CN103292481A - 大型点聚焦方位跟踪太阳能收集装置 - Google Patents

Abstract

一种太阳能收集装置，包括支架，一组光能接收器，一组托架和一组反射镜，在支架上安装一组相互平行，可绕水平轴旋转的托架，每个托架上安装一子组依次排列的聚光反射镜，支架可绕垂直于参考面的轴旋转，所述参考面是水平面，或与水平面成一定夹角的面，所述聚光反射镜是点聚焦反射镜，可以是抛物面反射镜，球面反射镜，椭球面反射镜，菲涅耳反射镜，或球形菲涅耳反射镜，在支架上，还安装一组光能接收器，入射光线经所述聚光反射镜反射后到达所述光能接收器上。与现有技术方案相比，本发明减少了跟踪系统数量和驱动装置数量，使跟踪系统数量降低了近一个数量级，从而降低了系统复杂性，结构设计合理，成本低廉。

Description

大型点聚焦方位跟踪太阳能收集装置

所属技术领域

本发明专利涉及一种太阳能收集装置，尤其是一种跟踪方式得到改进的太阳能收集装置，属于太阳能利用技术领域。

背景技术

随着化石资源的逐渐减少，人们需要大力发展可再生能源。太阳能是取之不尽，用之不竭的可再生能源。由于太阳能密度低，采用聚光可提高太阳能密度，从而提高太阳能利用效率，是太阳能利用的主要方法之一。目前聚光太阳能利用系统，主要包括多个反射镜双向跟踪太阳光的点聚光系统，如塔式太阳能热发电系统；多个反射镜单向跟踪太阳光的线聚光系统，如线性菲涅耳太阳能热发电系统；带单向跟踪装置的反射抛物面线聚焦太阳能利用系统；带双向跟踪装置的碟形抛物面聚焦太阳能利用系统；各种带跟踪装置的折射聚焦太阳能利用系统。

碟式系统包括旋转抛物面反射镜和双向跟踪系统，能跟踪太阳位置变化，使太阳中心光线时刻与光轴平行，能将入射太阳光线聚焦到焦面上很小范围内，余弦因子始终为100％，系统效率是所有太阳能热利用系统中最高的，历来受到重视。但是，由于单个大面积曲面镜面制造难度大，成本高，同时为防风力作用，配置的跟踪装置要求高，这种技术的规模难以增大，目前最大的单个系统是澳大利亚国立大学研制的通过面积为500平米的碟式系统，发电功率仅为50kW，对于一个发电功率为50万千瓦的中型电厂，需要安装10000台这样的碟式系统，从而需要2万个跟踪装置。跟踪装置是一种周期性往复运动的装置，通常无故障工作时间仅有1万个小时，这使得系统维修工作量很大。另一方面，成本也是随规模的增大而下降，通常规模增大10倍，成本约下降一半。单个碟式系统规模难以增大，使其在成本上与其他技术难以匹敌。

发明内容

本发明的目的在于改进现有碟式聚焦系统结构，提出一种增大系统规模，大幅度减少跟踪装置数量的大型聚焦太阳能收集装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种太阳能收集装置，包括支架，一组光能接收器，一组托架和一组反射镜，在支架上安装一组相互平行，可绕水平轴旋转的托架，每个托架上安装一子组依次排列的聚光反射镜，支架可绕垂直于参考面的轴旋转，所述参考面是水平面，或与水平面成一定夹角的面，所述聚光反射镜是点聚焦反射镜，可以是抛物面反射镜，球面反射镜，椭球面反射镜，菲涅耳反射镜，或球形菲涅耳反射镜，在支架上，还安装一组光能接收器，入射光线经所述聚光反射镜反射后到达所述光能接收器上。

改进的第2方案是在上述方案中，在所述支架上，还安装另外一组光能接收器，位于支架中间位置，与所述各子组聚光反射镜平行。

改进的第三方案是在第1和第2方案中，所述光能接收器装置上包括太阳能热能转换装置，装置内部有通道，换热流体经过通道，将热能输出。

改进的第4方案是在第3方案中，在所述通道上安装阀门，通过阀门控制换热流体经过一组光能接收器，同时通过跟踪装置，让反射光线进入该组光能接收器。

改进的第5方案是在第1和第2方案中，所述聚光反射镜由多个球面反射镜拼接组成，所有球面反射镜的顶点都在球面或椭球面上，顶点法线与所述球面或椭球面安装位置上法线重合。

改进的第6方案是在第1和第2方案中，所述光能接收器是空腔接收器，或平板接收器或球形接收器。

改进的第7方案是在第1方案中，在每个所述聚光反射镜焦点上安装一个光能接收器，入射光线反射后到达所述光能接收器上。

改进的第8方案是在第7方案中，所述聚光反射镜由多个球面反射镜拼接组成，所有球面反射镜的顶点都在旋转抛物面上，反射镜顶点法线与旋转抛物面安装位置上法线重合。

改进的第9方案是在第1、第2和第7方案中，在地面上安装一个驱动系统驱动竖直轴转动，在支架上安装一个驱动系统，驱动各水平轴转动，通过机械设计，控制每个轴转动角度，使各反射镜的反射光线进入接收器上。

改进的第10方案是在第1、第2和第7方案中，所述支架上还安装有3个或4个或4个以上个轮子，所述太阳能收集装置还包括一个或一个以上相互平行的安装在地面的弧形或圆形轨道，所述在支架上安装的轮子在轨道上运动。

与现有技术方案相比，本发明减少了跟踪系统数量和驱动装置数量，使跟踪系统数量降低了近一个数量级，从而降低了系统复杂性。本发明专利结构设计合理，成本低廉。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1本发明实施例1的俯视示意图；

图2为本发明实施例1侧视示意图；

图3为本发明实施例2的俯视示意图；

图4为本发明实施例2的侧视示意图；

图中：1和11为支架，2和12为托架，3和13为反射镜，4和14为光能接收器，5为光能接收器，6，7，15和16为驱动装置；8和18为滚轮，9和19为轨道。

具体实施方式

实施例1，如图1和2，一种太阳能聚光利用装置，包括支架1，由5个平行排列的托架组成的一组托架2和一组由5排8列共40个反射镜3组成的反射镜阵列，二组光热接收器4和5，驱动装置6和7，由驱动装置7驱动，支架1可绕垂直于水平面的轴旋转，跟踪太阳方位，在驱动装置6驱动下，托架2绕水平轴旋转运动，反射镜3使用1米*1米通光面积的球面镜组合的椭球面点聚焦反射镜，总通光面积为6米*8米；整个系统通光面积为1920平米。系统安装了2组光能接收器，每组包括2个空腔式光热转换装置，分别是光能接收器4和5，入射光经反射镜聚焦到达光能接收器上，转换为热能，由光能接收器内部流动的介质带走。支架上安装了滚轮8，地面上安装了轨道9，滚轮8在圆形轨道9上运动，实现支架转动，跟踪太阳方位变化(俯视图中，轨道9和支架1是重合的)。

实施例2，如图3和4，一种太阳能聚光利用装置，包括支架11，驱动装置15和16，由5个平行排列的托架组成的一组托架12和一组由5排7列共35个反射镜3组成的反射镜阵列，每个反射镜焦点上安装一个光能接收器14，由驱动装置16驱动，支架11可绕垂直于水平面的轴旋转，跟踪太阳方位，在驱动装置15驱动下，托架12绕水平轴旋转运动，跟踪太阳高度变化。反射镜3使用1米*1米通光面积的球面镜组合的旋转抛物面点聚焦反射镜，总通光面积为6米*8米；整个系统通光面积为1680平米。入射光经反射镜聚焦到达光能接收器上，转换为热能，由光能接收器内部流动的介质带走。支架上安装了滚轮18，地面上安装了轨道19，滚轮18在轨道19上运动，实现支架转动，跟踪太阳方位变化(俯视图中，轨道19和支架11是重合的)。

Claims (10)

1.一种太阳能收集装置，其特征是：包括支架，一组光能接收器，一组托架和一组反射镜，在支架上安装一组相互平行，可绕水平轴旋转的托架，每个托架上安装一子组依次排列的聚光反射镜，支架可绕垂直于参考面的竖直轴旋转，所述参考面是水平面，或与水平面成一定夹角的面，所述聚光反射镜是点聚焦反射镜，可以是抛物面反射镜，球面反射镜，椭球面反射镜，菲涅耳反射镜，或球形菲涅耳反射镜，所述光能接收器安装在支架上，入射光线经所述聚光反射镜反射后到达所述光能接收器上。

2.根据权利要求1所述太阳能收集装置，其特征是：在所述支架上，还安装另外一组光能接收器，位于支架中间位置。

3.根据权利要求1至2所述太阳能收集装置，其特征是：所述光能接收器装置上包括太阳能热能转换装置，装置内部有通道，换热流体经过通道，将热能输出。

4.根据权利要求3所述太阳能收集装置，其特征是：在所述通道上安装阀门，通过阀门控制换热流体经过所述两组光能接收器中一组光能接收器，同时通过跟踪装置，让反射光线进入该组光能接收器。

5.根据权利要求1至2所述太阳能收集装置，其特征是：所述聚光反射镜由多个球面反射镜拼接组成，所有球面反射镜的顶点都在另一个球面或椭球面上，顶点法线与所述另一个球面或椭球面安装位置上法线重合。

6.根据权利要求1至2所述太阳能收集装置，其特征是：所述光能接收器是空腔接收器，或平板接收器或球形接收器。

7.根据权利要求1所述太阳能收集装置，其特征是：每个所述聚光反射镜焦点上安装一个光能接收器，入射光线反射后到达所述光能接收器上。

8.根据权利要求7所述太阳能收集装置，其特征是：所述聚光反射镜由多个球面反射镜拼接组成，所有球面反射镜的顶点都在一个旋转抛物面上，反射镜顶点法线与该旋转抛物面安装位置上法线重合。

9.根据权利要求1至2和7所述太阳能收集装置，其特征是：在地面上安装一个驱动系统驱动所述竖直轴转动，在所述支架上安装一个驱动系统，驱动所述各水平轴转动，通过机械装置控制每个轴转动角度，使所述各反射镜的反射光线进入接收器上。

10.根据权利要求1至2和7所述太阳能收集装置，其特征是：所述支架上还安装有3个或4个或4个以上个轮子，所述太阳能收集装置还包括一个或一个以上相互平行的安装在地面的弧形或圆形轨道，所述在支架上安装的轮子在轨道上运动。

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