CN103322698B - 一种具有双轴跟踪功能的分布式太阳能光热系统 - Google Patents

Abstract

一种具有双轴跟踪功能的分布式太阳能光热系统，它包括总汽包和光热集热单元和供水装置，光热集热单元包括光热集热器和反光罩，光热集热器通过支撑件固定在地基上，光热集热器的蒸汽出口通过管道连接到总汽包；在光热集热器一面设有一个反光罩，反光罩通过铰接连接与光热集热器或者地基连接；反光罩在第一和第二驱动装置的驱动下沿左右和前后方位转动，且在转动过程中反光罩的聚焦中心始终与光热集热器重叠；至少两组光热集热单元并联设置在身上总汽包和供水装置之间，且光热集热器的进水口与供水装置连接。光热集热单元可以做的很多，通过分布在不同地域空间内进行收集热量，并将热量集中供应到所需要的场合，可以实现大规模的应用。

Description

一种具有双轴跟踪功能的分布式太阳能光热系统

技术领域

本发明涉及太阳能光热利用技术领域。

背景技术

太阳能光热利用是新能源的一种研究方向，分为光伏式和光热式，光伏式就是把太阳能直接转换成电能(光伏发电)，光热式就是把太阳能直接转换成热能，例如(太阳能热水器，太阳灶)等等。提到太阳灶我们知道的有箱式太阳灶、平板式太阳灶、聚光式太阳灶、室内式太阳灶和储能式太阳灶。

以上几种太阳灶它们都有着各自的特点。我们知道以上的几种太阳灶热效率最高的可以算是聚光式的太阳灶了，它可以将太阳能反射聚光到灶底部这样可使得的温度提高到700-1200度，因此目前这种聚光式的光转换热效率是最高的，提到光转换热效率最高的聚光式太阳灶，目前它的技术推广是非常普遍的，但是它的使用率确实非常底的，因为它的使用必须是在阳光照射强烈的户外进行，而且还要不断的调整太阳灶接收太阳光的角度，虽然人们研究成功了自动逐光跟踪装置，要使每台聚光太阳灶安装上逐光跟踪装置，其电路加电机的成本又远远大于太阳灶的本身，因此推广难度也是相当大的，再有制热功率也小，不适合作为大型的供热，例如蒸汽发电、和大型的集中供暖、供热。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种具有双轴跟踪功能的分布式太阳能光热系统，满足大规模应用的问题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种具有双轴跟踪功能的分布式太阳能光热系统，包括总汽包和光热集热单元和供水装置，其特征在于：

所述总汽包为一承压型汽包，和现有锅炉装置中的汽包结构相同或者相似；

所述光热集热单元包括光热集热器和反光罩，所述光热集热器通过支撑件固定在地基上，始终处于静止状态，所述光热集热器的下侧和上侧分别设有进水口和蒸汽出口；所述蒸汽出口通过管道连接到总汽包；

在所述光热集热器侧面设有一个反光罩，所述反光罩为内表面为镜面的弧形半球面，且所述反光罩边沿通过铰接连接与光热集热器或者地基连接；所述的铰接连接是指：在光热集热器上设有一个球形铰，反光罩通过连杆连接球形铰，在反光罩的底部设有一个圆形的缺口。在所述反光罩的下侧四个方位分别设有驱动点，为第一至第四驱动点；所述反光罩在第一和第二驱动装置的驱动下沿左右和前后方位转动，且在转动过程中反光罩的中心始终与光热集热器重叠；所述第一驱动装置包括第一电机、第一螺旋轴、第一绳和若干滑轮，所述第一绳缠绕在第一螺旋轴上且中点固定在第一螺旋轴上，所述第一绳两端分别通过滑轮变向后连接到第一和第三驱动点，形成收放关系，用于调整东西方向的角度；

所述第二驱动装置包括第二电机、第二螺旋轴、第二绳和若干滑轮，所述第二绳缠绕在第二螺旋轴上且与第二螺旋轴具有一个固定点，所述第二绳两端分别通过滑轮变向后连接到第二和第四驱动点；，形成收放关系；用于调整南北方向的角度。

至少两组光热集热单元并联设置在总汽包和供水装置之间，所述供水装置包括水箱、水泵、供水管路和泄水管路，通过供水管路同时向光热集热单元供水，且在供水管路中通过一支管连接到水箱，所述支管中设置一泄水阀，形成泄水回路。

在所述反光罩缺口部位设置一个弧形补丁，所述弧形补丁固定在进水口的进水管路上。

所述供水装置包括水箱、水泵、供水管路和泄水管路，通过供水管路同时向光热集热单元供水，且在供水管路中通过一支管连接到水箱，所述支管中设置一泄水阀，形成泄水回路。

所述光热集热单元安装在道路两侧的空旷区域.

所述总汽包向蒸汽发电机组供热。

所述总汽包向集中供暖供热。

本发明具有以下效果：

光热集热单元可以做的很多，通过分布在不同地域空间内进行收集热量，并将热量集中供应到所需要的场合，可以实现大规模的应用。

光热集热单元中的反光罩可以实现双轴跟踪功能，集热器静止不动，可以实现全天候的集热，集热效率高，可以满足大规模发电的需要。

调节反光罩的传动机构为绳传动，可以适应恶劣的野外环境。

附图说明

图1为发明的原理图；

图2为第一驱动装置和第二驱动装置的结构示意；

图3为反光罩的安装方式图；

图4为图3的全剖视图；

图5为具有弧形补丁的反光罩的全剖视图；

具体实施方式

下面介绍一种具有双轴跟踪功能的分布式太阳能光热系统，介绍它的传动原理以及光热集热器(太阳灶)内的液体的自动补充及防冻、防风的保护控制系统。它可以使在串联阵内所有光热集热器(太阳灶)的反光罩同步、同时按照设计要求向着太阳光的方向自动调整，解决方案是将两根平行轴平行安装于串联光热集热器(太阳灶)下，在两根轴靠近需要调整反光罩的位置，分别缠绕一根带有保护的钢丝绳(预防钢丝绳老化、腐蚀)缠绕的两端留足一定的安装余量或者弹簧，将每个缠绕在轴上的钢丝绳的中间于轴固定，这样就可以保证轴在左右旋转一端拉紧另一端放松时钢丝绳时，钢丝绳不会在轴上松动，这样就可以保证在调整光热集热器(太阳灶)时的精确，由于缠绕在两根轴上的钢丝绳中间被固定这样就使得轴在旋转时钢丝绳的一端是被拉紧同时另一端是同时在放松，这样就可以使得一根轴左右旋转调整光热集热器的左右运动，另一根左右旋转调整光热集热器的上下运动，我们可以通过在合适的位置安装定滑轮的方式来改变对光热集热器的拉动(松动)力的方向，在每根钢丝绳与光热集热器之间加装一个防腐处理拉簧，目的是防止光热集热器在瞬间受到外力而不至于使钢丝绳产生松动而影响传动位置的精确度。应用两平行轴缠绕钢丝绳来调整户外的太阳能、太阳灶以及光伏发电机构是最适合的传动调整机构，因为太阳能的利用大部分是在户外，而且有的太阳能的利用是在风沙、雨雪发生比较频发的地区因此该传动方式是最适合在该地区使用，我们知道在特定恶劣的环境的环境下，(冷热交替、阳光直射、风雨、雪冰雹等等)传动机构的简单，更加说明了技术应用的合理。因为精密设备虽然能保证太阳灶运转的精度，但是它的制造成本以及维护费用也是相当高的。光热集热器的串联利用的关键是我们把各个光热集热器应用连通器的原理使其各个光热集热器内部相通，在安装发生器时，只要保证各个光热集热器内的液体的液面都保持在一个液面并且平行于地面，我们应用金属管路于每个光热集热器相连接，这样就可以保证在利用具有压力时的安全性，各个光热集热器上部设有出口，出口处设有单向阀并与总管道(或是总汽包)相连接，蒸汽直接连接到需要的设备的汽包上，如汽轮机等等。

如果我们是在室内使用，我们可以将光热集热器出口出来的导热油通过管路输送倒室内需要的位置如炉灶，暖气设备上等等，利用之后我们可以通过管路流回到光热集热器下方的连通管整个循环可以泵体强制循环，我们可以利用温控器来调整导热油泵开启。

如果我们利用太阳能加热的是水，我们就要考虑到冬天防冻的问题，因为循环管路采用的是金属管路虽然可以做保温处理(发生器除外)，为了保证万无一失，我们可以通过温度控制的方法，将在温度极低环境下，将循环管内的液体通过电磁阀，流回到蓄液池，由于我们采用了机电一体传动控制系统，系统需求的电能，可以采用太阳能电池供电，利用此装置的优点是自动化程度高热能可以积少成多、积小成大。

我们可以利用荒山、沙漠、也可以利用高速公路上方闲置的空间多组连接利用太阳能蒸汽发电，供热，等等由于反光罩反光面需要在风沙天气下保护，我们可以通过风向，风力开关将反光面运动到背风面，这样就可以起到对反光罩的保护。

下面进行详细描述：在图1至图5中，

一种具有双轴跟踪功能的分布式太阳能光热系统，包括总汽包和1光热集热单元2和供水装置3。下面分别就其结构特征进行详细的描述。

总汽包1为一承压型汽包，和现有锅炉装置中的汽包结构相同或者相似；功能也和现有汽包相同，为现有技术的一部分。

光热集热单元2包括光热集热器21和反光罩22，光热集热器21采用现有技术，整体为一容器状，且在其表面设有吸热的多层，也可以采用中空结构，可以参照现有的太阳能集热真空管原理，可以采用真空结构也可以采用板式换热结构，只要能起到光热转换目的即可。

光热集热器21通过支撑件固定在地基上，始终处于静止状态，光热集热器21的下侧和上侧分别设有进水口22和蒸汽出口23，其中的进水口22与供水装置连接，接受供水装置供应的冷水。蒸汽出口23通过管道连接到总汽包，将光热集热器产生的蒸汽输送到总汽包中；供水装置3包括水箱31、水泵32、供水管路33和泄水管路34，通过供水管路同时向光热集热单元供水，且在供水管路中通过一支管连接到水箱，支管中设置一泄水阀35，泄水阀为电控阀门，可以接受温控系统的控制，根据温度传感器采集到的信息进行自动控制，形成泄水回路，当冬季等室外温度很低时，可以通过泄水管路进行泄水，防止管道冻伤。

在光热集热器的侧面设有一个反光罩22，所述反光罩22为内表面为镜面的弧形半球面，具有很高的反光效果。反光罩22边沿通过铰接连接与光热集热器连接，该处的铰接连接详细方案为：光热集热器为静止状态，在光热集热器21上设有一个球形铰27，反光罩通过连杆28连接球形铰，这样反光罩22可以绕球形铰27进行转动，可以进行三维空间内的调整方位，为实现避让的功能，在反光罩的底部设有一个圆形的缺口25，防止反光罩与进水管发生干涉，同时在对应的缺口部位，设置一个弧形补丁26，参照图5其中的弧形补丁26是固定在进水口的进水管上的，为静止状态，用于增强其反光效果。在反光罩22的下侧四个方位分别设有驱动点，为第一至第四驱动点，分别标记为41、42、43和44；反光罩在第一和第二驱动装置的驱动下沿左右和前后方位转动。

如图1，三组光热集热单元2并联设置在总汽包1和供水装置3之间，所以光热集热单元产生的热量是非常可观的，总汽包收集的蒸汽可用于发电、工业生产用蒸汽、供暖用蒸汽等环节中，具有很高的使用价值。

第一驱动装置包括第一电机、第一螺旋轴51、第一绳52和若干滑轮53，第一绳52缠绕在第一螺旋轴上且中点固定在第一螺旋轴上，第一绳52两端分别通过滑轮变向后连接到第一驱动点41和第三驱动点43，形成收放关系，用于调整东西方向的角度，为增强第一绳的自由性能，在第一绳两端和驱动点之间分别加装一个弹簧54，使其具有一定的自适应性能。

第二驱动装置包括第二电机、第二螺旋轴61、第二绳62和若干滑轮，第二绳缠绕在第二螺旋轴上且与第二螺旋轴具有一个固定点，所述第二绳两端分别通过滑轮变向后连接到第二和第四驱动点，形成收放关系；用于调整南北方向的角度，为增强第二绳的自由性能，在第二绳两端和驱动点之间分别加装一个弹簧，使其具有一定的自适应性能。容易理解的，通过第一和第二驱动装置的驱动可以实现反光罩在三维空间中的调整，同时由于光热集热器始终位于反光罩的聚焦点上，所以可以保证在转动过程中反光罩的中心始终与光热集热器重叠，最大程度的收集热量。

Claims (7)

1.一种具有双轴跟踪功能的分布式太阳能光热系统，包括总汽包和光热集热单元和供水装置，其特征在于：

所述总汽包为一承压型汽包；

所述光热集热单元包括光热集热器和反光罩，所述光热集热器通过支撑件固定在地基上，所述光热集热器的下侧和上侧分别设有进水口和蒸汽出口；所述蒸汽出口通过管道连接到总汽包；

在所述光热集热器一面设有一个反光罩，所述反光罩为内表面为镜面的弧形半球面，且所述反光罩边沿通过铰接连接与光热集热器或者地基连接；在所述反光罩的下侧四个方位分别设有驱动点，为第一至第四驱动点；所述反光罩在第一和第二驱动装置的驱动下沿左右和前后方位转动，且在转动过程中反光罩的聚焦中心始终与光热集热器重叠；

至少两组光热集热单元并联设置在总汽包和供水装置之间，且所述光热集热器的进水口与供水装置连接；所述第一驱动装置包括第一电机、第一螺旋轴、第一绳和若干滑轮，所述第一绳缠绕在第一螺旋轴上且中点固定在第一螺旋轴上，所述第一绳两端分别通过滑轮变向后连接到第一和第三驱动点，形成收放关系，用于调整东西方向的角度；

所述第二驱动装置包括第二电机、第二螺旋轴、第二绳和若干滑轮，所述第二绳缠绕在第二螺旋轴上且与第二螺旋轴具有一个固定点，所述第二绳两端分别通过滑轮变向后连接到第二和第四驱动点，形成收放关系；用于调整南北方向的角度。

2.依据权利要求1所述的一种具有双轴跟踪功能的分布式太阳能光热系统，其特征在于，所述的铰接连接是指：在光热集热器上设有一个球形铰，反 光罩通过连杆连接球形铰，在反光罩的底部设有一个圆形的缺口。

3.依据权利要求2所述的一种具有双轴跟踪功能的分布式太阳能光热系统，其特征在于，在所述反光罩缺口部位设置一个弧形补丁，所述弧形补丁固定在进水口的进水管路上。

4.依据权利要求1所述的一种具有双轴跟踪功能的分布式太阳能光热系统，其特征在于，所述供水装置包括水箱、水泵、供水管路和泄水管路，通过供水管路同时向光热集热单元供水，且在供水管路中通过一支管连接到水箱，所述支管中设置一泄水阀，形成泄水回路。

5.依据权利要求1所述的一种具有双轴跟踪功能的分布式太阳能光热系统，其特征在于，所述光热集热单元安装在道路两侧的空旷区域。

6.依据权利要求1所述的一种具有双轴跟踪功能的分布式太阳能光热系统，其特征在于，所述总汽包向蒸汽发电机组供热。

7.依据权利要求1所述的一种具有双轴跟踪功能的分布式太阳能光热系统，其特征在于，所述总汽包向集中供暖供热。