CN102042184A

CN102042184A - 太阳能光汇聚系统

Info

Publication number: CN102042184A
Application number: CN2009102072107A
Authority: CN
Inventors: 蔡学庆
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-10-12
Filing date: 2009-10-12
Publication date: 2011-05-04

Abstract

本发明涉及一种太阳能光汇聚系统，它设置两次光汇聚，抛物线反射碟将入射的太阳光汇聚到位于反射碟焦点下方的抛物线凸面反射镜上，形成一次汇聚，抛物线凸面反射镜将汇聚光再次反射到位于反射碟顶点处的光接收装置表面，形成二次汇聚。其特点是：克服了已有技术中将光接收装置或发电设备设置在抛物碟焦点位置带来的问题，采用将光接收装置设置在反射碟的顶点处，实现光接收装置与转动的反射碟互相分离，分体独立的结构，使得系统的结构简单，投资成本低，反射碟重量减轻，运行耗能低，重心降低，抗风能力增强，便于维护。设计两次光汇聚，提高了聚光比，汇聚到顶点处的光斑温度高达上千度。安置在顶点处的光接收装置不位移，所有和光接收装置相连的管路不用移动，使光接收装置可以承载高温高压，减少热量损失，提高光热转换率，实现了高效率光热转换。

Description

太阳能光汇聚系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能接收设备，特别是太阳能光汇聚系统。

背景技术

光热发电是利用集热器将太阳辐射能转换成热能并通过热力循环过程进行发电，目前，光热发电技术大致有三类：槽式线聚焦系统、塔式系统和碟式系统。槽式线聚焦系统是利用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状的接收器上，并将管内传热工质加热，在换热器内产生蒸汽，推动常规汽轮机发电。塔式太阳能热发电系统的基本型式是利用一组独立跟踪太阳的定日镜，将阳光聚集到一个固定在塔顶部的接收器上，用以产生高温。碟式系统即抛物面反射镜/斯特林系统是由许多镜子形成的抛物面反射镜组成，接收器在抛物面的焦点上，接收器内的传热工质被加热到750℃左右，驱动发电机进行发电，如中国发明专利公开了一种申请号为200710043608.2，名称为球面反射镜组合式聚光发电装置，它是通过多个球面反射镜构成的聚光器接收太阳光，然后将每个反射镜上汇聚的光斑反射到设置在焦点处的接收器上，以此提高聚光倍数。

上述太阳能光热发电系统存在的不足是：槽式线聚焦系统的技术关键是槽式线聚焦太阳能真空集热管，国内的真空集热管还处于试验阶段。槽式线聚焦聚光比低，能量在集中过程中依赖管道和泵，管道系统接触空气面积大，热量及阻力损失均较大，降低了系统的净输出功率和效率。塔式系统的建设投资大，用软件和大型机计算来定位反射镜的控制系统，运行功耗大，并且光热转换效率低。碟式系统虽然光学效率高，可达29％，但因接收器(一般为发电机)都设置碟的焦点处，重心高，抗风力差；在碟体追踪太阳运转时，接收器随着移动，与其相连的管路也随之移动，驱动力大；软管、活结等部件长期在高温高压环境下使用，使用寿命短，维护工作量大；系统庞大，投资成本高，维护难度大。

发明内容

本方法的目的在于提供一种聚光比高，光散失少，接收器与碟体分离的太阳能光汇聚系统。

本发明的技术方案是：一种太阳能光汇聚系统，包括抛物线反射碟、抛物线凸面反射镜、光接收装置、太阳光自动跟踪装置，其特征在于设置两次光汇聚，在抛物线反射碟的顶点处接收利用。抛物线反射碟将入射的太阳光汇聚到位于抛物线反射碟焦点前的抛物线凸面反射镜上，形成一次汇聚，抛物线凸面反射镜将汇聚光再次反射到位于抛物线反射碟顶点处的光接收装置上，形成二次汇聚。

所述的抛物线凸面反射镜的焦点高于抛物线反射碟的焦点，在抛物线凸面反射镜上再次反射形成二次汇聚的反射光线。

抛物线反射碟与光接收装置之间为相互不联动的分体结构。

太阳光自动跟踪装置包括支柱旋转机构和仰角调整机构，仰角调整机构的转向轴和抛物线反射碟的顶点在一条直线上。

光接收装置的光接收面略大于二次汇聚光斑的面积。

本发明提供的太阳能光汇聚系统，通过抛物线反射碟把直射的太阳光汇聚到小面积的抛物线凸面镜上，实现一次光汇聚。再由抛物线凸面镜将汇聚的太阳光再次反射到抛物线反射碟顶点处形成光斑，实现二次汇聚。光接收装置得到高温光线可以直接利用，由光接收装置实现热能到电能的转化，也可以将多个光汇聚系统的光进行再次汇聚，集中到热转换设备上。理论上抛物线凸面反射镜与抛物线反射碟的焦点重合，就会得到平直的反射光线，但在实际生产和安装以及设备跟踪太阳运转过程中会存在误差，很难得到平直的二次反射光线，所以本发明将抛物线凸面反射镜向上移动，使抛物线凸面反射镜的焦点高于抛物线反射碟的焦点，得到二次汇聚的反射光线，提高了聚光比，减少光散失。同时，通过调整抛物线凸面反射镜与抛物线反射碟焦点的距离来确定二次汇聚的光斑大小。光接收装置的光接收面略大于光斑的面积，可收集偏离的部分反射光线，消除反射和跟踪太阳运转产生的误差，系统聚光倍数可达400倍以上。

本发明的特点是：克服了已有技术中将光接收装置安置在抛物碟焦点位置带来的问题，采用将光接收装置安置在抛物线反射碟的顶点处，实现光接收装置与转动的抛物线反射碟互相分离，分体独立的结构，使得系统的结构简单，投资成本低，抛物线反射碟重量减轻，运行耗能低，重心降低，抗风能力增强，便于维护。设计两次光汇聚，提高了聚光比，汇聚到顶点处的光斑温度高达上千度。安置在顶点处的光接收装置不位移，所有和光接收装置相连的管路不用移动，使光接收装置可以承载高温高压，减少热量损失，提高光热转换率，实现了高效率光热转换。独立的光接收装置易于优化设计，可以最大限度减少热量损失。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方案下面结合附图对本发明作进一步说明：

在图1中，太阳能光汇聚系统主要由抛物线反射碟1、抛物线凸面反射镜2、光接收装置3、太阳光自动跟踪装置组成，在抛物线反射碟的焦点下方设置有与其连为一体的抛物线凸面反射镜，抛物线凸面反射镜的焦点高于抛物线反射碟的焦点，光接收装置设置在抛物线反射碟的顶点开口处，光接收装置与碟体为分体结构，固定设置在立柱4上，这样，碟体在太阳光自动跟踪装置的驱动下跟踪太阳运动，光接收装置始终处在顶点处不动。通过在抛物线反射碟的焦点下方设置抛物线凸面反射镜，在抛物线反射碟的顶点处设置光接收装置，实现了两次光汇聚。为了保证抛物线凸面反射镜反射光线汇聚在光接收装置的光接收面上，通过调整抛物线凸面反射镜焦点与抛物线反射碟焦点的距离，形成光汇聚，同时在设计上光接收面的面积应大于二次反射形成的光斑的面积。

本实施例中抛物线反射碟的碟体表面和抛物线凸面反射镜面采用反射率高的镀铝反射镜面。太阳光自动跟踪装置控制碟体随太阳运行轨迹运动，它包括由电脑控制的支柱旋转机构5、6和仰角调整机构组成，仰角调整机构的转向轴7和抛物线反射碟的顶点在一条直线上，碟体仰角变化时，二次汇聚的光斑始终投射在顶点处。

光接收装置可以为热采集器或光传输器，光传输器可使用光导管，通过光导管将多个太阳能光汇聚系统汇聚的光线在再次集中汇聚。上述装置的其它结构均为现有技术，可以有多种实施方式，因此不再赘述。

Claims

1.一种太阳能光汇聚系统，包括抛物线反射碟、抛物线凸面反射镜、光接收装置、太阳光自动跟踪装置，其特征在于设置两次光汇聚，在抛物线反射碟的顶点处接收利用，抛物线反射碟将入射的太阳光汇聚到反射碟焦点下方的抛物线凸面反射镜上，形成一次汇聚，抛物线凸面反射镜将汇聚光反射到位于抛物线反射碟顶点处的光接收装置表面，形成二次汇聚。

2.根据权利要求1所述的太阳能光汇聚系统，其特征在于所述的抛物线凸面反射镜的焦点高于抛物线反射碟的焦点，在抛物线凸面反射镜上再次反射形成二次汇聚的反射光线。

3.根据权利要求1所述的太阳能光汇聚系统，其特征在于光接收装置设置在抛物线反射碟顶点处。

4.根据权利要求1所述的太阳能光汇聚系统，其特征在于抛物线反射碟与光接收装置之间为相互不联动的分体结构。

5.根据权利要求1所述的太阳能光汇聚系统，其特征在于太阳光自动跟踪装置包括支柱旋转机构和仰角调整机构，仰角调整机构的转向轴和抛物线碟形反射装置的顶点在一条直线上。

6.根据权利要求1所述的太阳能光汇聚系统，其特征在于光接收装置的光接收面略大于二次汇聚光斑的面积。