CN101943793B - 采用平板式聚光镜的太阳能集热系统 - Google Patents

采用平板式聚光镜的太阳能集热系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种平板式聚光镜及太阳能集热系统，所述聚光镜由若干个条状结构的凸透镜组成，凸透镜焦点处于同一直线；采用平板式聚光镜的太阳能集热系统包括支架、平板式聚光镜、真空镀膜玻璃管、摆动架、空心轴套、传导齿轮、光源跟踪器和驱动电机，聚光镜安装在摆动架上，玻璃管设于聚光镜下方且中心与聚光镜的焦点重合；摆动架连接空心轴套，空心轴套套接于玻璃管两端且设于支架上方，传导齿轮与空心轴套啮合，驱动电机与传导齿轮连接，光源跟踪器通过控制装置连接驱动电机。本发明利用光源跟踪器对于太阳光方向的跟踪及平板式聚光镜对于太阳光的高吸收率大幅提高了对于太阳能的利用率，且结构新颖，成本低，效率高，可扩展性强。

Description

采用平板式聚光镜的太阳能集热系统
技术领域
本发明涉及涉及太阳能利用领域，特别涉及一种能高效利用光能的聚光镜及一种高效收集太阳能的应用系统。 
背景技术
太阳能是一种清洁的能源，太阳能源的利用包括太阳能的光热及光电利用。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。光热里面目前发展最迅速，最成熟的就是太阳能热水器，即太阳光直接照射在真空管热水器，夏天只能产生八、九十度的热水，冬天只能产生四、五十度的热水，这样的水温除了家庭淋浴外，很难找到其他应用。根据联合国统计：240度以下的用热占人类能源消耗总量的50％，而且主要集中在100度以上。因此，要想为太阳能的光热应用找到广阔的市场，就必须提高太阳能的出水温度，实现太阳能的中高温集热。 
要想获得太阳能中高温热能，一般采用凹镜和凸透镜两种聚光方式，而凸透镜在光源的利用率和聚光度要比凹镜高，但传统的凸透镜存在体积大、笨重和制作成本较高等缺陷，为此提供了一种平板式聚光镜。 
另外，对太阳能的各种利用方法相继而出，从能量转化形式上主 要有光能转成热能和光能转换成电能。 
光能转换成电能的过程通常被称为光伏转换，该技术目前广泛应用于太阳能电池组件的制作。本世纪初我国天津津能公司、泰国曼谷太阳公司(BangKok Solar Corp)和泰国光伏公司(Thai Photovoltaic Ltd)分别引进美国EPV技术生产线，用于生产非晶硅沉积太阳能电池。该电池广泛应用于计算器、钟表、收音机照明灯、通讯中转站、航标、海上养殖、边远地区供电、供水及浇灌、集中式并网发电及航天供电等领域。 
光能转换成热能的方式较多，目前主要采用的是能量转换材料，比如一种陶瓷材料，来实现光能转换成热能，同时其热能通过液体介质吸收并储存，并利用真空管技术提高太阳能的吸收率。 
上述两种太阳能利用方式无法完全接受到太阳光，故利用率并不是很高，无法真正满足现时对于太阳能利用的实际需求。 
发明内容
本发明解决的技术问题是，由于现有技术的局限性，而导致的传统凸透镜存在体积过大、笨重且制作成本较高，不利于工业应用，太阳能装置无法完全接受太阳能并使其转化为其他形式的能量，太阳能利用率低，可扩展性较弱的问题，进而提供了一种优化结构的平板式聚光镜及太阳能集热系统。 
本发明所采用的技术方案是，一种平板式聚光镜，所述聚光镜由若干个条状结构的凸透镜组成，各凸透镜的焦点处于同一直线上。 
优选地，所述平板式聚光镜总体上为平板结构，所述聚光镜包括 中心凸透镜和侧凸透镜，所述侧凸透镜由若干个呈等高同心且沿中心凸透镜中心对称的条状凸透镜组成，中心凸透镜与侧凸透镜的出射面处于同一平面上，中心凸透镜与侧凸透镜的入射面的最高点处于同一平面上，中心凸透镜与各侧凸透镜的焦点处于同一直线上。 
优选地，所述侧凸透镜中，条状凸透镜的分布密度自中心凸透镜中心向外逐渐增大。 
一种采用上述平板式聚光镜的太阳能集热系统，包括集热装置和支架，所述集热装置包括聚光镜，所述集热装置还包括真空镀膜玻璃管和摆动架，上述聚光镜为平板式聚光镜，平板式聚光镜的焦点处于一直线上，平板式聚光镜固定安装在摆动架上，所述真空镀膜玻璃管设于平板式聚光镜下方且平板式聚光镜的焦点与真空镀膜玻璃管中心重合；所述太阳能集热系统还包括光源跟踪装置，上述光源跟踪装置包括空心轴套、传导齿轮、光源跟踪器和驱动电机，摆动架连接空心轴套，所述空心轴套套接于真空镀膜玻璃管两端且设于支架上方，所述传导齿轮与空心轴套啮合，所述驱动电机与传导齿轮连接，所述光源跟踪器通过控制装置连接驱动电机。 
优选地，所述平板式聚光镜的焦点与真空镀膜玻璃管的内管外壁中心重合。 
优选地，所述光源跟踪装置还包括光源跟踪器支架，所述光源跟踪器设于光源跟踪器支架上。 
优选地，所述集热装置中平板式聚光镜和真空镀膜玻璃管成组设置。 
优选地，所述太阳能集热系统还包括储能罐和热交换器，所述真空镀膜玻璃管与储能罐连接，所述储能罐与热交换器连接。 
本发明提供了一种全新的平板式聚光镜，聚光度可达原有聚光度的几百倍，可产生300～800℃的高温，不仅能够大面积接受太阳光，且重量轻，安全性能高，耐候性能好，安装方便，便于成批生产制作和运输；同时提供了一种优化结构的太阳能集热系统，采用聚能和光热转换组合的方式，并利用光源跟踪器对于太阳光方向的跟踪及平板式聚光镜对于太阳光的高吸收率大幅提高了对于太阳能的利用率，且结构新颖，成本低，效率高，可扩展性强。 
附图说明
图1为本发明中平板式聚光镜的结构示意图俯视图； 
图2为本发明中平板式聚光镜的结构示意图正视图； 
图3为本发明采用了平板式聚光镜的太阳能集热系统的结构示意图侧视图； 
图4为本发明采用了平板式聚光镜的太阳能集热系统的结构示意图正视图。 
其中，1为凸透镜；2为焦点；3为中心凸透镜；4为侧凸透镜；5为出射面；6为平板式聚光镜；7为摆动架；8为储能罐；9为空心轴套；10为传导齿轮；11为真空镀膜玻璃管；12为支架；13为驱动电机；14为光源跟踪器支架；15为光源跟踪器；16为热交换器。 
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，但本发明的保护 范围并不限于此。 
如图1-2所示，一种平板式聚光镜，所述聚光镜由若干个条状结构的凸透镜1组成，各凸透镜1的焦点2处于同一直线上。 
所述平板式聚光镜总体上为平板结构，所述聚光镜包括中心凸透镜3和侧凸透镜4，所述侧凸透镜4由若干个呈等高同心且沿中心凸透镜中心对称的条状凸透镜组成，中心凸透镜3与侧凸透镜4的出射面5处于同一平面上，中心凸透镜3与侧凸透镜4的入射面的最高点处于同一平面上，中心凸透镜3与各侧凸透镜4的焦点2处于同一直线上。所述侧凸透镜4中，条状凸透镜的分布密度自中心凸透镜3中心向外逐渐增大。 
如图3-4所示，一种采用上述平板式聚光镜的太阳能集热系统，包括集热装置和支架12，所述集热装置包括聚光镜，所述集热装置还包括真空镀膜玻璃管11和摆动架7，上述聚光镜为平板式聚光镜6，平板式聚光镜6的焦点处于一直线上，平板式聚光镜6固定安装在摆动架7上，所述真空镀膜玻璃管11设于平板式聚光镜6下方且平板式聚光镜6的焦点与真空镀膜玻璃管U中心重合；所述太阳能集热系统还包括光源跟踪装置，上述光源跟踪装置包括空心轴套9、传导齿轮10、光源跟踪器15和驱动电机13，摆动架7连接空心轴套9，所述空心轴套9套接于真空镀膜玻璃管11两端且设于支架12上方，所述传导齿轮10与空心轴套9啮合，所述驱动电机13与传导齿轮10连接，所述光源跟踪器15通过控制装置连接驱动电机13。 
所述平板式聚光镜6的焦点与真空镀膜玻璃管11的内管外壁中 心重合。所述光源跟踪装置还包括光源跟踪器支架14，所述光源跟踪器15设于光源跟踪器支架14上。所述集热装置中平板式聚光镜6和真空镀膜玻璃管11成组设置。所述太阳能集热系统还包括储能罐8和热交换器16，所述真空镀膜玻璃管11与储能罐8连接，所述储能罐8与热交换器16连接。 
本发明使用时正对着太阳光的方向，使得照射到中心凸透镜及每个条状凸透镜上的光线聚集成条状聚焦面。本发明的聚光镜可采用透光度达93％的聚甲基丙稀酸甲酯(俗称亚克力)制作。 
本发明由光源跟踪器10跟踪太阳光，带动驱动电机8，驱动电机8驱动传导齿轮5，由传导齿轮5带动空心轴套4，由于摆动架2连接空心轴套4故摆动架2可随太阳光摆动并带动平板式聚光镜1，以实现平板式聚光镜1表面始终与太阳光线处于垂直状态；真空镀膜玻璃管6一端接入储能罐3，存储由太阳能转化的热能。每组平板式聚光镜1、真空镀膜玻璃管6等组合成一个光能转化单元，平板式聚光镜1的线状焦面与真空镀膜玻璃管6中心重合，聚光度可达几百倍，可以产生300～800℃的高温。常压下真空镀膜玻璃管6内以导热油作介质(达到300℃以上高温)，进行热储能及热传递与交换，而且可在夜间及太阳辐射不理想的情况下连续工作。 
根据热能转化的要求，光能转化单元可以扩充组合；扩充组合包括储能罐3、热交换器11和冷凝换热装置。采用这种组合方式所获得的由太阳能转化为的热能可以使用在热水器、蒸汽发生器、蒸汽发电、海水淡化等领域。 

Claims (5)

1.一种采用平板式聚光镜的太阳能集热系统，包括集热装置和支架，所述集热装置包括平板式聚光镜，所述平板式聚光镜总体上为平板结构，所述平板式聚光镜由若干个条状结构的凸透镜组成，所述凸透镜包括中心凸透镜和侧凸透镜，所述侧凸透镜由若干个呈等高同心且沿中心凸透镜中心对称的条状凸透镜组成，中心凸透镜与侧凸透镜的出射面处于同一平面上，中心凸透镜与侧凸透镜的入射面的最高点处于同一平面上，中心凸透镜与各侧凸透镜的焦点处于同一直线上；所述侧凸透镜中，条状凸透镜的分布密度自中心凸透镜中心向外逐渐增大，其特征在于：所述集热装置还包括真空镀膜玻璃管和摆动架，所述平板式聚光镜的焦点处于一直线上，平板式聚光镜固定安装在摆动架上，所述真空镀膜玻璃管设于平板式聚光镜下方且平板式聚光镜的焦点与真空镀膜玻璃管中心重合；所述太阳能集热系统还包括光源跟踪装置，上述光源跟踪装置包括空心轴套、传导齿轮、光源跟踪器和驱动电机，摆动架连接空心轴套，所述空心轴套套接于真空镀膜玻璃管两端且设于支架上方，所述传导齿轮与空心轴套啮合，所述驱动电机与传导齿轮连接，所述光源跟踪器通过控制装置连接驱动电机。
2.根据权利要求1所述的一种采用平板式聚光镜的太阳能集热系统，其特征在于：所述平板式聚光镜的焦点与真空镀膜玻璃管的内管外壁中心重合。
3.根据权利要求1所述的一种采用平板式聚光镜的太阳能集热系统，其特征在于：所述光源跟踪装置还包括光源跟踪器支架，所述光源跟踪器设于光源跟踪器支架上。
4.根据权利要求1所述的一种采用平板式聚光镜的太阳能集热系统，其特征在于：所述集热装置中平板式聚光镜和真空镀膜玻璃管成组设置。
5.根据权利要求1所述的一种采用平板式聚光镜的太阳能集热系统，其特征在于：所述太阳能集热系统还包括储能罐和热交换器，所述真空镀膜玻璃管与储能罐连接，所述储能罐与热交换器连接。
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