CN103644658B - 太阳能槽式聚光系统 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能槽式聚光系统，由一次反光定日镜、二次反光槽式聚光器及真空吸热管（3）组成。一次反光定日镜沿东西方向一字摆放，全天候跟踪太阳，始终将太阳光线反射到二次反光槽式聚光器上，并保证反射光线与二次反光槽式聚光器的对称中心面平行。二次反光槽式聚光器将来自一次反光定日镜的平行光线聚焦在真空吸热管（3）上，在本发明太阳能槽式聚光系统的工作过程中，二次反光槽式聚光器和真空吸热管（3）固定不动。

Description

太阳能槽式聚光系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能槽式聚光设备。
背景技术
能源危机在世界范围内日渐凸显，可再生能源未来将成为世界能源结构的重要组成部分。尤其是对太阳能利用的合理开发具有重要意义。近些年来，全世界各个国家的科研工作者在这方面进行了大量的工作和科学探索，并取得了一定的成果，太阳能热发电就是其中最典型的代表。目前太阳能热发电系统形式主要包括：太阳能塔式、太阳能槽式、太阳能碟式及太阳能菲涅尔式等几种形式。其中太阳能槽式聚光系统是太阳能热发电近些年来采用的主要形式。它是最早实现商业化运行的太阳能热发电形式，主要因为其技术发展迅猛，技术比较成熟，相对成本较低。随着近些年的不断完善和发展技术逐渐趋于成熟，目前已大规模应用于太阳能热发电领域。其工作原理是：利用槽式抛物柱面反光镜将平行于该反光镜对称中心面的光线聚焦到位于焦线处的真空吸热管上，吸热管内部有流体工质将热量带走后直接发电，或加热水后再进行发电。然而，多年以来，槽式系统结构的单一化比较明显，缺少突破性的改进与创新，同时，传统的系统方案也存在着一定的弊端。比如：真空吸热管随着槽式聚光器跟踪太阳运动而运动，不论对工质的传递而言会带来诸多不可靠的因素，同时对真空管的安装与破损后的维修更换也会带来很大的不便；大跨度的槽式聚光器的刚度很难保证，传动机构消耗能量较高，抵抗风载荷的能力较低等等。
中国专利CN102162684A公开了一种固定焦点线的太阳能槽式聚光装置，所述的反射镜面两端及中间连接有支撑杆，中间的支撑杆通过轴承及旋转阀片与基座相连，形成反射镜面的转动轴，在反射镜面的焦点线（即转动轴）上设有集热管，集热管穿过中间的支撑杆及轴承，不论镜面随着太阳运动怎样转动，集热管都保持不动。中国专利CN202648187U公布了一种太阳能集热装置，将集热管放置于槽式反射镜面的聚光焦点线上并保持不动，应用多个支撑基座支撑重量较大的集热管和集热管中流动的热工质。以上两专利均具有一个共同的特点，就是，集热管与太阳能槽式集热装置的旋转中心重合，集热装置绕旋转中心旋转跟踪太阳，集热管固定不动。其实，这种结构很难实现，由于集热管与旋转中心重合，必定会带来集热管与太阳能槽式集热装置的支撑点产生干涉，为了保证集热装置具有足够的刚度，其跨度只能做得很小，同时，支撑集热管的装置会造成反光表面的不连续。另外，太阳能集热装置绕集热管进行转动，旋转半径会很大，增加了传动系统的复杂性，同时会带来较大的消耗。
发明内容
本发明的目的是克服传统槽式聚光系统存在的缺点，提出一种太阳能槽式聚光系统。
本发明太阳能槽式聚光系统主要由以下几部分组成：
一、一次反光定日镜，所述的一次反光定日镜可以是一字排开的多个双轴跟踪的定日镜列，每个定日镜各自独立，可以全天候跟踪太阳，将来自太阳的光线反射到某一固定的位置；一次反光定日镜也可以是一个长宽比较大的单轴跟踪的定日镜，该种方式虽然简化了跟踪方式，降低了系统部分成本，但同时也会带来一定的余弦效应，降低了系统的工作效率。一次反光定日镜由高反射率的平面镀银反光镜、反光镜支撑结构和跟踪控制系统组成。平面镀银反光镜通过连接件固定在一次反光镜支撑结构上，跟踪控制系统控制平面镀银反光镜连同一次反光镜支撑结构一起跟踪太阳运动。多个双轴跟踪一次反光定日镜沿东西方向一字摆放，全天候跟踪太阳，始终将太阳光线反射到二次反光槽式聚光器上，并保证反射光线与二次反光槽式聚光器的对称中心面平行。如果一次反光定日镜是一个长宽比较大的单轴跟踪的定日镜，则其长度方向沿东西向放置，且保证将太阳光线反射到二次反光槽式聚光器上，并与二次反光槽式聚光器的对称中心面平行。
二、二次反光槽式聚光器，二次反光槽式聚光器由高反射率的镀银反光镜和反光镜支撑结构组成，镀银反光镜通过连接件固定在反光镜支撑结构上。，镀银反光镜的反光表面为二维抛物面。根据实际需要，二次反光槽式聚光器的开口可以制成非对称形。为了最大限度降低真空吸热管的高度，以方便后续操作，二次反光槽式聚光器也可以制成半个传统槽式聚光器的形式，即以槽式聚光器对称中心面为分界面，取其一半作为二次聚光器；
三、真空吸热管，真空系热管作为传热工作介质的换热通道。
一次反光定日镜、二次反光槽式聚光器和真空吸热管这三个部件之间的位置关系由南向北依次布置，顺序为：二次反光槽式聚光器、真空吸热管、一次反光定日镜，三者之间是各自独立的。
一次反光定日镜将太阳光反射到二次反光槽式聚光器上，入射光线与槽式聚光器对称中心面平行，再由二次反光槽式聚光器将光线聚焦到真空吸热管上，同时与真空吸热管内的工作介质进行换热。
一次反光定日镜、二次反光槽式聚光器及真空吸热管，各自分别沿东西方向放置。真空吸热管放置在二次反光槽式聚光器的焦点线上。二次反光槽式聚光器的开口向北，其对称中心面置于水平方向。二次反光槽式聚光器和真空吸热管均固定在地面上，在工作过程中始终固定不动。
附图说明
图1为本发明太阳能槽式聚光系统示意图；
图2为本发明太阳能槽式聚光系统二次反光槽式聚光器背面支撑结构示意图；
图中：1平面镀银反光镜、2一次反光镜支撑结构、3真空吸热管、4吸热管支撑架、5基础、6地脚螺栓、7锁紧螺母、8二次反光镜支架、9抛物面镀银反光镜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
图1所示为本发明太阳能槽式聚光系统示意图，该系统由一次反光定日镜、二次反光槽式聚光器和真空吸热管3组成，由南向北依次布置，顺序为：二次反光槽式聚光器、真空吸热管3、一次反光定日镜，三者各自独立。一次反光定日镜可以是由多个双轴跟踪的定日镜组成的阵列，也可以是一个长宽比较大的单轴跟踪的与二次反光槽式聚光器相匹配的定日镜。
一次反光定日镜是由高反射率的平面镀银反光镜1、一次反光镜支架2以及跟踪控制系统组成。平面镀银反光镜1通过连接件固定在一次反光镜支撑结构2上，跟踪控制系统控制平面镀银反光镜1和一次反光镜支撑结构2旋转，跟踪太阳。多个双轴跟踪的一次反光定日镜沿东西方向一字摆放，全天候跟踪太阳，始终将太阳光线反射到二次反光槽式聚光器上，并保证反射光线与二次反光槽式聚光器的对称中心面，即理论上的抛物面对称中心面平行。如果一次反光定日镜是一个长宽比较大的单轴跟踪的定日镜，则其长度方向沿东西向放置，且保证将太阳光线反射到二次反光槽式聚光器上，并与二次反光槽式聚光器的对称中心面平行。
二次反光槽式聚光器是由高反射率的抛物面镀银反光镜9及二次反光镜支架8构成，抛物面镀银反光镜9通过连接件固定在二次反光镜支架8上。聚光器可以为传统槽式聚光器的形式，即沿对称中心面两侧对称；为降低真空吸热管3的高度，聚光器也可以为非对称于对称中心面的，即取传统槽式聚光器的槽宽度方向的一半作为二次反光槽式聚光器，如图1所示的二次反光槽式聚光器。
二次反光槽式聚光器沿东西方向放置，其对称中心面，即理论上的抛物面对称中心面，处于水平状态。二次反光槽式聚光器放置在一次反光定日镜的南侧并相隔一定的距离。二次反光槽式聚光器带有抛物面反光镜9的一侧面朝北，另一侧朝南布置，通过地脚螺栓6和锁紧螺母7与基础5连接，固定在地面上。适当调整各抛物面反光镜9，使其聚焦后的光线在一条直线上。真空吸热管3放置在二次反光槽式聚光器的焦点线的位置上，并通过吸热管支撑架4与大地相连。本发明槽式聚光系统处于工作状态时，工作介质流经真空吸热管3，同时进行热量交换。在槽式聚光系统的工作过程中，一次反光定日镜始终跟踪太阳运动，将太阳光源源不断地反射到二次反光槽式聚光器上，再通过二次反光槽式聚光器进行聚焦，将光线聚集在真空吸热管3上，并对真空吸热管3内的工作介质加热，从而获取热量。
本发明槽式聚光系统与现有槽式聚光系统技术相比较区别在于引入了一次反光定日镜，同时，二次反光槽式聚光器和真空吸热管3始终是固定不动的，不论对真空吸热管3的安装，还是真空吸热管3破损后的更换，以及传输流体都会带来很大的方便。同时，由于二次反光槽式聚光器也是固定不动的，因此，二次反光槽式聚光器的开口和跨度可以做的很大并能保证其刚度和抗风强度。
图2为本发明太阳能槽式聚光系统二次反光槽式聚光器背面支撑结构以及与地面固定示意图，该结构是由型钢焊接而成，结构简单且制造容易，成本较低。

Claims (5)

1.一种太阳能槽式聚光系统，其特征在于，所述太阳能槽式聚光系统由一次反光定日镜、二次反光槽式聚光器和真空吸热管(3)组成；所述的一次反光定日镜为平面镜，其反光表面为平面镀银反光镜；所述的二次反光槽式聚光器的对称中心面处于水平状态；一次反光定日镜、二次反光槽式聚光器和真空吸热管(3)均沿东西方向放置，二次反光槽式聚光器置于一次反光定日镜的南侧，并间隔一定的距离，三者彼此独立；一次反光定日镜将太阳光平行反射到二次反光槽式聚光器上，并使反射光线与二次反光槽式聚光器的对称中心面平行；所述的二次反光槽式聚光器带有抛物面反光镜(9)的一侧面朝北，另一侧朝南布置，通过地脚螺栓(6)和锁紧螺母(7)与基础(5)连接，固定在地面上。
2.按照权利要求1所述的太阳能槽式聚光系统，其特征在于，所述的二次反光槽式聚光器由抛物面镀银反光镜(9)及二次反光镜支架(8)构成，抛物面镀银反光镜(9)通过连接件固定在二次反光镜支架(8)上。
3.按照权利要求1或2所述的太阳能槽式聚光系统，其特征在于，所述的二次反光槽式聚光器沿对称中心面对称，或采用槽式聚光器槽宽度方向的一半作为二次反光槽式聚光器。
4.按照权利要求1所述的太阳能槽式聚光系统，其特征在于，所述的真空吸热管(3)放置在二次反光槽式聚光器的焦点线的位置上，并通过吸热管支撑(4)与大地相连。
5.按照权利要求1所述的太阳能槽式聚光系统，其特征在于，所述的一次反光定日镜为由多个双轴跟踪的定日镜组成的阵列，或者是一个单轴跟踪的定日镜。
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