CN105737401A - 焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场 - Google Patents

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Abstract

太阳能是取之不尽用之不竭的清洁能源，但是它的能量密度低，太阳能开发利用就必须拥有一个巨大的太阳能场去聚集太阳能。本发明提供一种全新、高效、经济、高聚光比的太阳反射场——【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，它是一个与地轴平行的巨型旋转抛物面在水平面上的垂直投影，它焦距可变、方位可调，使得太阳反射板材的利用从槽式线性聚焦走向点状聚焦，大规模工业化生产制造经济、高效、高聚光比的太阳能场成为可能，势必在整个太阳能热电领域发生一次新的革命。

Description

焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场
技术领域
本发明涉及一种经济、高效、高聚光比的太阳能获取装置——【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】。
背景技术
太阳能是取之不尽用之不竭的清洁能源，但是它的能量密度低，只有1000瓦/平方米，要进行太阳能开发利用就必须拥有一个巨大的太阳能场去聚集太阳能。旋转抛物面反射镜一直是会聚太阳光最有效的装置，旋转抛物面的聚光比范围非常高，约1000至3000，最高聚热温度可以高达3000度以上。但是如何获得一个巨大的、高聚光比的太阳能场一直是人们努力的目标。
【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，它是一个与地轴平行的巨型旋转抛物面在水平面的垂直投影。太阳的辐射光是以15°/小时的角速度匀速地由东向西运动着，由此产生着日夜更新。如果要求太阳的反射光线会聚在太阳能的集热器固定不动，这就要求照在凹面镜上太阳的反射光线始终保持不变，只有这样才能保证把光线会聚到接集热器上。根据几何光学基本知识可知，要使反射光线方向保持不变，当入射光线偏转β角度时，反射镜需要偏转β/2。即太阳的入射光是以15°/小时的角速度由东向西匀速旋转着，镜面就必须以7.5°/小时的角速度由东向西匀速旋转，这样才能确保其反射光线方向保持不变。
在同一条经线上，追踪太阳的角度变化是一样的，每一纵列【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳镜】可以看成是一个线状曲面镜，用追踪太阳的光电时间传感器控制让它以7.5°/小时的角速度追踪太阳，就可以确保这个线状曲面镜的焦点位置不变；用菲涅尔反射镜方位角伺服电机可以控制菲涅尔反射镜的方位角变化，以适应一年四季的变化。
【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】可以让反射镜的镜片焦距和方位角随意可调，这将使得金属太阳反射片材大规模工业化利用从槽式线性聚焦走向点状聚焦成为必然；
与槽式太阳能热发电相比，【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】彻底取消了集热管材，大大减少了热量损失，而且点聚焦的聚焦比比线聚焦高得多，大大提高了储能工质的储热温度，经济效益无可比拟；
与太阳能点聚焦热发电相比，因为定日镜在每个点的焦距和方位角都是不相同的，因此任何太阳反射板材都难以制成曲面镜状的定日镜而进行工业化大规模生产，因此相对于【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】而言，有着比平面定日镜更高的聚光比，可以获得更高的热效率；
就抗风性而言，槽式太阳能线聚焦系统本身就是一排排挡风的高墙，在抗风方面需要有大量投资；在当前太阳能点聚焦热发电系统中，高大、笨重、招风的平面定日镜占据系统总投资的51％以上，其根本原因就是为了让定日镜要做得尽可能的大而增加在牢固性方面的投资。相对而言，【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，因为菲涅尔的设计理念，其反射镜是扁平的；不同镜片的方位角不同，注定了它是阑珊结构而透风，因此它显得轻盈、灵巧而且经济，具有超强的抗风性。
每天太阳入射角是以15°/小时匀速变化的，一年地球绕太阳公转一周，太阳入射角度的改变也是一维线性的，其控制方法要比二维控制简单的多。
相对于【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】的扁平性，连太阳能的集热塔的高度都可以大大降低而减少工程造价。
综上所述，大规模工业化生产制造经济、高效、高聚光比的太阳能场成为必然，势必在整个太阳能热电领域发生一次新的革命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全新、高效、经济、高聚光比的太阳反射场——【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，本发明可以通过如下技术方案实现：
1、一种【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，它是一个与地轴平行的巨型曲面镜在水平面上的垂直投影，【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】是构成【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】的主体，其特征在于：【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】的金属反射镜片(1-1)通过反射镜片固定压条(1-2)被镜片曲度调节螺杆(1-4)固定在反射镜片固定支架(1-3)上，可以通过镜片曲度调节螺杆(1-4)调节，来改变金属反射镜片(1-1)的焦距；
2、根据权利要求1所述的【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，其特征还在于：【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】的反射镜片固定支架(1-3)被固定在菲涅尔反射镜支架(2-1)上，可以通过反射镜片方位角调节螺杆(1-5)调节，来改变金属反射镜片(1-1)的方位角；
3、根据权利要求1所述的【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，其特征还在于：菲涅尔反射镜跟踪太阳转轴(2-2)的方向与该位置的经线方向一致，菲涅尔反射镜跟踪太阳转轴(2-2)带动菲涅尔反射镜支架(2-1)跟踪太阳转动，其转动受控于菲涅尔反射镜跟踪太阳伺服电机(2-3)，菲涅尔反射镜跟踪太阳伺服电机(2-3)受控于光电时间传感器，确保菲涅尔反射镜支架(2-1)能够以每小时15/2度轴线匀速转动跟踪太阳，将太阳光反射固定不动聚焦在太阳能集热塔上；
4、根据权利要求1所述的【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，其特征还在于：位于经线方向上的菲涅尔反射镜跟踪太阳转轴(2-2)可以向两端延伸串联多个【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】，成为一列【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】列(图2)，1台菲涅尔反射镜跟踪太阳伺服电机(2-3)可以服务多台【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】，让它们都以每小时15/2度绕轴线匀速转动跟踪太阳；
5、根据权利要求1所述的【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，其特征还在于：菲涅尔太阳反射镜方位角伺服电机(2-5)控制菲涅尔太阳反射镜方位角转轴(2-4)转动，以适应一年四季的变化，菲涅尔太阳反射镜方位角伺服电机(2-5)由光电时间传感器控制；
6、根据权利要求1所述的【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，其特征还在于：菲涅尔太阳反射镜菲涅尔太阳反射镜方位角转轴(2-4)可以向两端横向延伸，并联连接多列【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】列，形成【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】阵列，可以两台(多台)菲涅尔太阳反射镜方位角伺服电机(2-5)柱，可以带动一长排【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】阵列(图3)，因为四季更新太阳射角改变的角度是一样的，可以节省菲涅尔太阳反射镜方位角伺服电机(2-5)柱的数量；
7、根据权利要求1所述的【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，其特征还在于：【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】阵列(图3)纵可成列，横可成排，列阵分布在太阳能集热塔的四个象限，形成【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】。
附图说明
图1是【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】结构图；
图2是【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】列结构图；
图3是【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】阵列结构图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的内容进行详细说明：
1、一种【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，它是一个与地轴平行的巨型曲面镜在水平面上的垂直投影，【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】是构成【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】的主体，其特征在于：【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】的金属反射镜片(1-1)通过反射镜片固定压条(1-2)被镜片曲度调节螺杆(1-4)固定在反射镜片固定支架(1-3)上，可以通过镜片曲度调节螺杆(1-4)调节，来改变金属反射镜片(1-1)的焦距；
2、根据权利要求1所述的【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，其特征还在于：【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】的反射镜片固定支架(1-3)被固定在菲涅尔反射镜支架(2-1)上，可以通过反射镜片方位角调节螺杆(1-5)调节，来改变金属反射镜片(1-1)的方位角；
3、根据权利要求1所述的【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，其特征还在于：菲涅尔反射镜跟踪太阳转轴(2-2)的方向与该位置的经线方向一致，菲涅尔反射镜跟踪太阳转轴(2-2)带动菲涅尔反射镜支架(2-1)跟踪太阳转动，其转动受控于菲涅尔反射镜跟踪太阳伺服电机(2-3)，菲涅尔反射镜跟踪太阳伺服电机(2-3)受控于光电时间传感器，确保菲涅尔反射镜能够以每小时15/2度绕轴线匀速转动跟踪太阳，将太阳光反射固定不动聚焦在太阳能集热塔上；
4、根据权利要求1所述的【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，其特征还在于：位于经线方向上的菲涅尔反射镜跟踪太阳转轴(2-2)可以向两端延伸串联多个【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】，成为一列【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】列(图2)，1台菲涅尔反射镜跟踪太阳伺服电机(2-3)可以服务多台【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】，让它们都以每小时15/2度绕轴线匀速转动跟踪太阳；
5、根据权利要求1所述的【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，其特征还在于：菲涅尔太阳反射镜方位角伺服电机(2-5)控制菲涅尔太阳反射镜方位角转轴(2-4)转动，以适应一年四季的变化，菲涅尔太阳反射镜方位角伺服电机(2-5)由光电时间传感器控制。
6、根据权利要求1所述的【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，其特征还在于：菲涅尔太阳反射镜菲涅尔太阳反射镜方位角转轴(2-4)可以向两端横向延伸，并联连接多列【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】列，形成【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】阵列，可以两台(多台)菲涅尔太阳反射镜方位角伺服电机(2-5)柱，可以带动一长排【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】阵列(图3)，因为四季更新太阳射角改变的角度是一样的，可以节省菲涅尔太阳反射镜方位角伺服电机(2-5)柱的数量；
7、根据权利要求1所述的【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，其特征还在于：【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】阵列(图3)纵可成列，横可成排，列阵分布在太阳能集热塔的四个象限，形成【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】。

Claims (7)

1.一种【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，它是一个与地轴平行的巨型曲面镜在水平面上的垂直投影，【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】是构成【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】的主体，其特征在于：【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】的金属反射镜片(1-1)通过反射镜片固定压条(1-2)被镜片曲度调节螺杆(1-4)固定在反射镜片固定支架(1-3)上，可以通过镜片曲度调节螺杆(1-4)调节，来改变金属反射镜片(1-1)的焦距。
2.根据权利要求1所述的【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，其特征还在于：【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】的反射镜片固定支架(1-3)被固定在菲涅尔反射镜支架(2-1)上，可以通过反射镜片方位角调节螺杆(1-5)调节，来改变金属反射镜片(1-1)的方位角。
3.根据权利要求1所述的【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，其特征还在于：菲涅尔反射镜跟踪太阳转轴(2-2)的方向与该位置的经线方向一致，菲涅尔反射镜跟踪太阳转轴(2-2)带动菲涅尔反射镜支架(2-1)跟踪太阳转动，其转动受控于菲涅尔反射镜跟踪太阳伺服电机(2-3)，菲涅尔反射镜跟踪太阳伺服电机(2-3)受控于光电时间传感器，确保菲涅尔反射镜支架(2-1)能够以每小时15/2度绕轴线匀速转动跟踪太阳，将太阳光反射固定不动聚焦在太阳能集热塔上。
4.根据权利要求1所述的【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，其特征还在于：位于经线方向上的菲涅尔反射镜跟踪太阳转轴(2-2)可以向两端延伸串联多个【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】，成为一列【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】列(图2)，1台菲涅尔反射镜跟踪太阳伺服电机(2-3)可以服务多台【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】，让它们都以每小时15/2度绕轴线匀速转动跟踪太阳。
5.根据权利要求1所述的【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，其特征还在于：菲涅尔太阳反射镜方位角伺服电机(2-5)控制菲涅尔太阳反射镜方位角转轴(2-4)转动，以适应一年四季的变化，菲涅尔太阳反射镜方位角伺服电机(2-5)由光电时间传感器控制。
6.根据权利要求1所述的【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，其特征还在于：菲涅尔太阳反射镜菲涅尔太阳反射镜方位角转轴(2-4)可以向两端横向延伸，并联连接多列【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】列，形成【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】阵列，可以两台(多台)菲涅尔太阳反射镜方位角伺服电机(2-5)柱，可以带动一长排【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】阵列(图3)，因为四季更新太阳射角改变的角度是一样的，可以节省菲涅尔太阳反射镜方位角伺服电机(2-5)柱的数量。
7.根据权利要求1所述的【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】，其特征还在于：【焦距可变、方位可调的菲涅尔反射镜】阵列(图3)纵可成列，横可成排，列阵分布在太阳能集热塔的四个象限，形成【焦距可变、方位可调的菲涅尔太阳反射场】。
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