CN105319051B - 一种用于测试槽式太阳能集热器光学效率的工作平台 - Google Patents

一种用于测试槽式太阳能集热器光学效率的工作平台 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于测试槽式太阳能集热器光学效率的工作平台,该工作平台包括:双轴旋转跟踪太阳子系统和工作介质回路子系统,待检测槽式太阳能集热器,其安装在双轴旋转跟踪太阳子系统中,双轴旋转跟踪太阳子系统调整待检测槽式太阳能集热器的倾角和方位角,实现对太阳的二维跟踪,工作介质回路子系统通过管路与待检测槽式太阳能集热器的集热管接通,组成测试循环工质回路。本发明通过二维太阳能跟踪和温度调节,有效规避余弦损失和散热损失对太阳能集热过程的影响,提高槽式太阳能集热器光学效率的检测精度,同时采用通用化设计思想和机械结构,能够满足不同型号、尺寸的槽式太阳能集热器的检测需求,适应性较好。

Description

一种用于测试槽式太阳能集热器光学效率的工作平台
技术领域
[0001] 本发明涉及太阳能聚光集热装置的性能检测技术领域,尤其涉及一种用于测试槽 式太阳能集热器光学效率的工作平台。
背景技术
[0002] 中国作为世界上最大的发展中国家,各个领域都处于快速发展阶段,随之带来的 是现阶段惊人的能源消耗量。我国的一次能源生产总量从2000年的13.51亿吨标准煤增长 至2013年的34亿吨标准煤,年一次能源消耗量也由2000年的14.55亿吨标准煤增长至2013 年的37.5亿吨标准煤,其中水电、核电和风电等清洁能源的生产量和消耗量为3.71亿吨标 准煤和3.68亿吨标准煤,仅占总量的10.91 %和9.81 %。同时我国的能源结构以煤炭等化石 能源为主,石油和天然气等优质能源仍然严重依赖进口,截止至2014年,我国的石油和天然 气的对外依存度己达到59.2%和32.2%,能源安全问题也尤为突出。面对当前能源短缺和 环境污染等制约我国经济社会长期稳定的瓶颈问题,大力发展可再生能源以逐步替代煤炭 等化石能源已经成为我国和世界其他各国促进节能减排和实现能源可持续发展的共同选 择。另外,如何实现可再生能源的规模化开发利用和提高能源利用效率也已成为当前亟待 解决的问题。
[0003] 大规模的太阳能热发电应用始于美国的加州,而新开发地区大部分在南欧、北非 和中东地区,这些地区有着丰富的太阳能资源,便宜的土地和电量需求。从1985年开始,美 国在加州沙漠地区相继建成了9座槽式太阳能热发电站,总容量354MW,年发电量近1. lGWh, 电站的年效率达到11.5〜I3.6%。西班牙Andasol-1是典型的槽式太阳能热发电站,于2008 年并网发电,装机容量为5〇MW,集热装置采用EuroTroughl50集热器,反射镜由德国的 Flabeg公司提供,真空集热器分别由以色列Solel公司提供50%和德国sehott公司提供 50%,并以以导热油作为导热工质,汽轮机采用西门子50MW再热式汽轮机。
[0004]我国的太阳能资源非常丰富,年太阳能辐射值约为1050〜2450kW • h(m2 • a),大 于1050kW • h(m2 • a)的地区占国土面积的96%以上。我国的年平均日太阳辐射量为180W/ m2,平均日太阳辐射量的分布趋势表现为西高东低。在我国的西藏、青海和新疆等西部地 区,太阳能资源极为丰富,年日照时间更是在3〇00小时以上,属世界太阳能资源丰富地区之 一,这些为大力开发利用太阳能等可再生能源奠定了资源基础。
[0005]由于太阳能的能量密度较低,需对太阳能进行聚光后再利用,以获取较高温度的 热能,该过程需要借助聚焦型集热器。太阳能聚光系统主要包括可移动的反射镜和太阳能 追踪装置,根据聚光类型可分为抛物槽式、线性菲涅尔式、塔式和碟式,其中前两种采用线 聚光方式,而后两者采用点聚光方式,其中槽式太阳能集热装置的应用范围最为广泛。< [0006]目前太阳能热发电的主要问题是成本高和效率低,槽式和塔式太阳能热发电成本 是是常规能源发电成本的3〜5倍,其主要原因有以下三个方面:丨、发电成本的8〇%来自于 初投资,而其中超过一半的投资来自于大面积的光学反射装置和昂贵的接收装置,这些装 置制造和安装成本较高;2、太阳能热发电系统的发电效率低,年太阳能净发电效率为1〇〜 ib/。,仕装机容直下,较低的发电效率需要更多的聚光集热装置,增加了投资成本, 同时电站的运行和维护成本较高;3、由于太阳能供应不连续、不稳定,需要在系统中增加蓄 热装置,大容量的电站需要庞大的蓄热装置,造成整个电站系统结构复杂,成本增加。
[0007]槽式系太阳能集热装置线聚焦方式利用槽式抛物面聚光镜将太阳光聚焦到管状 集热器上,用以加热集热管内的工质,工质可以用水、导热油或者熔融盐,采用单轴跟踪方 式于结构原因,槽式系统聚光比一般为40〜1〇〇,其集热温度一般300〜450°C,槽式系统 可采用并联方式将加热的介质予以汇集,因此单机容量可以较大,其不足之处是聚光比较 低,集热管散热面积大。因而系统总效率较低。如何提高槽式太阳能系统的集热性能也己成 为太阳能研宄领域的重要课题。光学效率作为太阳能集热器的重要性能参数,表征镜场设 计和制造过程的完善程度。光学损失是槽式太阳能集热过程的主要热损失项之一,精确检 测光学效率,对后续改进槽式太阳能集热器的结构和性能有着非常重要的意义。
发明内容
[0008](—)要解决的技术问题
[0009]为了解决现有技术存在的问题,本发明提供了一种用于测试槽式太阳能集热器光 学效率的工作平台,用以准确且快速检测槽式太阳能集热器的光学效率。
[0010](二)技术方案
[0011]根据本发明的一个方面,提供了 一种用于测试槽式太阳能集热器光学效率的工作 平台,该工作平台包括:双轴旋转跟踪太阳子系统90,其中,待检测槽式太阳能集热器1〇安 装在双轴旋转跟踪太阳子系统9〇中,包括:抛物聚光反射镜11和集热管“,该双轴旋转跟踪 太阳子系统90调整待检测槽式太阳能集热器1〇的倾角和方位角,实现其对太阳的二维跟 踪;工作介质回路子系统,其通过管路与待检测槽式太阳能集热器10的集热管12接通,组成 测试循环工质回路。
[0012]优选地,本发明工作平台中,双轴旋转跟踪太阳子系统9〇包括:底部平台96和平面 旋转滑轨97,平面旋转滑轨97位于双轴旋转跟踪太阳子系统9〇的底部,具有环形凹槽,在其 上部为底部平台96,底部平台96的下方装有滑动装置,滑动装置被卡嵌至平面旋转滑轨97 的环形凹槽内,并前后滑动实现底部平台96的平面旋转,进而实现对待检测槽式太阳能集 热器10方位角的调节。
[0013]优选地,本发明工作平台中,双轴旋转跟踪太阳子系统90还包括:转轴支撑杆91、 第一支撑架92、第二支撑架92’、集热管支架93和镜面支撑架⑽,第一支撑架92和第二支撑 架92’分别位于底部平台96的两侧边中点;转轴支撑杆gi的两端位于第一支撑架92和第二 支撑架92’上,转轴支撑杆91均匀设置多具竖直的集热管支架⑽,其中的两具集热管支架93 位于转轴支撑杆91的两端,集热管12安装在集热管支架93上,转轴支撑杆91的两侧为镜面 支撑架94,镜面支撑架M用以支撑和固定抛物聚光反射镜11;其中,转轴支撑杆91为可旋转 结构,通过旋转转轴支撑杆則,实现对待检测槽式太阳能集热器10倾角的调节。
[0014]优选地,本发明工作平台中,第一支撑架92和第二支撑架92,的高度根据待检测槽 式太阳能集热器10的几何尺寸进行调整;镜面支撑架94采用可调节的机械结构,其形状根 据抛物聚光反射镜11的几何尺寸进行调节;集热管支架⑽采用可伸缩的机械结构,其高度 根据不同抛物聚光反射镜11的焦距进行调节。 '
[0015] 优选地,本发明工作平台还包括:数据采集分析及控制系统,该数据米集分析控制 系统包括:传感器组80,其包括:多个温度信号采集元件,其采集测试循环工质回路中工作 介质的温度信息;以及流量信号采集元件84,其采集测试循环工质回路中工作介质的流量 信息;数据采集分析及控制终端70,其根据所采集的工作介质温度信息和流量信息,对工作 介质温度进行调节。 _ _
[0016] 优选地,本发明工作平台中,传感器组80包括:第一温度信号采集元件81、第二温 度信号采集元件82、第三温度信号采集元件83、流量信号采集元件84;第一温^信号采集元 件81安装在待检测槽式太阳能集热器10的集热管12的进口端,第二温^信号采集元件82安 装在待检测槽式太阳能集热器10的集热管12的出口端,第三温度信号采集元件83安装在工 作介质冷却器20的出口端,流量信号采集元件84安装在待检测槽式太阳能集热器集热 管12的进口端;数据采集分析及控制终端70,其传感信号输入端连接第一温度信号采集元 件81、第二温度信号采集元件82、第三温度信号采集元件83、流量信号采集元件S4,其控制 信号输出端连接制冷机40和工质泵30,并且接收第一温度信号采集元件81、第二温度信号 采集元件82、第三温度信号采集元件83的温度信息和流量信号采集元件84的流量信息,对 制冷机40的制冷量、工质栗30的流速进行控制,对流经待检测槽式太阳能集热器1〇的工作 介质温度进行调节,使流经待检测槽式太阳能集热器10的工作介质平均温度等于环境温 度,以规避集热管12的对外散热损失对太阳能集热过程的影响,上述工作介质平均温度是 指,分别由第一温度信号采集元件81和第二温度信号采集元件82采集的、待检测槽式太阳 能集热器10进口端工作介质温度T1和出口端工作介质温度T2的平均值。
[0017] 优选地,本发明工作平台中,数据采集及控制终端70通过以下方式对流经待检测 槽式太阳能集热器10的工作介质温度进行调节:当流经待检测槽式太阳能集热器10的工作 介质平均温度高于环境温度时,加大制冷机40的制冷量,和/或加快工质栗30的流速,以使 流经待检测槽式太阳能集热器10的工作介质的平均温度等于环境温度;当流经待检测槽式 太阳能集热器10的工作介质平均温度低于环境温度时,减小制冷机40的制冷量,和/或降低 工质泵30的流速,以使流经待检测槽式太阳能集热器10的工作介质平均温度等于环境温 度。
[0018]优选地,本发明工作平台中,数据采集分析及控制系统还包括:减速旋转驱动机构 95、安装在转轴支撑杆91的第二角度传感器、太阳能辐照强度及角度检测模块60和数据采 集分析及控制终端70;太阳能辐照强度及角度检测模块60,其实时测量太阳能辐照强度,并 监测太阳能的高度角,第二角度传感器测量待检测槽式太阳能集热器10的实际倾角;数据 采集分析及控制终端70,其传感信号输入端连接至太阳能辐照强度及角度检测模块60和第 二角度传感器,其控制信号输出端连接至减速旋转驱动机构95,接收太阳能的高度角,计算 待检测槽式太阳能集热器10的实际倾角与太阳能高度角的差值D1;并根据差值D1向减速旋 转驱动机构95发送驱动信号,减速旋转驱动机构95根据驱动信号驱动转轴支撑杆91旋转, 转轴支撑杆91带动待检测槽式太阳能集热器1〇旋转,实现其倾角的调整,使得太阳能入射 光经抛物聚光反射镜11聚焦后反射至集热管12。
[0019]优选地,本发明工作平台中,数据采集分析及控制系统还包括:安装在底部平台96 的中心下方的旋转驱动装置和第一角度传感器;太阳能辐照强度及角度检测模块60,其监 测太阳能的方位角;第一角度传感器,其测量待检测槽式太阳能集热器1〇的实际方位角;数 据采集分析及控制终端7〇,其传感信号输入端连接至太阳能辐照强度及角度检测模块60和 第一角度传感器,其控制信号输出端连接至旋转驱动装置,接收太阳能的方位角,计算待检 测槽式太阳能集热器10的实际方位角与太阳能方位角的差值D2,并根据差值D2向底部平台 96的旋转驱动装置发送驱动信号,旋转驱动装置根据驱动信号驱动底部平台96沿平面旋转 滑轨97旋转,底部平台%带动待检测槽式太阳能集热器1〇旋转,使得待检测槽式太阳能集 热器10的方位角与太阳能的方位角相等,由此实现待检测槽式太阳能集热器10对太阳能的 二维跟踪,消除太阳入射角引起的余弦损失对太阳能集热量的影响。
[0020]优选地,本发明工作平台中,数据采集分析及控制终端70计算投射至待检测槽式 太阳能集热器10的太阳热能和工作介质在待检测槽式太阳能集热器10中的集热量,由内嵌 的数学模型,基于热平衡相关基础理论进一步计算得出槽式太阳能集热器的光学效率。 [0021](三)有益效果
[0022]从上述技术方案可以看出,本发明提供的用于测试槽式太阳能集热器光学效率的 工作平台具有以下有益效果:
[0023] (1)基于热平衡原理,采用合理的技术手段规避余弦损失和散热损失对太阳能集 热过程的影响,能够更加准确地对槽式太阳能集热器的光学效率予以检测;
[0024] (2)采用通用化的设计思想和机械结构,能够满足不同型号、不同尺寸的槽式太阳 能集热器的检测需求,适应性较好;
[0025] (3)采用二维太阳能跟踪方式,还能够适应不同维度地区的检测要求,并提高性能 检测的准确性;
[0026] ⑷所采用的设备和测量装置技术成熟度较高,有助于该项技术的推广应用。
附图说明
[0027]图1为依据本发明实施例的一种用于测试槽式太阳能集热器光学效率的工作平台 的结构示意图;
[0028]图2为依据本发明实施例的一种用于测试槽式太阳能集热器光学效率的工作平台 的双轴旋转跟踪太阳子系统的结构示意图;
[0029]图3为依据本发明实施例的一种用于测试槽式太阳能集热器光学效率的工作平台 的双轴旋转跟踪太阳子系统的局部放大图;
[0030]图4为依据本发明实施例的一种用于测试槽式太阳能集热器光学效率的工作平台 的双轴旋转跟踪太阳子系统的另一局部放大图。
[0031]【符号说明】
[0032] 10-待检测槽式太阳能集热器;
[0033] 11-抛物聚光反射镜;12-集热管;
[0034] 20-工作介质冷却器;
[0035] 30-工质泵;
[0036] 40-制冷机;
[0037] 50-冷凝器;
[0038] 60-太阳能辐照强度及角度检测模块;
[0039] 70-数据采集分析及控制终端;
[0040] 80-传感器组;
[0041] 81-第一温度信号采集元件;
[0042] 82-第二温度信号采集元件;
[0043] 83-第三温度信号采集元件;
[0044] 84-流量信号采集元件;
[0045] 90-双轴旋转跟踪太阳子系统;
[0046] 91-转轴支撑杆;92-第一支撑架;92’ -第二支撑架;
[0047] 93-集热管支架;94-镜面支撑架;
[0048] 95-减速旋转驱动机构;96-底部平台;
[0049] 97-平面旋转滑轨。
具体实施方式
[0050]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。
[0051]图1是本发明提供一种用于测试槽式太阳能集热器光学效率的工作平台的结构示 意图。该工作平台包括:双轴旋转跟踪太阳子系统、工作介质回路子系统、制冷系统、数据采 集分析及控制系统。该工作平台的测试对象为槽式太阳能集热器,可以对槽式太阳能集热 器的光学效率进行检测。
[0052]其中,将待检测槽式太阳能集热器10安装在双轴旋转跟踪太阳子系统90,双轴旋 转跟踪太阳子系统90实现待检测槽式太阳能集热器1〇对太阳能的二维跟踪,将待检测槽式 太阳能集热器10与工作介质回路子系统的管路接通,在工作介质回路子系统的管路中接有 工作介质冷却器20,其与制冷系统配合进行热交换,数据采集分析及控制系统采集参数并 控制系统运行,计算待检测槽式太阳能集热器10的光学效率。
[0053]图2是本发明的工作平台的双轴旋转跟踪太阳子系统的结构示意图。
[0054]双轴旋转跟踪太阳子系统90包括转轴支撑杆91、第一支撑架92、第二支撑架92,、 集热管支架93、镜面支撑架94、底部平台96和平面旋转滑轨97,用于实现待检测槽式太阳能 集热器10对太阳能的二维跟踪。
[0055] 待检测槽式太阳能集热器1〇包括:抛物聚光反射镜11和集热管12。
[0056] 双轴旋转跟踪太阳子系统90底部为平面旋转滑轨97,平面旋转滑轨97具有环形凹 槽,在其上部为底部平台96,底部平台96的下方装有滑动装置,例如滑轮,滑动装置被卡嵌 至平面旋转滑轨97的环形凹槽内,并可前后滑动,进而实现对待检测槽式太阳能集热器10 方位角的调节。
[0057] 第一支撑架92和第二支撑架92’分别位于底部平台96的两侧边中点,可根据待检 测槽式太阳能集热器10的几何尺寸调整第一支撑架92和第二支撑架92’的高度,以满足不 同型号和尺寸的槽式太阳能集热器能够正常运转。
[0058] 如图3所示,转轴支撑杆91的两端位于第一支撑架92和第二支撑架92’上,转轴支 撑杆91均匀设置多具竖直的集热管支架93,其中的两具集热管支架位于转轴支撑杆91的两 端,集热管12安装在集热管支架93上,转轴支撑杆91的两侧为镜面支撑架94,镜面支撑架94 用以支撑和固定抛物聚光反射镜11,其采用可调节的机械结构,可根据抛物聚光反射镜11 的几何尺寸进行适度调节,集热管支架93采用可伸缩的机械结构,根据不同抛物聚光反射 镜11的焦距进行针对性调节,以满足对不同型号和尺寸的槽式太阳能集热器的测试需求, 并且聚焦光线能顺利投射至槽式太阳能集热器的集热管12上。
[0059]转轴支撑杆91为可旋转结构,通过旋转转轴支撑杆91,实现对待检测槽式太阳能 集热器10倾角的调节。
[0060]工作介质回路子系统包括工质栗30、工作介质冷却器20、工质管路和其他换热及 管道。请参照图1,工作介质经过工质泵30泵送至待检测槽式太阳能集热器10中进行加热, 而后进入工作介质冷却器20,工作介质冷却器2〇与制冷系统配合对工作介质进行冷却,冷 却后的工作介质经工质泵30再送至待检测槽式太阳能集热器10中循环。
[0061] 工作介质可选用软化水、盐水、乙二醇、导热油等,主要用于吸收经待检测槽式太 阳能集热器10聚焦的太阳热能,同时也要求工作介质在高温和低温等条件下均能正常工 作。当使用不同的工作介质时,需要使用相应的工作栗30与之匹配,以便系统正常工作。 [0062]另外工质栗30等辅助装置也可安装在底部平台96,通过完成同步旋转以保证测试 平台装置的正常运转。
[0063] 制冷系统包括制冷机40和冷凝器50,制冷机40采用压缩式或吸收式制冷技术,用 于生产低温冷媒水,同时利用冷凝器50处理制冷机40所产生的废热。从待检测槽式太阳能 集热器10排放的工作介质与低温冷媒水在工作介质冷却器20中进行热交换,以达到冷却作 用。
[0064] 请参照图1,数据采集分析及控制系统包括:减速旋转驱动机构95、安装在转轴支 撑杆91的第二角度传感器、安装在底部平台96的中心下方的旋转驱动装置和第一角度传感 器、传感器组80、太阳能辐照强度及角度检测模块60和数据采集分析及控制终端70,用于实 现工作平台的自动化测量、自动化控制和数据分析计算。
[0065] 其中,传感器组80包括:第一温度信号采集元件81、第二温度信号采集元件82、第 三温度信号采集元件83、流量信号采集元件84。
[0066]第一温度信号采集元件81安装在待检测槽式太阳能集热器10的进口端,第二温度 信号采集元件82安装在待检测槽式太阳能集热器10的出口端,第三温度信号采集元件83安 装在工作介质冷却器20的出口端,流量信号采集元件84安装在在待检测槽式太阳能集热器 10的进口端。该三个温度信号采集元件所采集的温度信息和流量信号采集元件采集的流量 信息由数据采集分析及控制终端70接收。
[0067] 太阳能辐照强度及角度检测模块60实时测量太阳能辐照强度,并监测太阳能的高 度角和方位角。数据采集分析及控制终端70,其传感信号输入端连接至太阳能辐照强度及 角度检测模块60、第一角度传感器、第二角度传感器,其控制信号输出端连接至减速旋转驱 动机构95和旋转驱动装置。第一角度传感器测量待检测槽式太阳能集热器10的实际方位 角,第二角度传感器测量待检测槽式太阳能集热器10的实际倾角。数据采集分析及控制终 端70接收太阳能的高度角和方位角,计算待检测槽式太阳能集热器10的实际倾角与太阳能 高度角的差值D1,和待检测槽式太阳能集热器10的实际方位角与太阳能方位角的差值D2。 [0068] 数据采集分析及控制终端70根据D1向减速旋转驱动机构95发送驱动信号,减速旋 转驱动机构95根据驱动信号驱动转轴支撑杆91旋转,转轴支撑杆91带动待检测槽式太阳能 集热器10旋转,用于调整待检测槽式太阳能集热器10的倾角,使得太阳能入射光经抛物聚 光反射镜11聚焦后能够准确地反射至集热管12。 、、
[0069] 同时,数据采集分析及控制终端70根据D2向底部平台96的旋转驱动装置发送驱动 信号,旋转驱动装置根据驱动信号驱动底部平台96沿平面旋转滑轨97旋转,底部平台96带 动待检测槽式太阳能集热器10旋转,使得待检测槽式太阳能集热器10的方位角与太阳能的 方位角相等,由此实现待检测槽式太阳能集热器器1〇对太阳能的二维精确跟踪,消除太阳 入射角引起的余弦损失对太阳能集热量的影响。 _ 一
[0070] 数据采集分析及控制终端70,其传感信号输入端连接第一温度信号采集元件81、 第二温度信号采集元件82、第三温度信号采集元件83、流量信号采集元件糾,其信号输 出端连接制冷机40和工质泵30,接收第一温度信号采集元件81、第二温度信号采集元件82、 第三温度信号采集元件83的温度信息和流量信号采集元件84的流量信息,对制冷机40的制 冷量、工质栗30的流速进行精准控制,对流经待检测槽式太阳能集热器1〇的工作介质温度 进行调节,使流经待检测槽式太阳能集热器10的工作介质平均温度等于环境温度,以规避 集热管12的对外散热损失对太阳能集热过程的影响。
[0071] 其中,上述经待检测槽式太阳能集热器10的工作介质平均温度是指,分别由第一 温度信号采集元件81和第二温度信号采集元件82采集的、待检测槽式太阳能集热器10进口 端工作介质温度n和出口端工作介质温度T2的平均值。
[0072] 上述对工作介质温度进行调节的方法可以是:利用反馈控制方法,当流经待检测 槽式太阳能集热器10的工作介质平均温度高于环境温度时,加大制冷机40的制冷量,和/或 加快工质栗30的流速,以使流经待检测槽式太阳能集热器10的工作介质的平均温度等于环 境温度;当流经待检测槽式太阳能集热器10的工作介质平均温度低于环境温度时,减小制 冷机40的制冷量,和/或降低工质栗30的流速,以使流经待检测槽式太阳能集热器1〇的工作 介质平均温度等于环境温度。
[0073]数据采集分析及控制终端70同时计算投射至待检测槽式太阳能集热器1〇的太阳 热能和工作介质在待检测槽式太阳能集热器10中的集热量,由内嵌的数学模型,基于热平 衡相关基础理论进一步计算得出槽式太阳能集热器的光学效率,光学效率的具体计算方法 可以参照现有技术相应文献。
[0074]该工作平台中,除了用于测试槽式太阳能集热器光学效率,通过替换槽式太阳能 集热器10,还可应用于测试线性菲涅尔等其他一维线聚焦太阳能聚光集热装置。
[0075]至此,已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述,本领域技术人员 应当对本发明的用于测试槽式太阳能集热器光学效率的工作平台有了清楚的认识。
[0076]需要说明的是,在附图或说明书正文中,未绘示或描述的实现方式,均为所属技术 领域中普通技术人员所知的形式,并未进行详细说明。此外,上述对各元件的定义并不仅限 于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式,本领域普通技术人员可对其进行简单地更 改或替换,例如:
[0077] (1)通过将槽式太阳能集热器替换为线性菲涅尔式太阳能集热器,还可应用于测 试线性菲涅尔等其他一维线聚焦太阳能聚光集热装置;
[0078] ⑵实施例中提到的方向用语,例如“上,,、“下,,、“前”、“后,,、“左”、“右,,等,仅是参 考附图的方向,并非用来限制本发明的保护范围;
[0079] (3)上述实施例可基于设计及可靠度的考虑,彼此混合搭配使用或与其他实施例 混合搭配使用,即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
[0080]综上所述,本发明提供一种用于测试槽式太阳能集热器光学效率的工作平台,能 够有效规避余弦损失和散热损失对太阳能集热过程的影响,提高槽式太阳能集热器光学效 率的检测精度,同时采用通用化设计思想和机械结构,能够满足不同型号、尺寸的槽式太阳 能集热器的检测需求,适应性较好。
[0081]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 (8)

1. 一种用于测试槽式太阳能集热器光学效率的工作平台,其特征在于,该工作平台包 括: 双轴旋转跟踪太阳子系统(9〇),其中,待检测槽式太阳能集热器(10)安装在双轴旋转 跟踪太阳子系统(90)中,包括:抛物聚光反射镜(11)和集热管(12),该双轴旋转跟踪太阳子 系统(90)调整待检测槽式太阳能集热器(1〇)的倾角和方位角,实现其对太阳的二维跟踪; 工作介质回路子系统,其通过管路与待检测槽式太阳能集热器(10)的集热管(丨2)接 通,组成测试循环工质回路; 数据采集分析及控制系统,该数据采集分析及控制系统包括: 传感器组(80),其包括第一温度信号采集元件(S1)、第二温度信号采集元件(82)、第三 温度信号采集元件(83)、流量信号采集元件(84); 第一温度信号采集元件(81)安装在待检测槽式太阳能集热器(1〇)的集热管(12)的进 口端,第二温度信号采集元件(82)安装在待检测槽式太阳能集热器(10)的集热管(12)的出 口端,第三温度信号采集元件(83)安装在工作介质冷却器(20)的出口端,流量信号采集元 件(84)安装在待检测槽式太阳能集热器(1〇)的集热管(1¾的进口端; 数据采集分析及控制终端(70),其传感信号输入端连接第一温度信号采集元件(81)、 第二温度信号采集元件(82)、第三温度信号采集元件(83)、流量信号采集元件(84),其控制 信号输出端连接制冷机(40)和工质泵(30),该数据采集分析及控制终端(70)接收第一温度 信号采集元件(81)、第二温度信号采集元件(8¾、第三温度信号采集元件(83)的温度信息 和流量信号采集元件(84)的流量信息,对制冷机(40)的制冷量、工质栗(30)的流速进行控 制,对流经待检测槽式太阳能集热器(10)的工作介质温度进行调节,使流经待检测槽式太 阳能集热器(10)的工作介质平均温度等于环境温度,以规避集热管(12)的对外散热损失对 太阳能集热过程的影响, 上述工作介质平均温度是指,分别由第一温度信号采集元件(81)和第二温度信号采集 元件(82)采集的、待检测槽式太阳能集热器(1〇)进口端工作介质温度T1和出口端工作介质 温度T2的平均值。
2. 根据权利要求1所述的工作平台,其特征在于,双轴旋转跟踪太阳子系统(90)包括: 底部平台(96)和平面旋转滑轨(97), 平面旋转滑轨(97)位于双轴旋转跟踪太阳子系统(90)的底部,具有环形凹槽,在其上 部为底部平台(%),底部平台(96)的下方装有滑动装置,滑动装置被卡嵌至平面旋转滑轨 (97)的环形凹槽内,并前后滑动实现底部平台(96)的平面旋转,进而实现对待检测槽式太 阳能集热器(10)方位角的调节。
3. 根据权利要求2所述的工作平台,其特征在于,双轴旋转跟踪太阳子系统(90)还包 括:转轴支撑杆(91)、第一支撑架(92)、第二支撑架(92’)、集热管支架(93)和镜面支撑架 (94), 第一支撑架(92)和第二支撑架(92’)分别位于底部平台(96)的两侧边中点; 转轴支撑杆(91)的两端位于第一支撑架(9¾和第二支撑架(92,)上,转轴支撑杆(91) 均匀设置多具竖直的集热管支架(9¾,其中的两具集热管支架(93)位于转轴支撑杆(91)的 两端,集热管(1¾安装在集热管支架(93)上,转轴支撑杆(91)的两侧为镜面支撑架(94),镜 面支撑架(94)用以支撑和固定抛物聚光反射镜(11); 其中,转轴支撑杆(91)为可旋转结构,通过旋转转轴支撑杆(9i),实现对待检测槽式太 阳能集热器(10)倾角的调节。
4. 根据权利要求3所述的工作平台,其特征在于,第一支撑架(92)和第二支撑架(92,) 的高度根据待检测槽式太阳能集热器(10)的几何尺寸进行调整; 镜面支撑架(94)采用可调节的机械结构,其形状根据抛物聚光反射镜(1 〇的几何尺寸 进行调节; 集热管支架(93)采用可伸缩的机械结构,其高度根据不同抛物聚光反射镜(11)的隹距 进行调节。
5. 根据权利要求1所述的工作平台,其特征在于,所述数据采集分析及控制终端(7〇)通 过以下方式对流经待检测槽式太阳能集热器(10)的工作介质温度进行调节: 当流经待检测槽式太阳能集热器(10)的工作介质平均温度高于环境温度时,加大制冷 机(40)的制冷量,和/或加快工质泵(30)的流速,以使流经待检测槽式太阳能集热器(10)的 工作介质的平均温度等于环境温度; 当流经待检测槽式太阳能集热器(10)的工作介质平均温度低于环境温度时,减小制冷 机(40)的制冷量,和/或降低工质栗(30)的流速,以使流经待检测槽式太阳能集热器(10)的 工作介质平均温度等于环境温度。
6.根据权利要求3所述的工作平台,其特征在于, 数据采集分析及控制系统还包括:减速旋转驱动机构(95)、安装在转轴支撑杆(91)的 第二角度传感器、太阳能辐照强度及角度检测模块(60)和数据采集分析及控制终端(70); 太阳能辐照强度及角度检测模块(60),其实时测量太阳能辐照强度,并监测太阳能的 高度角,第二角度传感器测量待检测槽式太阳能集热器(10)的实际倾角; 数据采集分析及控制终端(70),其传感信号输入端连接至太阳能辐照强度及角度检测 模块(60)和第二角度传感器,其控制信号输出端连接至减速旋转驱动机构(95),接收太阳 能的高度角,计算待检测槽式太阳能集热器(10)的实际倾角与太阳能高度角的差值D1;并 根据差值D1向减速旋转驱动机构(95)发送驱动信号,减速旋转驱动机构(95)根据驱动信号 驱动转轴支撑杆(91)旋转,转轴支撑杆(91)带动待检测槽式太阳能集热器(10)旋转,实现 其倾角的调整,使得太阳能入射光经抛物聚光反射镜(11)聚焦后反射至集热管(12)。
7.根据权利要求6所述的工作平台,其特征在于, 数据采集分析及控制系统还包括:安装在底部平台(96)的中心下方的旋转驱动装置和 第一角度传感器; 太阳能辐照强度及角度检测模块(60),其监测太阳能的方位角; 第一角度传感器,其测量待检测槽式太阳能集热器(1〇)的实际方位角; 数据采集分析及控制终端(70),其传感信号输入端连接至太阳能辐照强度及角度检测 模块(60)和第一角度传感器,其控制信号输出端连接至旋转驱动装置,接收太阳能的方位 角,计算待检测槽式太阳能集热器(10)的实际方位角与太阳能方位角的差值D2,并根据差 值D2向底部平台(96)的旋转驱动装置发送驱动信号,旋转驱动装置根据驱动信号驱动底部 平台(%)沿平面旋转滑轨(97)旋转,底部平台(96)带动待检测槽式太阳能集热器(1〇)旋 转,使得待检测槽式太阳能集热器(10)的方位角与太阳能的方位角相等,由此实现待检测 槽式太阳能集热器(10)对太阳能的二维跟踪,消除太阳入射角引起的余弦损失对太阳能集 热;S的影响。
8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的工作平台,其特征在于,数据采集分析及 控制终端(7〇)计算投射至待检测槽式太阳能集热器(10)的太阳热能和工作介质在待检测 槽式太阳能集热器(10)中的集热量,由内嵌的数学模型,基于热平衡相关基础理论进一步 计算得出槽式太阳能集热器的光学效率。
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