CN103649647B - 太阳能收集器模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能收集器模块（4），它包括支撑框架（8），该支撑框架用于附接从纵向看形成抛物线形槽的多个反射器元件（6），从纵向看，所述支撑框架在每个端面具有相应的耦接板（30、32），所述耦接板设置有多个调节元件（34、36），用于连接到相邻模块的支撑框架（8）。所述太阳能收集器模块应该允许以特别简单的方式在安装场所高精度安装。根据本发明，耦接板（30、32）为此目的关于它们的调节元件（34、36）成对配置，以使第一耦接板（30）的调节元件（34）分别具有基准支撑表面（38），用于第二耦接板（32）的调节元件（36）的接触表面（40）。

Description

太阳能收集器模块

技术领域

本发明涉及带有支撑框架的太阳能收集器模块，所述支撑框架用于附接许多反射器元件，这些反射器元件沿着纵向看形成抛物线形槽，该支撑框架沿着纵向看在其两个端侧具有耦接板，用于连接到相邻模块的支撑框架上。本发明进一步涉及带有多个这种沿着纵向依次布置的太阳能收集器模块的抛物线槽形发电装置。

背景技术

在所谓抛物线槽形发电装置领域中，使用传统的各自具有许多反射器元件的抛物线形太阳能收集器模块，这些模块全部布置在共用支撑框架上，以形成抛物线形反射镜。太阳能收集器模块通常沿着南北方向对准并且单轴地跟随太阳，并且由于它们的布置，反射器元件将入射的太阳能辐射汇聚到沿着聚焦线延伸的吸收器管上以形成抛物线形反射镜。在沿着聚焦线延伸的吸收器管内，可以实现高达550℃的温度。可以借助工作流体抽取如此引入吸收器管内的热量，并且通过相连的热交换器将其转换成例如热蒸汽，热蒸汽利用传统发电装置技术驱动相耦接的发电机。以此方式，这种抛物线槽形发电装置形成产生中心电流的太阳能发电装置，并且根据发电装置的设计和位置，例如可以实现10到100MW或者更高的范围。通过依次连接多个上述类型的太阳能收集器模块，收集器可以形成例如总长度长达150m。

对于这种抛物线槽形发电装置，一般高效率是期望的设计目标。为此，在众多因素中，用来在它们的支撑框架上形成抛物线形反射镜的反射器元件以及单个收集器元件或者模块彼此的高精度对准具有特别的重要性。对于对准精度的要求特别涉及围绕收集器的旋转轴线（“y轴”）转动单个收集器元件的横轴（通常为“x轴”）。偏移几个毫弧度（mrad）即能导致由反射器反射的多条光线错过吸收器管并且无法利用它们的辐射能量。

为了期望的高精度对准，除了单个模块在太阳能场中的最终取向（即，直接在最终使用位置）之外，还在生产线上（即，在预组装阶段）提供了各收集器模块的x轴线以及从一台安装设备转移到下一台设备的精确水平对准。三个主要的组装步骤具体如下设置：1、组装所谓的扭矩箱，作为支撑框架的中心支撑元件；2、组装横向伸出的支撑臂；3、组装反射镜和用于接收器管的支撑件。在全部三个组装步骤中，产生的收集器元件具有作为基准轴线的相同旋转轴（y轴）和相同的水平对准的x轴，以保证设计用于特定制造误差的孔具有足够大的重叠度，从而将其他部件组装到期望的位置。为了转移这些基准点，通常可以使用所谓的梁，这些梁相应地具有精确制造的承载元件并且可以在围绕y轴具有旋转刚性的收集器元件的两端设置法兰。

组装过程通常设置为，在组装线上，所述梁在第一组装步骤（通常为扭矩箱）中附接到产生的收集器模块的每个端部，这些梁通过精确水平器而水平对准并附接到收集器模块。然后收集器模块的对准度可以在基准主体上从一台组装设备到下一台组装设备地传递到所述梁。基准块也可以抵靠相应精确加工的表面而安装到收集器模块的支撑结构上，从而在收集器模块上定义水平对准供以后使用。在组装线的末端移除所述梁。基准块留在收集器模块上，然后用在太阳能场或最终工地，以便再一次设定收集器模块的水平对准。现场的精确水平器安置在基准块上，借助它收集器模块可以沿正确的水平取向旋转。

由于按照惯例抛物线槽形发电装置包括多个这种收集器模块，它们在组装时必须适当地彼此耦接并且彼此对准。在单个收集器元件之间的接点处用于此目的的耦接元件一般与安装在收集器轴线（y轴，纵轴）上的耦接板正交，耦接板借助连接销彼此平坦地夹持。板表面之间的摩擦力保证作用力和力矩从一个太阳能收集器模块传递到另一个。通常在组装过程中耦接相邻模块时，首先利用对中螺栓让收集器模块的枢转轴重合。

借助安置在基准块上的精确水平器，首先让其中一个收集器模块正确对准并且固定到定位在顶点位置的抛物线槽形发电装置的驱动塔架上。然后将下一个太阳能收集器模块移动到已经定向的那一个上，以便端板彼此相对地定位。然后通过立桩标定让旋转轴与对中销重合。在围绕旋转轴的转动方向上的剩余自由度也可以利用精确水平器而水平对准，并且通过拧紧连接螺栓而固定到已经定向的收集器模块上。根据每个抛物线槽形收集器中收集器模块的数量重复该过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种上述类型的太阳能收集器模块，这种模块允许利用特别简单地保持的组件实现高精度对准。此外，抛物线槽形收集器必须能以特别简单的方式设置并且仍然能高精度地安装。

针对太阳能收集器，该目的如下所述来实现：沿着纵向布置在支撑框架端侧的耦接板分别设置有多个调节元件，其中所述耦接板关于它们的调节元件成对设计，以便在每一种情况下第一耦接板的所述调节元件具有基准支撑表面，用于第二耦接板的调节元件的对立表面。

本发明基于以下考虑：可以实现组装操作的简化，特别因为：对准和定位步骤可以从现场组装阶段取消，而转移到预组装或预制造过程。具体来说，利用精确水平器和基准块，在太阳能场或者现场的对准过程，必须由预组装过程中适当的校准步骤取代。为此目的，适当的调节装置必须安装到已经位于组装线上的收集器模块的两端的端板或耦接板上。然后，这些调节元件在太阳能场或现场用作耦接和对准元件，并且每个安装成让收集器模块的前端的调节元件的支撑表面铺放在相邻收集器元件的后端处的相应调节元件的基准支撑表面上。通过适当地、高精度地对准调节元件，在预组装过程中通过简单地叠置相互对应的调节元件，可以实现相邻模块之间的现场高精度对准。

为了实现调节元件的可能的制造或定位误差对角度取向的最小可能影响，两个调节元件，从各耦接板的俯视图观察，有利地相对中轴线对称地布置在耦接板上，并因此特别相对于布置在相应耦接板的外端部区域中的抛物线槽形收集器的y-z平面镜像对称。具体来说，通过将调节元件布置地非常远，特别是相对于中轴线布置地非常远，调节元件的制造或定位误差对反射镜支撑系统围绕y轴线的旋转取向的影响可以保持的非常低。

从截面上看，当由调节元件形成的基准支撑表面相对于收集器的x轴平行定位时，并且在特别优选的进一步方案中基准接触表面平行于由反射器元件形成的抛物线形槽的聚焦平面对准，因此平行于系统的x-y平面时，可以实现系统特别方便的组装。为了避免系统的机械超定（überbestimmung），在x-y方向可以考虑轻微的公差。在场中组装时，就是说在组装相邻模块的过程中，优选通过将对中销插入各耦接板中而设定y轴。但是，配合度可以设置成不在组装块和对中销之间产生超定。对于收集器的光效率来说，特别重要的是x轴的对准有多精确。由于对中间游隙导致的y轴线的轻微偏差对于收集器光学质量以及x方向的高精度对准的影响可以忽略。

可以实现进一步方便的组装，因为系统适应于关于围绕y轴旋转的某些不重要的公差。为了实现这种效果，由第一耦接板的调节元件形成的基准支撑表面较之第二耦接板的调节元件的相关接触表面具有较小的横向延伸。在组装过程中，通过让第一模块的第一耦接板的基准支撑表面与相邻模块的第二耦接板的接触表面配对，x方向上具有不同宽度的接触表面彼此叠放在一起。（定位在下的）基准靠接表面的相对较小的宽度允许在安置第二接触表面的过程中发生较小程度的轻微倾斜。

在太阳能场的现场组装过程中，相邻太阳能收集器模块彼此之间的连接优选经由适当的孔形式利用螺栓来形成，特别是耦接板中的孔形式允许相对于彼此略微调节模块的旋转对准度。为了在那时以及根据需要在太阳能场悬吊太阳能收集器模块期间可以进行后续调节，在优选实施例中，许多调节元件分别具有在螺纹通道中引导的调节销。为了形成螺纹通道，贯通的螺纹孔设置在优选构造为接触块的第一耦接板的调节元件中，用于接收螺纹销。因此可以在能彼此连接的两块耦接板的接触块之间提供较小的距离，并因此能根据需要围绕y轴线稍微倾斜各太阳能收集器模块。

在特别具有优势的实施例中，调节元件均形成为安装在各耦接板上的接触块。

对于具有多个在纵向上依次布置的上述类型的太阳能收集器模块的抛物线槽形收集器而言，所述目的如下所述实现：相邻的太阳能收集器模块利用它们彼此面对的耦接板而彼此连接。在组装过程中，优选竖立驱动塔架（之后竖立在中间），该驱动塔架在两侧装备有第一种耦接板，它设置有带有基准支撑表面的调节元件。然后在驱动塔架两侧，镜像对称地吊装太阳能收集器模块，每一个具有第二种耦接板，它设置有带有与基准支撑表面关联的接触表面的调节元件。在组装过程中，（新的待组装模块的）接触表面安置在（已经组装的第一耦接板的）基准支撑表面上，藉此由于调节元件的表面接触，提供模块的高精度细微调节。然后，利用耦接板，将另外的模块组装到新安装的模块的“仍然自由”的端部，直到达到抛物线槽形收集器的期望长度或者模块数量。如上所述，借助适当的孔形式，利用螺栓实现模块彼此之间的连接。

本发明的优势在于：利用以“插头-插座”或者“凸形-凹形”形式成对布置的耦接对，结合相应设计的调节元件，以特别简单且容易安装的方式，在预组装时产生的相邻模块相对于彼此高精度的对准和定向的转移可以在现场安装和最终组装过程中重现，而不要现场进行昂贵耗时的精细调节。由此可以实现非常简单的现场组装，因为不需要在现场进行调节。而且也带来了太阳能场中职业安全性方面的提高，因为只需要较少的重载操作步骤。仅在组装线上需要昂贵的调节工具，诸如例如水平工具，而与之相反，在现场组装过程中，仅需要针对质量检查而对调节情况做最终检查。实际对准和调节发生在组装线上，以便预期获得因环境（风、热等）干涉较少而导致的误差可能性较低。形状相同的精确测量的组装设备以及借助高精度梁，保证了对准质量的一致性。

附图说明

本发明的示例实施例参照附图进行解释。附图示出了：

图1是带有多个太阳能收集器模块的抛物线槽形收集器；

图2是根据图1的抛物线槽形收集器的截面图；

图3、4示意性地表示根据图1的抛物线槽形收集器的太阳能收集器模块的耦接板；

图5是叠置在一起的图3和4的耦接板；

图6是图3、4的耦接板的调节元件；

图7是图5的叠置耦接板的侧视图；

图8是从下方观察的调节元件；和

图9是图1的抛物线槽形收集器的示意性纵截面。

具体实施方式

相同的部件在全部附图中以相同的附图标记表示。

根据图1的抛物线槽形收集器1用于所谓的抛物线槽形发电装置。它包括多个太阳能收集器模块4，这些模块彼此相邻地布置并且支撑在塔架2（驱动或支撑塔架）上。每个太阳能收集器模块4包括多个反射器元件6，它们整体在每个太阳能收集器模块4中形成抛物线形反射镜并且布置在支撑框架8上。从整体来看，在抛物线槽形收集器1中，太阳能收集器模块4的抛物线形反射镜形成抛物线槽。抛物线形收集器1设计用于一种设备，其纵轴线为南北方向，支撑框架可摆动地支撑，以使由反射器元件6形成的抛物线形反射镜可以通过一条轴线单轴地跟随太阳。由反射器元件6形成的抛物线形反射镜将射入的光线汇聚在聚焦线上，聚焦线上布置有吸收器管10。适当的热介质流过吸收器管，吸收器管以未示出的方式连接到后续发电装置部件，在这些后续部件中进行太阳辐射导致的热量向其他能量形式的转换。

在根据图1的实施例中，支撑框架8制成所谓的扭矩箱形式。扭矩箱在图2中详细示出。图2中除了示出适当使用的坐标，还示出了带有大致主方向的坐标系11。对于坐标系11（在太阳能收集器模块4摆动过程中，它随着太阳能收集器模块围绕其平行于吸收器管10延伸的摆动轴线摆动），x方向沿着由反射器元件6形成的抛物线形槽的焦平面延伸。但是，z方向与该焦平面正交地延伸，以使由反射器元件6形成的抛物线截面在x-z平面延伸。但是，y方向平行于太阳能收集器模块4的摆动轴线延伸，并因此也平行于吸收器管10，背离根据图2的截面图的图面。

从图2可以看出，扭矩箱包括主支撑框架12，主支撑框架经由两个平行布置的网格元件14、16与矩形桁架结构接合。网格元件14、16经由外侧的环绕撑杆18和内侧的交叉撑杆20而彼此相连，并且形成具有矩形或方形截面表面的箱形结构。多条支撑臂22（所谓的悬臂）布置在主支撑结构12上并从其伸出，支撑反射器元件6。

在示例实施例中，太阳能收集器模块4的扭矩箱被形成，使得整个系统（即反射器元件6和相关联的扭矩箱）的重心位于反射器元件6的抛物线路径的外侧。“抛物线路径的外侧”指的是这样的区域，扭矩箱本身也位于其中，处于反射器元件6的背离吸收器管10的侧部。这种重心偏移到抛物线路径的外侧是通过适当地选择材料并且适当地布置扭矩箱的支撑元件来实现的。特别的用意在于排除使用配重或者额外的元件，而不影响支撑系统的结构强度。这种排除导致在具有优势的实施例中扭矩箱的结构特别简单紧凑。

太阳能收集器模块4以及因此抛物线槽形收集器1作为整体特别设计成：允许利用特别简单地现场保持（因此立即当场使用）的组件而实现高精度的对准。具体来说，由于太阳能收集器模块4摆动过程中的不精确导致的定位误差应该大体消除或者至少保持得特别低。为了利用仍然简单保持在现场的组件实现这个目的，太阳能收集器模块4设计成在预组装过程中，例如在生产车间里已经基本上高精度对准并且调节，并且随后在太阳能场内的最终安装过程中简单可靠地保持预对准的转移。

为了实现这些设计目的，太阳能收集器模块4的支撑框架8在沿着抛物线形槽的纵向观察的两端侧设置有耦接板30、32，用于与每个相邻的模块连接。耦接板30、32以插头-插座或者“凸形-凹形”合成体的形式构造，以彼此成对使用，在进行预组装后，广泛保持相对于彼此的方位。每个支撑框架8一方面具有设置了许多调节元件34的第一耦接板，例如在图4的正视图中示出，另一方面，具有设置了多个调节元件36的第二耦接板32，例如在图5的正视图中示出。调节元件34、36设计成支撑块并且适当附接到对应的耦接板30、32，例如利用锁止螺栓连接或者焊接。相对于它们的调节元件34、36，耦接板30、32成对使用，以使第一耦接板30上的调节元件34的基准支撑表面38，形成第二耦接板32的调节元件36的接触表面40。

在图3、4分别示出的示例实施例中，两个调节元件34或36布置在耦接板30、32上，关于其中轴线对称，如各耦接板30、32的俯视图所示，在端侧外部区域中。

在连接两块相邻的太阳能收集器模块4的过程中，在组装状态下，两块耦接板30、32彼此叠置，如图5的俯视图所示以及图7的截面图所示。在这种图示中，一方面，可以清楚地看到调节元件36的接触表面40铺放在调节元件34的基准支撑表面38上。由此，在生产车间或类似场所的预组装时实现的各太阳能收集器模块4相对于彼此的高精度对准在后续工地或现场安装过程中能以特别简单可靠的方式重现，而不需要新的调节。另一方面，从图5的图示以及从图6的放大图可以特别清楚地看出，由第一耦接板30的调节元件34形成的基准支撑表面38较之第二耦接板32的调节元件36的各关联接触表面40具有更小的横向延伸。

为了在那时以及在根据需要将太阳能收集器模块4吊装在太阳能场中的过程中可以进行后续调节，至少一些调节元件34、36分别设置有螺纹通道42，在该通道中引导未示出的调节销或者螺栓。为了形成螺纹通道42，在第一耦接板30的设计为接触块的调节元件34中制作螺纹通孔，用于接收用作调节销的螺栓。因此，在两块耦接板30、32的接触块之间可以提供较小的距离，并且可以根据需要将各太阳能收集器模块4围绕y轴线略微倾斜。

带有多个沿着纵向依次布置的上述类型太阳能收集器模块4的抛物线槽形收集器1在图9的纵截面中示意性示出。相邻的太阳能收集器模块4通过它们彼此面对的耦接板30、32相互连接。在组装过程中，优选竖立第一驱动塔架（之后竖立在中部，并且在图9中标识为中部塔架2），该第一驱动塔架的两侧设置有第一种类型的耦接板30，即，设置有带有基准支撑表面38的调节元件34。然后在驱动塔架的两侧，太阳能收集器模块4镜像对称地悬吊起来，每一个模块4具有第二种类型的耦接板32，即，设置带有与接触表面38关联的接触表面40的调节元件32。在组装过程中，待组装的新模块的接触表面40安放在已经组装的第一耦接板30的基准支撑表面38上，藉此由于调节元件34、36彼此平整的接触，实现了模块的高精度精密对准。然后，在新组装的模块的“仍然自由”的端部的两侧，利用耦接板30、32组装相应的另外的模块，直到达到抛物线槽形收集器的模块的期望长度或数量。

附图标记列表

1抛物线槽形收集器

2塔架

4太阳能收集器模块

6反射器元件

8支撑框架

10吸收器管

11坐标系

12主支撑结构

14、16网格元件

18环绕撑杆

20交叉撑杆

22支撑臂

30、32耦接板

34、36调节元件

38基准支撑表面

40接触表面

42螺纹通道

Claims (6)

1.一种带有支撑框架(8)的太阳能收集器模块(4)，所述支撑框架用于安装多个反射器元件(6)，所述反射器元件沿着纵向观察形成抛物线形槽，所述支撑框架沿着纵向观察，在其两个端侧分别具有多个设置有调节元件(34、36)的耦接板(30、32)，所述耦接板用于连接相邻模块的所述支撑框架(8)，所述耦接板(30、32)关于它们的调节元件(34、36)成对设计以使第一耦接板(30)的调节元件(34)分别具有基准支撑表面(38)，用于第二耦接板(32)的调节元件(36)的接触表面(40)，其特征在于，由所述第一耦接板(30)的所述调节元件(34)形成的所述基准支撑表面(38)与由所述反射器元件(6)形成的所述抛物线形槽的聚焦平面平行对准。

2.如权利要求1所述的太阳能收集器模块(4)，在所述耦接板(30、32)上，在俯视图上观察，两个调节元件(34或36)关于耦接板中轴线对称地布置在各耦接板(30、32)的端侧区域。

3.如权利要求1所述的太阳能收集器模块(4)，其特征在于，由所述第一耦接板(30)的所述调节元件(34)形成的所述基准支撑表面(38)较之所述第二耦接板(32)的所述调节元件(36)的相关接触表面(40)具有较小的横向延伸。

4.如权利要求1至3任一项所述的太阳能收集器模块(4)，其特征在于，多个所述调节元件(34、36)分别具有在螺纹通道中引导的调节销。

5.如权利要求1至3任一项所述的太阳能收集器模块(4)，其特征在于，所述调节元件(34、36)分别设计成能安装在各耦接板(30、32)上的支撑块。

6.一种抛物线槽形收集器(1)，它带有多个沿着纵向彼此依次布置的如权利要求1至5任一项所述的太阳能收集器模块(4)，其特征在于，所述相邻太阳能收集器模块(4)经由它们分别面对的耦接板(30、32)彼此连接。