CN107328116A - 一种光热光伏一体化发电装置 - Google Patents
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Abstract
一种光热光伏一体化发电装置，其特征在于，包括：驱动立柱、支撑立柱、驱动系统、轴承、扭矩轴、悬臂支架、反射镜、光伏板、集热管支架、集热管、角度传感器和限位开关；本发明装置具有适应性强、结构简单、便于改换装和革新等优点；该装置可最大限度的利用空间，节省了宝贵的土地资源，具有较高的实际运用价值和科研价值；本发明之发电装置可根据不同维度来调整光伏板倾角位置，可最大程度的减少余弦损失，进而增大发电量。
Description
技术领域
本发明属于发电装置技术领域，尤其是一种光热光伏一体化发电装置。
背景技术
作为新能源行业的重要组成部分的太阳能发电产业，聚光热发电是具有很大潜力和经济技术竞争优势的项目，其发展历史可从上个世纪七十年代算起；而光伏特效应发现的时间更早并因此诞生了光伏发电产业；从上述两者应用于发电的经验分别看到：光伏与光热各有优缺点而装置架构截然不同，有些地域适应光伏发电，另一些地区则适应光热发电，甚至还有另外的区域在不同的季节分别适应光伏和光热两种发电形式。
由上所述，客观上的市场需求为太阳能发电市场提供了可供技术攻关的努力方向，就是打造太阳能光伏光热发电的兼容系统，在此首当包括了太阳光的收集装置，涉及光伏和光热的兼容装置，如何具体实施使光热、光伏一体化成为了解决问题的关键；
中海阳能源集团股份有限公司在前期研发过程中，推出了一款光热、光伏一体化系统，专利号为：201410801519.X，包括：光热发电槽式集热器、聚光光伏电池组件和凸面反射镜，凸面反射镜活动安装在光热发电槽式集热器的集热管附近，光热发电槽式集热器的反射镜的对称轴上对应设置有凸面反射镜的第一工作位置、第二工作位置，第一工作位置设置于集热管与反射镜之间、第二工作位置设置于集热管的相对径向外侧；聚光光伏电池组件设置于所述对称轴上并靠近于所述反射镜的整体镜面中心位置；该发明在构思上解决了光伏光热一体化发电的思路，但在实际应用过程中，发现了诸多的设计缺陷，导致光伏光热发电一体化的发展受到严重的制约，参照图1所示，举例如下：
1.凸面反射镜在使用凸面反射光源发电的时候，其独特的凸面镜设计的凹面部分，自然的对集热管形成了遮光罩的效果，阻挡光伏发电的同时，对光热发电的兼容性的可能利用；
2.该发明采用双瓣反射镜一次反射光，再采用凸面反射镜二次反射光，而后才通过双瓣反射镜中间部位设置的聚光光伏电池组来收集太阳光发电；多次反射会发生光的散射损失和反射损失，举个通俗的例子，用镜子反射的光照射物体和暴露在同等的阳光直射下，物体吸收的太阳光波的能量是完全不同的，因为镜子的反射存在反射光损以及散射的缘故；
3.该发明采用聚光光伏电池组，该电池组采购昂贵，比普通的光伏板，光伏发电薄膜难于安装，后期维护工作量大；
4.该发明不具备冬天的集热管排水防冻设计；
5.该发明采用双瓣反射、再凸面反射镜反射、再对焦到聚光光伏电池组收集发电，中间涉及到复杂的对焦与反射调整的自动化机构和复杂的算法控制，不利于前期资金的合理节约；
6.该发明的凸面反射镜不具备自带配重的控制结构，在实际自动控制过程中，耗能高，对逆止器的使用过度，造成后期维护起来也不方便；
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光热光伏一体化发电装置，针对现有光热光伏兼容发电的诸多缺陷，设计出一种结构简单、发电效率高，前期投入低，后期维护方便的全自动化、多功能于一身的光伏光热发电兼容装置；
一种光热光伏一体化发电装置，包括：驱动立柱、支撑立柱、驱动系统、轴承、扭矩轴、悬臂支架、反射镜、光伏板、集热管支架、集热管、角度传感器和限位开关；
进一步的，所述驱动立柱由钢材焊接而成，在底部留有地脚螺栓孔，与地面基础进行固定，上部留有螺栓孔，用于连接驱动系统；
进一步的，所述支撑立柱由钢材焊接而成，在底部留有地脚螺栓孔，与地面基础进行固定，上部留有螺栓孔，用于连接安装在其上部的所述轴承；
进一步的，所述驱动系统包括：回转减速机、减速箱、电机、编码器和回转轴；所述驱动系统是整套装置的动力来源，驱动装置沿回转轴旋转，可实现360°旋转，实时跟踪太阳；所述驱动系统的底部固定在驱动立柱上，所述驱动系统的侧面与所述扭矩轴连接，带动扭矩轴旋转；
作为一种举例说明，所述驱动系统还可以采用液压推杆或电推杆的结构形式提供动力；
进一步的，所述轴承固定在支撑立柱上，用于连接扭矩轴；
作为一种举例说明，所述轴承可以设计成滑动轴承或滚动轴承的工作结构；
进一步的，所述扭矩轴选用圆钢管类型材焊接而成，其两端分别与驱动系统和轴承连接；扭矩轴上还焊接有若干焊耳，用于固定悬臂支架和集热管支架；
进一步的，所述悬臂支架由型材管焊接而成，焊接成桁架形式以提高强度和刚度。悬臂支架固定在所述扭矩轴的焊耳上；所述悬臂支架上端用于连接反射镜，下端用于连接光伏板；
进一步的，所述反射镜为具有一定弧度的钢化玻璃，玻璃背面有涂层，用于反射太阳光；所述反射镜固定安装在所述悬臂支架上，且呈对称布置的方式设置在所述扭矩轴两侧，反射镜布置后聚光焦点位置即为集热管的安装位置；
作为一种举例说明，所述反射镜的数量可以为多组结构拼装，具体的需根据扭矩轴的长度进行对称布置；
进一步的，所述光伏板为一般硅晶材料或者薄膜电池，安装在悬臂支架下方；通过所述驱动系统旋转到迎光面，即可通过光伏板进行发电；
作为一种举例说明，所述光伏板即可起到发电的作用，还可起到对称集热管的配重作用；
进一步的，所述集热管支架由钢材焊接而成，所述集热管支架的一端固定在扭矩轴上，另一端用于连接集热管；所述集热管支架的长度与反射焦距有关，集热管支架上安装的集热管中心为焦点位置；
进一步的，所述集热管为真空管，里面留有水、导热油或其他储热介质；所述集热管的中心设置在反射镜的焦点位置上；
进一步的，所述角度传感器安装在集热管支架上，起到实时监测、反馈整个本发明之发电装置的角度作用；
进一步的，所述限位开关安装在所述驱动系统上，用于限定驱动系统的位置限制；
为了更好的说明本发明的工作原理，现简要介绍其设计依据如下：
光热光伏一体化发电装置是将光热发电与光伏发电集成在一起，该发电装置一面为反射镜与集热管等部件组成的聚光集热器系统，可以吸收太阳能用于供热和发电，而在聚光集热器的另一面则放置光伏板，可以在需要发电的时候使用，该形式可以在特殊的地区使用，如在不同条件下需间断的供暖及供电；该结构形式可以有效的节约宝贵的土地资源，可以将供暖及供电有效的结合起来；
光热光伏一体化发电装置，根据光物理环境的不同来选择光热或光伏工作模式；工作时分为两种状态可相互切换，即光热工作状态和光伏工作状态；当反射镜和集热管等部件朝向太阳并实时跟踪的情况下为光热工作模式，当光伏板朝向太阳并实时跟踪的情况下为光伏工作模式；两种模式相互补充，相互协调。
作为一种应用举例说明，所述光伏板可采用普通晶硅电池或薄膜电池中的一种或者组合；
作为一种应用举例说明，所述薄膜电池还可增设安装在所述反射镜的背面，加大光伏发电时太阳光的反射能量；
作为一种应用举例说明，所述集热管安装时留有一定倾角，冬天时集热管中的载体可自动回流到储热罐中，减少发生冰冻损坏集热管的概率；
作为一种应用举例说明，此发明装置组成的系统可根据实地要求自由切换，如一部分调整为光热工作状态，另一部分调整为光伏工作状态，也可以两部分工作状态同时工作；
有益效果：
1、本发明一种光热光伏一体化发电装置具有适应性强、结构简单、便于改换装和革新等优点；
2、该装置可最大限度的利用空间，节省了宝贵的土地资源，具有较高的实际运用价值和科研价值；
3、本发明之发电装置可根据不同维度来调整光伏板倾角位置，可最大程度的减少余弦损失，进而增大发电量。
附图说明
图1为本发明一种光热光伏一体化发电装置的现有技术举例图
图2为本发明一种光热光伏一体化发电装置的立体结构示意图
图3为本发明一种光热光伏一体化发电装置的正面结构示意图
图4为本发明一种光热光伏一体化发电装置的驱动系统结构图
图5为本发明一种光热光伏一体化发电装置的扭矩轴结构图
图6为本发明一种光热光伏一体化发电装置的光热工作状态示意图(上方为太阳方向)
图7为本发明一种光热光伏一体化发电装置的光伏工作状态示意图(上方为太阳方向)
具体实施方式
下面，参考附图1至图7所示，一种光热光伏一体化发电装置，包括：驱动立柱1、支撑立柱2、驱动系统3、轴承4、扭矩轴5、悬臂支架6、反射镜7、光伏板8、集热管支架9、集热管10、角度传感器11和限位开关12；
进一步的，所述驱动立柱1由钢材焊接而成，在底部留有地脚螺栓孔，与地面基础进行固定，上部留有螺栓孔，用于连接驱动系统3；
进一步的，所述支撑立柱2由钢材焊接而成，在底部留有地脚螺栓孔，与地面基础进行固定，上部留有螺栓孔，用于连接安装在其上部的所述轴承4；
进一步的，所述驱动系统3包括：回转减速机3.1、减速箱3.2、电机3.3、编码器3.4和回转轴；所述驱动系统3是整套装置的动力来源，驱动整套装置沿回转轴旋转，可实现360°旋转，实时跟踪太阳；所述驱动系统3的底部固定在驱动立柱1上，所述驱动系统3的侧面与所述扭矩轴5连接，带动扭矩轴5旋转；
作为一种举例说明，所述驱动系统3还可以采用液压推杆或电推杆的结构形式提供动力；
进一步的，所述轴承4固定在支撑立柱2上，用于连接扭矩轴5；
作为一种举例说明，所述轴承4可以设计成滑动轴承或滚动轴承的工作结构；
进一步的，所述扭矩轴5选用圆钢管类型材焊接而成，其两端分别与驱动系统3和轴承4连接；扭矩轴5上还焊接有若干焊耳5.1，用于固定悬臂支架6和集热管支架9；
进一步的，所述悬臂支架6由型材管焊接而成，焊接成桁架形式以提高强度和刚度。悬臂支架6固定在所述扭矩轴5的焊耳5.1上；所述悬臂支架6上端用于连接反射镜7，下端用于连接光伏板8；
进一步的，所述反射镜7为具有一定弧度的钢化玻璃，玻璃背面有涂层，用于反射太阳光；所述反射镜7固定安装在所述悬臂支架6上，且呈对称布置的方式设置在所述扭矩轴5两侧，反射镜7布置后聚光焦点位置即为集热管10的安装位置；
作为一种举例说明，所述反射镜7的数量可以为多组结构拼装，具体的需根据扭矩轴5的长度进行对称布置；
进一步的，所述光伏板8为一般硅晶材料或者薄膜电池，安装在悬臂支架6下方；通过所述驱动系统3旋转到迎光面，即可通过光伏板8进行发电；
作为一种举例说明，所述光伏板8即可起到发电的作用，还可起到对称集热管10的配重作用；
进一步的，所述集热管10支架由钢材焊接而成，所述集热管10支架的一端固定在扭矩轴5上，另一端用于连接集热管10；所述集热管支架9的长度与反射焦距有关，集热管支架9上安装的集热管10中心为焦点位置；
进一步的，所述集热管10为真空管，里面留有水、导热油或其他储热介质；所述集热管10的中心设置在反射镜7的焦点位置上；
进一步的，所述角度传感器11安装在集热管支架9上，起到实时监测、反馈整个本发明之发电装置的角度作用；
进一步的，所述限位开关12安装在所述驱动系统3上，用于限定驱动系统3的位置限制；
为了更好的说明本发明的工作原理，现简要介绍其设计依据如下
光热光伏一体化发电装置是将光热发电与光伏发电集成在一起，该发电装置一面为反射镜与集热管等部件组成的聚光集热器系统，可以吸收太阳能用于供热和发电，而在聚光集热器的另一面则放置光伏板，可以在需要发电的时候使用，该形式可以在特殊的地区使用，如在不同条件下需间断的供暖及供电；该结构形式可以有效的节约宝贵的土地资源，可以将供暖及供电有效的结合起来；
光热光伏一体化发电装置，根据光物理环境的不同来选择光热或光伏工作模式；工作时分为两种状态可相互切换，即光热工作状态和光伏工作状态；当反射镜和集热管等部件朝向太阳并实时跟踪的情况下为光热工作模式，当光伏板朝向太阳并实时跟踪的情况下为光伏工作模式；两种模式相互补充，相互协调。
作为一种应用举例说明，所述光伏板8可采用普通晶硅电池或薄膜电池中的一种或者组合；
作为一种应用举例说明，所述薄膜电池还可增设安装在所述反射镜的背面，加大光伏发电时太阳光的反射能量；
作为一种应用举例说明，所述集热管10安装时留有一定倾角，冬天时集热管中的载体可自动回流到储热罐中，减少发生冰冻损坏集热管的概率；
作为一种应用举例说明，此发明装置组成的系统可根据实地要求自由切换，如一部分调整为光热工作状态，另一部分调整为光伏工作状态，也可以两部分工作状态同时工作；
本发明一种光热光伏一体化发电装置具有适应性强、结构简单、便于改换装和革新等优点；该装置可最大限度的利用空间，节省了宝贵的土地资源，具有较高的实际运用价值和科研价值；本发明之发电装置可根据不同维度来调整光伏板倾角位置，可最大程度的减少余弦损失，进而增大发电量。
以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
Claims (7)
1.一种光热光伏一体化发电装置，其特征在于，包括：驱动立柱、支撑立柱、驱动系统、轴承、扭矩轴、悬臂支架、反射镜、光伏板、集热管支架、集热管、角度传感器和限位开关；
所述驱动立柱由钢材焊接而成，在底部留有地脚螺栓孔，与地面基础进行固定，上部留有螺栓孔，用于连接驱动系统；所述支撑立柱由钢材焊接而成，在底部留有地脚螺栓孔，与地面基础进行固定，上部留有螺栓孔，用于连接安装在其上部的所述轴承；所述驱动系统包括：回转减速机、减速箱、电机、编码器和回转轴；所述驱动系统是整套装置的动力来源，驱动装置沿回转轴旋转，可实现360°旋转，实时跟踪太阳；所述驱动系统的底部固定在驱动立柱上，所述驱动系统的侧面与所述扭矩轴连接，带动扭矩轴旋转；
所述轴承固定在支撑立柱上，用于连接扭矩轴；所述扭矩轴选用圆钢管类型材焊接而成，其两端分别与驱动系统和轴承连接；扭矩轴上还焊接有若干焊耳，用于固定悬臂支架和集热管支架；所述悬臂支架由型材管焊接而成，焊接成桁架形式以提高强度和刚度。悬臂支架固定在所述扭矩轴的焊耳上；所述悬臂支架上端用于连接反射镜，下端用于连接光伏板；所述反射镜为具有一定弧度的钢化玻璃，玻璃背面有涂层，用于反射太阳光；所述反射镜固定安装在所述悬臂支架上，且呈对称布置的方式设置在所述扭矩轴两侧，反射镜布置后聚光焦点位置即为集热管的安装位置；所述反射镜的数量可以为多组结构拼装，具体的需根据扭矩轴的长度进行对称布置；所述光伏板为一般硅晶材料或者薄膜电池，安装在悬臂支架下方；通过所述驱动系统旋转到迎光面，即可通过光伏板进行发电；所述集热管支架由钢材焊接而成，所述集热管支架的一端固定在扭矩轴上，另一端用于连接集热管；
所述集热管支架的长度与反射焦距有关，集热管支架上安装的集热管中心为焦点位置；所述集热管为真空管，里面留有水、导热油或其他储热介质；所述集热管的中心设置在反射镜的焦点位置上；所述角度传感器安装在集热管支架上，起到实时监测、反馈整个本发明之发电装置的角度作用；所述限位开关安装在所述驱动系统上，用于限定驱动系统的位置限制。
2.根据权利要求1所述的一种光热光伏一体化发电装置，其特征在于，所述驱动系统可以采用液压推杆或电推杆的结构形式提供动力。
3.根据权利要求2所述的一种光热光伏一体化发电装置，其特征在于，所述轴承可以设计成滑动轴承或滚动轴承的工作结构。
4.根据权利要求3所述的一种光热光伏一体化发电装置，其特征在于，所述光伏板可采用普通晶硅电池或薄膜电池中的一种或者组合。
5.根据权利要求4所述的一种光热光伏一体化发电装置，其特征在于，所述薄膜电池还可增设安装在所述反射镜的背面。
6.根据权利要求5所述的一种光热光伏一体化发电装置，其特征在于，所述集热管安装时留有一定倾角。
7.根据权利要求6所述的一种光热光伏一体化发电装置，其特征在于，所述光伏板即可起到发电的作用，还可起到对称集热管的配重作用。
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