CN110513896A - 基于线性菲涅尔透镜的三棱式集热发电综合系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于线性菲涅尔透镜的三棱式集热发电综合系统，包括集热管、角度旋转平台和太阳能自动跟踪器，角度旋转平台固定有一角度可调的支撑架上；集热管的两端与支撑架固定，集热管的下方固定有N个三棱柱，三棱柱的三个侧面上分别设有反光镜、薄膜电池和多晶硅电池，三棱柱可以转动；太阳能自动跟踪器控制角度旋转平台的旋转、N个三棱柱的转动和后部杆件的升降。太阳光可通过三棱柱的反射面聚集在集热管上，并可通过太阳能自动跟踪器进行太阳能跟踪，可实时检测到吸收太阳能的最佳角度并自动调整，保证照射到三棱柱面的光全部集聚到集热管上，本发明结构简单，克服了现有的菲涅尔装置的功能单一，对太阳能的利用效率低等不足。

Description

基于线性菲涅尔透镜的三棱式集热发电综合系统
技术领域
本装置涉及了将太阳能转换为电能和热能的技术以及自动追踪太阳技术，具体表现为利用支架进行旋转已到达初步追踪太阳的目的，三棱柱结构其中的两面利用光电技术将太阳能转化为电能，剩下的工作面利用菲涅尔效应将光能转化为热能，集中在集热管上。
背景技术
相对于其他可再生能源，太阳能源具有资源分布广泛，开发利用便捷，使用过程无污染等明显优势。因此，加快推广应用太阳能源显得极其重要。但是，由于太阳能的能流密度很低，且受到昼夜、天气、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制，太阳能源的使用效率并不理想。因此，针对该现状，提出将光热光电综合利用。而且现阶段我国对太阳能源的使用水平较低。即利用太阳能时，没有保证工作时刻的工作状态最优。造成了使用效率低，造成了太阳能能源的浪费，作用面比较窄，不能适应多变的环境。
中国实用新型授权号为CN 207265898U的实用新型公开了一种菲涅尔聚光热发电装置。具体工作原理是菲涅尔透镜设置在半导体温差发电装置上部，阳光经过菲涅尔透镜后聚焦在半导体温差发电装置受热面。半导体温差发电装置包括倾斜温差发电片和平置温差发电片，平置温差发电片的两端分别拼接有倾斜温差发电片，半导体温差发电装置的散热面与散热装置的上表面紧密接触，散热装置的下部设置在冷却介质中，倾斜温差发电片和平置温差发电片排布成凹陷的弧形，从而使得在一天之中，无论太阳的高度角和方位角如何变化，太阳光通过菲涅尔透镜产生的光斑总会落在涂有太阳光吸热涂料的半导体温差发电片受热面，使得受热面的温度上升，提高半导体温差发电片的冷热两端的温差值，可以提高产生的电量。虽然将吸收太阳能转换为热能，但最大的不足就是无法适应多种环境，一旦出现阴雨天，此系统的工作效率将变得极低，且占用空间较大，对无法实现大规模民用推广。
中国实用新型授权号为CN207350942U的专利文献中公开了太阳追踪系统和线性菲涅尔反射光热装置。该太阳追踪系统包括基座和相对基座俯仰摆动的支撑架，支撑架的相对两侧分别设有第一液箱和第二液箱，第一液箱和第二液箱之间连接有连通管和连通泵，用于第一液箱、第二液箱内的液体相互流通，第一液箱、第二液箱内的液重变化产生力矩和支撑架及其支撑物的重心力矩平衡使支撑架的转向发生变化。本实用新型提供的太阳追踪系统，通过支撑架两侧的第一液箱、第二液箱内的液重变化产生力矩平衡使支撑架的朝向发生变化，实现太阳追踪功能；第一液箱、第二液箱内的液体相互流通、循环流动。该技术方案虽然利用单纯的力矩平衡来实现复杂巡天系统的功能，但无法适应多种环境的影响。
综上所述，现在所公开发表的涉及菲涅尔聚光热发电的文章或者已成型的实物都有较为成熟的技术，但都没有解决多种环境、多种天气情况下由于气温变化及光照变化所造成的太阳能的浪费问题。并且，大多数装置都具有占地面积较大的缺点，不适合大面积民用推广。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的菲涅尔装置的功能单一，对太阳能的利用效率低等不足。提供了一种结构简单可高效率吸收太阳光集热产电的装置，同时可调整一定的角度保证照射到三棱柱面的光全部集聚到集热管上，除此外在系统中安装有太阳能自动跟踪器，可实时检测到吸收太阳能的最佳角度并自动调整。保证光的高效率利用。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于线性菲涅尔透镜的三棱式集热发电综合系统，包括集热管和一个角度旋转平台，所述角度旋转平台固定有一支撑架上，所述支撑架包括前部杆件和后部杆件，所述前部杆件为固定杆，所述后部杆件可纵向升降；所述集热管的两端分别与前部杆件和后部杆件固定，位于所述集热管的下方固定有N个三棱柱，所述三棱柱的方向与所述集热管的方向一致；所述三棱柱的三个侧面上分别设有反光镜、薄膜电池和多晶硅电池，所述三棱柱的两端设有同轴的轴头，所述三棱柱一端的轴头与所述支撑架的后部杆件转动连接，所述三棱柱另一端的轴头上设有固定在前部杆件上的传动箱；所述传动箱包括壳体，所述壳体内包括主传动轴和N个分别与每个三棱柱另一端轴头连接的被动轴，所述被动轴与所述壳体之间设有轴承；所述被动轴与所述主传动轴垂直布置，所述主传动轴上等间距的设有N个主动齿轮，N个被动轴上均设有一个从动齿轮，N个从动齿轮与N个主动齿轮一一对应啮合；所述主传动轴、相邻两个主动齿轮之间设有带差速锁结构的差速器；所述主传动轴的输入端连接有驱动电机；还安装有太阳能自动跟踪器，所述太阳能自动跟踪器控制所述角度旋转平台的旋转、N个三棱柱的转动和所述后部杆件的升降。
进一步讲，本发明中，所述主动齿轮和所述从动齿轮为伞齿轮。
所述角度旋转平台实现支撑架的水平旋转，通过后部杆件的升降调整和当地纬度确立太阳高度角，所述太阳能自动跟踪器可实时检测到吸收太阳能的最佳角度并自动调整角度旋转平台、N个三棱柱的转动方向和角度及所述后部杆件的升降位置，以确保所述三棱柱处于最佳的工作位置，保证光的高效率利用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明系统为太阳能线性菲涅尔式热电转换系统，实现适应多种环境且高效利用太阳能集热和集电，对太阳能源的利用面广。
(2)现有技术是采用槽式集热，本发明装置则采用多个三棱柱集热面，将其进行线性组合，保证了集热的高效，并且还能实现辐射条件较好时的光过剩转换为电能。适用方向多，大大提高了灵活性。
附图说明
图1是本发明只不过传动箱内部传动结构示意图；
图2是本发明三棱式集热发电综合系统结构示意图；
图3是本发明中三棱柱三个侧面的贴面示意图；
图4是被动轴与壳体联接示意图。
图中：1-集热管，2-三棱柱，3-主传动轴，4-主动齿轮，5-从动齿轮，6-轴承，7-被动轴，8-支撑架，9-外壳，11-角度旋转平台，10-驱动电机，12-带差速锁结构的差速器，a-反光镜，b-薄膜电池，c-多晶硅电池。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
如图1所示，本发明提出的一种基于线性菲涅尔透镜的三棱式集热发电综合系统，用于实现适应多种环境且高效利用太阳能集热和集电，该系统包括集热管和一个角度旋转平台11，所述角度旋转平台11固定有一支撑架8上，所述支撑架8包括前部杆件和后部杆件，所述前部杆件为固定杆，所述后部杆件可纵向升降；所述集热管1的两端分别与前部杆件和后部杆件固定，位于所述集热管1的下方固定有N个三棱柱2，本发明中，三棱柱的数目不受限制。所述三棱柱2的方向与所述集热管1的方向一致，所述集热管1和N个三棱柱2相对静止，如图3所示，所述三棱柱2的三个侧面上分别设有反光镜a、薄膜电池b和多晶硅电池c，每个三棱柱结构实现对光线的利用，薄膜电池b和多晶硅电池c利用光电效应将光能转化为电能。反光镜a通过菲涅尔效应将光线反射聚集到集热管1上，提高太阳能能流密度，利用集热管特性将太阳能光热集中利用，将光能转化为热能。
如图1所示，所述三棱柱2的两端设有同轴的轴头，所述三棱柱2一端的轴头与所述支撑架8的后部杆件转动连接，所述三棱柱2另一端的轴头上设有固定在前部杆件上的传动箱；所述传动箱包括壳体，所述壳体内包括主传动轴3和N个分别与每个三棱柱2另一端轴头连接的被动轴7，如图4所示，所述被动轴7与所述壳体之间设有轴承6；所述被动轴7与所述主传动轴3垂直布置，所述主传动轴3上等间距的设有N个主动齿轮4，N个被动轴7上均设有一个从动齿轮5，从动轮5通过被动轴7与三棱柱上的轴头相连接，使得从动轮5、被动轴7和三棱柱2三者相对静止；所述主动齿轮4和所述从动齿轮5为伞齿轮，该伞齿轮传动为减速传动，N个从动齿轮5与N个主动齿轮4一一对应啮合；从动齿轮5与被动轴7和三棱柱2根据主动齿轮4旋转。所述主传动轴3、相邻两个主动齿轮4之间设有带差速锁结构的差速器12，差速器通过差速锁实现每个不同位置的三棱柱表面上集热面旋转不同角度目的。所述主传动轴3的输入端连接有驱动电机10；还安装有太阳能自动跟踪器，所述太阳能自动跟踪器控制所述角度旋转平台11的旋转、N个三棱柱2的转动和所述后部杆件的升降。所述角度旋转平台11实现支撑架8的水平旋转，通过后部杆件的升降调整和当地纬度确立太阳高度角，所述太阳能自动跟踪器可实时检测到吸收太阳能的最佳角度并自动调整角度旋转平台11、N个三棱柱2的转动方向和角度及所述后部杆件的升降位置，以确保所述三棱柱2处于最佳的工作位置，保证光的高效率利用。可实现装置的太阳能跟踪功能
本发明中，通过齿轮传动机构的转动，能使三棱柱不同的面朝向太阳进而将不同辐射条件下的太阳能高效率的转化为热能和电能，同时能实现辐射条件较好时的光过剩转换为热能和电能。将太阳能源转化为多种形式的能源。本发明利用三棱柱结构，在三棱柱的表面载有不同的太阳能电池的两个面，即薄膜电池b和多晶硅电池c，适应了不同的环境需求。而反光镜a将射向三棱柱结构的光线反射集中到集热管1上。将较低的能量密度的太阳能富集，可以获得较高的温度，为后续的能量使用提供了可能。
本发明中，通过支撑架8角度的调整(支撑架8的前部杆件为固定杆，保持固定，而后部杆件可以在纵向上进行伸缩，从而可以对角度进行合适的调整)和当地纬度确立太阳高度角。在支撑架8的底部安装有角度旋转平台11来进行支撑架8在水平面的旋转。由太阳能自动跟踪器控制的角度旋转平台11和支撑架8构成的本系统的工作平台的可以追踪太阳能确保三棱柱结构的工作环境为最佳环境。
综上，利用本发明系统，太阳光可通过三棱柱2的反射面聚集在集热管1上，并可通过太阳能自动跟踪器进行太阳能跟踪，可实时检测到吸收太阳能的最佳角度并自动调整，保证照射到三棱柱2面的光全部集聚到集热管1上，保证光的高效率利用，从而吸收最多的热量。本发明结构简单可高效率吸收太阳光集热产电，克服了现有的菲涅尔装置的功能单一，对太阳能的利用效率低等不足。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种基于线性菲涅尔透镜的三棱式集热发电综合系统，包括集热管(1)，其特征在于，该系统还包括一个角度旋转平台(11)，所述角度旋转平台(11)固定有一支撑架(8)上，所述支撑架(8)包括前部杆件和后部杆件，所述前部杆件为固定杆，所述后部杆件可纵向升降；
所述集热管(1)的两端分别与前部杆件和后部杆件固定，位于所述集热管(1)的下方固定有N个三棱柱(2)，所述三棱柱(2)的方向与所述集热管(1)的方向一致；
所述三棱柱(2)的三个侧面上分别设有反光镜(a)、薄膜电池(b)和多晶硅电池(c)，所述三棱柱(2)的两端设有同轴的轴头，所述三棱柱(2)一端的轴头与所述支撑架(8)的后部杆件转动连接，所述三棱柱(2)另一端的轴头上设有固定在前部杆件上的传动箱；
所述传动箱包括壳体，所述壳体内包括主传动轴(3)和N个分别与每个三棱柱(2)另一端轴头连接的被动轴(7)，所述被动轴(7)与所述壳体之间设有轴承；所述被动轴(7)与所述主传动轴(3)垂直布置，所述主传动轴(3)上等间距的设有N个主动齿轮(4)，N个被动轴(7)上均设有一个从动齿轮(5)，N个从动齿轮(5)与N个主动齿轮(4)一一对应啮合；所述主传动轴(3)、相邻两个主动齿轮(4)之间设有带差速锁结构的差速器(12)；所述主传动轴(3)的输入端连接有驱动电机(10)；
还安装有太阳能自动跟踪器，所述太阳能自动跟踪器控制所述角度旋转平台(11)的旋转、N个三棱柱(2)的转动和所述后部杆件的升降。
2.根据权利要求1所述的基于线性菲涅尔透镜的三棱式集热发电综合系统，其特征在于，所述主动齿轮(4)和所述从动齿轮(5)为伞齿轮。
3.根据权利要求1所述的基于线性菲涅尔透镜的三棱式集热发电综合系统，其特征在于，所述角度旋转平台(11)实现支撑架(8)的水平旋转，通过后部杆件的升降调整和当地纬度确立太阳高度角，所述太阳能自动跟踪器可实时检测到吸收太阳能的最佳角度并自动调整角度旋转平台(11)、N个三棱柱(2)的转动方向和角度及所述后部杆件的升降位置，以确保所述三棱柱(2)处于最佳的工作位置，保证光的高效率利用。
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