CN103140725B - 具有支撑与追日系统的太阳能聚光器 - Google Patents

Abstract

本发明为一种具有支撑与追日系统的太阳能聚光器，该太阳能聚光器含有至少一镜片与至少一集光器，并具有至少二连接件(2)，以将集光器、镜片与供组件沿纵轴旋转的至少二紧固件(1)相互连接。该连接件可转动或位移，使镜片(3)与集光器(4)得以往相反方向移动，并改变两者的间距，藉此解决日照入射角变化时焦距改变的问题。

Description

具有支撑与追日系统的太阳能聚光器

技术领域

本发明与折射式的太阳能聚集系统有关，更详而言之，特指一种能根据每日时刻与季节追踪太阳光的系统。

背景技术

目前有许多种可收集太阳能并聚集直射日照以将液体加热至高温的系统，通常用以发电。

现今所存在的一种聚光系统，利用菲涅尔透镜(Fresnellenses)将日照光线集中于液体上；该系统基本上由镜片、接收聚集射线的集光器、支撑结构与机械装置所构成。目前该系统常见的问题在于若该系统仅在每日随时刻的改变沿着东西轴向调整追踪日光，或是仅在不同季节内沿着南北轴向调整追踪日光，将因为集光管线无法有效聚集日光而损失效益。此由于使用直线性聚光镜片所导致，因为最大聚光焦点会随着射线的入射角改变，进而影响装置效益。

现在，此技术问题得以藉由利用垂直双轴移动系统来克服，该系统能往各方向追踪日光，日照对于镜片的入射角因此可分别与两轴垂直，使最大聚光点维持不变，换句话说，镜片与集光器的焦距恒久不变。为了使温度大幅上升，集光器必须相互串连，而使聚光效益最大化的方式，系将该集光器沿极长直线设置，但这点无法用于上述的双轴系统。

WO2007/087343号专利叙述一系统，能同时朝东西向及南北向两轴移动，以提升各入射角的能量使用效益。然而，该系统系以能分别沿两轴转动并聚集日照的球面为基础，并无法提升线性聚光器的效益。

GB1590841号专利揭露一具有折射式太阳能聚光效果的追日系统，其中具有一可动件，与至少一线性液体聚光镜片及至少一透过部件相连的复数并行线性集光器相互接合，每一线性集光器藉由其中一线性聚光镜片来聚集日照光线。该追日系统亦连接有驱动件，在操作时可以与该线性聚光镜片平行的纵轴为轴心而枢转该可动件，进而带动支撑件，并使前述线性集光器追踪太阳的相对位移(季节性位移)。该镜片亦可与前述可动件一同围绕一横轴旋转，由此，在与前述纵轴垂直的情况下，可追踪太阳每小时的位移。此发明的缺点是，尽管镜片可围绕前述该横轴旋转，但该线性聚光镜片与该线性集光器的距离固定不变，所以无法改变距离，使该线性集光器上的太阳光聚光效果维持最大效益。再者，使镜片倾斜并无法针对在不同位置上的线性集光器提供适切的聚光效果。

GB1590841号专利提供了请求项1的创作前言。

US2008/0295825号专利揭露一可用于集光器上聚集日光的可调整焦距镜片系统，提供了一些方法使一线性聚光镜片组件可接近或远离一固定集光器，或可使一集光器对一固定聚光镜片进行移动，移动方式是透过聚光镜片或集光器组件进行环绕式摆荡(围绕一圆盘或旋转杠的中心点旋转)。该环绕式摆荡的缺点在于，聚光镜片的聚光能力在移动时的特定阶段中并未利用，以致于产生阴影。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有支撑与追日系统的太阳能聚光器，以解决前述各项问题，使镜片与集光器之间的距离得以变动，藉此使集光器保持于日照聚光效果最佳的位置。

为达成此目标，本发明提出一具有支撑与追日系统的太阳能聚光器，其中包含：

至少一线性聚光镜片；

至少一集光器；以及

一支撑与追日系统，该系统包含至少二可以一纵轴为轴心转动的紧固件，与至少二供日照集光器与镜片接合的连接件，其接合于各紧固件的两点上，且能以穿越此两点并与纵轴垂直的横轴为轴心进行转动，如此，连接件上的平面会向紧固件结构的平面倾斜，使连接件受到调校，让镜片与集光器往相反方向位移，并改变彼此的相对间距。

附图说明

图1：为本发明的构造示意图﹔

图2：为本发明的第一实施例﹔

图3：为本发明的第二实施例﹔

图4：为本发明于受到日光直射时，菲涅尔透镜与集光器的正面剖视图﹔

图5：为本发明受到日光斜射时的正面剖视图﹔

图6：为本发明设于太阳能集热仪器中，以复数接连装设的示意图﹔

图7：为本发明中连接件的几种不同实施例示意图﹔

图8：为本发明中，连接件与紧固件的不同型态示意图﹔

图9A、9B与9C：为复数镜片与集光器并联利用的其他实施例示意图。

具体实施方式

图2与图3说明本发明至少含有二将日照集光器4与镜片3相互连接的连接件2，与至少二紧固件1。与镜片及其最长边平行的部位为该组件的一纵轴；该紧固件使该组件能以纵轴为轴心转动。

图2表现出一第一实施例，其中紧固件1与集光器4可以分离或结合，纵轴与集光器轴心重迭，该连接件并具有一平衡秤锤8。

图3表现出本发明系统的连接件呈一圆弧状，此实施例并不需要配置平衡秤锤，因为紧固件的转动轴(纵轴)位于集光器上方。为了使紧固件得以转动，可于此利用一支架结构(但本发明并不限于此结构)。该横轴为穿越紧固件与连接件之间二接合点的部位；连接件可基于与该紧固件接合的两点，于该紧固件的任意转动，藉此使连接件所构成的平面向紧固件所构成的平面倾斜，让镜片与集光器的纵轴得以朝相反方向位移，进而改变两者间距。

镜片与集光器间的连接件适合以圆弧状呈现，因与紧固件具有共同中心，如此设置能使连接件以横轴为轴心进行转动，并位于镜片与集光器两者之间的重心中央，让部件的转动维持平衡；此结构亦能以直杆连接镜片边缘与集光器，使部件呈现V字型、矩形抑或U字型(如图7所示)。

镜片适合使用菲涅尔透镜，因为该透镜较为轻盈且价格较低，更有进一步发现指出，呈曲线形状的菲涅尔透镜能提供的功能较佳；该镜片也可选择球面型镜片；该镜片可于周围加装镜框，以提升坚固程度，并便于与连接件结合。

线性聚光镜片的其中一项特点，正如前述，若光线进入镜面的入射角有所变化，所测得垂直于镜面的焦距(参照图4中的f1及图5中的f2)就会变动，所以若传至镜片的射线要发挥最大的效益，就必须变动镜片与集光器之间的距离，使该集光器恒久处于聚集光线效果最佳的位置。实行方法为利用可提供最大位移角度至75度的接合关节，来转动紧固件上的连接件(例如利用摩擦承载的方法)，且集光器与镜片皆利用接合关节5连接至连接件上，使两组件的位置得以保持平行。

若光线进入镜片的入射角并未与纵轴垂直，聚光点(射线聚集处)也会朝纵轴的一端(图1与图5)发生位移。本发明的结果是移动镜片与集光器的相对位置，藉此使聚光点经由镜片的投射而照射于集光器上，以抵销聚光点位移造成的聚光效益下降的效果。

如前所述，镜片与集光器皆以接合关节连接于该镜片或镜框以及集光器上，接合关节间的距离固定不变，而且当连接件转动时，该接合关节也将使集光器纵轴产生位移，因此该转动动作也将造成镜片与集光器两者的间距变化。

前述二组件的移动使镜片得以不受限地往东西向或南北向倾斜，镜片位置亦可接近或远离连接件的转动轴(纵轴)。利用紧固件对于纵轴的转动，日照入射角即可与横轴保持垂直；利用连接件对于横轴的转动，镜片与集光器的间距即可保持于日照聚光效益最大的位置。

镜片将因此与集光器朝反方向移动，改变原先相对纵轴的位置与间距，但相对横轴的位置维持不变。

图8表现出另一实施例，其中，连接件2与紧固件1皆为V字型；紧固件1以一穿越其V字端点位置的纵轴为轴心而转动，该连接件的转动与镜片及集光器的相对位移方式，皆与前一实施例相似。为了确保整体的稳定性，此实施例另外加上了伸缩支撑件6，于其长度变化时，可使紧固件向纵轴的其中一边倾斜。该伸缩支撑件可使用液压或电子结构，或利用支架或「螺杆」结构来运作。

在另一实施例中(可参照图9A、9B与9C)利用锯型或船型连接件，如此可并联乘载多具集光器与镜片。此架构具有体积较为平坦的优点，组件就比例而言的高度较低、宽度较宽，可增加稳定性。此实施例利用两种不同类型的紧固件：第一种(图9A)可见于前述说明(图3)，第二种(图9B与9C)则呈现船型，亦即基底部或基座中段为水平构造，以设置集光器，并于二端打造垂直或倾斜区段，所以该结构具有二转折端点9。在图9B中，于组件朝向其中一端转动时，其纵轴位于该端点与中央对称轴之间，往反方向转动时亦同；此第二实施例的基底部系一平台或台座，较适合以钢筋混凝土打造。图9C中的主体是图9B实施例的特殊用法，其纵轴恒久保持于对称轴上。

于图9B与9C实施例中，紧固件的转动方式较适合利用伸缩支撑件来进行，在改变长度的同时，使紧固件朝向纵轴其中一方倾斜。该伸缩支撑件可使用液压或电子结构，或利用支架或「螺杆」结构来运作；另一种运作方式在转动轴心上利用马达并搭配线性致动器的伸缩管组。

支撑系统的不同组件以不同材质制造，紧固件与连接件以钢材打造，基底部则可利用铝或热塑性塑料，以及钢筋及金属来打造。

在较佳实施例中，集光系统可朝南北向连续设置以构成组件；每一组件的定义即为多具主体所构成可共同运作的组件组合(如图6所示)。

较佳实施例中，紧固件得以与镜片(纵轴)平行的一虚构轴心进行东西向转动，该虚构轴心位置大约位于组件的重心中央，故该转动得以维持平衡。

将一组组件相互连接排成一圈，使加温温度更容易向上跃升。此主体以菲涅尔透镜与其他复数组件所组成，包括一集光器、二基底部、紧固件与连接件所共同组成。在复数主体相互连接时，每两具主体共享一基底部、紧固件与连接件(图6)。

基底部7与紧固件之间的连接件主要可分为两种：其一为一圆形导轨，该圆形导轨利用可使连接件与导轨产生位移的滚轴，让圆型组件的轴心(纵轴)恒久保持于同一位置，又因具有滚轴或止动闸，可避免组件产生其他移动或与该导轨分离；其二则为一平面导轨，使紧固件可于表面如车轮般移动。

此二说明例中，基底部7较适合以混凝土作为底座并固定于地面，该底座形状为平行六面体，并于顶部具有弧形凹槽，以发挥上述第一说明例的作用；于第二说明例中，则是具有连续表面的平行六面体。

混凝土底座应具有仅允许旋转滑动的必要导轨构造，并须防止组件侧向与向上位移。

Claims (11)

1.一种具有支撑与追日系统的太阳能聚光器，包括：

至少一线性聚光镜片(3)；

至少一集光器(4)；以及

一支撑与追日系统，该系统含有至少二紧固件(1)，用于以平行于该线性聚光镜片(3)及其最长边的一纵轴为轴心而转动，其特征在于：该系统另外含有至少二连接件(2)以供该至少一集光器(4)与该至少一镜片(3)接合，该至少二连接件可旋转地接合于该至少二紧固件(1)其中一者上的两接合点(5)，并能以穿越该两接合点(5)且垂直于该纵轴的一横轴为轴心进行转动，藉此，当该至少二连接件(2)环绕该横轴转动时，该至少一镜片(3)与该至少一集光器(4)相对平行移动，藉以改变该至少一镜片(3)与该至少一集光器(4)的间距。

2.如权利要求1所述具有支撑与追日系统的太阳能聚光器，其特征在于，每一该至少二连接件(2)与该至少一集光器(4)、该至少一镜片(3)及该至少二紧固件(1)的接合点(5)皆具有接合关节。

3.如权利要求2所述的太阳能聚光器，其特征在于，并具有一可供该至少一镜片(3)支撑并透过各该接合关节与连接件(2)相接的镜框。

4.如权利要求1所述具有支撑与追日系统的太阳能聚光器，其特征在于，具有一单一集光器与一单一镜片，其中该紧固件(1)与集光器(4)整合为一体，其该纵轴与集光器轴心重叠，且连接件具有一平衡秤锤(8)。

5.如权利要求1-3中任一所述具有支撑与追日系统的太阳能聚光器，其特征在于，该支撑系统的连接件(2)与紧固件(1)为圆弧状，且该纵轴与集光器(4)轴心平行。

6.如权利要求1-3任一者所述具有支撑与追日系统的太阳能聚光器，其特征在于，该连接件(2)为矩形、V字型或U字型，其紧固件(1)为圆弧状，该纵轴与集光器(4)轴心平行。

7.如权利要求1-3任一者所述具有支撑与追日系统的太阳能聚光器，其特征在于，该紧固件(1)与连接件(2)呈现V字型，该纵轴穿越该紧固件(1)的V字端点。

8.如权利要求1-3任一者所述具有支撑与追日系统的太阳能聚光器，其特征在于，含有至少二镜片与二集光器，其中连接件为船型或锯型。

9.如权利要求8所述具有支撑与追日系统的太阳能聚光器，其特征在于，该紧固件(1)为船型，且该纵轴位于端点(9)与聚光器对称轴之间。

10.如权利要求8所述具有支撑与追日系统的太阳能聚光器，其特征在于，该紧固件(1)为船型，且其中于转动时作为轴心的该纵轴与聚光器对称轴重叠。

11.如权利要求1-4、9-10中任一所述具有支撑与追日系统的太阳能聚光器，其特征在于，该至少一镜片(3)为菲涅尔透镜或球面型镜片。