CN108302809A - 一种新型塔式太阳能定日镜及其聚光方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型塔式太阳能定日镜，属于太阳能光热发电应用技术领域；本发明提供的新型定日镜包括反射镜、正面金属层、侧面支撑架、背面支撑盘、塑形柱、支撑结构、驱动装置、控制系统、小型真空泵、控制阀、连接管道等设备；通过对反射面后的腔体抽真空的方法调节定日镜反射光斑的尺寸，在接收器遇到过热情况的时候，可通过打开控制阀，使得空气进入腔室，在极短时间内将反射面由抛物面变成平面，迅速降低接收器上的辐射能流密度，从而保护接收器不发生过热烧毁，避免了电站因接收器损坏而瘫痪，大大提高了系统运行的经济性，进而推动塔式太阳能发电的商业化进程。

Description

一种新型塔式太阳能定日镜及其聚光方法

技术领域

本发明涉及一种塔式太阳能定日镜及其聚光方法，属于太阳能光热发电应用技术领域，具体用于塔式太阳能系统中汇聚太阳光。

背景技术

目前，塔式太阳能发电是重要的光热发电模式，也是最有大规模商业化应用前景的模式之一。塔式太阳能电站的接收器位于接收塔顶部，通过泵将低温介质输送至接收器，加热后流下来。在系统运行过程中，泵有可能会发生意外故障，加上传输路程较远，也可能发生爆管，介质外泄的情况，只要这两种情况之一出现，都有可能使得低温介质供不到接收器上，造成接收器无法带走热量而发生过热烧毁。由于定日镜驱动系统启动和运行需要一定时间，才能将反射光斑移走，由于接收器承受的瞬时辐射能量巨大，没有低温介质通过的这段时间里，即便很短的时间也可能使得接收器因过热而发生爆裂或扭曲，使得整个电站瘫痪，因此这段反应时间显得格外重要。针对定日镜转向速度慢的缺点，需要寻找一种可以迅速减小接收器上辐射能流密度的方法。

综上所述，目前还没有一种工艺简单，便捷迅速的可靠方法可以使得接收器发生过热时候能迅速降低接收器上能流密度的方法。

发明内容

本发明提供了一种新型塔式太阳能定日镜，属于太阳能光热发电应用技术领域。是一种工艺简单，便捷迅速的可靠方法可以使得塔式太阳能接收器在发生过热时候能迅速降低接收器上能流密度的方法；本发明提供的新型定日镜通过对反射面后的腔体抽真空的方法调节定日镜反射光斑的尺寸，在接收器遇到过热情况的时候，可通过打开控制阀，使得空气进入腔室，在极短时间内将反射面由抛物面变成平面，迅速降低接收器上的辐射能流密度，从而保护接收器不发生过热烧毁，避免了电站因接收器损坏而瘫痪，挽回了巨大的经济损失，大大提高了系统运行的经济性，进而推动塔式太阳能发电的商业化进程。

本发明原理简单，制作方便，成本经济的定日镜，并通过改变真空度使得散焦的方法，极短时间内将反射面由抛物面变成平面，迅速地降低接收器上辐射密度。此外，本发明提供的定日镜还容易获得较大弧度的曲面，使得每个定日镜的光斑比较小，且方便实现不同距离定日镜不同的焦距。

本发明所述系统中的新型塔式太阳能定日镜结构包括反射镜、正面金属层、侧面支撑架、背面支撑盘、塑形柱、支撑结构、驱动装置、控制系统、小型真空泵、控制阀、连接管道等设备。本发明所述塔式太阳能定日镜，其特征在于：背面支撑盘、侧面支撑架与正面金属层之间形成一个密闭空间，背面支撑盘预留有抽真空口，通过连接管道连接到小型真空泵，并通过控制阀调节控制。真空泵对密闭空间抽真空，由于压差，正面金属层小幅内凹，形成一个接近于抛物面的微凹的曲面，待达到预期状况时候，关闭控制阀，并关上真空泵。反射镜是贴合在金属层上的，反射镜面也形成一个微凹的曲面，使得反射光得以汇聚到数百米之外塔式接收器上。背面支撑盘上固定有若干根塑形柱。塑形柱一端固定在背面支撑盘，另一端粘贴小垫片，尽量使得若干块小垫片在预设的抛物面上。塑性柱尽量均匀地分散排布，使得正面金属层在贴合时候受力均匀。抽到一定真空度，正面金属层贴合塑形柱的时候，塑形柱起着支撑作用，防止正面金属层形变过大而损坏。根据实际需求，决定抽的真空度，既可贴合塑形柱，也可不贴合，调节到最佳弧度即可。在月光较好的夜晚，令某一定日镜将月光反射到塔顶接收器或者接收器附近某制定区域上，逐渐提高真空度，达到预期的光斑尺寸时候，关闭控制阀，并关上真空泵。随后将这个定日镜的光斑移开，逐个调节每个定日镜的真空度。因为较低的真空度即可使得正面金属层内凹塑性，抽一次真空即可维持较长时间。隔段时间在夜间通过月光校核一下，不合预期的调节一下真空度。

如果遇到接收器出现局部过热的情况，把过热区域对应的若干个定日镜(事先把接收器划分区域，某一个区域固定对应一部分定日镜)迅速打开控制阀，空气进入腔体，使得反射面回弹，反射面在极短时间内由抛物面变成平面，实现迅速散焦，减小汇聚到过热区域的能量，起到对接收器保护的作用。

作为优选，正面金属层上贴的反射镜，可以是贴银膜，也可以是贴玻璃银镜。如果贴玻璃银镜，小镜片拼合过程中，需留出一定间隙，以防止抽真空时候形变挤压。

作为优选，对实时总辐射值做提前预测，在保证不发生过热的前提下，尽量减少散焦的定日镜的数量，避免能量浪费。

作为优选，通过调节真空度决定每个定日镜的曲率半径，使得较远处的定日镜的曲率半径比近处定日镜的半径小，从而减小远处定日镜反射的光斑尺寸，使得整个镜场的定日镜反射光斑尺寸相对一致，方便系统控制。

作为优选，为防止密闭腔室因水汽而生锈，进入腔体的空气需经过干燥处理。

作为优选，此类定日镜做较大面积的比较经济，减少真空泵的数量，方便控制。建议在150至300平米左右。

作为优选，由于过热时候往往只需要对少部分定日镜散焦，因此也可将本发明所提供的定日镜与其他类型定日镜混合使用，作为迅速降低接收器辐射值的专用散焦定日镜。

作为优选，为了加工方便，以及光斑规整，反射面可以选择圆形或椭圆形。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：原理简单，制作方便，容易获得较大弧度的曲面，使得每个定日镜的光斑比较小，且容易实现不同距离定日镜不同的焦距，并在夜间随时调整校正，确保运行期间控制的准确性。本发明所提供的定日镜最大的优点是，在接收器遇到过热情况的时候，可通过打开控制阀，降低腔体真空度的方式，迅速将反射面由抛物面变成平面，瞬间降低接收器上的辐射能流密度，从而保护接收器不发生过热烧毁。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的新型定日镜的结构示意图。

标号说明：1、反射镜；2、正面金属层；3、边缘支撑架；4、真空腔室；5、背面支撑盘；6、驱动装置、7、支撑结构、8、塑形柱、9、控制阀、10、真空泵。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1：

如图1所示，本发明所述塔式太阳能定日镜特征在于：由背面支撑盘5、侧面支撑架3与正面金属层2之间形成一个密闭空间，即真空腔室4。背面支撑盘5上预留有抽真空口，通过连接管道连接到小型真空泵10，并通过控制阀9调节控制。当真空泵10对真空腔室4抽真空时候，由于内外压差，正面金属层2小幅内凹，形成一个接近于抛物面的微凹的曲面，待达到预期状况时候，关闭控制阀9，并关上真空泵10。由于反射镜1是贴合在金属层上的，反射镜面1也形成一个微凹的曲面，使得反射光得以汇聚到数百米之外塔式接收器上。背面支撑盘5连接到驱动装置6，并架设在支撑结构7上，通过控制系统控制定日镜的二维转动。背面支撑盘5上固定有若干根塑形柱8。塑形柱8一端固定在背面支撑盘5，另一端粘贴小垫片，尽量使得若干块小垫片在预设的抛物面上。塑性柱尽量均匀地分散排布，使得正面金属层在贴合时候受力均匀。当真空腔室4抽到一定真空度，正面金属层2贴合塑形柱8的时候，塑形柱8起着支撑作用，防止正面金属层2形变过大而损坏。根据实际需求，塑形柱8也可不贴合正面金属层2，调节真空度，形成所需的反射面弧度。可在月光较好的夜晚，令某一定日镜将月光反射到塔顶接收器或者接收器附近某制定区域上，启动真空泵10，逐渐提高真空度，达到预期的光斑尺寸时候，关闭控制阀9，并关上真空泵10。随后将这个定日镜的光斑移开，逐个调节每个定日镜。因为较低的真空度即可使得正面金属层2内凹塑性，抽一次真空即可维持较长时间。隔段时间在夜间通过月光校核一下，不合预期的调节一下真空度。

如果遇到接收器出现局部过热的情况，把过热区域对应的若干个定日镜(事先把接收器划分区域，某一个区域固定对应一部分定日镜)迅速打开控制阀9，空气进入腔体，使得反射面1回弹，反射面1在极短时间内由抛物面变成平面，实现迅速散焦，减小汇聚到过热区域的能量，起到对接收器保护的作用。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种新型塔式太阳能定日镜，其特征在于：所述塔式太阳能定日镜结构包括反射镜、正面金属层、侧面支撑架、背面支撑盘、支撑结构、驱动装置、控制系统、真空泵、控制阀、及其连接管道设备；

所述的背面支撑盘连接有驱动装置，所述的驱动结构连接有控制系统，架设在支撑结构上；

所述背面支撑盘、侧面支撑架与正面金属层之间形成一个真空腔室，背面支撑盘预留有抽真空口，通过连接管道连接到小型真空泵，并通过控制阀调节控制。

2.根据权利要求1所述的新型塔式太阳能定日镜，其特征在于：所述的背面支撑盘上固定有若干根塑形柱；所述的塑形柱一端固定在背面支撑盘，另一端粘贴小垫片。

3.根据权利要求2所述的新型塔式太阳能定日镜，其特征在于：所述的塑形柱均匀地分散排布，使得若干块小垫片在一个抛物面上。

4.根据权利要求1所述的新型塔式太阳能定日镜，其特征在于：所述的反射镜贴合在金属层上；所述的反射镜为贴银膜或者贴玻璃银镜。

5.根据权利要求4所述的新型塔式太阳能定日镜，其特征在于：所述的反射镜为贴玻璃银镜，所述的各片玻璃银镜之间留有小空隙。

6.根据权利要求1所述的新型塔式太阳能定日镜，其特征在于：所述的太阳能定日镜的反射镜的面积在150至300平方米。

7.根据权利要求1所述的新型塔式太阳能定日镜，其特征在于：所述的太阳能定日镜的反射镜为圆形或者椭圆形。

8.一种采用新型塔式太阳能定日镜汇聚太阳光的方法，其特征在于：

所述的新型塔式太阳能定日镜包括反射镜、正面金属层、侧面支撑架、背面支撑盘、支撑结构、驱动装置、控制系统、小型真空泵、控制阀、及其连接管道设备；

所述的背面支撑盘连接有驱动装置，所述的驱动结构连接有控制系统，架设在支撑结构上；

所述背面支撑盘、侧面支撑架与正面金属层之间形成一个真空腔室，背面支撑盘预留有抽真空口，通过连接管道连接到小型真空泵，并通过控制阀调节控制；

所述的背面支撑盘上固定有若干根塑形柱；所述的塑形柱一端固定在背面支撑盘，另一端粘贴小垫片；

具体包括如下步骤：

通过调节驱动装置使得日镜将月光反射到塔顶接收器或者接收器附近某制定区域上；

通过真空泵调节真空腔室的真空度，使得金属层贴合塑形柱，也可不贴合，达到预期的光斑尺寸时候，关闭控制阀，并关上真空泵；

随后将这个定日镜的光斑移开，逐个调节每个定日镜的真空度；较低的真空度即可使得正面金属层内凹塑性，抽一次真空即可维持较长时间；

遇到接收器出现局部过热的情况，迅速打开控制阀，使得反射面回弹，反射面几乎瞬时地由抛物面变成平面，实现迅速散焦，减小汇聚到过热区域的能量。

9.根据权利要求7所述的采用新型塔式太阳能定日镜汇聚太阳光的方法，其特征在于：进入的真空腔室的空气经过干燥处理。