CN102251942B - 太阳能热气流发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能热气流发电系统，包括集热棚，烟囱基座，烟囱，风力发电机组，导风壁，挡风壁。所述集热棚还包括采光板和采光板立柱，采光板还包括采光板竖板和采光板斜板，采光板竖板通过采光板铰链与采光板斜板铰接，靠重力下垂与采光板斜板闭合，烟囱基座包括上部的旋转机构与下部的基座立柱，在其内部安装有风力发电机组，旋转机构与烟囱连成一体，烟囱可以根据自然风向进行旋转，以调整迎风面的面积，减小风阻，导风壁高度达集热棚顶部，长度延伸至集热棚边缘，挡风壁的一侧的铰接在基座立柱上。当太阳光线不充足时打开迎风面的挡风壁，同时关闭背风面的挡风壁，利用自然风力进行发电，在雨水形成水流时可以被冲开，进行自动清洁。

Description

太阳能热气流发电系统
技术领域
本发明属于能源、电力技术领域，它具体涉及太阳能热气流发电系统。
背景技术
随着世界人口数量快速增长和工业的飞速发展，能源电力需求不断增加，能源危机日益凸显，环境污染也在加剧，地球温室效应影响继续上升，人类的生活环境逐步恶化。石油、天然气等不可再生能源终将耗尽，世界各国对清洁的新能源需求的依赖将逐渐加强。各国都特别关注21世纪的新能源问题，并且非常看好新的可再生能源。寻求清洁能源利用新技术已成为研究热点之一，而太阳能发电技术将是最有发展前途的新能源技术。
1978年德国Schlaich教授提出太阳能烟囱发电技术，1982年德国和西班牙合作建造了第一座太阳能热气流发电原型电站，采用开放式透光集热棚，集热棚内空气接受太阳辐照而温度升高，形成为经由烟囱上升的热气流；集热棚内气压因烟囱的抽力作用而形成负压，该负压驱使集热棚外地面大气压的空气流经棚四周的进气通道向集热棚中心汇流，最后由烟囱顶部排出，在烟囱底部布置风力涡轮发电机，热气流推动风力涡轮发电机叶片，形成热气流发电（Schlaich J.chimney:Electricity from the sun[M].Maurer C,Geislingen,Germany，The solar1995）。
自从西班牙建成了第一座太阳能烟囱发电站后，引起了世界各国的强烈关注，并相继开发出大量专利技术。如专利：“结合光伏技术的太阳能热风发电系”（专利申请号：200810034261.X）提出了利用热风发电和光伏发电综合利用太阳能的技术。专利“用于太阳能热风发电系统的集热器”（专利申请号：200810034259.2）通过对集热器进行改进，以提高集热器的集热效率。专利“一种利用太阳能进行烟囱发电及海水淡化的装置”（专利申请号：200810021605.3）提供了一种利用太阳能进行热风发电和海水淡化处理的装置。
截至目前，还没有太阳能热气流发电厂正式投产运营，其主要原因是现有技术发电效率过低，经济性不具有优势。经研究发现，除了光照等自然条件外，太阳能热气流发电效率主要和系统几何尺寸有关，包括烟囱的高度、直径、形状、集热棚的直径、离地高度等，尤其是烟囱高度和集热棚的直径是系统发电功率和效率的最显著的影响因素。随着烟囱高度的增加，发电效率显著上升，但建设难度也大大增加。澳大利亚在本世纪初即计划建设一座太阳能热气流发电厂，设计烟囱高达1000米，但计划因建设难度大等原因搁浅至今。专利“一种超高烟囱造风发电系统”（专利申请号：200810002820.9）提出了一种超高烟囱的材料和建筑方法，防弹纤维布料所制成的烟囱由太阳能产生的热气流支撑，根据需要烟囱可高达2000-20000米之间，但该方案在夜晚或日照不足时，气流很难支撑起如此高度的巨型烟囱，且在风暴情况下该烟囱没有抵抗能力。
太阳能热气流发电的另外一个难题是透明采光板容易被尘土覆盖，且不容易清洗，降低采光效率。
发明内容
本发明的目的主要解决超高烟囱受强风影响容易被破坏、集热板透明度受尘埃积聚影响降低采光效率、太阳光线暗淡或夜间发电的技术问题，提供一种太阳能热气流发电系统。
本发明为解决上述技术问题而采取的技术方案是：
太阳能热气流发电系统，包括集热棚，采光板，烟囱基座，烟囱，及风力发电机组；其特征在于：所述集热棚由采光板与集热棚立柱组成；所述采光板由采光板竖板与采光板斜板组成，位于集热棚顶部，其中采光板竖板上部与采光板斜板通过采光板铰链铰接在一起，并靠重力下垂与采光板斜板自然接触，采光板斜板固定在钢制框架之上，所述钢制框架固定于集热棚立柱上，所述烟囱基座位于集热棚中心，所述烟囱基座还包括旋转机构和基座立柱，在烟囱基座内孔中安装风力发电机组；所述旋转机构装于烟囱基座上部的烟囱1并驱动烟囱旋转；所述烟囱由四条固定绳索固定在集热棚周边，烟囱上部设置有滑动圈，所述滑动圈上设有绳端固定装置，位于烟囱基座下方的基座立柱，以烟囱基座为中心呈辐射状均匀分布有与基座立柱数量相同的导风壁，所述导风壁与基座立柱相连，导风壁一直延伸到集热棚的边缘；在所述挡风壁在基座立柱之间，挡风壁能够折叠，挡风壁的一端用挡风壁铰链固定在基座立柱之上。
由于本发明采用上述方案，该发电系统作用时，太阳光线照射在集热棚顶上的采光板上，使集热棚内的空气加热，形成经由烟囱上升的热气流；集热棚内气压因烟囱的抽力作用而形成负压，该负压驱使集热棚外地面大气压的空气流经开放式的集热棚边缘进入集热棚，并向集热棚中心汇流，最后由烟囱顶部排出，在烟囱基座内布置风力发电机组，热气流推动风力发电机叶片转动进行发电；烟囱截面为椭圆形，当自然风力大于一定级别时，通过烟囱基座的旋转机构，将烟囱旋转一定角度，使烟囱迎风面积最小，达到降低风阻的目的，而在风力方向烟囱尺寸较大，提高了烟囱的抗风能力。阳光正常时，挡风壁全部打开，使空气流全方位进入集热棚内，当无阳光时，利用自然风进行发电，这时将迎风面的挡风壁打开，背风面挡风壁闭合，自然风在烟囱抽力的作用下驱动风力发电机组进行发电。集热棚顶上的采光板竖板可以在雨水作用下打开，从而进行自清洁，避免尘埃影响采光效率。
附图说明
图1是本发明的安装示意图；
图2是本发明中的太阳能采光板示意图；
图3是本发明中的导风壁及挡风壁结构示意图。
图4是本发明中的烟囱基座示意图
图5是本发明中的太阳能集热棚结构示意图
图6是本发明中的烟囱上端滑动圈示意图
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，太阳能热气流发电系统，包括烟囱1，滑动圈2，烟囱基座3，旋转机构4，基座立柱5，集热棚6，采光板7，采光板竖板8，采光板斜板9，采光板铰链10，钢制框架11，集热棚支柱12，固定绳索13，风力发电机组14，导风壁15，挡风壁16，挡风壁铰链17，绳端固定装置18，内圈19和外圈20。其中：烟囱1截面呈椭圆形，并且固定在位于烟囱基座3上部的旋转机构4上，烟囱1由四根固定绳索13固定，所述固定绳索13一端与烟囱上部的滑动圈2上的绳端固定装置18联结，一端固定在地面上，所述滑动圈2包括内圈19与外圈20，且内圈19形状与烟囱1形状适配，外圈20可自由滑动，所述外圈20上安装有四个绳端固定装置18，所述旋转机构4可带动烟囱1旋转，所述烟囱1的内孔截面为椭圆形，烟囱1与烟囱基座3内孔的形状大小尺寸一致；烟囱基座3下部有若干个基座立柱5，其中基座立柱5之间的空隙用于进气。
如图2所示，所述集热棚6由两部分组成即采光板7和集热棚支柱11，所述采光板7又由采光板竖板8和采光板斜板9组成，其中采光板斜板9以一定角度倾斜安装在钢制框架11上，所述钢制框架11固定在集热棚支柱12上。采光板斜板9接近垂直于太阳光，保证太阳光顺利透过，另一方面，采光板斜板9不容易沉积灰尘，并且在下雨的时候雨水可容易地冲洗采光板7。
如图3所示，所述集热棚9内以烟囱1为中心，并设有呈辐射状分布的若干条导风壁15，所述导风壁15与基座立柱5联接，所述基座立柱5之间设置有圆弧形挡风壁16，所述圆弧形挡风壁16与基座立柱5数量相同，其可折叠，呈环状分布于烟囱基座3周围，并且每一个挡风壁16的一侧与基座立柱5通过挡风壁铰链17铰接在一起，实现自由开合。
其中：所述采光板竖板与地面的夹角为75°～90°。所述旋转机构4转动角度在0-90°范围。所述导风壁15与集热棚支柱12的高度相同，厚度为100～12mm。
本发明的工作原理：
由集热棚顶部的集热器将内部的空气加热，同时由烟囱形成向上的气流驱动风力发电机组进行发电。太阳光线正常时则打开挡风壁由太阳能加热空气形成热气流进行发电。
当预计自然风力大于某一数值时，启动旋转机构将烟囱旋转一定角度使椭圆的短轴与风向垂直，使烟囱受力减小。
当下雨时，雨水将太阳能采光板上的尘埃冲刷掉，此时由于太阳光线较暗，集热棚内气压较低，采光板竖板被雨水冲开同时将覆盖在采光板上的尘埃冲入集热棚，使采光板自行得到清洁。
当太阳光较暗或夜间时则打开迎风面挡风壁，关闭背风面的挡风壁，由设置在集热棚内的导风壁将风导入基座立柱间的空隙中，由烟囱的抽力形成上升气流驱动风力发电机组进行发电。

Claims (5)

1.太阳能热气流发电系统，包括集热棚（6），采光板（7），烟囱基座（3），烟囱（1），风力发电机组（14），导风壁（15）及挡风壁（16）；其特征在于：所述集热棚（6）由采光板（7）与集热棚立柱（12）组成；所述采光板（7）由采光板竖板（8）与采光板斜板（9）组成，位于集热棚（6）顶部，其中采光板竖板（8）上部与采光板斜板（9）通过采光板铰链（10）铰接在一起，并靠重力下垂与采光板斜板（9）自然接触，采光板斜板（9）固定在钢制框架（11）之上，所述钢制框架（11）固定于集热棚立柱（12）上，所述烟囱基座（3）位于集热棚（6）中心，所述烟囱基座（3）还包括旋转机构（4）和基座立柱（5），在烟囱基座（3）内孔中安装风力发电机组（14）；所述旋转机构（4）装于烟囱基座（3）上部的烟囱（1）并驱动烟囱旋转；所述烟囱（1）由四条固定绳索（13）固定在集热棚（6）周边，烟囱（1）上部设置有滑动圈（2），所述滑动圈（2）上设有绳端固定装置（18），位于烟囱基座（3）下方的基座立柱（5），以烟囱基座（3）为中心呈辐射状均匀分布有与基座立柱（5）数量相同的导风壁（15），所述导风壁（15）与基座立柱（5）相连，导风壁（15）一直延伸到集热棚（6）的边缘；所述挡风壁（16）在基座立柱（5）之间，挡风壁能够折叠，挡风壁的一端用挡风壁铰链（17）固定在基座立柱（5）之上。
2.根据权利要求1所述的太阳能热气流发电系统，其特征在于：所述采光板竖板与地面的夹角为75°～90°。
3.根据权利要求1所述的太阳能热气流发电系统，其特征在于：所述旋转机构（4）转动角度在0-90°范围。
4.根据权利要求1所述的太阳能热气流发电系统，其特征在于：所述导风壁（15）与集热棚支柱（12）的高度相同，厚度为100～120mm。
5.根据权利要求1所述的太阳能热气流发电系统，其特征在于：所述烟囱（1）的内孔截面为椭圆形，烟囱（1）与烟囱基座（3）内孔的形状大小尺寸一致。 
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2081390A (en) * 1980-07-24 1982-02-17 Central Energetic Ciclonic System for the obtaining of energy by fluid flows resembling a natural cyclone or anticyclone
CN1978892A (zh) * 2005-12-07 2007-06-13 沈晓莉 高效太阳能热气流发电系统
CN101240779A (zh) * 2008-03-05 2008-08-13 东华大学 用于太阳能热风发电系统的集热器
CN101629551A (zh) * 2009-08-04 2010-01-20 张瑞明 太阳能热气流发电装置
CN202266376U (zh) * 2011-06-23 2012-06-06 太原科技大学 太阳能热气流发电系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2081390A (en) * 1980-07-24 1982-02-17 Central Energetic Ciclonic System for the obtaining of energy by fluid flows resembling a natural cyclone or anticyclone
CN1978892A (zh) * 2005-12-07 2007-06-13 沈晓莉 高效太阳能热气流发电系统
CN101240779A (zh) * 2008-03-05 2008-08-13 东华大学 用于太阳能热风发电系统的集热器
CN101629551A (zh) * 2009-08-04 2010-01-20 张瑞明 太阳能热气流发电装置
CN202266376U (zh) * 2011-06-23 2012-06-06 太原科技大学 太阳能热气流发电系统

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