CN104764221A - 一种光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器，用于实现光热光伏综合利用，包括固定光伏电池板、移动光伏电池板、线性菲涅尔反光镜组、联动机构、驱动电机、蓄电池、控制设备、并列式吸收管束、梯形顶盖、玻璃密封盖及保温结构，并列式吸收管束、梯形顶盖、玻璃密封盖及保温结构构成吸收器，固定光伏电池板固定于该吸收器顶部的保温结构之上，移动光伏电池板布置于线性菲涅尔反光镜组的外侧，移动光伏电池板与线性菲涅尔反光镜组共同连接于联动机构、驱动电机及控制设备。本发明将光伏技术与线性菲涅尔式光热技术相结合，解决了线性菲涅尔式集热器追踪系统等设备依赖外部集中供电的问题。

Description

一种光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，具体涉及一种光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器。
背景技术
太阳能是缓解能源短缺、解决环境污染和温室效应等问题的有效途径之一。目前太阳能利用主要有光伏、光热两种利用方式。
太阳能光伏利用，主要是依靠光伏电池板接收太阳辐照直接输出直流电，或通过逆变器等电气设备转换为交流电输出。太阳能光热利用，主要是利用各种形式的集热装置对太阳辐照进行聚焦和集热，所获得的热量可用于加热水产生蒸汽发电、提供化学反应热进行燃料生产与转化或满足其他工业能源动力需求等。
目前，太阳能光热集热装置主要包括塔式、抛物槽式、线性菲涅尔式和碟式。为提高集热效率，各种形式集热装置都具备太阳辐照追踪系统。追踪系统一般都包括传动机构、电机和控制设备等，工作时需要单独供电。对于太阳能光热利用技术，如果工作流程不涉及发电环节，例如太阳能热化学过程，则该追踪系统及流程设备等需要外部额外供电，影响了系统的相对独立性和环境适应性。同时，集热器通常布置范围大，追踪系统等设备用电需求分散，采用外部集中供电成本较高，而考虑局部分布式供电较为经济。
另一方面，线性菲涅尔聚焦技术是近年来快速发展的一种新型聚焦形式，其利用菲涅尔反光镜进行聚光后直接或经二次聚焦后集热。相比于目前最为成熟的抛物槽式集热技术具有独特优势。例如，线性菲涅尔式集热器的集热管固定不动，反光镜组置于近地面位置，因而具有运行可靠性高、抗风性好的显著优点。因而具有非常巨大的应用潜力。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明提供了一种光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器，将光伏技术与线性菲涅尔式光热技术相结合，以解决线性菲涅尔式集热器追踪系统等设备依赖外部集中供电的问题。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器，用于实现光热光伏综合利用，该太阳能集热器包括固定光伏电池板1、移动光伏电池板2、线性菲涅尔反光镜组3、联动机构4、驱动电机5、蓄电池6、控制设备7、并列式吸收管束8、梯形顶盖9、玻璃密封盖10及保温结构11，其中：并列式吸收管束8、梯形顶盖9、玻璃密封盖10及保温结构11构成吸收器，固定光伏电池板1固定于该吸收器顶部的保温结构11之上，移动光伏电池板2布置于线性菲涅尔反光镜组3的外侧，移动光伏电池板2与线性菲涅尔反光镜组3共同连接于联动机构4、驱动电机5及控制设备7。
上述方案中，在所述吸收器中，并列式吸收管束8设置于梯形顶盖9内，玻璃密封盖10设置于梯形顶盖9的底部以密封吸收器，保温结构11设置于除玻璃密封盖10之外的吸收器外表面，以减少吸收器与环境之间的热损失。
上述方案中，太阳辐照经线性菲涅尔反光镜组3聚焦后，穿过玻璃密封盖10进入吸收器，被置于梯形顶盖9内的并列式吸收管束8吸收转化为热量用于加热。
上述方案中，所述并列式吸收管束8吸收的热量能够用于加热水产生蒸汽发电、提供化学反应热进行燃料生产与转化或满足其他工业动力、热需求。
上述方案中，所述固定光伏电池板1用于提供电能，其几何规格与吸收器的几何规格相匹配，固定光伏电池板1分段与水平面成一定倾斜角度，以增大有效辐照接收面积。
上述方案中，所述移动光伏电池板2用于提供电能，其几何规格与线性菲涅尔反光镜组3的几何规格相匹配，移动光伏电池板2与线性菲涅尔反光镜组3共享一套太阳辐照追踪系统，依靠联动机构4、驱动电机5及控制设备7同步追踪太阳辐照。
上述方案中，所述移动光伏电池板2与线性菲涅尔反光镜组3同步追踪太阳辐照时，联动机构4、驱动电机5及控制设备7协同工作，且同时满足以下两个条件：线性菲涅尔反光镜组3将太阳辐照聚焦于吸收器内；移动光伏电池板2表面与太阳辐照保持垂直。
上述方案中，当辐照条件有利时，驱动电机5和控制设备7等设备由固定光伏电池板1及移动光伏电池板2供电，同时蓄电池6由固定光伏电池板1及移动光伏电池板2充电；当辐照条件不利时，驱动电机5和控制设备7等设备由蓄电池6供电。
上述方案中，该太阳能集热器进一步增加固定光伏电池板1及移动光伏电池板2面积，在优先满足驱动电机5、控制设备7及蓄电池6等设备的用电需求，富余的电能对外部进行供电。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器，将光伏技术与线性菲涅尔式光热技术相结合，解决了线性菲涅尔式集热器追踪系统等设备依赖外部集中供电的问题。
2、本发明提供的光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器，利用光伏电池板实现对驱动电机、控制设备、蓄电池及泵等耗电设备的供电，可减少或消除外部用电需求，实现分布式供电，降低对外部集中供电的依赖性，提高环境适应性，有利于装置的独立模块化运行。
3、本发明提供的光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器，移动光伏电池板与线性菲涅尔反光镜组配合使用，通过联动结构共享一套太阳辐照追踪系统，省去了额外增加光伏电池板太阳辐照追踪系统的成本，实现了高效低成本发电。
4、本发明提供的光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器，采用并列式吸收管束吸收聚焦太阳能，在相同工质流量的条件下可有效增加换热面积，提高换热效率。
5、本发明提供的光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器，光伏电池板与线性菲涅尔反光镜组配合工作，既实现了聚焦太阳能集热又实现了光伏发电，可有效提高太阳能综合利用率。
6、本发明提供的光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器，固定光伏电池板布置于吸收器顶部，移动光伏电池板与线性菲涅尔反光镜组紧密布置于近地面位置，装置结构紧凑，可有效提高单位建筑面积太阳能利用率。
7、本发明提供的光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器，线性菲涅尔反光镜组及移动光伏电池板紧密分布于近地面位置，可显著减小迎风面积，提高抗风性能。
8、本发明提供的光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器，可同时输出热能与电能，为太阳能光伏光热综合利用起到了很好的示范作用。
附图说明
图1为本发明提供的光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器的结构示意图。
附图标记：1-固定光伏电池板；2-移动光伏电池板；3-线性菲涅尔反光镜组；4-联动机构；5-驱动电机；6-蓄电池；7-控制设备；8-并列式吸收管束；9-梯形顶盖；10-玻璃密封盖；11-保温结构。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1为本发明提供的一种光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器，可实现光热光伏综合利用，该光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器包括：固定光伏电池板1、移动光伏电池板2、线性菲涅尔反光镜组3、联动机构4、驱动电机5、蓄电池6、控制设备7、并列式吸收管束8、梯形顶盖9、玻璃密封盖10及保温结构11；其中，并列式吸收管束8、梯形顶盖9、玻璃密封盖10及保温结构11构成吸收器，并列式吸收管束8设置于梯形顶盖9内，玻璃密封盖10设置于梯形顶盖9的底部以密封吸收器，保温结构11设置于除玻璃密封盖10之外的吸收器外表面，以减少吸收器与环境之间的热损失。固定光伏电池板1固定于吸收器顶部的保温结构11之上，移动光伏电池板2布置于线性菲涅尔反光镜组3的外侧，移动光伏电池板2与线性菲涅尔反光镜组3共同连接于联动机构4、驱动电机5及控制设备7。
太阳辐照经线性菲涅尔反光镜组3聚焦后，穿过玻璃密封盖10进入吸收器，被置于梯形顶盖9内的并列式吸收管束8吸收转化为热量用于加热。并列式吸收管束8吸收的热量可用于加热水产生蒸汽发电、提供化学反应热进行燃料生产与转化或满足其他工业动力、热需求等。
参照图1，固定光伏电池板1用于提供电能，其几何规格与吸收器的几何规格相匹配，固定光伏电池板1分段与水平面成一定倾斜角度，以增大有效辐照接收面积。
移动光伏电池板2用于提供电能，其几何规格与线性菲涅尔反光镜组3的几何规格相匹配，布置于线性菲涅尔反光镜组3的外侧，移动光伏电池板2与线性菲涅尔反光镜组3共享一套太阳辐照追踪系统，依靠联动机构4、驱动电机5及控制设备7同步追踪太阳辐照。
移动光伏电池板2与线性菲涅尔反光镜组3同步追踪太阳辐照时，联动机构4、驱动电机5及控制设备7协同工作，且同时满足以下两个条件：线性菲涅尔反光镜组3将太阳辐照聚焦于吸收器内；移动光伏电池板2表面与太阳辐照保持垂直。
以我国为例，所处地理位置为北半球，选择集热器南北向布置，则本发明中的太阳辐照追踪系统为东西向单轴追踪方式，固定光伏电池板布置为向南具有倾角。
当辐照条件有利时，驱动电机5和控制设备7等设备由固定光伏电池板1及移动光伏电池板2供电，同时蓄电池6由固定光伏电池板1及移动光伏电池板2充电。当辐照条件不利时，驱动电机5和控制设备7等设备由蓄电池6供电。
在实际应用中，可增加固定光伏电池板1及移动光伏电池板2面积，在优先满足驱动电机5、控制设备7及蓄电池6等设备的用电需求，富余的电能可对外部进行供电。
本发明中，太阳辐照追踪系统的驱动电机、控制设备、蓄电池以及泵等流程设备通过光伏电池板及蓄电池实现自我连续供电，多余电量可对外供电。集热过程通过并列式吸收管束吸收经线性菲涅尔反光镜组聚焦后的太阳能实现，吸收热量可用于加热水产生蒸汽发电、提供化学反应热进行燃料生产与转化或满足其他工业动力、热需求等。本发明通过光伏供电满足自身用电需求，具备独立模块化和高效低成本的特点，显著提升了系统独立性及环境适应性，同时提高了太阳能综合利用效率。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器，用于实现光热光伏综合利用，其特征在于，该太阳能集热器包括固定光伏电池板(1)、移动光伏电池板(2)、线性菲涅尔反光镜组(3)、联动机构(4)、驱动电机(5)、蓄电池(6)、控制设备(7)、并列式吸收管束(8)、梯形顶盖(9)、玻璃密封盖(10)及保温结构(11)，其中：
并列式吸收管束(8)、梯形顶盖(9)、玻璃密封盖(10)及保温结构(11)构成吸收器，固定光伏电池板(1)固定于该吸收器顶部的保温结构(11)之上，移动光伏电池板(2)布置于线性菲涅尔反光镜组(3)的外侧，移动光伏电池板(2)与线性菲涅尔反光镜组(3)共同连接于联动机构(4)、驱动电机(5)及控制设备(7)。
2.根据权利要求1所述的光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器，其特征在于，在所述吸收器中，并列式吸收管束(8)设置于梯形顶盖(9)内，玻璃密封盖(10)设置于梯形顶盖(9)的底部以密封吸收器，保温结构(11)设置于除玻璃密封盖(10)之外的吸收器外表面，以减少吸收器与环境之间的热损失。
3.根据权利要求2所述的光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器，其特征在于，太阳辐照经线性菲涅尔反光镜组(3)聚焦后，穿过玻璃密封盖(10)进入吸收器，被置于梯形顶盖(9)内的并列式吸收管束(8)吸收转化为热量用于加热。
4.根据权利要求3所述的光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器，其特征在于，所述并列式吸收管束(8)吸收的热量能够用于加热水产生蒸汽发电、提供化学反应热进行燃料生产与转化或满足其他工业动力、热需求。
5.根据权利要求1所述的光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器，其特征在于，所述固定光伏电池板(1)用于提供电能，其几何规格与吸收器的几何规格相匹配，固定光伏电池板(1)分段与水平面成一定倾斜角度，以增大有效辐照接收面积。
6.根据权利要求1所述的光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器，其特征在于，所述移动光伏电池板(2)用于提供电能，其几何规格与线性菲涅尔反光镜组(3)的几何规格相匹配，移动光伏电池板(2)与线性菲涅尔反光镜组(3)共享一套太阳辐照追踪系统，依靠联动机构(4)、驱动电机(5)及控制设备(7)同步追踪太阳辐照。
7.根据权利要求1所述的光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器，其特征在于，所述移动光伏电池板(2)与线性菲涅尔反光镜组(3)同步追踪太阳辐照时，联动机构(4)、驱动电机(5)及控制设备(7)协同工作，且同时满足以下两个条件：线性菲涅尔反光镜组(3)将太阳辐照聚焦于吸收器内；移动光伏电池板(2)表面与太阳辐照保持垂直。
8.根据权利要求1所述的光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器，其特征在于，当辐照条件有利时，驱动电机(5)和控制设备(7)等设备由固定光伏电池板(1)及移动光伏电池板(2)供电，同时蓄电池(6)由固定光伏电池板(1)及移动光伏电池板(2)充电；当辐照条件不利时，驱动电机(5)和控制设备(7)等设备由蓄电池(6)供电。
9.根据权利要求1所述的光伏驱动线性菲涅尔式太阳能集热器，其特征在于，该太阳能集热器进一步增加固定光伏电池板(1)及移动光伏电池板(2)面积，在优先满足驱动电机(5)、控制设备(7)及蓄电池(6)等设备的用电需求，富余的电能对外部进行供电。
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