聚集太阳辐射到一个具有一个直径(d)的单一的焦点o(或区域)。
在一些实施中，每个环状反射元件的宽度以及与相邻环状反射元件之间的距离需满足如下三个条件：
在一些实施中，第一个条件要求每个环状反射元件放置应使得其不会遮蔽相邻的反射元件的反射面并且之间不会留下使射入阳光穿过的间隙。此外，反射元件位置选取应使得其不会阻挡相邻反射元件的反射的阳光。用这种方法，反射元件可以被最优化配置，在它们的组合区域内，反射所有入射太阳辐射从而在焦点(或区域)产生更高的温度。
在一些实施中，第二个条件要求每个反射元件的倾角(β)的设置使照射到反射面中心的入射阳光被反射到焦点o的中心。
在一些实施中，第三个条件要求每个反射元件的宽度使照射到其内反射面的阳光形成一个聚集阳光的圆圈直径为(d2)与其它反射元件形成的聚集阳光圆圈直径(d1)相同(即d2＝d1＝d)。用这种方法，重叠的聚集阳光形成了具有一个直径(d)的焦点o，比现有技术所设计的焦点更大适合传热。
在一些实施中，接收器可以配置成围绕水平轴转动和围绕垂直轴旋转。用这种方法，当通过至少两个固定输送通道连接一个地基能量吸收系统(例如联合循环燃气轮机系统)时接收器可以保持朝向非成像集中器的底部。在一些实施中，至少两个固定输送通道可以包含管道和转接头的组合。
在一些实施中，系统的管道和转接头(旋转密封4个接头)可以用来在接收器和使用集中太阳能的吸收系统之间传输流体(例如液体和/或气体)。在一些实施中，管道可以是不可弯曲的。在一些实施中，管道和转接头可以配置成运载热的和/或者加压的流体(例如液体或者气体)。
在一些实施中，带有非成像集中器的用于收集辐射能的系统的接收器可以配置成接收来自联合循环燃气轮机系统的压缩空气。在一些实施中，接收器，连同非成像集中器，可以配置成加热从联合循环燃气轮机系统过来的压缩气流。用这种方法，接收器可以用来代替布雷顿循环燃气轮机的燃烧室。
在一些实施中，蓄热系统可以用来结合此文公开的配置成用非成像集中器来收集辐射能的系统。用这种方法，在白天通过非成像集中器产生的热能可以用来在夜间驱动汽轮机。在一些实施中，蓄热系统可以位于配置成用非成像集中器来收集辐射能的系统的下方。
在一些实施中，接收器可以配置成作为用于水的热解设备从而产生氢气和氧气。在这样的实施中，水可以泵入接收器通过非成像集中器集中于此的太阳辐射加热，直到达到将水中氢气和氧气分开所需的温度。
在一些实施中，接收器可以作为金属冶炼厂的熔炉。用这种方法，系统可以配置成作为太阳能动力的冶金厂和/或者铸造厂。
在一些实施中，接收器可以被放置在地面上的斯特林发动机取代。
附图简介
图1显示了一个根据本发明的原则建造的用非成像太阳能集中器收集辐射能的系统。
图2a显示了一个根据本发明的原则建造的非成像太阳能集中器。
图2b显示了图2a中的非成像太阳能集中器的多个巢状的，同轴的，锥形环状反射元件。
图3显示了三个环状反射元件的剖面图，其中阳光被反射到具有一个直径(d)的焦点区域，焦点区域的中心在o处。
图4a显示了连接固定输送通道的管道和转接头的接收器，其中接收器绕a-a轴旋转及绕b-b轴旋转。
图4b显示了图4a的接收器可操作地与连接轴连接。
图5显示了根据本发明的原则用非成像太阳能集中器收集辐射能的系统被用于与一个联合循环燃气轮机系统连接。
图6a显示了用非成像太阳能集中器收集辐射能的系统被用于与一个蓄热系统连接。
图6b显示了图6a中的用非成像太阳能集中器收集辐射能的系统和蓄热系统用于与一个汽轮机连接。
详细说明
图1显示了用非成像太阳能集中器收集辐射能的系统100。在一些实施中，系统100可以配置成聚焦照射在非成像集中器120的多个同轴，锥形环状的反射元件130上的辐射能到位于其下方的接收器140上。在一些实施中，系统100可以配置成定位非成像集中器120使阳光通常位于其中。在一些实施中，系统100可以配置成旋转和/或转动接收器140以便至少其中一部分一直保持在非成像集中器120的焦点(或区域)o内。用这种方法，非成像集中器120能够聚焦来自太阳的辐射能到接收器140上。
如图1所示，在一些实施中，用非成像太阳能集中器收集辐射能的系统100可以包含一个跟踪装置106配置成支撑和定位非成像集中器120以使阳光通常位于其中，并且一个接收器140连接一个管道系统，配置成转移聚集的太阳能到一个吸收系统，在这里能量被最终利用(例如联合循环燃气轮机系统)。在一些实施中，接收器140，也被称为能量接收器，可以配置成接收和将辐射能转化成其它有用的能源类型(例如热和/或电)。
如图1所示，在一些实施中，跟踪装置106可以包含一个地基支撑结构108，一个旋转支撑结构109，一个连接轴110，一个第一支撑臂112a，一个第二支撑臂112b。在一些实施中，旋转支撑结构109的下面可以包含搁置在一个建立在地基支撑结构108顶部的圆形导轨内的机轮111。用这种方法，当置于地基支撑结构108上时，旋转支撑结构109可以绕轴承114旋转。在一些实施中，跟踪装置106可以进一步包含一个用于转动位于地基支撑结构108上的旋转支撑结构109的马达(未图示)。
在一些实施中，跟踪装置106中可以配置两个支撑臂112a，112b支撑非成像集中器120，并且定位其顶部120a全天垂直于阳光(见图1)。
如图1所示，在一些实施中，第一支撑臂112a和第二支撑臂112b(组合成支撑臂112)分别可旋转的连接到旋转支撑结构109的第一侧113a和第二侧113b。在一些实施中，一个马达115可以被用于分别将第一支撑臂112a和第二支撑臂112b旋转的连接到旋转支撑结构109的第一侧113a和第二侧113b(见图1)。用这种方法，马达115可以用来绕a-a轴旋转跟踪装置106的支撑臂112。在一些实施中，一个配重116可以位于每个支撑臂112a，112b的第一端用来平衡固定在第二端上的非成像集中器120的重量。
如图1所示，在一些实施中，连接轴110在支撑臂的两个马达115之间延伸并且可操作的连接到接收器140。用这种方法，接收器140的旋转与支撑非成像集中器120的支撑臂112的旋转运动相关联。在一些实施中，连接轴110可以配置成定位(例如旋转和/或转动)接收器140以便其一直面对非成像集中器120的底部120b。用这种方法，至少接收器140的
如图4b所示，在一些实施中，连接轴110可以包含一个第一固定环118a和一个第二固定环118b配置成固定在系统100的接收器140的外部。用这种方法，接收器140可以可操作的连接到连接轴110。
在一些实施中，跟踪装置106可以配置成通过旋转支撑结构109和调节支撑臂112的角度来保持非成像集中器120的顶部120a垂直于入射的阳光。用这种方法，跟踪装置106可以用来确保非成像集中器120的顶部120a跟踪和面对太阳的方位角从而通过集中器120使来自太阳的太阳辐射集中到接收器140上。
如图2a和2b所示，在一些实施中，非成像集中器120可以包含多个具有可变宽度的同轴的，锥形环状反射元件130于其中，通过用这种方法排列将射入的太阳辐射集中到位于下方的焦点(或区域)o。在一些实施中，非成像集中器120可以进一步包含多个肋拱126在其内缘122和外缘124之间延伸。在一些实施中，在集中器下方的焦点(或区域)o可以安装在相对于其中的反射元件130的中心位置(见图1和图3)。
在一些实施中，非成像集中器120的拱肋126可以配置成固定反射元件130从而保持每个反射元件130之间的距离和倾角(β)(见图3)。
在一些实施中，跟踪装置106的支撑臂112可以固定在非成像集中器120的外缘124。在一些实施中，跟踪装置106的支撑臂112可以使用任何一个本领域普通技术人员所知的适当方法固定在非成像集中器120的外缘124。
如图2b和3所示，在一些实施中，每个反射元件130的内侧131可以是一个反光面。在一些实施中，每个反射元件130可以具有一个独特的倾角(β)配置成反射入射的太阳辐射到一个单一的焦点(或区域)o。在一些实施中，每个反射元件130可以由反光金属或其它反光材料制成。
在一些实施中，下面的方程式可以单独使用，或者与本文公开的其它公式或者本领域技术人员所知的公式相结合，来设计一个非成像集中器120配置成均匀的聚集太阳辐射到一个具有一个直径(d)的单一的焦点o(或区域)。在这部分，假设非成像集中器120的顶部120a通常垂直于阳光，在准确的子午线位置。换句话说，只要入射的阳光132垂直于太阳能集中器120的顶部120a，每个反射元件130(如130a，130b，130c)的倾角(β)保持一致(见图1和2a)。简要的说，只要在使用中通过系统100的跟踪装置106使太阳能集中器120的表面120a保持垂直于阳光，每个反射元件130的配置(如倾角(β))就保持不变。
在一些实施中，第一反射元件130a的宽度应满足如下关系：
l1＝d1sin(2β1-π/2)/cos(β1)
其中：
l1＝第一反射元件的宽度130a；
β1＝第一反射元件130a的反射面131相对于入射阳光132的倾角；以及
d1＝从第一反射元件130a的反射面131的顶部，中部和底部反射的聚集阳光(即132，134，136)在非成像集中器120的焦点o处的直径。
如图3所示，在一些实施中，倾角β1可以设置成使第一反射元件130a反射照射到反射面131中心的入射阳光136到焦点o的中心。焦点o的中心位置与第一反射元件130a的反射面131的中心的垂直距离为f1水平距离为r1。
在一些实施中，如图3所示，第一反射元件130a倾角β1可以设置成满足如下关系：
β1＝arctan(f1/r1)/2 π/2
如图2b和3所示，在一些实施中，第二反射元件130b位于第一环状反射元件130a的内部。在一些实施中，第二反射元件130b的宽度l2以及与第一反射元件130a的距离需要满足如下三个条件：
在一些实施中，第一个条件要求第二反射元件130b的放置应使得其不会遮蔽第一反射元件130a的反射面131并且在两个反射元件130a，130b之间不会留下使入射阳光穿过的间隙(见图3)。用这种方法，两个反射元件130a，130b可以被最优化配置，使得在它们的组合区域内，反射所有入射太阳辐射(例如132，134和136)。
在一些实施中，第二个条件要求第二反射元件130b反射元件的倾角(β2)的设置使照射到其内反射面131中心的入射阳光被反射到焦点o的中心(见图3)。
在一些实施中，第三个条件要求第二反射元件130b的宽度l2使照射到其内反射面131的阳光形成一个直径为(d2)的聚集阳光的圆圈，与其它反射元件形成的聚集阳光圆圈直径(d1)相同(即d2＝d1＝d)。用这种方法，相比之前的技术设计重叠的聚集阳光形成了具有一个更大直径(d)的焦点o，适合传热。
在一些实施中，第二反射元件130b的宽度应满足如下条件：
l2＝d2sin(2β2-π/2)/cos(β2)
其中：
l2＝第二反射元件130b的宽度
β2＝第二反射元件130b的反射面131相对于入射阳光的倾角；以及
d2＝从第一反射元件130b的反射面131的顶部，中部和底部反射的聚集阳光在非成像集中器120的焦点o处的直径。
如图3所示，在一些实施中，倾角β2可以设置成使第一反射元件130b反射照射到反射面131中心的阳光到焦点o的中心。焦点o的中心位置与第一反射元件130b的反射面131的中心有一个垂直距离和一个水平距离。在一些实施中，第二反射元件的倾角β2可以使用与用于设置第一反射元件130a的倾角β1相同，相似的方程式来选择。
如图2b和3所示，在一些实施中，第三环状反射元件130c位于第二环状反射元件130b的内部。在一些实施中，第三反射元件130c的宽度l3以及与第一反射元件130a的距离需要满足上文提出的与第二反射元件130b有关的三个条件。同样地，第三反射元件130c，以及随后的反射元件130，应该具有满足如下关系的宽度：
li＝disin(2βi-π/2)/cos(βi)
其中
li＝第三，或者随后的，反射元件130的宽度；
βi＝第三，或者随后的，反射元件130(例如130c)的反射面131相对于入射阳光的倾角；以及
di＝从第三，或者随后的，反射元件130的反射面131的顶部，中部和底部反射的聚集阳光在非成像集中器120的焦点o处的直径。在一些实施中，di＝d2＝d1＝d(见图3)。
在使用上文提供的方程式设定每个环状反射元件130的宽度和/或其中每个反射面131的倾角之前，在一些实施中，可以确定焦点(或区域)o的直径(d)。
如图3所示，在一些实施中，非成像集中器120的每个环状反射元件130可以具有与其它反射元件130不同的宽度。在一些实施中，从最外层的环状反射元件开始，环状反射元件130的宽度可以是递增的。
在一些实施中，如本领域的技术人员所理解的，上文提供的方程可以用于以任何合适的方式配置包含多个配置成均匀聚集辐射能到单一焦点的环状反射元件130的非成像集中器120。
本文公开的非成像集中器的一个优点，相比于之前的技术，是风可以穿过环状反射元件130。用这种方法，减少了作为一个整体的非成像集中器120和系统100的风荷载。因此，使用环状反射元件130的非成像集中器120可以建造的相比于实心聚焦透镜或抛物面碟面具有更大的直径。用这种方法，非成像集中器120可以配置成产生一个比其它太阳能集中设备(例如点集中器)具有更高温度的以o为中心的焦点区域。
如图1所示，在一些实施中，至少接收器140的一部与非成像集中器120的焦点o位置重叠。
如图1，4a和4b所示，在一些实施中，接收器140可以配置成绕a-a轴转动及按b-b轴旋转。用这种方法，当由两个固定的输送通道连接一个地基能量吸收系统(例如联合循环燃气轮机系统500)时接收器140可以保持面向集中器120的底部。在一些实施中，至少两个输送通道可以包含管道144和转接头142的组合(将在下文详细讨论)。
如图4a和4b所示，在一些实施中，系统100可以进一步包含4个管道144和4个转接头142(旋转密封接头)可以用于传输流体(例如液体和/或气体)进出连接的接收器140。在一些实施中，管道144可以是非弯曲的。在一些实施中，管道144和转接头142可以配置成运送热的和/或加压流体。
如图4a所示，在一些实施中，第一管道144a的第一端可以通过第一转接头142a连接接收器140的第一侧并且第二管道144b的第一侧可以通过第二转接头142b连接接收器140的第二侧。在一些实施中，如图4a所示第一转接头142a和第二转接头142b可以同轴对齐从而允许接收器140绕a-a轴旋转。用这种方法，当集中器120跟随太阳的倾角时，接收器140可通过连接轴110的转动来保持面向其底部120b(见图1和4b)。
如图4a所示，在一些实施中，第一管道144a的第二端可以通过第三转接头142c连接第三管道144c的第一端并且第二管道144b的第二端可以通过第四转接头142d连接第四管道144d的第一端。在一些实施中，如图4a所示第三转接头142c和第四转接头142d可以同轴对齐从而允许接收器140绕b-b轴旋转。用这种方法，当支撑结构109旋转以便集中器120跟随太阳的方位角时，连接轴110能绕b-b轴旋转连接固定输送通道(如管道144c，144d)的接收器140而同时保持它面向集中器120的底部120b。
如图4b所示，在一些实施中，第一和第二转接头142a，142b可以与跟踪装置106的连接轴110同轴对齐。
如图4b所示，在一些实施中，接收器140的重量主要由跟踪器106的连接轴110承载。在一些实施中，管道144和/或转接头142不支撑或支撑一小部分接收器140的重量。
使用第一和第二管道144a，144b和连接头142连接接收器140和固定输送通道(即管道144c，144d)的一个优点是能够不使用柔性管道系统运输热的和/或加压流体进出接收器140到一个地基能量吸收系统(见图5，6a和6b)。
如图5中所示，在一些实施中，用非成像太阳能集中器100收集辐射能的系统的接收器140可以配置成接收源自包括一个压缩机562的联合循环燃气轮机系统500的压缩空气。在一些实施中，接收器140可以配置成加热流入其中的来自联合循环燃气轮机系统500的压缩空气。用这种方法，接收器140可以用来取代布雷顿循环燃气轮机的燃烧室。在一些实施中，非成像集中器120反射和集中的太阳能辐射可以用来加热接收器140和其中包含的空气。在一些实施中，加热的和/或压缩的空气从接收器140传送(或流动)到图5中显示的燃气轮机560的入口。
作为第一阶段，在一些实施中，从接收器140流出的加热的和/或压缩的空气可使燃气轮机560转动发电机564从而发电。
作为第二阶段，在一些实施中，来自燃气轮机560的废气可被吹过一个热交换器566来产生蒸汽。在一些实施中，这些蒸汽可作为汽轮机系统570的一部分用于发电。
通常，配置成作为热空气接收器的接收器140在将太阳能转化成热能时效率很高从而使系统100，500的结合在将太阳辐射转化到电能时有很高的效率。
如图6a和6b所示，在一些实施中，蓄热系统600可以用来连接配置成使用太阳能集中器收集辐射能的系统(如系统100)。用这种方法，集中器日间(例如非成像集中器120)产生的热能可被用于驱动一个汽轮机672(见图6b)。在一些实施中，蓄热系统600可被放置在配置成使用太阳能收集器收集辐射能的系统(例如系统100)的下方与其一起使用(见图6a)。
如图6a所示，在一些实施中，蓄热系统600可以包含一个具有一个高热质的绝缘容器602配置成包括一个沸石，玄武岩，和/或其它能在700℃或者更高时保持固态的具有高热质的固体材料。在一些实施中，第一固定运输通道(例如管道644c)和第二固定运输通道(例如管道644d)可分别用于运输热空气和冷空气进出热空气接收器640，其可以是一个简单的球形接收器。
如图6a所示，在日间，在一些实施中，当阀h1，c1，和c2打开时h2，c3和c4关闭。在一些实施中，一个空气压缩机603从绝缘容器602中抽出冷空气并且推入接收器640在其中加热并且同时从加热器640抽出加热的空气进入绝缘容器602来加热其中的固体材料和储存热能。在一些实施中，只要集中器120能聚焦太阳辐射到接收器640上，这个过程可以持续一整天。
图6b显示了绝缘容器602内包含的固体材料604储存的热能是如何用于驱动汽轮机系统(例如570和/或670)的汽轮机672。
如图6a所示，在夜间，在一些实施中，当阀h2，c3和c4打开时h1，c1，和c2关闭。在一些实施中，空气压缩机603从绝缘容器602抽出热空气通过热交换器667来产生蒸汽。在一些实施中，热交换器667产生的蒸汽可用于驱动与之可操作连接的汽轮机672。在一些实施中，一旦加热后的空气通过热交换器667，通过打开阀c3抽取并且通过打开阀c4输送到绝缘容器602(见图6b)。用这种方法，系统600内的空气可被重新加热并且产生蒸汽的过程会一直持续到绝缘容器602内部收集的热量不足和/或一天开始。
在一些实施中，接收器140可被作为用于水的热解设备从而产生氢气和氧气。在这样的实施中，水可被泵入接收器140被非成像集中器120集中的太阳辐射加热到从水中分离氢气和氧气所需的温度。引起水的热分解所需的温度超过800℃，如果接收器114至少有一部分位于集中器的焦点区域o内，很容易达到这个温度。
在一些实施中，接收器140可被配置成作为冶金厂的熔炉。用这种方法，系统100可被配置成作为太阳能驱动的冶金厂和/或铸造厂。在这样的实施中，铁矿石可通过传送带进入接收器140而液态金属可通过适当配置的导管排出。
在一些实施中，接收器140可以作为位于地面上的斯特林发动机的一部分。用这种方法，其使用的斯特林发动机可以比与抛物面碟面一起使用的大很多。这是因为抛物面碟面的风力载荷限制了其尺寸从而限制了其能驱动斯特林发动机的尺寸。在一些实施中，斯特林发动机用来作为系统100的一部分可以水冷从而增加其输出效率。
在本说明书中提及“一个实施例”或“实施”或具有类似含义的词语表示在本发明的至少一个实施例中包括特定描述的特点、结构或特征。因此，在本说明书中的短语“在一些实施中”或具有类似含义的短语不一定指同一实施例。
本文所述发明的许多修改和其它实施例将被本领域的技术人员想到，这些发明属于从上述说明和相关附图的指导中获益。
描述的特点、结构或特征可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。在上述描述中提供了许多具体细节用于深入了解发明的实施例。然而相关领域的技术人员将会意识到没有一个或多个具体细节，或者使用其它方法，部件，材料等等本发明的实施例也能够实现。在其它情况下，众所周知的结构，材料，或操作可能不会详细图示或描述。
虽然在附图中以特定的顺序描述操作，但不应理解为以图中显示的特定的顺序，或者以先后顺序执行操作，或者执行图示中所有所实行的操作，是为达到理想结果所必须的。
1.一个用于收集辐射能的系统包含：
一个非成像太阳能集中器，太阳能集中器包含多个巢状的，同轴的，锥形环状反射元件排列成均匀聚集入射太阳辐射到一个单一的焦点，每个环状反射元件具有一个倾角，一个宽度，以及其内侧上包含一个反射面；
一个接收器配置成被太阳能集中器聚焦到其上的辐射能加热，接收器的配置使得至少其中一部分的位置始终与集中器的焦点重叠；并且
一个跟踪装置配置成支撑并且定位太阳能集中器使其顶部垂直于太阳。
其中，每个环状反射元件的位置使其不会遮蔽相邻的环状反射元件的反射面并且之间不会留下间隙。
其中每个环状反射元件的倾角的设置使照射到反射面中心的入射阳光被反射到一个单一焦点的中心；并且
其中每个环状反射元件的宽度使照射到反射面的阳光形成一个具有一个直径的聚集阳光的圆圈，多个环状反射元件形成了具有相同直径的聚集阳光的重叠圆圈。
2.权利要求1的用于收集辐射能的系统，进一步包含两个输送通道配置成在接收器和相连的使用太阳能集中器聚焦到接收器上的辐射能产生的热能的吸收系统之间转移流体。
3.权利要求1的用于收集辐射能的系统，其中接收器配置成绕水平轴转动和绕垂直轴旋转。
4.权利要求3的用于收集辐射能的系统，进一步包含4个不可弯曲的管道和4个转接头配置成转移流体进出接收器，其中第一管道的第一端通过第一转接头连接接收器的第一侧然后第二管道的第一端通过第二转接头连接接收器的第二侧，第一转接头和第二转接头同轴对齐从而使得接收器可绕水平轴旋转。
5.权利要求4的用于收集辐射能的系统，其中第一管道的第二端可通过第三转接头连接第三管道的第一端然后第二管道的第二端可通过第四转接头连接第四管道的第一端，第三转接头和第四转接头同轴对齐从而使得接收器可绕垂直轴转动。
6.权利要求1的用于收集辐射能的系统，其中跟踪装置包含一个连接轴和两个支撑臂，连接轴可操作的连接接收器然后两个支撑臂配置成支撑太阳能集中器于其间；其中接收器绕水平轴的旋转运动与跟踪装置的连接轴和两个支撑臂的旋转运动相关联。
7.权利要求6的用于收集辐射能的系统，其中连接轴包括第一固定环和第二固定环，每个固定环配置成固定在接收器的外部。
8.权利要求6的用于收集辐射能的系统，其中跟踪装置进一步包含一个地基支撑装置和一个旋转支撑装置，旋转支撑结构配置成在地基支撑结构的顶部转动从而转动在两个支撑臂之间支撑的太阳能集中器。
9.权利要求1的用于收集辐射能的系统，其中跟踪装置包含一个地基支撑装置和一个旋转支撑装置，旋转支撑结构配置成在地基支撑结构的顶部转动从而转动由跟踪装置支撑的太阳能集中器。
10.权利要求1的用于收集辐射能的系统，其中非成像集中器进一步包含多个在其内缘和外缘之间延伸的拱肋，多个拱肋配置成固定多个环状反射元件从而保持每个环状反射元件之间的距离和倾角。
11.权利要求1的用于收集辐射能的系统，其中接收器配置成加热来自联合循环燃气轮机系统的空气，加热的空气被联合循环燃气轮机系统用于发电。
12.权利要求1的用于收集辐射能的系统，进一步包含一个蓄热系统，蓄热系统配置成储存由太阳能集中器聚焦到吸收器上的辐射能所产生的热能。
13.权利要求12的用于收集辐射能的系统，其中蓄热系统储存的热能被用来驱动一个与之可操作地连接的汽轮机。
14.权利要求1的用于收集辐射能的系统，其中接收器被配置成作为一个用于水的热解设备并且能够用来从水中产生氢气和氧气。
15.权利要求1的用于收集辐射能的系统，其中接收器被配置成作为金属冶炼厂的熔炉。
16.权利要求1的用于收集辐射能的系统，其中接收器作为置于地面上的斯特林发动机的一部分。
17.权利要求1的用于收集辐射能的系统，其中第一环状反射元件的宽度满足如下关系：
l1＝d1sin(2β1-π/2)/cos(β1)，其中：
l1＝第一环状反射元件的宽度；
β1＝第一环状反射元件的反射面的倾角；以及
d1＝第一反射元件的反射面反射的聚集阳光在太阳能集中器焦点处的直径；
其中第一反射元件的倾角满足如下关系：
β1＝arctan(f1/r1)/2 90，其中，
f1＝焦点的中心与第一环状反射元件的反射面的中心之间的垂直距离；
r1＝焦点的中心与第一环状反射元件的反射面的中心之间的水平距离；以及
其中焦点的直径等于第一环状反射元件反射的聚集阳光的直径d1。
18.一个非成像太阳能集中器包含:
多个巢状的，同轴的，锥形环状反射元件排列成均匀聚集入射太阳辐射到一个单一的焦点，每个环状反射元件具有一个倾角，一个宽度，以及其内侧上包含一个反射面；
其中，当太阳能集中器的顶部垂直于太阳时，每个环状反射元件的位置使其不会遮蔽相邻的环状反射元件的反射面并且之间不会留下间隙。
其中每个环状反射元件的倾角的设置使照射到反射面中心的入射阳光被反射到一个单一焦点的中心；
其中每个环状反射元件的宽度使照射到反射面的阳光形成一个具有一个直径的聚集阳光的圆圈，多个环状反射元件形成了具有相同直径的聚集阳光的重叠圆圈。
19.权利要求18的非成像太阳能集中器，其中第一环状反射元件的宽度满足如下关系：
l1＝d1sin(2β1-π/2)/cos(β1)，其中：
l1＝第一环状反射元件的宽度；
β1＝第一环状反射元件的反射面的倾角；
d1＝第一反射元件的反射面反射的聚集阳光在太阳能集中器焦点处的直径；以及
其中第一反射元件的倾角满足如下关系：
β1＝arctan(f1/r1)/2 90，其中：
f1＝焦点的中心与第一环状反射元件的反射面的中心之间的垂直距离；
r1＝焦点的中心与第一环状反射元件的反射面的中心之间的水平距离；以及
其中焦点的直径等于第一环状反射元件反射的聚集阳光的直径d1。
20.权利要求18的非成像太阳能集中器，进一步包含多个在非成像太阳能集中器内缘和外缘之间延伸的拱肋，多个拱肋配置成固定多个环状反射元件从而保持每个环状反射元件之间的距离和倾角。
技术总结