CN109612124B - 一种槽式太阳能热电联产装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种槽式太阳能热电联产装置，其包括聚光集热模块和聚光光伏发电模块以及功能切换机构，本发明将槽式太阳能集热技术与聚光光伏发电技术进行了很好的结合，可产出较高品质的电能和热能，同时又解决了一定面积的太阳能在聚光集热和聚光发电之间的能量分配比例问题以及高聚光倍数的电池板的散热问题，可提高单位面积太阳能的利用效率。本发明不单一地利用太阳能进行发电或供热，而是对聚光集热和聚光发电进行了集成，且装置可对热电比例进行灵活的调控，以满足不同的应用场合对热能和电能不同比例的需求。

Description

一种槽式太阳能热电联产装置

技术领域

本发明属于新能源领域中的太阳能光热利用技术领域，是一种可同时进行聚光集热和聚光发电，且集热产电的比例可实时自动调节的装置。

背景技术

在太阳能聚光光热利用领域，商业化程度较高的是槽式聚光集热装置。槽式集热装置是通过槽形抛物面镜将太阳光反射聚集到真空集热管上，对介质进行加热，产生的蒸汽送至主厂房的汽轮发舵机，实现太阳能光热发电。槽式热力电站所使用的真空集热管外部是一种圆柱形玻璃管壳，内部的集热芯管轴向贯穿于真空玻璃管，内外管夹层之间抽成高真空，且集热芯管外表面涂有太阳选择性吸收涂层。真空集热管内通有导热油，导热油工作温度最高可达400℃，用于有效吸收太阳辐射能并导出，从而获得高品质热能。

在光伏发电领域，利用光学元件将太阳光汇聚后再进行利用发电的聚光光伏(CPV)技术，被认为是太阳能发电未来发展的第三代技术。目前，随着III-V族(如砷化镓)电池技术的发展，可靠性技术的提高，聚光光伏技术发展开始加速。据预测，到2020年，使用光电转换效率超41％的Ⅲ-V多结聚光电池的光伏系统发电效率将有望达到33％左右。同时，随着聚光技术正逐渐成熟，III-V多结聚光电池的效率和成本优势也逐渐体现。

从生命周期成本前景看，聚光光伏比某些地区的传统光伏大型地面安装系统更具竞争力，聚光光伏必然成为国内未来光伏的一个重要发展方向。但由于聚光光伏制作工艺复杂、集成系统性要求高、技术难度大等原因，国内涉足这一领域的企业不是太多，生产规模仍然较小。

申请号为CN201610143200的发明申请公开了一种槽式太阳能热电联产接收器装置，该设计的缺陷是：虽然同时实现了发电和集热，但所集热量来源于由冷凝管收集的聚光型电池板的废热，故此产出的是品质较低的热量；而且在该设计中，聚光型电池板的位置固定，所产电量和所集热量的比例一定，无法实现电量和热量的实时调控和灵活分配。

本发明针对以上问题，提供一种槽式太阳能热电联产装置，实现发电和集热两种状态间灵活切换，以及达到灵活调控热电比例的目的。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种槽式太阳能热电联产装置，其包括接地支架以及设置在接地支架上的主聚光镜、聚光光伏模块、聚光集热模块和功能切换机构，其特征在于，

所述主聚光镜相对于所述接地支架可绕聚光集热模块的真空集热管的中心轴线转动设置，以便随着太阳位置的变化跟踪入射光线；

所述主聚光镜与所述聚光光伏模块的电池板相对固定连接，以便使得电池板与所述主聚光镜同步转动；

聚光集热模块的真空集热管的两端支撑于接地支架的两端，且所述真空集热管不随所述主聚光镜的跟踪动作而转动；

所述主聚光镜位于所述真空集热管的下方；

所述功能切换机构能够驱动聚光光伏模块的电池板由真空集热管上方转动至真空集热管下方，以便实现聚光发电功能；并且所述功能切换机构还能够驱动聚光光伏模块的电池板按照原来的轨迹由真空集热管的下转回至真空集热管上方，以便实现聚光集热功能。

进一步，作为优选，所述聚光光伏模块还包括电池板冷却器，电池板固定连接设置在电池板冷却器的外侧上表面上，电池板冷却器内侧下表面采用螺栓或胶粘固定设置有副聚光镜，电池板、电池板冷却器以及副聚光镜均由功能切换机构控制并同步运转。

进一步，作为优选，所述主聚光镜连接固定在主聚光镜支架上，主聚光镜支架采用轴承可转动连接设置在接地支架上，功能切换机构固定在主聚光镜支架上，且位于真空集热管的一端。

进一步，作为优选，功能切换机构包括带法兰轴向卡圈、无法兰轴向卡圈、连接螺杆、舵机轴转盘、舵机、舵机支架，其中，舵机支架固定连接在主聚光镜支架上，舵机固定设置在舵机支架上，舵机输出端连接至舵机轴转盘，舵机轴转盘采用连接螺杆连接至带法兰轴向卡圈上，电池板冷却器的两端分别固定在带法兰轴向卡圈和无法兰轴向卡圈上，带法兰轴向卡圈采用轴承可转动设置在聚光镜支架一端，无法兰轴向卡圈采用轴承可转动设置在聚光镜支架另一端。

进一步，作为优选，主聚光镜和副聚光镜均为抛物面式聚光镜，且二者的抛物面聚光焦线均与真空集热管内部轴线相重合。

进一步，作为优选，真空集热管穿过接地支架、上部的空心圆筒，且与空心圆筒同轴，真空集热管和空心圆筒之间设置有橡胶垫圈、，真空集热管伸出接地支架最右端和最左端，以便于安装柔性导热油管路。

进一步，作为优选，电池板冷却器的形状是具有一定厚度且中空的部分圆柱面，分为内层和外层，外层内壁加工有若干肋片，内层与外层构成的空腔内通有冷却液，电池板冷却器位于真空集热管外围且与其轴线重合，其外层外壁加工有嵌入安装电池板的若干凹槽，电池板冷却器两端外层轴向长度大于内层，在两端外层伸出部分加工有若干用于与带法兰轴向卡圈、无法兰轴向卡圈连接的铰制孔。

进一步，作为优选，真空集热管外部为圆柱形玻璃管壳，内部的集热芯管轴向贯穿于真空玻璃管，内外管夹层之间为真空设置，且集热芯管外表面涂有太阳选择性吸收涂层。

进一步，作为优选，舵机支架和聚光镜支架之间由一桁架结构相连接，上述桁架结构包括与舵机支架连接的肋板一、肋板二，以及与聚光镜支架连接的肋板三、肋板四、肋板五、肋板六，其中，肋板三和肋板四的一端呈°弯曲，且弯曲段加工有若干铰制孔；肋板一和肋板二的两端弯曲角等于聚光镜支架两臂分开角度的一半，且弯曲段加工有若干铰制孔；肋板五和肋板六的两端弯曲角视两肋板长度而定，每根肋板的两处弯曲段延长后相交角为°，且弯曲段加工有若干铰制孔，肋板一和肋板二均平行于聚光镜支架所处平面；肋板三和肋板四均垂直于聚光镜支架所处平面，肋板五和肋板三以及聚光镜支架构成三角承力结构，肋板六和肋板四以及聚光镜支架构成三角承力结构。

进一步，作为优选，带法兰轴向卡圈上的法兰构设为，保证带法兰轴向卡圈旋转的周向方向上的第一根连接螺杆和它在运动轨迹上相遇的聚光镜支架的第一根伸出臂之间的夹角大于或等于°，以便使保证电池板以及电池板冷却器和副聚光镜能够翻转°且不发生干涉。

进一步，作为优选，所述副聚光镜以及聚光光伏模块均可绕真空集热管的中心轴线做°的往复旋转。

进一步，作为优选，带法兰轴向卡圈、无法兰轴向卡圈的侧面均开有用于固定光伏模块和副聚光镜的插槽和相应的螺孔；所述带法兰轴向卡圈外圆表面的若干个法兰用于和连接螺杆连接。

进一步，作为优选，所述连接螺杆两端均加工有螺纹，相应的紧固螺母为双层防松螺母。

进一步，作为优选，电池板(1-1)与蓄电池(13-4)以及负载连接；真空集热管(9-1)内部的介质通过管线与泵一(11-1)、换热器一(12-1)连接，电池板冷却器(1-2)内部的冷却液通过管线与泵二(11-2)、换热器二(12-2)连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明可实现聚光产热和聚光发电两种功能，通过使聚光光伏模块可随功能切换机构运动，实现上下翻转，配合真空集热管工作，使得装置可在发电和集热两种状态间灵活切换，以达到灵活调控热电比例的目的；

(2)副聚光镜可收集来自主聚光镜和真空集热管表面的散射光并汇集于真空集热管上表面，起到一定的聚光效果，同时，副聚光镜将本会照射于电池板散热器反面的散射光线反射掉，有效防止了散热器因为受到照射而升温导致散热效果下降。

(3)跟踪太阳时主聚光镜围绕真空集热管(焦点轴线)转动，真空集热管固定不动，由于真空集热管的重量由接地支架支撑，减轻了太阳入射角跟踪装置的负载，减少了跟踪能耗，且有利于提高真空集热管容量，节约材料，降低造价，有利于大型化；

(4)电池板冷却器位于聚光型太阳能电池板和副聚光镜之间，用于冷却由于高聚光倍数而急速升温的电池板，电池板冷却器和电池板背面无缝贴合，其内部翅片可以增加冷却液和散热器的换热面积，提高散热效果，且冷却液带走的热量可回收利用，从而提高单位面积太阳能的利用效率。绝缘密封材料用于填充电池板和冷却器之间的缝隙，防止因空气进入而导致换热效果下降；

(5)电池板、冷却器、副聚光镜均由轴向卡圈上的紧固螺栓固定，随轴向卡圈运转，轴向卡圈与真空集热管同轴，能够保证电池板、冷却器和副聚光镜的工作精度

(6)聚光镜支架固定于接地支架上，两端的圆环分别与真空集热管穿过的空心圆柱以轴承进行连接。圆环位于空心圆柱外部，空心圆柱固定于接地支架上。圆环为台阶状，由两个直径不同的大小圆环构成，其中小圆环用于支撑轴向卡圈，与轴向卡圈以轴承连接。聚光镜固定于预制的弧形聚光镜支架底盘。

附图说明

图1a为本发明处于聚光集热状态时整体构架图；

图1b为本发明处于聚光发电状态时整体构架图；

图2a为本装置右端的局部轴系剖视图(正视图)；

图2b为本装置左端的局部轴系剖视图(正视图)；

图3为本发明处于聚光产电时太阳能电池板、电池冷却器、副聚光镜相对主聚光镜的位置以及装置一个工作循环的流程图；

图4为聚光型电池板和电池板冷却器的贴合形式；

图5为舵机支架在聚光镜支架上的布置形式；

图6为装置的侧视图(不含接地支架)；

图7为聚光型电池板传动机构的爆炸图；

图8为装置处于聚光集热状态时热回路和电路工作状态；

图9为装置处于聚光发电状态时热回路和电路工作状态；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：一种槽式太阳能热电联产装置，其包括接地支架以及设置在接地支架上的主聚光镜7-1、聚光光伏模块、聚光集热模块和功能切换机构，其特征在于，所述主聚光镜7-1相对于所述接地支架10-2可绕聚光集热模块的真空集热管9-1的中心轴线转动设置，以便随着太阳位置的变化跟踪入射光线，其中，接地支架包括右接地支架10-1和左接地支架10-2；所述主聚光镜7-1与所述聚光光伏模块的电池板1-1相对固定连接，以便使得电池板1-1与所述主聚光镜7-1同步转动；聚光集热模块的真空集热管9-1的两端支撑于接地支架的两端，且所述真空集热管9-1不随所述主聚光镜7-1的跟踪动作而转动；所述主聚光镜7-1位于所述真空集热管9-1的下方；所述功能切换机构能够驱动聚光光伏模块的电池板1-1由真空集热管9-1上方转动至真空集热管9-1下方，以便实现聚光发电功能；并且所述功能切换机构还能够驱动聚光光伏模块的电池板1-1按照原来的轨迹由真空集热管9-1的下转回至真空集热管9-1上方，以便实现聚光集热功能。

其中，为了保证光伏电池板的散热性能，所述聚光光伏模块还包括电池板冷却器1-2，电池板1-1固定连接设置在电池板冷却器1-2的外侧上表面上，电池板冷却器1-2内侧下表面采用螺栓或胶粘固定设置有副聚光镜1-3，电池板1-1、电池板冷却器1-2以及副聚光镜1-3均由功能切换机构控制并同步运转。

在本实施例中，所述主聚光镜7-1连接固定在主聚光镜支架上，主聚光镜支架采用轴承8-1-4可转动连接设置在接地支架上，功能切换机构固定在主聚光镜支架上，且位于真空集热管的一端，聚光镜支架包括表面加工有螺孔的右聚光镜支架6-1-1、表面无螺孔的左聚光镜支架6-1-2，右聚光镜支架6-1-1的螺孔用于安装相应的功能切换机构。

作为较佳的实施例，功能切换机构包括带法兰轴向卡圈2-1、无法兰轴向卡圈2-2、连接螺杆4-4、舵机轴转盘4-1、舵机5-2、舵机支架5-1，其中，舵机支架5-1固定连接在主聚光镜支架上，舵机5-2固定设置在舵机支架5-1上，舵机5-2输出端连接至舵机轴转盘4-1，舵机轴转盘4-1采用连接螺杆4-4连接至带法兰轴向卡圈2-1上，电池板冷却器1-2的两端分别固定在带法兰轴向卡圈2-1和无法兰轴向卡圈2-2上，带法兰轴向卡圈2-1采用轴承8-1-3可转动设置在聚光镜支架一端，无法兰轴向卡圈2-2采用轴承8-1-3可转动设置在聚光镜支架另一端。

具体的，如图7，带法兰轴向卡圈2-1在外圈加工有若干法兰和若干螺孔，且若干法兰所处平面和若干螺孔所处平面互相平行，两平面各位于轴向卡圈2-1的两侧。如图2b，无法兰的轴向卡圈2-2仅加工有螺孔，无法兰。如图2b和图7，带法兰轴向卡圈2-1和无法兰轴向卡圈2-2轴向截面为L形，且在加工有螺孔的一侧，轴向卡圈2-1和2-2均加工有沟槽，和电池板冷却器1-2两端外层的输出部分相配合。带法兰轴向卡圈2-1位于右聚光镜支架6-1-1外圆，并与聚光镜支架6-1-1由轴承8-1-1连接，无法兰轴向卡圈2-2位于左聚光镜支架6-1-2外圆，并和聚光镜支架6-1-2由轴承8-1-3连接。如图7，转盘4-1正对舵机5-2的一面上安装有舵机轴卡槽4-2，两者由圆头螺钉4-3连接。转盘4-1和带法兰轴向卡圈2-1同轴，转盘4-1外缘加工有若干铰制孔，各孔位置和带法兰轴向卡圈2-1上法兰孔位置对应，转盘4-1和带法兰轴向卡圈2-1之间由连接螺杆4-4连接，其中，转盘4-1和连接螺杆4-4由螺母组4-5连接，轴向卡圈2-1和连接螺杆4-4由螺母组4-6连接，螺母组4-5分布在转盘4-1两侧，螺母组4-6分布在轴向卡圈2-1法兰两侧。连接螺杆组4-4中每根螺杆均在两头加工有螺纹。

如图5，舵机支架5-1为L形，其一侧加工有和舵机5-2连接的螺孔，另一侧加工有和支承结构相连接的螺孔。舵机5-2和舵机支架5-1依靠螺栓组5-3连接，舵机支架5-1和支承结构由螺栓组5-5连接。舵机支架5-1在支承机构上的安装位置要保证舵机轴能和舵机轴卡槽连接同心度良好，不出现卡顿、振动等现象。

其中主聚光镜7-1和副聚光镜1-3均为抛物面式聚光镜，且二者的抛物面聚光焦线均与真空集热管9-1内部轴线相重合。

如图4，电池板1-1为片状，面积较小，电池板1-1贴合在电池板冷却器1-2正面凹槽中，为刚性连接，电池板冷却器1-2的形状是具有一定厚度且中空的部分圆柱面，分为内层和外层，外层内壁加工有若干肋片，电池板冷却器1-2位于真空集热管9-1外围且与其轴线重合，其外层外壁加工有面积略大于电池板1-1面积、深度等于电池板1-1厚度的若干凹槽，其两端外层轴向长度长于内层，在两端外层伸出部分加工有若干铰制孔，用于和轴向卡圈2-1和2-1连接。电池板冷却器1-2在轴向上，采用分段制造后焊接拼装的方式制作，在半径方向上，采用内外层先分离加工后焊接拼合的方式制作。

作为更佳的实施例，真空集热管9-1外部为圆柱形玻璃管壳，内部的集热芯管轴向贯穿于真空玻璃管，内外管夹层之间为真空设置，且集热芯管外表面涂有太阳选择性吸收涂层，如图1和图2，真空集热管9-1穿过接地支架10-1、10-2上部的空心圆筒，与圆筒同轴，为柔性连接，真空集热管和空心圆筒间由橡胶垫圈9-2、9-3连接，真空集热管外径小于接地支架上部空心圆筒内径，两者半径差略小于橡胶垫圈厚度，以确保连接稳定。真空集热管9-1稍伸出接地支架10-1最右端和接地支架10-2的最左端，以便于安装柔性导热油管路。故真空集热管9-1不随聚光镜的跟踪动作而运动，有利于提高其容量并降低太阳入射角跟踪装置的负载。主聚光镜7-1为抛物面式聚光镜，抛物面曲线形式取决于聚光镜7-1安装高度，抛物面聚光焦线和真空集热管9-1内部轴线相重合，聚光镜7-1反射面镀有高反射率材料。副聚光镜1-3为抛物面聚光镜，其扇面大小和聚光型电池板冷却器1-2相同。副聚光镜1-3的非反射面贴合在电池板冷却器1-2反面，为刚性连接。

如图5-6，舵机支架5-1和聚光镜支架6-1-1之间由一桁架结构相连接，上述桁架结构包括与舵机支架5-1连接的肋板一5-4-1、肋板二5-4-2，以及与聚光镜支架6-1-1连接的肋板三5-6-1、肋板四5-6-2、肋板五5-8-1、肋板六5-8-2，其中，肋板三5-6-1和肋板四5-6-2的一端呈90°弯曲，且弯曲段加工有若干铰制孔；肋板一5-4-1和肋板二5-4-2的两端弯曲角等于聚光镜支架6-1-1两臂分开角度的一半，且弯曲段加工有若干铰制孔；肋板五5-8-1和肋板六5-8-2的两端弯曲角视两肋板长度而定，每根肋板的两处弯曲段延长后相交角为90°，且弯曲段加工有若干铰制孔，肋板一5-4-1和肋板二5-4-2均平行于聚光镜支架6-1-1所处平面；肋板三5-6-1和肋板四5-6-2均垂直于聚光镜支架6-1-1所处平面，肋板五5-8-1和肋板三5-6-1以及聚光镜支架6-1-1构成三角承力结构，肋板六5-8-2和肋板四5-6-2以及聚光镜支架6-1-1构成三角承力结构。

如图5，肋板一5-4-1和肋板三5-6-1之间由螺栓组5-7-4连接，肋板四5-6-2和肋板二5-4-2之间由螺栓组5-7-3连接，肋板5-6-2四和肋板5-4-1一之间由螺栓组5-7-2连接，肋板5-6-2四和肋板5-4-2二之间由螺栓组5-7-1连接；肋板5-8-1五和肋板5-6-1三之间由螺栓组5-9-1连接，肋板5-8-1五和聚光镜支架6-1-1之间由螺栓组5-10-1连接，肋板5-8-2六和聚光镜支架6-1-1之间由螺栓组5-10-2连接，肋板5-6-1三和聚光镜支架6-1-1之间由螺栓组5-11-1连接。

其中，作为更佳的实施例，带法兰轴向卡圈2-1上的法兰构设为，保证带法兰轴向卡圈2-1旋转的周向方向上的第一根连接螺杆4-4和它在运动轨迹上相遇的聚光镜支架6-1-1的第一根伸出臂之间的夹角大于或等于180°，以便使保证电池板1-1以及电池板冷却器1-2和副聚光镜1-3能够翻转180°且不发生干涉。所述副聚光镜1-3以及聚光光伏模块均可绕真空集热管的中心轴线做180°的往复旋转。

下面描述本发明功能实现方式。

主聚光镜7-1由相应的入射光线跟踪装置驱动，副聚光镜1-3和电池板冷却器1-2之间为刚性连接，均由舵机5-2驱动，其聚光焦线和主聚光镜7-1重合，均位于真空集热管9-1轴线处。聚光光伏发电模块运动时的旋转轴为主聚光镜聚光焦线。聚光光伏模块中的聚光型太阳能电池板由功能切换模块驱动，具有翻转功能，运动轴线和集热模块的中心轴线以及聚光模块的聚光焦线重合；聚光型太阳能电池板旋转角度为180°，其运动轨迹为半圆弧，即电池板由0°运动到180°对于位置后，根据需要，仍然按照原路线返回到初始状态，其翻转时机根据温控装置或其他电控装置确定。

由如图3a，当聚光型的电池板1-1、冷却器1-2、副聚光镜1-3位于真空集热管9-1上表面时，真空集热管9-1下表面暴露于主聚光镜7-1的有效聚光区域，产出大量热量；如图3c，当电池板1-1、冷却器1-2、副聚光镜1-3位于真空集热管9-1下表面时，真空集热管9-1下表面暴露于副聚光镜1-3的有效聚光区域，产出少量热量，起到保温作用，此时聚光型电池板暴露于主聚光镜7-1的有效聚光区域，产出大量电量。

如图2a和图2b，各轴承组含有相应的密封和挡油元件。安装时，先在接地支架10-1和10-2空心圆筒外上装入轴承组，然后在轴承组上装入聚光镜支架6-1-1和6-1-2。在进行基座定位时，基座之间距离要稍小于聚光镜支架中间部分的连接横梁长度，保证聚光镜支架两端有一定的预紧力，以确保各密封润滑元件可正常工作。

如图4，聚光型的太阳能电池板1-1铺设在电池板冷却器1-2外层表面，其连接面由绝缘且导热系数较高的填充材料进行填充密封，以保证电池板1-1与冷却器1-2间无空气间隙，填充材料可采用硅脂胶或硅基导热贴，电池板冷却器1-2可采用导热系数较高的铝制作。若聚光型电池板1-1为圆弧状(如图5)，且尺寸与冷却器1-2相当，则直接贴合在冷却器1-2上表面，各电池板连接线路布置在电池板侧表面，避免太阳光的聚光直射。如图4，电池板冷却器1-2内部空腔的上表面设有换热翅片，空腔内通有冷却液。翅片的设置便于冷却液有效吸收来自冷却器的热量，提高换热效果。另外，冷却液1-5带走的热量可由二回路换热导出再次利用，提高单位面积太阳辐射能量的利用效率。如图4，若聚光型电池板面积较小，则冷却器1-2表面需加工出相应形状的凹槽，聚光太阳能电池板1-1直接嵌入冷却器中，各电池板连接线均铺设在冷却器上层铝片的预制槽内，便于电池板侧表面的散热和电池板连接线路的铺设，防止因高温导致输电线外包绝缘材料损坏而出现短路或短路的情况。

转盘4-1和轴向卡圈2-1由螺杆组4-4连接，螺杆组4-4应在保证电池板1-1以及冷却器1-2和副聚光镜1-3能够翻转180°且不发生干涉的前提下，尽可能的提高其设置数量，以降低单个螺栓连接副的负载，提高控制精度。

本发明的工作原理如下：

本发明为一种槽式太阳能热电联产装置，其能量来源于由抛物面槽式聚光镜组(包括主聚光镜7-1和副聚光镜1-3)聚集的太阳能量，装置具有聚光集热和聚光发电两种工作状态，并且可在两种状态间来回切换。

如图3a，在主槽式聚光镜7-1的聚光焦线处设有真空集热管9-1，真空集热管9-1内部通导热油，当装置工作时，主槽式聚光镜7-1将太阳光反射、汇集到真空集热管下方，高密度太阳光通过真空集热管9-1透明的圆柱形玻璃外壳传播至真空集热管管芯，管芯外部涂有太阳能吸收性涂层，可有效吸收太阳能并传导至管芯内部的导热油。真空集热管9-1内部的导热油是流动的，且构成一个热回路，真空集热管9-1内部流动的导热油吸收太阳能量，温度上升；导热油从真空集热管9-1内流出，进入保温管道，在换热器一12-1中加热目标工质，从而实现了聚光集热功能。

在本发明中，如图2a，由于聚光型电池板1-1和舵机5-2轴相对固定，而且主聚光镜7-1由聚光镜支架6-1-1和舵机5-2机体连接，主聚光镜7-1和舵机5-2机体相对固定，故舵机5-2不工作即舵机轴不相对舵机机体转动时，主聚光镜7-1和电池板1-1相对静止。如图3(a-b)，为获得最优的太阳入射角，主聚光镜7-1为追踪入射光而转动。由于主聚光镜7-1的转动，真空集热管9-1正对主聚光镜7-1的一面是不断变化的，在本发明中，规定真空集热管9-1正对主聚光镜7-1的一面为真空集热管9-1的“底部”；规定以真空集热管9-1轴线为对称轴，“底部”的镜像为“上部”。

本发明的聚光发电状态的工作原理为：在真空集热管9-1上部设有聚光型太阳能电池板1-1，聚光型太阳能电池板1-1背面安装有电池板冷却器1-2，两者为刚性连接。如上所述，当装置工作时，主槽式聚光镜7-1将太阳光反射、汇集到真空集热管9-1底部。本发明装置最主要的能量收集部件主聚光镜7-1的有效聚光区域总是位于真空集热管9-1底部，要使聚光型太阳能电池板1-1大量产出电能，则电池板1-1必须运动到真空集热管9-1底部，所以需要有传动机构使得电池板1-1能够相对真空集热管9-1运动到真空集热管9-1下方，此时电池板1-1位于主聚光镜7-1的有效聚光区域，高聚光倍数的太阳光照射在聚光型太阳能电池板1-1表面，电池板1-1产出大量电能，电能在回路中一部分由蓄电池13-4储存，另一部分由其他负载13-3消耗，从而实现了聚光发电功能。

下面具体描述两种工作状态切换的实现方式：上述功能切换机构能控制电池板1-1由真空集热管9-1上部运动至真空集热管9-1下方，并且还能使电池板1-1复位，即使得聚光型太阳能电池板1-1按照原来的轨迹运动到真空集热管9-1上部。该功能切换机构的工作原理：如图2a，电池板冷却器1-2和带法兰轴向卡圈2-1之间由螺栓组3-1连接，两者相对固定；带法兰轴向卡圈2-1和转盘4-1之间由螺杆4-4连接，带法兰轴向卡圈2-1和转盘4-1相对固定；即电池板1-1、带法兰轴向卡圈2-1、转盘4-1三者同步运动。转盘4-1相对舵机5-2的一面上安装有舵机卡槽4-2，用于和舵机5-2的输出轴相连，即转盘4-1和舵机5-2的输出轴相连。假设装置初始状态为电池板1-1位于真空集热管9-1上部，装置在该初始状态下处于聚光集热状态，当电控系统向舵机5-2发送旋转信号时，舵机5-2由输出轴输出180°的角位移，从而通过转盘4-1、轴向卡圈2-1、电池板冷却器1-2驱动电池板旋转180°至真空集热管9-1下方，此时装置处于聚光发电状态，即装置由聚光集热状态切换到了聚光发电状态；当电控系统再次向舵机5-2发送旋转信号时，舵机5-2由输出轴向上一次旋转方向的反方向输出180°的角位移，从而通过转盘4-1、轴向卡圈2-1、电池板冷却器1-2驱动电池板1-1旋转180°至真空集热管上部，此时装置处于聚光集热状态，即装置由聚光发电切换到了聚光集热状态。由此，装置实现了在聚光集热和聚光发电两种工作状态间的切换。

下面具体描述副聚光镜1-3的工作原理：如图3a，当装置处于聚光集热状态时，副聚光镜1-3位于真空集热管9-1上部，此时真空集热管9-1位于副聚光镜1-3和主聚光镜7-1之间。考虑到主聚光镜7-1表面的平整度和安装误差，由主聚光镜7-1聚集的光线没有全部被反射到真空集热管9-1底部，有一小部分光线偏离真空集热管9-1，此时副聚光镜1-3可发挥其抛物面的聚光效果，将偏离真空集热管9-1的光线反射到真空集热管9-1上部，提高了聚光效率。另外，如果不设置副聚光镜1-3，此部分光线将照射到电池板冷却器1-2背面，对电池板冷却器的工作产生不利影响，故副聚光镜1-3的另一个作用是保证电池板的散热效果。

如图3a，本发明在实际投入使用时，在一天的有效工作时间段内，假设其初始状态为电池板1-1位于真空集热管9-1上部，即假设初始状态为聚光集热状态，则在此工作状态下，装置由主聚光镜9-1聚光集热，被加热的导热油由泵11-1导出，在换热器一12-1中和目标工质13-1进行热交换，降温后的低温导热油在泵11-1的作用下回到真空集热管9-1，再次被加热后导出，从而实现了聚光产热。随着太阳位置的变化，主聚光镜7-1会转动，以跟踪入射光线，由于当舵机5-2不工作时，主聚光镜7-1和电池板1-1相对固定，故电池板1-1会和主聚光镜7-1同步运转。这种设计的优点是：如图3a，当主聚光镜7-1获得最佳的太阳入射角时，没有处于聚光状态的电池板1-1也可以获得最佳的太阳入射角，同时电池板1-1也不会因为没有变化位置从而遮挡住射向主聚光镜7-1的光线，从而提高单位面积的太阳能收集效率并保证聚光集热的集热量。

当电控系统向舵机5-2发送旋转信号时，舵机5-2由输出轴输出180°的角位移，从而通过转盘4-1、轴向卡圈2-1、电池板冷却器1-2驱动电池板1-1旋转180°至真空集热管9-1下部，此时装置处于聚光发电状态。由于在切换过程中，仅有舵机5-2轴、转盘4-1、轴向卡圈2-1、电池板1-1做出了动作，故切换不影响主聚光镜7-1的工作。在此工作状态下，当舵机5-2不工作时，主聚光镜7-1和电池板1-1相对固定，故电池板1-1会继续和主聚光镜7-1同步运转。这种设计的优点是：当主聚光镜7-1获得最佳的太阳入射角时，副聚光镜1-3也可以获得最佳的太阳入射角，从而为真空集热管9-1提供一定聚光比的太阳能，同时电池板1-1也不会因为没有变化位置从而遮挡住射向主聚光镜7-1的光线，从而提高单位面积的太阳能收集效率并保证聚光发电的产电量。此时电池板1-1位于主聚光镜的有效聚光区域，高聚光倍数的太阳光照射在聚光型太阳能电池板1-1表面，电池板1-1产出大量电能，电能在回路中一部分由蓄电池13-4储存，另一部分由其他负载13-3消耗，从而实现了聚光产电功能。此时泵二11-2工作，使电池板冷却器1-2内部的冷却液带走电池板1-1的发热量后流出，冷却液在换热器二12-2中和目标工质13-2进行热交换，降温后的冷却液在泵11-2的作用下回到电池板冷却器1-2中，继续冷却电池板1-1，从而保证聚光产电的效果和电池板1-1的平稳工作。

由此，装置可实现聚光产热和聚光产电两种功能，且可在两种状态之间灵活切换，从而获得预期的出产热量和出产电量的比例，以满足各种不同应用场合的需要。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种槽式太阳能热电联产装置，其包括接地支架以及设置在接地支架上的主聚光镜(7-1)、聚光光伏模块、聚光集热模块和功能切换机构，其特征在于，

所述主聚光镜(7-1)相对于所述接地支架可绕聚光集热模块的真空集热管(9-1)的中心轴线转动设置，以便随着太阳位置的变化跟踪入射光线；

所述主聚光镜(7-1)与所述聚光光伏模块的电池板(1-1)相对固定连接，以便使得电池板(1-1)与所述主聚光镜(7-1)同步转动；

聚光集热模块的真空集热管(9-1)的两端支撑于接地支架的两端，且所述真空集热管(9-1)不随所述主聚光镜(7-1)的跟踪动作而转动；

所述主聚光镜(7-1)位于所述真空集热管(9-1)的下方；

所述功能切换机构能够驱动聚光光伏模块的电池板(1-1)由真空集热管(9-1)上方转动至真空集热管(9-1)下方，以便实现聚光发电功能；并且所述功能切换机构还能够驱动聚光光伏模块的电池板(1-1)按照原来的轨迹由真空集热管(9-1)的下转回至真空集热管(9-1)上方，以便实现聚光集热功能；所述功能切换机构包括带法兰轴向卡圈(2-1)、无法兰轴向卡圈(2-2)、连接螺杆(4-4)、舵机轴转盘(4-1)、舵机(5-2)、舵机支架(5-1)，其中，舵机支架(5-1)固定连接在主聚光镜支架上，舵机(5-2)固定设置在舵机支架(5-1)上，舵机(5-2)输出端连接至舵机轴转盘(4-1)，舵机轴转盘(4-1)采用连接螺杆(4-4)连接至带法兰轴向卡圈(2-1)上，电池板冷却器(1-2)的两端分别固定在带法兰轴向卡圈(2-1)和无法兰轴向卡圈(2-2)上，带法兰轴向卡圈(2-1)采用轴承(8-1-3)可转动设置在聚光镜支架一端，无法兰轴向卡圈(2-2)采用轴承(8-1-3)可转动设置在聚光镜支架另一端。

2.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能热电联产装置，其特征在于：所述聚光光伏模块还包括电池板冷却器(1-2)，电池板(1-1)固定连接设置在电池板冷却器(1-2)的外侧上表面上，电池板冷却器(1-2)内侧下表面采用螺栓或胶粘固定设置有副聚光镜(1-3)，电池板(1-1)、电池板冷却器(1-2)以及副聚光镜(1-3)均由功能切换机构控制并同步运转。

3.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能热电联产装置，其特征在于：所述主聚光镜(7-1)连接固定在主聚光镜支架上，主聚光镜支架采用轴承(8-1-4)可转动连接设置在接地支架上，功能切换机构固定在主聚光镜支架上，且位于真空集热管的一端。

4.根据权利要求2所述的一种槽式太阳能热电联产装置，其特征在于：主聚光镜(7-1)和副聚光镜(1-3)均为抛物面式聚光镜，且二者的抛物面聚光焦线均与真空集热管(9-1)内部轴线相重合。

5.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能热电联产装置，其特征在于：真空集热管(9-1)穿过接地支架(10-1、10-2)上部的空心圆筒，且与空心圆筒同轴，真空集热管(9-1)和空心圆筒之间设置有橡胶垫圈(9-2、9-3)，真空集热管(9-1)伸出接地支架最右端和最左端，以便于安装柔性导热油管路。

6.根据权利要求2所述的一种槽式太阳能热电联产装置，其特征在于：电池板冷却器(1-2)的形状是具有一定厚度且中空的部分圆柱面，分为内层和外层，外层内壁加工有若干肋片，内层与外层构成的空腔内通有冷却液，电池板冷却器(1-2)位于真空集热管(9-1)外围且与其轴线重合，其外层外壁加工有嵌入安装电池板(1-1)的若干凹槽，电池板冷却器(1-2)两端外层轴向长度大于内层，在两端外层伸出部分加工有若干用于与带法兰轴向卡圈(2-1)、无法兰轴向卡圈(2-2)连接的铰制孔。

7.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能热电联产装置，其特征在于：真空集热管(9-1)外部为圆柱形玻璃管壳，内部的集热芯管轴向贯穿于真空玻璃管，内外管夹层之间为真空设置，且集热芯管外表面涂有太阳选择性吸收涂层。

8.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能热电联产装置，其特征在于：舵机支架(5-1)和聚光镜支架(6-1-1)之间由一桁架结构相连接，所述桁架结构包括与舵机支架(5-1)连接的肋板一(5-4-1)、肋板二(5-4-2)，以及与聚光镜支架(6-1-1)连接的肋板三(5-6-1)、肋板四(5-6-2)、肋板五(5-8-1)、肋板六(5-8-2)，其中，肋板三(5-6-1)和肋板四(5-6-2)的一端呈90°弯曲，且弯曲段加工有若干铰制孔；肋板一(5-4-1)和肋板二(5-4-2)的两端弯曲角等于聚光镜支架(6-1-1)两臂分开角度的一半，且弯曲段加工有若干铰制孔；肋板五(5-8-1)和肋板六(5-8-2)的两端弯曲角视两肋板长度而定，每根肋板的两处弯曲段延长后相交角为90°，且弯曲段加工有若干铰制孔，肋板一(5-4-1)和肋板二(5-4-2)均平行于聚光镜支架(6-1-1)所处平面；肋板三(5-6-1)和肋板四(5-6-2)均垂直于聚光镜支架(6-1-1)所处平面，肋板五(5-8-1)和肋板三(5-6-1)以及聚光镜支架(6-1-1)构成三角承力结构，肋板六(5-8-2)和肋板四(5-6-2)以及聚光镜支架(6-1-1)构成三角承力结构。

9.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能热电联产装置，其特征在于：带法兰轴向卡圈(2-1)上的法兰构设为，保证带法兰轴向卡圈(2-1)旋转的周向方向上的第一根连接螺杆(4-4)和它在运动轨迹上相遇的聚光镜支架(6-1-1)的第一根伸出臂之间的夹角大于或等于180°，以便使保证电池板(1-1)以及电池板冷却器(1-2)和副聚光镜(1-3)能够翻转180°且不发生干涉；

所述副聚光镜(1-3)以及聚光光伏模块均可绕真空集热管的中心轴线做180°的往复旋转；

带法兰轴向卡圈(2-1)、无法兰轴向卡圈(2-2)的侧面均开有用于固定光伏模块和副聚光镜的插槽和相应的螺孔；所述带法兰轴向卡圈(2-1)外圆表面的若干个法兰用于和连接螺杆连接；

所述连接螺杆两端均加工有螺纹，相应的紧固螺母为双层防松螺母；

电池板(1-1)与蓄电池(13-4)以及负载连接；真空集热管(9-1)内部的介质通过管线与泵一(11-1)、换热器一(12-1)连接，电池板冷却器(1-2)内部的冷却液通过管线与泵二(11-2)、换热器二(12-2)连接。

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