CN106895591B - 一种自动跟踪太阳能的聚光装置、太阳能装置及太阳能系统 - Google Patents

Abstract

一种自动跟踪太阳能的聚光装置、太阳能装置及太阳能系统，属于太阳能技术领域。自动跟踪太阳能的聚光装置包括聚光片，所述聚光片为弯曲角度随温度的变化而变化的金属聚光片。本发明提供的自动跟踪太阳能的聚光装置、太阳能装置及太阳能系统不需要额外地消耗电能来跟踪太阳。

Description

一种自动跟踪太阳能的聚光装置、太阳能装置及太阳能系统

技术领域

本发明涉及一种自动跟踪太阳能的聚光装置、太阳能装置及太阳能系统，尤其涉及一种零能耗的自动跟踪太阳能的聚光装置、太阳能装置及太阳能系统。

背景技术

传统的槽式等太阳能聚光装置为了达到更高的集热效率，需要消耗一部分电能来跟踪太阳，其中跟踪太阳所消耗的能量大约占太阳能电站发电量的30％。

发明内容

为克服现有技术中存在的缺点，本发明的发明目的是提供一种自动跟踪太阳能的聚光装置、太阳能装置及太阳能系统，其不需要额外地消耗电能来跟踪太阳。

为实现所述发明目的，本发明提供一种自动跟踪太阳能的聚光装置，其包括聚光片，其特征在于，所述聚光片为弯曲角度随温度的变化而变化的金属聚光片。

优选地，金属聚光片为由多层不同比弯曲的金属片叠合而成。

优选地，金属聚光片由多片组成。

优选地，每片聚光片均设置在支架上。

优选地，聚光片下设置有透明固定隔挡。

为实现所述发明目的，本发明的另一方面提供一种太阳能装置，其包括太阳能接收器，所述太阳能接收器设置在上述的自动跟踪太阳能的聚光装置的焦点处。

为实现所述发明目的，本发明的再另一方向提供一种太阳能系统，其特征在于，包括多个权利要求6所述的太阳能装置。

优选地，太阳能装置设置在箱体内，所述箱体至少部分为玻璃。

优选地，多个太阳能装置能够并联、串联和/或温联。

优选地，太阳能系统设置在箱体内，所述箱体至少部分为玻璃。

与现有技术相比，本发明提供的自动跟踪太阳能的聚光装置、太阳能装置及太阳能系统，其不需要额外地消耗电能来跟踪太阳。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的太阳能装置的立体示意图；

图2是本发明第一实施例提供的太阳能装置在温度较低时聚光原理图；

图3是本发明第一实施例提供的太阳能装置在温度较高时聚光原理图；

图4是本发明第二实施例提供的太阳能装置的立体示意图；

图5是本发明第三实施例提供的太阳能装置的立体示意图；

图6是本发明提供的自动跟踪太阳能的聚光系统的立体示意图；

图7是本发明层金属片5A或5B的弯曲角度温度变化的原理图；

图8是本发明提供的双层金属片1的弯曲角度温度变化的原理图。

图中，1—双金属片A；2—高温太阳能接收器；3—装置底座；4—管道；5A—金属片；5B—金属片；6A—支架；6B—支架；7A—透明固定隔挡 ；7B—透明固定隔挡；8—太阳光线；9—太阳光线10—保温层；11—双层玻璃；12—固定座 ；13—管道；14—管道；15—管道；16—管道；19—碟形聚光板；20—花瓣形金属片；21—支架；22—简易水壶；23—固定座。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”“、“左”、“右“等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

第一实施例

图1是本发明提供第一实施例提供的太阳能装置的立体示意图。如图1所示，本发明第一实施例提供的太阳能装置包括太阳能接收器2和聚光装置，所述太阳能接收器2设置于聚光装置的焦点处。聚光装置包括聚光片，所述聚光片为弯曲角度随温度而变化的金属聚光片。优选地，金属聚光片为由多层不同比弯曲的金属片叠合而成。优选地，金属聚光片由多片组成，例如图1中，金属聚光片包括多层金属聚光片1，所述多层金属聚光片1为由不同比弯曲的多层矩形金属片叠合弯曲而成，金属聚光片1的径向截面为一段弧线段，多层金属聚光片1的中央设置在底座3上。金属聚光片还包括对称设置在多层金属聚光片1两侧的多层金属聚光片5A和多层金属聚光片5B。多层金属聚光片5A由不同比弯曲的多层矩形金属片叠合弯曲而成，多层金属聚光片5A的一边固定设置于支架6A上，其下方优选沿轴向设置有多条透明固定隔挡7A，以在温度较高时，多层金属聚光片5A发生形变后对多层金属聚光片5A进行阻挡；多层金属聚光片5B由不同比弯曲的金属片叠合而成的多层矩形金属片弯曲而成，多层金属聚光片5B的一边固定设置于支架6B上，其下方优选沿轴向设置有多条透明固定隔挡7B，以在温度较高时，多层金属聚光片5B发生形变后对多层金属聚光片5B进行阻挡。在阳光直射到聚光片时，多层金属聚光片1、多层金属聚光片5A和多层金属聚光片5B组成的聚光面，使反射光汇集到焦点处，以使设置在焦点处的接收器更多地接收太阳能。

本发明中，优选多层金属片由两层比弯曲不同的金属片叠合而成。

图2是本发明第一实施例提供的太阳能装置在温度较低时聚光原理图，如图2所示，在每日的清晨时分，太阳位于东方，太阳光线的入射角度相对较大，且太阳光照弱，双金属片吸收了较小的太阳辐射，温度较低，双金属片1、双金属片5A与金属片5B弯曲较小，双金属片5A和金属片5B与双金属片1间隔较大距离，此时部分太阳光线9照射在双金属片5B的内表面后经反射落在高温太阳能接收器2外表面上被吸收，可以达到一定的聚光效果。在每日的傍晚时分，太阳位于西方，太阳光线的入射角度相对较大，且太阳光照弱，双金属片吸收了较小的太阳辐射，温度较低，双金属片1、双金属片5A与金属片5B弯曲较小，双金属片5A和金属片5B与双金属片1间隔较大距离，此时部分太阳光线9照射在双金属片5A的内表面后经反射落在高温太阳能接收器2外表面上被吸收，可以达到一定的聚光效果。

图3是本发明第一实施例提供的太阳能装置在温度较高时聚光原理图，如图3所示，在正午时分，太阳位于集热器的正上方，太阳光线垂直入射，且太阳光照强，温度较高，金属片5A受热向左弯曲直至弯曲到透明固定隔挡7A的位置，同时双金属片5B受热向右弯曲直至弯曲到透明固定隔挡7B的位置；金属片1温度较高，两侧面向上弯曲，从而金属片5A、金属片5B和金属片1能够闭合，形成一个曲面，此时太阳光线8照射在金属片5A和5B的表面后经多次反射落在高温太阳能接收器2外表面后可被吸收形成高温热能。

本发明中，优选将太阳能装置设置在箱体内，所述箱体至少部分为玻璃，优选为双层玻璃。例如图2或3中，将太阳能装置设置在双层玻璃箱11中，所述双层玻璃箱11的底面至少包括保温层10，其它五个面为双层玻璃，将玻璃箱11设置在固定座12上。

第二实施例

图4是本发明第二实施例提供的太阳能装置的立体示意图，如图4所示，本发明第二实施例提供的太阳能装置包括太阳能接收器2和聚光装置，所述太阳能接收器2设置于聚光装置的焦点处。聚光装置包括聚光片，所述聚光片为弯曲角度随温度而变化的金属聚光片。优选地，金属聚光片为由多层不同比弯曲的金属片叠合而成。例如图1中，金属聚光片包括金属聚光片1，所述金属聚光片1为由不同比弯曲的多层矩形金属片弯曲而成，金属聚光片1的径向截面为一段弧线段，多层金属聚光片1的中央设置在底座3上。第二实施例提供的太阳能装置结构简单，容易实现。每日的清晨与傍晚，环境温度较低，金属片1弯曲较小弧度，可以接收入射角较大的太阳光线收集能量；中午时，环境温度升高，金属片1弯曲较大，此时太阳光线垂直入射，大部分太阳光线经过反射后被汇集到高温太阳能接收器2的外表面上，被高温集热器转化形成高温热能。为保证集热效果，优选将太阳能装置置于密闭双层玻璃箱中，所述双层玻璃箱的底面至少包括保温层，其它五个面为双层玻璃，将玻璃箱11设置在固定座12上。

第三实施例

图5是本发明第三实施例提供的自动跟踪太阳能的聚光系统的立体示意图，如图所示，本发明第三实施例提供的太阳能装置包括太阳能接收22和聚光装置，所述太阳能接收器22设置于聚光装置的焦点处。聚光装置包括为由多片等腰三角形聚光片组成，多片聚光片组成花瓣，花瓣中央设置在底座23上，底座上设置有支架21，支架21用于支撑集热器22，所述集热器例如为水壶，为得到更佳的聚光效果，在花瓣形聚光片下设置碟形聚光板19。本发明中，花瓣形聚光片可以为由多层花瓣形聚光片交错而成。所述聚光片为弯曲角度随温度而变化的金属聚光片。第三实施例提供的太阳能装置结构简单，容易实现。每日的清晨与傍晚，环境温度较低，花瓣形聚光片20的弯曲较小弧度，可以接收入射角较大的太阳光线收集能量；中午时，环境温度升高，花瓣形聚光片20弯曲较大，此时太阳光线垂直入射，大部分太阳光线经过反射后被汇集到太阳能接收器22的外表面上，被集热器转化形成高温热能。

图6是本发明提供的自动跟踪太阳能的聚光系统的立体示意图，如图6所示，本发明提供的太阳能系统，包括多个太阳能装置；多个太阳能装置能够串联，如图6中，将三个太阳能装置通过管道4首尾相连后，将三个太阳能装置通过管道13首尾相连，将三个太阳能装置的管道14首尾相连，后而后再通过管道15和管道16相并联以提高聚热效果。本发明提供的太阳能系统并不限于图6中的结构，多个太阳能装置还可并联，而后再串联，其也能够提高聚热效果。还可以进行混联。

图7是本发明第一实施例提供的金属片5A或5B的弯曲角度温度变化的原理图，如图7所示，本发明提供的金属片5A或5B是由二种或多种具有合适性能的金属或其它材料所组成的一种复合材料。由于各层材料的膨胀系数不同，当温度变化时，金属片会整体向一侧弯曲。金属片弯曲方向与温度有关。将金属片5A或者5B的一端固定于支架6A或者6B上时，另一端可以自由移动并与柔性导热基体触点保持接触。双金属片受热后金属片自由端的偏转角度可用下式计算：

（1）

式中：为双金属片弯曲角度（°）；/>双金属片总厚度（mm）；/>为起始温度（℃）；/>为双金属片有效长度（mm）；/>为比弯曲 （/>）。

根据式（1）可知，当金属片厚度、金属片长度/>、比弯曲/>一定时，/>随着温度/>的变化而变化，更随着温差/>成正比。

图8是本发明例提供的金属片1的弯曲角度温度变化的原理图，如图8所示，本发明提供的金属片1是由二种或多种具有合适性能的金属或其它材料所组成的一种复合材料。由于各层材料的膨胀系数不同，当温度变化时，金属片会整体向一侧弯曲。金属片弯曲方向与温度有关。将金属片1的中央固定于支底座3上时，两端可以自由移动，金属片受热后金属片自由端的偏转角度可用下式计算：

（2）

式中：为双金属片弯曲角度（°）；/>双金属片总厚度（mm）；/>为起始温度（℃）；/>为双金属片有效长度（mm）；/>为比弯曲 （/>）。

根据式（2）可知，当金属片厚度、金属片长度/>、比弯曲/>一定时，/>随着温度/>的变化而变化，更具体地，随着温差/>成正比。

本发明中，金属片优选包括高膨胀层、中间层和低膨胀层，表1示出了本发明提供的各种牌号金属片组成及特性；表2示出了本发明提供各种牌号金属片主要物理特性。

表 各牌号金属片组成及特性

表2 双金属片各牌号主要物理特性

综合考虑双金属片的比弯曲特性、允许使用温度范围、价格及导热性能等因素，本发明更优选比弯曲较大的5J20110号的金属片作为材料，5J20110属于高敏感性类型双金属片，其弯曲最大，密度最小，有很高的热敏感性能。

本发明利用双金属片作为聚光装置的主要部件，通过合理设计，利用太阳辐射影响下聚光器表面温度的变化，使双金属片在不同时段发生不同程度的弯曲，进而达到了自动跟踪太阳的目的。该装置跟踪太阳过程中，不消耗电能，与传统的聚光装置相比，尽管在早晨和傍晚追踪精度较低，但在正午太阳辐射最强时间段，追踪精度与传统聚光装置相差不大，并且节省了传统装置光线追踪消耗的能量，太阳能利用率较高。

该发明利用双金属片受温度影响弯曲的特性，可以实现在不消耗能量的情况下跟踪太阳，从而达到节能环保的目的。该装置可以由串联或并联的方式加以组合来应用，并且考虑到要减少能量耗散并降低天气因素对装置的影响，该装置在应用时须置于密闭双层玻璃11中。

以上所述仅是对本发明的实施方式做了详细的说明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种自动跟踪太阳能的聚光装置，其包括聚光片，其特征在于，所述聚光片为弯曲角度随温度的变化而变化的金属聚光片，金属聚光片包括第一多层金属聚光片（1）以及对称设置在第一多层金属聚光片（1）两侧的第二多层金属聚光片（5A）和第三多层金属聚光片（5B），第一多层金属聚光片（1）、第二多层金属聚光片（5A）和第三多层金属聚光片（5B）分别由不同比弯曲的多层矩形金属片叠合弯曲而成；第二多层金属聚光片（5A）的一边固定设置于第一支架（6A）上；第二多层金属聚光片（5B）的一边固定设置于第二支架（6B）上。

2.根据权利要求1所述的自动跟踪太阳能的聚光装置，其特征在于，聚光片下设置有透明固定隔挡。

3.一种自动跟踪太阳能的聚光装置，其特征在于，包括多片等腰三角形聚光片，多片聚光片组成花瓣形，花瓣中央设置在底座（23）上；花瓣形聚光片由多层花瓣形聚光片交错而成；所述聚光片为弯曲角度随温度而变化的金属聚光片。

4.一种太阳能装置，其包括太阳能接收器，所述太阳能接器设置在权利要求1-3任一项所述的自动跟踪太阳能的聚光装置的焦点处。

5.一种太阳能系统，其特征在于，包括多个权利要求4所述的太阳能装置。

6.根据权利要求5所述的太阳能系统，其特征在于，太阳能装置设置在箱体内，所述箱体至少部分为玻璃。

7.根据权利要求6所述的太阳能系统，其特征在于，多个太阳能装置能够并联、串联和/或混联。

8.根据权利要求7所述的太阳能系统，其特征在于，太阳能系统设置在箱体内，所述箱体至少部分为玻璃。