CN104764219A - 一种太阳能采暖光热聚集接收装置 - Google Patents

一种太阳能采暖光热聚集接收装置 Download PDF

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李博文
门宝辉
孙静
李卓希
李泽阳
何楠
王天宇
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李博文
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Abstract

本发明提供一种太阳能采暖光热聚集接收装置,所述接收装置包括一菲涅尔透镜、一太阳能接收器和一支架,其中,所述支架的一端与所述菲涅尔透镜相连,另一端与所述太阳能接收器相连,所述菲涅尔透镜用以聚焦太阳光,所述太阳能接收器用以接收所述菲涅尔透镜所吸收的太阳光。本发明对太阳能的利用效率高,使用菲涅尔透镜作为聚光设备,聚光性能优越;太阳能接收器采用纯铜球状体,实现最好的传热效果;而且成本较低,具有使用价值,菲涅尔透镜与传统的透镜相比,具有面积大、体积小、重量轻、结构紧凑、价格较低、轻便易携带等优点,非常适合太阳能采暖装置使用;接收装置材料为纯铜球,且体积较小。

Description

一种太阳能采暖光热聚集接收装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种太阳能收集装置,特别涉及一种太阳能采暖光热聚集接收装置。
背景技术
[0002] 燃烧时各种气体和固体废物以及发电时的余热都会造成污染,开发利用新能源己成为我国长时期内经济社会发展所必须面临和解决的重大课题。太阳能作为一种可持续利用的清洁能源,使用方便安全,必然成为人类的主要能源之一,近年来在建筑中的利用受到高度关注。我国大部分地区冬季温度低,需要供暖,受地域,价格,资源等因素的影响,现有的取暖形式类别多样。主要是燃烧煤炭取暖,用电取暖和天然气取暖。煤炭的可获得性好,储量丰富,使用方便。但是煤炭是不可再生资源,不可能长期利用,并且会导致一系列环境问题。太阳能采暖是一项环保工程,是利用无污染、可再生的太阳能,既能减少化石燃料,天然气,油等能源的使用,又洁净且无污染物排放。太阳能采暖经济效益显著,一般3-5年即可收回投资成本,而它的使用寿命一般在20年左右,所以它的经济效益也是十分显著的。但是目前太阳能采暖设备对太阳能的利用率普遍较低。
[0003]目前对于太阳能的收集利用率还处于相对较低的水准,请参阅中国专利《一种户用高倍聚光光热互补装置》,申请号:200920352297.2,一种户用高倍聚光光热互补装置,它涉及的是一种吸收太阳光照的机电一体化发电装置,具体涉及的是一种户用高倍聚光光热互补装置。它包含地基、双轴跟踪装置、高倍聚光光热混合装置、冷却水管、蓄水箱、电气控制装置、支杆和支架。它能克服已有高倍聚光太阳能收集器的跟踪装置存在的结构复杂、能耗高、综合效能利用率不高,对环境适应性差不适合户用的缺点,提出的一种简单实用的光伏光热混合装置。
[0004] 但是上述提到的太阳能收集装置中的聚光收集装置结构比较复杂。
[0005] 鉴于上述缺陷,本发明创作者经过长时间的研宄和实践终于获得了本发明。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于,提供一种太阳能采暖光热聚集接收装置,用以克服上述技术缺陷。
[0007] 为实现上述目的,本发明采用的技术方案在于,提供一种太阳能采暖光热聚集接收装置,所述接收装置包括一菲涅尔透镜、一太阳能接收器和一支架,其中,所述支架的一端与所述菲涅尔透镜相连,另一端与所述太阳能接收器相连,所述菲涅尔透镜用以聚焦太阳光,所述太阳能接收器用以接收所述菲涅尔透镜所聚焦的太阳光。
[0008] 本发明对太阳能的利用效率高,使用所述菲涅尔透镜作为聚光设备,聚光性能优越;所述太阳能接收器采用纯铜球状体,实现最好的传热效果;而且成本较低,具有使用价值,所述菲涅尔透镜与传统的透镜相比,具有面积大、体积小、重量轻、结构紧凑、价格较低、轻便易携带等优点,非常适合太阳能采暖装置使用;接收装置材料为纯铜球,且体积较小。
[0009] 较佳的,所述接收装置还包括一双轴联动自动跟踪器,所述双轴联动自动跟踪器与所述支架相连,用以改变调节所述菲涅尔透镜和所述太阳能接收器的角度。
[0010] 本发明使用所述双轴联动自动跟踪器,让太阳光与所述菲涅尔透镜、所述太阳能接收器之间的移动角度达到同步,使得所述菲涅尔透镜的焦点一直正对着太阳光,显著提高本发明太阳能采暖光热聚集接收装置对太阳能的利用率。
[0011 ] 较佳的,所述双轴联动自动跟踪器包括一第一电动机、一第二电动机、一电机支撑架、两侧板和一电机底座,其中,所述第一电动机的一端与所述支架相连,另一端与所述电机支撑架相连,用以调节所述菲涅尔透镜和所述太阳能接收器东西方向的角度;所述侧板的一端与所述电机支撑架相连,另一端与所述第二电动机相连,所述第二电动机与所述电机底座相连,用以调节所述菲涅尔透镜和所述太阳能接收器南北方向的角度。
[0012] 较佳的,所述接收装置还包括一导热管和一储能箱,其中,所述导热管的一端与所述太阳能接收器相连接,另一端与所述储能箱相连接,用以传导所述太阳能接收器接收的热能,所述储能箱用以接收所述导热管传递过来的热能,并加以储存。
[0013] 本发明使用所述储能箱6,用于热能的储存,解决没有太阳光而需要使用热能的情况的问题,达到资源的合理利用,还可以把热能转化成电能,供于生活、工业的使用。
[0014] 较佳的,所述菲涅尔透镜的直径1210mm,焦距500mm。
[0015] 所述菲涅尔透镜的焦点刚好落在所述接收装置上,当所述菲涅尔透镜面垂直接面向太阳时,光线将会被聚焦从而汇聚更多的能量,实现对太阳能的收集。
[0016] 较佳的,所述第一电动机采用6V微型电机驱动,所述第二电动机采用“ 6V,30r/m”低速电机驱动。
[0017] 较佳的,所述太阳能接收器为纯铜球状体,且所述太阳能接收器的直径为40mm。
[0018] 之所以所述太阳能接收器选用直径为40mm的铜质金属球接收太阳能,是为了减少太阳能的损失。
[0019] 与现有技术比较本发明的有益效果在于:本发明对太阳能的利用效率高,且结构简单;使用所述菲涅尔透镜作为聚光设备,聚光性能优越;所述太阳能接收器采用纯铜球状体,实现最好的传热效果;而且成本较低,具有使用价值,所述菲涅尔透镜与传统的透镜相比,具有面积大、体积小、重量轻、结构紧凑、价格较低、轻便易携带等优点,非常适合太阳能采暖装置使用;接收装置材料为纯铜球,且体积较小;本发明使用所述双轴联动自动跟踪器,让太阳光与所述菲涅尔透镜、所述太阳能接收器之间的移动角度达到同步,使得所述菲涅尔透镜的焦点一直正对着太阳光,显著提高本发明太阳能采暖光热聚集接收装置对太阳能的利用率;本发明使用所述储能箱,用于热能的储存,解决没有太阳光而需要使用热能的情况的问题,达到资源的合理利用,还可以把热能转化成电能,供于生活、工业的使用;所述菲涅尔透镜的焦点刚好落在所述接收装置上,当所述菲涅尔透镜面垂直接面向太阳时,光线将会被聚焦从而汇聚更多的能量,实现对太阳能的收集;之所以所述太阳能接收器选用直径为40_的铜质金属球接收太阳能,是为了减少太阳能的损失。
附图说明
[0020]图1为本发明太阳能采暖光热聚集接收装置的结构示意图;
[0021] 图2为本发明实施例一的结构示意图;
[0022] 图3为本发明实施例二的结构示意图。
具体实施方式
[0023] 以下结合附图,对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0024] 请参阅图1所示,其为本发明太阳能采暖光热聚集接收装置的结构示意图;所述的接收装置包括一菲涅尔透镜1、一太阳能接收器2和一支架3,其中,所述支架3的一端与所述菲涅尔透镜I相连,另一端与所述太阳能接收器2相连,所述菲涅尔透镜I用以聚焦所述的太阳光,所述太阳能接收器2用以接收所述菲涅尔透镜I所吸收的太阳光。
[0025] 所述支架3为轴对称结构,所述菲涅尔透镜I采用卡接的方式固定在所述支架3的上部,所述菲涅尔透镜I为一飞碟状,其所述菲涅尔透镜I的截面为椭圆。
[0026] 所述菲涅尔透镜I实现对太阳能的收集,本发明中所述菲涅尔透镜I与传统的透镜相比,具有面积大,体积小,重量轻,结构紧凑,价格比较低、轻便易携带等优点,同时它拥有不逊于其它透镜的良好聚光性和成像性能是一种应用十分广泛的光学元件。
[0027] 本发明采用直径为1210mm,焦距500mm的菲涅尔透镜1,能够实现对太阳光的强效集聚作用,实现对焦后在温暖的冬季阳光下能够在一秒钟内将纸燃着,可见聚光效果非常之好。
[0028] 所述太阳能接收器2安装在所述支架3的中部,且位于所述菲涅尔透镜I的下方,将菲涅尔透镜I聚焦的热量最大程度接收,实现热量高效率的传递。所述太阳能接收器2的制作材料选用纯铜,与其他材料比较发现,纯铜的导热系数较好,由于太阳的方位会随着时间的推移,角度也会随之发生改变,所以不能保证太阳总是正对着所述菲涅尔透镜1,导致所述菲涅尔透镜I焦点会在小范围内左右上下浮动。由此把所述太阳能接收器2采用球形设计,所述球状的太阳能接收器2接收的太阳光热可以使聚光焦点始终位于所述球状的表面,使其充分加热,充分利用所述菲涅尔透镜I接收的太阳光。
[0029] 如果采用平面金属接收太阳光,不仅不能保证最大程度的接收太阳光,而且其相较于热管的连接也不如所述球状的太阳能接收器2效率好。综合来看,应用所述球状的太阳能接收器2是所述太阳能接收装置的最佳设计。
[0030] 本发明中所述菲涅尔透镜I聚焦后光斑直径大小接近0.5cm,因为本发明不能时刻对准太阳光,所以聚焦光斑会在所述菲涅尔透镜I上产生移动,通过对所述菲涅尔透镜I的多次实验和数据综合分析,所述菲涅尔透镜I聚焦光斑在聚焦平面上产生长度为30mm左右的位移移动,所以选用直径为40mm的铜质金属球接收太阳能,减少太阳能的损失。
[0031] 本发明对太阳能的利用效率高,使用所述菲涅尔透镜I作为聚光设备,聚光性能优越;所述太阳能接收器采用纯铜球状体,实现最好的传热效果;而且成本较低,具有使用价值,菲涅尔透镜I与传统的透镜相比,具有面积大、体积小、重量轻、结构紧凑、价格较低、轻便易携带等优点,非常适合太阳能采暖装置使用;接收装置材料为纯铜球,是生活中常见的金属材料,易于获得,且体积较小。
[0032] 实施例一
[0033] 如上述所述的接收装置,本实施例与其不同之处在于,参阅图2所示,其为本发明实施例一的结构示意图;所述接收装置还包括一双轴联动自动跟踪器4,所述双轴联动自动跟踪器4与所述支架3相连,用以改变调节所述菲涅尔透镜I和所述太阳能接收器2的角度。
[0034] 所述双轴联动自动跟踪器4包括一第一电动机41、一第二电动机42、一电机支撑架43、两侧板44和一电机底座45,其中,所述第一电动机41的一端与所述支架3相连,另一端与所述电机支撑架43相连,用以调节所述菲涅尔透镜I和所述太阳能接收器2东西方向的角度;所述侧板44的一端与所述电机支撑架43相连,另一端与所述第二电动机42相连,所述第二电动机42与所述电机底座45相连,用以调节所述菲涅尔透镜I和所述太阳能接收器2南北方向的角度。
[0035] 所述第一电动机41用以东西方向的太阳光的跟踪,采用6V微型电机驱动,所述第二电动机42用以南北方向的太阳光的跟踪,采用“6V,30r/m”低速电机驱动。
[0036] 在东西方向上的太阳光跟踪,采用阴影法;而南北方向上的太阳光跟踪,采用挡板法。这样两个方向上跟踪的叠加,就使三维空间上的自动跟踪成为现实。南北方向上的跟踪采用低速电机驱动,输出速度约为每分钟30转,电流不超过200MA。
[0037] 本发明中东西向跟踪采用阴影法是因为东西向跟踪为跟踪太阳每天时角的变化,此向跟踪,装置的转动幅度较大,转动频率较高,不需特别大的电量即可满足需求。南北向跟踪采用挡板法是因为南北向跟踪为跟踪太阳四季赤玮角的变化,此向跟踪,装置的转动幅度较小,转动频率不高。由于光敏电阻较为廉价,在偏转角度不是很大的情况下(全年只有正转47度,反转47度),耗电量也不是很大,所以在这种情况下使用档板法较为经济。
[0038] 本发明在南北方向上的太阳转动的跟踪是利用挡板法,所述挡板法采用由挡板和光敏电阻组成,当太阳光垂直入射时,效率最高,而此时由于挡板两侧的光敏电阻所受的光照强度相等,阻值和分压值也相等,所述双轴联动自动跟踪器4不工作;当太阳斜射时,两侧光敏电阻所受光照强度不同,阻值和分压值也不同,所述接收装置向光照强度较大的一方偏转,直到两侧光敏电阻的分压值再次相等,此时档板平面恰好正对太阳,效率最高。而南北方向的太阳时角变化比较小,因而采用阴影法辅助协调,从而达到精准跟踪太阳能变化的目的。
[0039] 本发明使用所述双轴联动自动跟踪器4,让太阳光与所述菲涅尔透镜1、所述太阳能接收器2之间的移动角度达到同步,使得所述菲涅尔透镜I的焦点一直正对着太阳光,显著提高本发明太阳能采暖光热聚集接收装置对太阳能的利用率。
[0040] 实施例二
[0041] 如上述所述的接收装置,本实施例与其不同之处在于,参阅图3所示,其为本发明实施例二的结构示意图;所述接收装置还包括一导热管5和一储能箱6,其中,所述导热管5的一端与所述太阳能接收器2相连接,另一端与所述储能箱6相连接,用以传导所述太阳能接收器2接收的热能,所述储能箱6用以接收所述导热管5传递过来的热能,并加以储存。
[0042] 本发明使用所述储能箱6,用于热能的储存,解决没有太阳光而需要使用热能的情况的问题,达到资源的合理利用,还可以把热能转化成电能,供于生活、工业的使用。
[0043] 以上所述仅为本发明的较佳实施例,对本发明而言仅仅是说明性的,而非限制性的。本专业技术人员理解,在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变,修改,甚至等效,但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种太阳能采暖光热聚集接收装置,其特征在于,所述接收装置包括一菲涅尔透镜、一太阳能接收器和一支架,其中,所述支架的一端与所述菲涅尔透镜相连,另一端与所述太阳能接收器相连,所述菲涅尔透镜用以聚焦太阳光,所述太阳能接收器用以接收所述菲涅尔透镜所聚焦的太阳光。
2.根据权利要求1所述的接收装置,其特征在于,所述接收装置还包括一双轴联动自动跟踪器,所述双轴联动自动跟踪器与所述支架相连,用以改变调节所述菲涅尔透镜和所述太阳能接收器的角度。
3.根据权利要求2所述的接收装置,其特征在于,所述双轴联动自动跟踪器包括一第一电动机、一第二电动机、一电机支撑架、两侧板和一电机底座,其中,所述第一电动机的一端与所述支架相连,另一端与所述电机支撑架相连,用以调节所述菲涅尔透镜和所述太阳能接收器东西方向的角度;所述侧板的一端与所述电机支撑架相连,另一端与所述第二电动机相连,所述第二电动机与所述电机底座相连,用以调节所述菲涅尔透镜和所述太阳能接收器南北方向的角度。
4.根据权利要求3所述的接收装置,其特征在于,所述接收装置还包括一导热管和一储能箱,其中,所述导热管的一端与所述太阳能接收器相连接,另一端与所述储能箱相连接,用以传导所述太阳能接收器接收的热能,所述储能箱用以接收所述导热管传递过来的热能,并加以储存。
5.根据权利要求4所述的接收装置,其特征在于,所述菲涅尔透镜的直径1210mm,焦距500mmo
6.根据权利要求4所述的接收装置,其特征在于,所述第一电动机采用6V微型电机驱动,所述第二电动机采用“ 6V,30r/m”低速电机驱动。
7.根据权利要求5或者6所述的接收装置,其特征在于,所述太阳能接收器为纯铜球状体,且所述太阳能接收器的直径为40mm。
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