CN102455064A - 太阳能热能聚集系统 - Google Patents

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项晓东
任松林
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Abstract

本发明提供一种太阳能热能聚集系统，包括多个太阳能模组，每一太阳能模组具有热传输流体进口与出口，该多个太阳能模组通过传输管路以串联的形式连接，并且每一太阳能模组的进口处均设有一传输控制装置，该传输控制装置用以调整每一太阳能模组的热传输流体的流量或流速，并且第一个太阳能模组的进口与一存储装置以接收输入的热传输流体，同时该系统还包括一控制单元，该控制单元与与上述的传输控制装置及一太阳光强度测试仪连接，根据太阳光强度测试仪测量的太阳光辐射强度调节传输控制装置以调整热传输流体的流量或流速，以保持太阳能模组最后出口处热传输流体的工作温度恒定。

Description

太阳能热能聚集系统
技术领域
本发明属于太阳能应用领域，特别是与太阳能聚集器阵列及热交换介质相关，涉及太阳能聚集或收集、热能传输与利用的系统。
背景技术
聚焦太阳能热能利用通常具有二种形式，第一种是将太阳(光)收集并聚集到一靶上，并通过一斯特灵发动机(Stirling Engine)将热能转化为机械能以直接驱动发电机。第二种形式是将太阳光通过一收集器、接收器及热传输流体而转变为热能，之后将此热能转换为电能或直接投入其他应用，如致冷或致热，在此类应用中，光能收集效率及热损失将决定整个的太阳能到热能的转换效率。
在上述第二种应用中，太阳能接收器的热损失则取决于传导热损失、对流热损失及黑体辐射热损失，其中前二种热损失是与太阳能接收器与外围温度差成线性比例关系，而黑体辐射热损失是与此温度差的四次方成正比。很明显，在一相对较高的温度时，黑体辐射热损失将占全部热损失的绝大部分。
现有的太阳能收集器场可能是由数千个单独的模组构成，而每一模组的接收器均具有热传输流体(如导热油)的输入与输出口，并且每一模组在一给定的太阳能辐射能量级上具有一固定的电能生成能力，并可通过不同的方法将它们连接起来以形成较大的电量生成体，以输出预定温度及流量的热能传输介质。由于二维的收集器尺寸较大并且具有较高的聚光比，每一模组可以收集足够多的太阳能以直接将热交换介质加热到理想的工作温度，而此处存在的问题是在高温时，每一模组的吸收器与外部环境的温度差很大，如此导致系统的黑体辐射增加，从而会减少整个系统的热能转换效率。同时由于的整个太阳能收集器场的热传输流体的控制是根据整个太阳能收集器场的最后输出口的热传输流体的最终温度进行控制，当此太阳能收集器场包括的收集器数量较多时，虽然利用上述的方法也可以达成对热传输流体的最终温度进行控制，但是此过程中可能会产生一些振荡，系统反应时间较长，不利于系统稳定运行。
发明内容
本发明目的在于提供一种太阳能热能聚集系统，用以解决现有太阳能热能聚集系统热能转换效率较低并且控制系统反应时间过长的缺陷。
为实现上述目的，实施本发明的太阳能热能聚集系统包括：
多个太阳能模组，每一太阳能模组具有热传输流体进口与出口，该多个太阳能模组通过传输管路以串联的形式连接，并且每一太阳能模组的热传输流体进口处均设有一传输控制装置，该传输控制装置用以调整每一太阳能模组的热传输流体的流量或流速；
存储装置，用以存储热传输流体，并与第一个太阳能模组的进口连接；
太阳光辐射测试仪，用以侦测太阳光辐射强度；
控制单元，与上述的传输控制装置及太阳光强度测试仪连接，根据太阳光强度测试仪的输出结果调节传输控制装置以调整热传输流体的流量或流速，以保持太阳能模组最后出口处热传输流体的工作温度恒定。
依据上述主要特征，该控制单元内设有一数据库，存储有太阳光辐射强度与各太阳能模组的热传输流体的流量或流速对应关系。
依据上述主要特征，该所有太阳能模组的热传输流体的流量或流速同比例调整。
依据上述主要特征，该所有太阳能模组的热传输流体的流量或流速同步调整。
与现有技术相比较，本发明通过将多个太阳能模组以串联的方式连接，如此逐步加热该热传输流体，如此避免每一太阳能模组的接收器与外围环境的温度相差过大，从而利于降低部分太阳能模组的黑体辐射，从而利于提高整个系统的光能热能转换效率，同时通过设置太阳光辐射测试仪侦测太阳光辐射强度，并根据太阳光辐射强度动态调整各个太阳能模组的热传输流体的流量或流速，从而可保证太阳能模组最后输出的热传输流体的温度恒定，防止过热现象产生，同时也可以降低整个系统的热损耗。
附图说明
图1为实施本发明的太阳能热能聚集系统的架构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
请参阅图1所示，为实施本发明的太阳能热能聚集系统的架构示意图，该太阳能热能聚集系统1包括多个太阳能模组10(图中仅画出4个，该太阳能模组的数量可视实际的需要而增加或减少)，每一太阳能模组10具有热传输流体进口100与出口101，该多个太阳能模组10通过传输管路11以串联的形式连接，并且每一太阳能模组10的进口100处均设有一传输控制装置12，该传输控制装置12用以调整每一太阳能模组10的热传输流体的流量或流速，并且最后一个太阳能模组10的出口101与一应用装置14连接，在实际实施时，该应用装置可为热交换器或汽轮机等，可供海水淡化或发电使用。
另外，该太阳能热能聚集系统1还设有一存储装置13，用以存储热传输流体，如导热油或水等，并且该存储装置13与第一个太阳能模组10的进口100连接以供应所有串联的太阳能模组10。当然，在使用中，该存储装置13还通过传输管路及循环泵(未图示)与应用装置14连接，当热传输流体经过应用装置14后，可通过循环泵重新输入至存储装置13，从而进行再次的循环。在实际实施时，此应用装置14可设为多级以充分利用热传输流体的热能。
再者，该太阳能热能聚集系统1还设有一太阳光辐射测试仪15，用以侦测太阳光辐射强度，该太阳光辐射测试仪15的工作原理与结构现有技术中多有描述，此处不再详细说明。并且该太阳能热能聚集系统1还设有一控制单元16，与上述的传输控制装置12及太阳光强度测试仪15连接，根据太阳光强度测试仪15的输出结果控制传输控制装置12以调整热传输流体的流量或流速，以保持太阳能模组10最后出口处热传输流体的工作温度恒定，从而可以防止过热现象产生，降低系统设计的复杂度。其中该控制单元16内设有一数据库160，存储有太阳光辐射强度与各太阳能模组10的流量或流速对应关系，此对应关系可通过实验或理论计算取得。
在实际实施时，自存储装置13输出的热传输流体依次通过串联的太阳能模组，从而以渐增的方式被加热，如此靠近存储装置13一端的太阳能模组10的工作温度并非是最后的工作温度，因此与外围环境的温度相差不是很大，并非现有技术中每一太阳能模组与外围环境的温度差均为最高工作温度与外围环境的温度差，由此可以有效在降低部分太阳能模组的黑体辐射，从而利于提高整个系统的光能热能转换效率。
另外，本发明通过设置太阳光辐射测试仪侦测太阳光辐射强度，并根据太阳光辐射强度动态调整各个太阳能模组的流量或流速，从而可保证太阳能模组最后输出的热传输流体的温度恒定，防止过热现象产生，如太阳辐射较强时，可以加大流量或增加流速，从而吸收更多的太阳能，除供应用装置14应用外，还可通过热存储装置(未图示)将热能存储，以便晚上或阴雨天时使用。而太阳辐射不是太强时，可以通过降低流速或减少流量，从而令热传输流体充分加热以达到预定的工作温度。再者，在实施时可以令每一个太阳能模组10的热传输流体的流速或流量同比例调整，或者同步调整。当然非同比例调整或非同步调整，即可令各太阳能模组10中热传输流体的流量或流速不相同，从而控制热传输流体在每一个太阳能模组10中被加热的程度。

Claims (4)

1.一种太阳能热能聚集系统，其特征在于，包括：
多个太阳能模组，每一太阳能模组具有热传输流体进口与出口，该多个太阳能模组通过传输管路以串联的形式连接，并且每一太阳能模组的热传输流体进口处均设有一传输控制装置，该传输控制装置用以调整每一太阳能模组的热传输流体的流量或流速；
存储装置，用以存储热传输流体，并与第一个太阳能模组的进口连接；
太阳光辐射测试仪，用以侦测太阳光辐射强度；
控制单元，与上述的传输控制装置及太阳光强度测试仪连接，根据太阳光强度测试仪的输出结果调节传输控制装置以调整热传输流体的流量或流速，以保持太阳能模组最后出口处热传输流体的工作温度恒定。
2.如权利要求1所述的太阳能热能聚集系统，其特征在于：该控制单元内设有一数据库，存储有太阳光辐射强度与各太阳能模组的热传输流体的流量或流速对应关系。
3.如权利要求1所述的太阳能热能聚集系统，其特征在于：该所有太阳能模组的热传输流体的流量或流速同比例调整。
4.如权利要求1所述的太阳能热能聚集系统，其特征在于：该所有太阳能模组的热传输流体的流量或流速同步调整。
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