CN106105905B - 一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统 - Google Patents

一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统 Download PDF

Info

Publication number
CN106105905B
CN106105905B CN201610439275.4A CN201610439275A CN106105905B CN 106105905 B CN106105905 B CN 106105905B CN 201610439275 A CN201610439275 A CN 201610439275A CN 106105905 B CN106105905 B CN 106105905B
Authority
CN
China
Prior art keywords
curved surface
greenhouse
condenser
industrialized agriculture
vacuum tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610439275.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106105905A (zh
Inventor
王秋实
郑宏飞
马兴龙
伍纲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN201610439275.4A priority Critical patent/CN106105905B/zh
Publication of CN106105905A publication Critical patent/CN106105905A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106105905B publication Critical patent/CN106105905B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/24—Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
    • A01G9/26—Electric devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/25—Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/12—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries using renewable energies, e.g. solar water pumping
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/14—Measures for saving energy, e.g. in green houses

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Greenhouses (AREA)

Abstract

本发明提供了一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统，属于太阳能高温集热与农业设施技术领域。该系统由曲面菲涅耳透镜、二次聚光器、真空管接收器、太阳光跟踪器、设施农业温室、钢绳驱动系统、热电系统、储热系统组成。该系统利用无极绳牵引系统和太阳光跟踪器准确控制轨道滑移式菲涅尔聚光器的位置，将入射到设施农业外表面的部分太阳光聚集到放置于设施农业温室内部特定位置的真空管接收器上被接收，部分由于跟踪误差而不能直接聚集到真空管上的太阳光，经二次聚光器再反射也被汇聚到真空管上被接收，从而实现太阳能高温集热，高温热能可被用于热发电，余热被储热系统储存于温室下面的土壤中，给农业设施提供用热需求。

Description

一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统
所属技术领域
本发明涉及一种曲面菲 涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统，利用整体滑移式聚光器与设施农业温室相结合，将太阳光高密度聚集,实现太阳能和农业种植技术互相补足利用。属于太阳能高温集热与农业设施技术领域。
背景技术
在寒冷的冬季，被动式农业温室单纯依靠自身结构吸取太阳能难以满足植物生长需要，尤其在夜间，植物面临低温危害。但用传统能源加热温室，不仅费用高，而且造成环境污染和不可再生资源浪费。因此，将太阳能利用技术和温室建筑相结合，不仅解决了农业温室面临的问题和需求，而且使太阳能热利用技术得到进一步推广和应用，可谓“一棚多用”。在温室的太阳能利用过程中，普通的反射式聚光器不具有透射功能，如果将它们安在温室前坡面，不仅遮挡了一部分阳光进入温室，而且会在温室中留下巨大阴影，从而影响温室的太阳光采集；如果将它们聚光器安装在温室的后墙之上，也会对后方的温室造成遮挡，影响后面温室的采光，从而加大了温室间距，造成空间的浪费，因此在农业温室中应用新的太阳能聚光技术具有意义。
本发明提供一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统，利用曲面滑移式菲涅尔透射聚光器置于温室拱顶之上进行采光，接收器置于温室内，既解决了聚光器在温室中留下阴影的问题，又充分利用了温室拱面，避免了聚光器对后方温室的遮光影响，节约了空间和充分利用了同一个资源。滑移式聚光器在太阳光跟踪器的指引下对准太阳光的入射方向在轨道上运动，实现温室收集太阳光的最大化,不会在温室中的固定位置留下阴影，而且太阳散射光仍然可以透过菲涅尔透射聚光器到达温室中，不会过多影响温室中的采光，最后将聚集的太阳光转化为高温热量用于发电，余热被再利用储存到温室下面的土壤中，实现了太阳能利用和设施农业的互相补足利用，使农业发展和可再生能源利用有效结合。
发明内容
本发明利用钢丝绳轨道牵引系统和太阳光跟踪器准确控制轨道滑移式菲涅尔聚光器的位置，将入射到设施农业外表面的部分太阳光聚集到放置于设施农业温室内部固定位置的真空管接收器上被接收，使用滑移式菲涅尔透射聚光器和二次聚光器对温室进行聚光，并将收集的热量用于发电，余热利用储能系统对温室进行补能，实现收集太阳光的最大化和有效热利用。
本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明系统由曲面菲涅耳透射式聚光器、二次聚光器、真空管接收器、太阳光跟踪器、设施农业温室、钢绳驱动系统、热电系统和储热系统组成。外表面中心线上装有太阳光跟踪器的曲面菲涅耳透射式聚光器通过支撑轴座与滚轮固定连接，架设在铺设于设施农业温室拱顶上的拱形双轨钢轨道之上，由太阳光跟踪器提供准确位置信息，并在牵引系统的钢丝绳的牵引下在轨道上做圆周运动。置于设施农业温室内部且在轨道圆心位置上的二次聚光器的中心线上置有真空管接收器，真空管接收器至轨道的距离正好是曲面菲涅耳透射式聚光器的焦距，当聚光器在轨道上运动时，二次聚光器也做相同角度的转动，以确保真空管接收器有效收集来自曲面菲涅耳透射式聚光器的太阳光线，并在二次聚光器附近设置安全隔离装置，保证行人不受聚光器聚集的光线照射。
钢丝绳牵引轨道式系统由钢丝绳、钢轨、绞车、紧绳器、和尾轮和托绳轮组成。带有电机的绞车通过卷筒引出钢丝绳，紧绳器保证绞车和聚光器之间的钢丝绳始终处于张紧状态，钢丝绳牵引轨道式系统由钢丝绳、钢轨、绞车、紧绳器、和尾轮和托绳轮组成。带有电机的绞车通过卷筒引出钢丝绳，紧绳器保证绞车和聚光器之间的钢丝绳始终处于张紧状态，并运用托绳轮避免钢丝绳不会碰到温室拱顶而产生摩擦。由紧绳器出来的钢丝绳直接与聚光器一端相固定，另一端绕过钢轨末端的尾轮改变方向后再与聚光器另一端固定，绞车带动钢丝绳牵引聚光器在太阳光跟踪器的指引下在钢轨上沿着温室拱顶做圆周运动，使得滑移式菲涅耳透射式聚光器的中心线总是对准太阳。
本发明装有跟真空管接收器相连的热电系统和储能系统，热电系统利用太阳能聚光集热发电，储能系统利用发电余热在温室温度降低到一定程度时,释放热量为温室供热。
本发明的有益效果是，(1)将滑移式菲 涅尔透射聚光器和温室上拱面结合，实现温室收集太阳光的最大化，避免了聚光器对下方温室的遮光现象，节约了空间和太阳能资源；(2) 将农业温室多余的太阳能集热用于发电，余热用来给温室供暖，“一棚多用”。总而言之，巧妙的将菲 涅尔透射聚光器和设施农业结合，有效实现农光互补，拓宽了太阳能在农业领域的应用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1—本发明系统的运行原理图。其中：1-太阳光跟踪器；2-太阳光线；3-曲面菲涅耳透射式聚光器；4-轨道；5-设施农业温室拱顶；6-托绳轮；7-尾轮；8-热电系统；9-储热水箱；10-水泵；11-安全隔离装置；12-真空管接收器；13-二次聚光器；14-散热管路；15- 绞车；16-紧绳器；17-钢丝绳；18-滚轮；
图2—钢丝绳牵引系统运行原理图。
图3—菲涅耳透射式聚光器与半拱形温室结合实施例图。其中：19“L”型二次聚光器； 20-半拱形温室拱顶；
图4—菲涅耳透射式聚光器安装于温室内部的实施例图。其中：21-温室内部轨道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步详细说明。
图1是本发明系统的运行原理图。在图1中，装置的运行原理可分步解释如下：阳光温室沿南北方向建造，曲面菲涅耳透射式聚光器(3)通过支撑轴座与滚轮(18)固定连接，并架设在安装于设施农业温室拱顶(5)之上的轨道(4)上，由聚光器(3)外表面中心线上装有的太阳光跟踪器(1)为其提供准确位置信息，并在牵引系统的钢丝绳(17)的牵引下在轨道(4)上做圆周运动。真空管接收器(12)放置于温室内部且在轨道(4)的圆心位置上，附近设置安全隔离装置(11)，保证行人不受聚光器聚集的光线照射。当太阳光线 (2)正入射时，滑移式曲面菲涅耳透射式聚光器(3)实现透射聚光，并将光线汇集至真空管接收器(12)上，当聚光器在轨道上运动时，其中心线上置有真空管接收器(12)的二次聚光器(13)也做相同角度的转动，以确保真空管接收器(12)有效收集来自曲面菲涅耳透射式聚光器(3)的太阳光线。跟真空管接收器(12)相连的热电系统(8)利用热能发电，散热管路(12)利用发电余热将热量释放到土壤中供温室采暖。
图2是本发明钢丝绳牵引系统运行原理图。钢丝绳牵引轨道式系统由钢丝绳(17)、轨道(4)、绞车(15)、紧绳器(16)、尾轮(7)和托绳轮(6)组成。电机带动绞车(15) 通过卷筒牵引钢丝绳(17)，紧绳器(16)保证绞车(15)和聚光器(3)之间的钢丝绳(17) 始终处于张紧状态，由紧绳器(16)出来的钢丝绳(17)直接与聚光器(3)一端相固定，另一端绕过轨道(4)末端的尾轮(7)改变方向后再与聚光器(3)另一端固定，数个托绳轮(6)固定在拱顶(5)之上，托住受力的钢丝绳(17)不接触棚顶，绞车(15)带动钢丝绳(17)牵引聚光器(3)在太阳光跟踪器(1)的指引下在轨道(4)上沿着温室拱顶(5) 做圆周运动，及时跟踪太阳，使得滑移式菲涅耳透射式聚光器(3)的中心线总是对准太阳光，从而实现收集太阳光的最大化，最大程度获取高温热能。
图3是菲涅耳透射式聚光器与半拱形温室结合实施例图。半拱形温室沿东西方向建造，它的聚光面朝南，接收太阳光，滑移式菲涅耳透射式聚光器(3)架设于安装在半拱形温室拱顶(20)的轨道(4)上，置于设施农业温室内部且在轨道(4)圆心位置上的二次聚光器的中心线上(13)置有真空管接收器(12)，收集来自菲涅耳透射式聚光器聚集的太阳光，在真空管接收器(12)附近设置安全隔离装置(11)，保证行人不受聚光器(3)聚集的光线照射。
图4是聚光器安装于温室内部的实施例图。温室内部轨道(21)安装在温室拱顶下部，滑移式菲涅耳透射式聚光器(3)架设于温室内部轨道(21)上，可避免风霜雨雪对聚光器的危害，同时防止灰尘和雨雪积落在聚光器上，保障菲涅耳透射式聚光器(3)的安全有效。

Claims (3)

1.一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统，其特征在于，由如下部分构成：1至多个一体化成型的曲面菲涅耳透射式聚光器(3)，1至多个二次聚光器(13)，1至多个真空管接收器(12)，温室拱顶(5)，钢丝绳牵引系统、轨道(4)；
各部分连接关系为,曲面菲涅耳透射式聚光器(3)通过支撑轴座与滚轮(18)固定连接，并架设在安装于设施农业温室拱顶(5)之上的轨道(4)上，其外表面中心线上装有太阳光跟踪器(1)；置于设施农业温室内部且在轨道(4)圆心位置上的二次聚光器(13)的中心线上置有真空管接收器(12)，并在二次聚光器(13)附近设置安全隔离装置(11)；
真空管接收器(12)至轨道(4)的距离正好是曲面菲涅耳透射式聚光器(3)的焦距，当聚光器在轨道上运动时，二次聚光器(13)也做相同角度的转动，以确保真空管接收器(12)有效收集来自曲面菲涅耳透射式聚光器(3)的太阳光线。
2.根据权利要求1所述的一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统，其特征在于：曲面菲涅耳透射式聚光器(3)由太阳光跟踪器(1)提供准确位置信息，并在牵引系统的钢丝绳(17)的牵引下在轨道(4)上做圆周运动，为温室有效聚光。
3.根据权利要求1所述的一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统，其特征在于：钢丝绳牵引系统两端通过紧绳器(16)固定在曲面菲涅耳透射式聚光器(3)前端和后端，绕过绞车(15)和尾轮(7)实现聚光器的无极运动。
CN201610439275.4A 2016-06-17 2016-06-17 一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统 Expired - Fee Related CN106105905B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610439275.4A CN106105905B (zh) 2016-06-17 2016-06-17 一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610439275.4A CN106105905B (zh) 2016-06-17 2016-06-17 一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106105905A CN106105905A (zh) 2016-11-16
CN106105905B true CN106105905B (zh) 2019-05-14

Family

ID=57470365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610439275.4A Expired - Fee Related CN106105905B (zh) 2016-06-17 2016-06-17 一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106105905B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110268882A (zh) * 2018-03-13 2019-09-24 吴良柏 新型农业温室系统与太阳能蓄能供能系统
CN109682079A (zh) * 2018-04-18 2019-04-26 北京理工大学 菲涅尔透射聚光式太阳能微厨
WO2019205102A1 (zh) * 2018-04-27 2019-10-31 张铃宏 集光体
CN111492869B (zh) * 2020-05-15 2024-06-14 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 一种日光温室空气再生调节系统及日光温室
CN113796239B (zh) * 2021-08-31 2023-01-24 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 具有太阳能对焦轨道聚光单元的曲面温室增温除湿系统
CN114097485B (zh) * 2021-12-13 2023-09-22 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 连栋温室的集放热和遮光系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201628802U (zh) * 2009-03-23 2010-11-10 北京智慧剑科技发展有限责任公司 一种太阳能线性透镜变焦跟踪利用系统
CN204065838U (zh) * 2014-07-11 2014-12-31 王瑞峰 牵拉式太阳能聚光跟踪装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201628802U (zh) * 2009-03-23 2010-11-10 北京智慧剑科技发展有限责任公司 一种太阳能线性透镜变焦跟踪利用系统
CN204065838U (zh) * 2014-07-11 2014-12-31 王瑞峰 牵拉式太阳能聚光跟踪装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN106105905A (zh) 2016-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106105905B (zh) 一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统
US8544237B2 (en) Lifting system for solar power tower components
CN101290392A (zh) 一种太阳能收集结构
CN103441177A (zh) 新型多用途聚光太阳能系统
CN102128150A (zh) 高聚光太阳能热气流风光耦合塔发电系统
CN103703636A (zh) 太阳能装置
CN102538231B (zh) 菲涅耳透射与反射复合聚光滚筒式太阳能高温集热器
KR20100069246A (ko) 태양광 집광장치
CN101581502B (zh) 槽式顺向聚焦轴向传光太阳能聚光器
CN203466205U (zh) 新型多用途聚光太阳能系统
CN102032689B (zh) 一种新型碟式太阳能集热装置及系统
CN206459371U (zh) 一种阳光集热反射系统
CN107421136A (zh) 一种槽式太阳能聚光器
CN101098115A (zh) 跟踪聚光热电综合利用系统
CN101169286A (zh) 反射式顺向聚焦高温太阳能集热器
KR101304959B1 (ko) 태양 추적식 집광기와 보조 조명원을 이용한 태양광 조명장치
CN202254381U (zh) 带二次聚光装置的槽式集热装置
CN207180067U (zh) 一种槽式太阳能聚光器
CN102486284A (zh) 一种新型太阳能照明装置
CN103378764A (zh) 太阳能集光装置
CN201926145U (zh) 一种新型碟式太阳能定点聚能的装置及系统
CN215420199U (zh) 一种线性光伏光热一体化接收器
CN101271177A (zh) 光能转换装置
CN101377358A (zh) 一种太阳能集热装置
KR20100008019A (ko) 광 케이블을 통하여 광 에너지를 전송하는 광 에너지시스템

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190514

Termination date: 20210617