CN103017356A - 槽式太阳能二次聚光均匀集热热电一体化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二槽式太阳能二次聚光均匀集热热电一体化装置。本装置包括真空集热管、二次反射镜支架、集热管支架、主反射镜镜架、集热装置支架、主反射镜、薄膜太阳能电池、二次反射镜。主反射镜固定在主反射镜镜架上,真空集热管通过集热管支架与主反射镜镜架相连，二次反射镜通过二次反射镜支架对称支撑与主反射镜镜架相连。本发明通过主反射镜和二次反射镜镜在空间上的合理布置，实现了集热管外表面的均匀受热。二次反射镜背面贴有薄膜太阳能电池，实现热电一体化利用，提高系统效率。

Description

槽式太阳能二次聚光均匀集热热电一体化装置
技术领域
    本发明涉及太阳能利用装置，尤其涉及槽式太阳能二次聚光均匀集热热电一体化装置。 
背景技术
太阳能是一种清洁、可持续的能源。在太阳能热利用中，往往需要提高单位面积太阳能量的输入密度，来满足特定条件下的能量转化。因此，太阳能热利用需采用聚光装置。常用的聚光方式有三种，即蝶式聚光、塔式聚光、槽式聚光。其中太阳能槽式聚光集热反射装置在工业实践中有着非常广泛的应用。 
槽式太阳能技术作为商业化程度最高的太阳能光热利用技术，其缺点在于太阳能利用效率不高，不超过16%。DSG技术作为槽式太阳能高效发展的一个方向，该技术是利用槽式聚光器加热集热管，水从集热管的一端通往另一端，直接在集热管中产生蒸汽，再经过一个汽液分离装置获得蒸汽。这种技术取消了传统槽式太阳能蒸汽发生技术中的热媒，同时减少了换热装置，节省了成本。中国专利201110004634.0提出了一种自然循环槽式太阳能集热系统。该技术特点与DSG技术存在的一个共同点：即工质集热管内发生汽液两相流动沸腾传热现象。现有的槽式聚光特点为局部聚光加热，该方法必然造成集热管内传热的不均匀性和压力波动等问题，造成集热管周向温差过大，对系统安全构成隐患。 
中国专利201020196495.7“带二次聚光装置的槽式集热装置”通过在集热管支架顶部设置对称的二次聚光镜来达到收集更多阳光，增大集热管聚光比的目的，但依然无法实现集热管的均匀加热。所以在优化系统结构，实现集热管均匀加热，提高系统运行稳定性等方面仍有进一步提升的空间。 
同时，采用热电一体化技术，能够更加充分利用太阳能，进一步提高系统的太阳能利用率。 
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题，提供一种槽式太阳能二次聚光均匀集热热电一体化装置。 
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 
槽式太阳能二次聚光均匀集热热电一体化装置，包括主反射镜、主反射镜镜架、真空集热管、集热管支架、二次反射镜、二次反射镜支架。主反射镜固定在主反射镜镜架上，真空集热管通过集热管支架与主反射镜镜架相连，二次反射镜通过二次反射镜支架对称支撑与主反射镜镜架相连。
所述的主反射镜为抛物面镜，二次反射镜为双曲柱面镜或拟双曲柱面镜。二次反射镜的实轴与主反射镜的对称轴在同一条直线上。所述的集热管支架的长度L1和二次反射镜支架的长度L2实现真空集热管的轴心位于主反射镜的一次聚光光带和二次反射镜的二次聚光光带的中心线位置，一次聚光光带宽度D1为真空集热管的直径d的两倍，二次聚光光带宽度D2等于真空集热管的直径d，使得经过主反射镜反射的光线与经过二次反射镜的光线能均匀加热集热管。前述的二次反射镜背面贴有薄膜太阳能电池。 
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果： 
（1）一部分入射太阳光直接通过主反射镜反射聚光来加热集热管，还有一部分入射光线在经过主反光镜之后，再经过二次反射镜，将光线最终聚焦到集热管上，实现集热管全管外壁的均匀加热。集热管始终处于均匀受热条件下，加热过程中集热管内部温度、压力波动减小，同时集热效率升高，提高了整个系统运行的稳定性。同时，由于半管加热条件下，集热管受热不均，会带来比全管加热条件下更大的热应力。本发明克服了这一缺陷，提高了系统长期运行的可靠性。 
（2）由于二次反射镜的设置不可避免的遮挡了一部分太阳光线，所以在二次反射镜的背面安装薄膜太阳能电池，可以通过光电转换避免这部分太阳能的浪费。在槽式集热装置大规模并联布置时，效果显著。 
附图说明
图1是槽式太阳能二次聚光均匀集热热电一体化装置镜架部分的结构示意图； 
图2是本发明的二次聚光原理图；
图中：真空集热管1、二次反射镜2、主反射镜3、集热管支架4、薄膜太阳能电池5、集热装置支架6、二次反射镜支架7、主反射镜镜架8。
具体实施方式
如图1、图2所示，槽式太阳能二次聚光均匀集热热电一体化装置包括真空集热管1、二次反射镜2、主反射镜3、集热管支架4、薄膜太阳能电池5、集热装置支架6、二次反射镜支架7、主反射镜镜架8。主反射镜3固定在主反射镜镜架8上。真空集热管1通过集热管支架4与主反射镜镜架8相连，二次反射镜2通过二次反射镜支架7对称支撑与主反射镜镜架8相连。主反射镜3为抛物面镜，二次反射镜2为双曲柱面镜或拟双曲柱面镜。二次反射镜2的实轴与主反射镜3的对称轴在同一条直线上。集热管支架4的长度L1和二次反射镜支架7的长度L2实现真空集热管1的轴心位于主反射镜3的一次聚光光带和二次反射镜2的二次聚光光带的中心线位置，一次聚光光带宽度D1为真空集热管1的直径d的两倍，二次反射镜2的二次聚光光带宽度D2等于真空集热管1的直径d。二次反射镜背面贴有薄膜太阳能电池。 
本发明的工作过程如下： 
太阳光照射在主反射镜3上，其中一部分经反射直接将太阳光聚集在真空集热管1上。另一部分反射到二次反射镜2，再经过二次反射将太阳光聚集到真空集热管1上。还有一小部分太阳光由于二次反射镜的阻挡不能到达主反射镜6，这些光线照射在薄膜太阳能电池5表面，通过光电效应产生电能。
本发明通过在现有的槽式太阳能集热装置中引入二次反射结构，通过抛物柱面镜和双曲柱面镜在空间上的合理布置，将太阳光经过二次反射聚光到真空集热管上，实现了集热管外表面的均匀受热。从而既提高了整个系统运行的稳定性，又使得集热管所受热应力比半管加热条件下要小，增强了长期运行下系统的可靠性。同时，当通过大规模并联布置槽式集热装置时，二次反射镜背面的薄膜太阳能电池可实现光伏发电。 

Claims (3)

1.一种槽式太阳能二次聚光均匀集热热电一体化装置，其特征在于包括真空集热管（1）、二次反射镜（2）、主反射镜（3）、集热管支架（4）、薄膜太阳能电池（5）、集热装置支架（6）、二次反射镜支架（7）、主反射镜镜架（8）；主反射镜（3）固定在主反射镜镜架（8）上；真空集热管（1）通过集热管支架（4）与主反射镜镜架（8）相连；二次反射镜（2）通过二次反射镜支架（7）对称支撑与主反射镜镜架（8）相连；二次反射镜（2）背面安装薄膜太阳能电池（5）。
2.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能二次聚光均匀集热热电一体化装置，其特征在于主反射镜（3）为抛物面镜，二次反射镜（2）为双曲柱面镜或拟双曲柱面镜，二次反射镜（2）的实轴与主反射镜（3）的对称轴重合。
3.根据权利要求1所述的种槽式太阳能二次聚光均匀集热热电一体化装置，其特征在于集热管支架（4）的长度L1和二次反射镜支架（7）的长度L2实现真空集热管（1）的轴心位于主反射镜（3）的一次聚光光带和二次反射镜（2）的二次聚光光带的中心线位置，主反射镜（3）的一次聚光光带宽度D1为真空集热管（1）的直径d的两倍，二次反射镜（2）的二次聚光光带宽度D2等于真空集热管（1）的直径d。
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