CN110518873A - 槽式太阳能发电系统的太阳光跟踪装置及跟踪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及槽式太阳能发电系统的太阳光跟踪装置及跟踪方法，包括槽式聚光器、集热管、太阳光跟踪器，太阳光跟踪器包括透明玻璃板及相互平行的第一反光层、第二反光层，第一反光层设于透明玻璃板的上壁面上且朝下布置，第二反光层设于透明玻璃板的下壁面上且朝上布置，第一反光层上开有能供光线穿过的孔，转轴轴线与集热管轴线所在的平面为β，透明玻璃板、第一反光层、第二反光层均垂直平面β布置。只要在第一反光层与第二反光层之间多次反射的光线构成的平面α与平面β大致平行，就能使槽式聚光器聚焦位置准确，取消了安装方向对槽式太阳能发电系统的限制，便于安装，且便于实时对槽式聚光器角度进行调节使其保持聚焦准确，有利于提高发电效果。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能发电领域，具体指一种槽式太阳能发电系统的太阳光跟踪装置及跟踪方法。
背景技术
太阳能是一种分布密度较小、间歇性和空间分布都在时刻发生变化的能源，与我们生活中熟悉的常规能源有着很大区别，这就对太阳能的收集、利用提出了更高的要求。目前，对太阳能利用最广泛的是太阳能热水器，但是，它只能满足人们的日常生活需求，对水的加热程度有限，而无法满足工业上的高温热水及蒸汽要求。为了满足人们对太阳能热利用的更高要求，要求太阳能集热器能更有效地吸收太阳辐射能。
生活中常见的太阳能发电方式有碟式、塔式、槽式及线性菲涅尔方式，而应用最多的是槽式太阳能发电系统。授权公开号为CN104296396B的中国发明专利《太阳能高温集热设备》(申请号：CN201410588479.5)披露了一种结构，其包括上层槽式聚光器、下层槽式聚光器、上层集热管、下层集热管以及双层集热管支架；上层集热管与下层集热管均通过双层集热管支架连接固定，上层集热管对应上层槽式聚光器设置且位于上层槽式聚光器的焦点处，下层集热管对应下层槽式聚光器设置且位于下层槽式聚光器的焦点处；上层集热管与下层集热管结构相同，均由至少一个真空集热管组成，真空集热管具有一金属直管，金属直管外套设一真空玻璃内管，真空玻璃内管外套设一真空玻璃外管，金属直管内设置工作介质，真空玻璃内管与真空玻璃外管之间为真空层。上述结构有利于太高热效率高和使用寿命长。授权公告号为CN104567018B的中国发明专利《槽式抛物面太阳能聚光集热器及其组装工艺》(申请号：CN201510010790.6)披露了一种结构，其槽式抛物面太阳能聚光集热器包括吸热组件、反射镜组件、支撑装置，支撑装置包括支脚、长轴、抛物面型联接板；反射镜组件包括抛物面型支撑体、薄钢板。上述结构拆装比较方便。
目前的槽式太阳能发电系统，为了便于时刻对槽式聚光器角度进行调整，使太阳光能经过槽式聚光器反射后射向加热管上，受目前太阳光照射角度计算方法的限制，其安装方式都是正南北轴向或正东西轴向且平行于水平面安装，这不仅为槽式太阳能发电系统的安装带来了不便，也影响聚光器聚焦瞄准的准确度，进而影响发电效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能使槽式太阳能发电系统的安装方向不受限制、提高聚光器聚焦准确度进而提高发电效果的槽式太阳能发电系统的太阳光跟踪装置。
本发明所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种上述槽式太阳能发电系统的太阳光跟踪装置的跟踪方法，该方法能使聚光器始终聚焦准确，提高发电效果。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种槽式太阳能发电系统的太阳光跟踪装置，包括槽式聚光器及集热管，所述槽式聚光器的底部安装有沿长度方向延伸的转轴，所述集热管设于槽式聚光器的上方并位于槽式聚光器的焦点处，其特征在于：还包括太阳光跟踪器，该太阳光跟踪器包括透明玻璃板及相互平行的第一反光层、第二反光层，所述第一反光层设于透明玻璃板的上壁面上且朝下布置，所述第二反光层设于透明玻璃板的下壁面上且朝上布置，所述第一反光层上开有能供光线穿过的孔，所述转轴轴线与集热管轴线所在的平面为β，所述透明玻璃板、第一反光层、第二反光层均垂直平面β布置。
优选地，所述透明玻璃板成形为长条状，以穿过所述孔并沿透明玻璃板长度方向延伸的直线作为基准线，所述透明玻璃板的端部安装有靠近基准线布置并能检测光线射出位置的传感器组件。理论上本发明的透明玻璃板形状不受限制，但为了节约材料、便于安装等，将其设计为长条状，设置上述传感器组件便于智能检测光线射出角度，用以确定太阳光自孔射入第一反光层与第二反光层之间并经多次反射形成的反射面位置，进而判断该反射面与平面β是否平行，如果该反射面与平面β相平行，则认为槽式聚光器的聚焦准确。
优选地，所述传感器组件包括第一传感器及第二传感器，所述第一传感器设于透明玻璃板的端面上，所述第二传感器为两组并分别设于透明玻璃板的相对布置的侧壁上。第一传感器及第二传感器由光敏器材在透明玻璃板上阵列排布构成。上述结构有利于对反射面位置进行增加准确的判断，且为槽式聚光器的角度调节提供更加精确的控制范围，进而提高聚焦准确度。
在上述各方案中，所述槽式太阳能发电系统的太阳光跟踪装置还包括能驱动转轴绕其自身轴线往复摆动的驱动机构，该驱动机构与所述传感器组件受控于同一控制系统。上述驱动机构与转轴的装配方式为现有常规技术，在此不做赘述；驱动机构与传感器组件受控于同一控制系统，便于根据传感器组件检测到的信号通过驱动机构实时调整槽式聚光器的角度。
优选地，所述的太阳光跟踪器至少为两组，一组太阳光跟踪器靠近所述槽式聚光器的第一端布置，另一组太阳光跟踪器靠近所述槽式聚光器的第二端布置。考虑到一天当中，随着太阳光角度的变化，射入孔的光线可能会存在光线与法线平行的时候，此时传感器组件无法准确检测光线信号；采用上述结构，由于两组太阳光跟踪器之间存在位置偏差，就可以保证始终可以检测到光线反射信号，保证太阳光跟踪器能正常使用。
优选地，所述第一反光层、第二反光层为涂覆于透明玻璃板上的金属反射膜。
一种上述槽式太阳能发电系统的太阳光跟踪装置的跟踪方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)太阳光自孔射入第一反光层与第二反光层之间并经多次反射后射出，如果在第一反光层与第二反光层之间多次反射的光线所构成的平面α与平面β基本平行，即经透明玻璃板侧壁的光线沿转轴轴向射出，则表明槽式聚光器聚焦位置准确，无需调整方向；
(2)如果经透明玻璃板侧壁射出的光线向转轴第一侧偏转，使转轴向其第一侧转动，直至经透明玻璃板侧壁射出的光线沿转轴轴向射出；
(3)如果经透明玻璃板侧壁射出的光线向转轴第二侧偏转，使转轴向其第二侧转动，直至经透明玻璃板侧壁射出的光线沿转轴轴向射出。
一种上述槽式太阳能发电系统的太阳光跟踪装置的跟踪方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)太阳光自孔射入第一反光层与第二反光层之间并经多次反射后射出，如果第一传感器基准线端点处检测到光线射出信号且第二传感器检测不到光线射出信号，则表明槽式聚光器聚焦位置准确，无需调整方向；
(2)如果第一传感器检测不到光线射出信号、透明玻璃板第一侧的第二传感器检测不到光线射出信号、透明玻璃板第二侧的第二传感器检测到光线射出信号，则驱动机构驱动转轴转动，使槽式聚光器及太阳光跟踪器同步向透明玻璃板第二侧摆动，直至第一传感器基准线端点处检测到光线射出信号且第二传感器检测不到光线射出信号；
(3)如果第一传感器检测不到光线射出信号、透明玻璃板第一侧的第二传感器检测到光线射出信号、透明玻璃板第二侧的第二传感器检测不到光线射出信号，则驱动机构驱动转轴转动，使槽式聚光器及太阳光跟踪器同步向透明玻璃板第一侧摆动，直至第一传感器基准线端点处检测到光线射出信号且第二传感器检测不到光线射出信号。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明设置了太阳光跟踪器，只要在第一反光层与第二反光层之间多次反射的光线所构成的平面α与平面β基本平行，就能使槽式聚光器聚焦位置准确，从而使太阳光的跟踪不依赖于现有的计算方式，取消了安装方向对槽式太阳能发电系统的限制，不仅便于安装，且便于实时对槽式聚光器角度进行调节使其保持聚焦准确，有利于提高发电效果。
附图说明
图1为本发明实施例的部分结构示意图(不包含驱动机构)；
图2为图1另一角度的结构示意图；
图3为本发明实施例中太阳光跟踪器的结构示意图；
图4为本发明实施例中太阳光在太阳光跟踪器中的反射状态示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1～4所示，本实施例的槽式太阳能发电系统的太阳光跟踪装置包括槽式聚光器1、集热管2及太阳光跟踪器3，槽式聚光器1具有横截面呈抛物线形的反光面，由于槽式聚光器1的具体结构为现有常规技术，因此，此处不做赘述。槽式聚光器1的底部安装有沿长度方向延伸的转轴11，一驱动机构可驱动该转轴11绕其自身轴线往复摆动，上述驱动机构与转轴11的装配方式为现有常规技术，在此不做赘述。集热管2通过转轴11上伸出的支架111设于槽式聚光器1的上方，且集热管2位于槽式聚光器1的焦点处。
如图3所示，本实施例的太阳光跟踪器3包括透明玻璃板31及相互平行的第一反光层32、第二反光层33，第一反光层32设于透明玻璃板31的上壁面上且反光面朝下布置，第二反光层33设于透明玻璃板31的下壁面上且反光面朝上布置，第一反光层32上开有能供光线穿过的孔321，转轴11轴线与集热管2轴线所在的平面为β，透明玻璃板31、第一反光层32、第二反光层33均垂直平面β布置。第一反光层32、第二反光层33为涂覆于透明玻璃板31上的金属反射膜，例如可以是水银膜。
本实施例的透明玻璃板31成形为长条状，以穿过孔321并沿透明玻璃板31长度方向延伸的直线作为基准线322，透明玻璃板31的端部安装有靠近基准线322布置并能检测光线射出位置的传感器组件4。传感器组件4与上述驱动机构受控于同一控制系统，以便于根据传感器组件4检测到的信号通过驱动机构实时调整槽式聚光器1的角度。上述透明玻璃板31形状不受限制，但为了节约材料、便于安装等，本实施例将其设计为长条状，设置上述传感器组件4便于智能检测光线射出角度，用以确定太阳光自孔321射入第一反光层32与第二反光层33之间并经多次反射形成的反射面α位置，进而判断该反射面α与平面β是否平行，如果该反射面α与平面β相平行，则认为槽式聚光器1的聚焦准确。
上述传感器组件4包括第一传感器41及第二传感器42，第一传感器41设于透明玻璃板31的端面上，第二传感器42为两组并分别设于透明玻璃板31的相对布置的侧壁上。上述结构有利于对反射面α位置进行更加准确的判断，且为槽式聚光器1的角度调节提供更加精确的控制范围，进而提高聚焦准确度。
本实施例的太阳光跟踪器3为两组，一组太阳光跟踪器3靠近槽式聚光器1的第一端布置，另一组太阳光跟踪器3靠近槽式聚光器1的第二端布置。考虑到一天当中，随着太阳光角度的变化，射入孔321的光线可能会存在光线与法线平行的时候，此时传感器组件4无法准确检测光线信号；采用上述结构，由于两组太阳光跟踪器3之间存在位置偏差，就可以保证始终可以检测到光线反射信号，保证太阳光跟踪器3能正常使用。
本实施例中槽式太阳能发电系统的太阳光跟踪装置的跟踪方法为：
(1)太阳光自孔321射入第一反光层32与第二反光层33之间并经多次反射后射出，如果第一传感器41检测到光线射出信号且第二传感器42检测不到光线射出信号，则表明槽式聚光器1聚焦位置准确，无需调整方向；
(2)如果第一传感器41基准线端点处检测不到光线射出信号、透明玻璃板31第一侧的第二传感器42检测不到光线射出信号、透明玻璃板31第二侧的第二传感器42检测到光线射出信号，则驱动机构驱动转轴11转动，使槽式聚光器1及太阳光跟踪器3同步向透明玻璃板41第二侧摆动，直至第一传感器41基准线端点处检测到光线射出信号且第二传感器42检测不到光线射出信号；
(3)如果第一传感器41检测不到光线射出信号、透明玻璃板31第一侧的第二传感器42检测到光线射出信号、透明玻璃板31第二侧的第二传感器42检测不到光线射出信号，则驱动机构驱动转轴11转动，使槽式聚光器1及太阳光跟踪器3同步向透明玻璃板41第一侧摆动，直至第一传感器41基准线端点处检测到光线射出信号且第二传感器42检测不到光线射出信号。
Claims (8)
1.一种槽式太阳能发电系统的太阳光跟踪装置，包括槽式聚光器(1)及集热管(2)，所述槽式聚光器(1)的底部安装有沿长度方向延伸的转轴(11)，所述集热管(2)设于槽式聚光器(1)的上方并位于槽式聚光器(1)的焦点处，其特征在于：还包括太阳光跟踪器(3)，该太阳光跟踪器(3)包括透明玻璃板(31)及相互平行的第一反光层(32)、第二反光层(33)，所述第一反光层(32)设于透明玻璃板(31)的上壁面上且朝下布置，所述第二反光层(33)设于透明玻璃板(31)的下壁面上且朝上布置，所述第一反光层(32)上开有能供光线穿过的孔(321)，所述转轴(11)轴线与集热管(2)轴线所在的平面为β，所述透明玻璃板(31)、第一反光层(32)、第二反光层(33)均垂直平面β布置。
2.根据权利要求1所述的槽式太阳能发电系统的太阳光跟踪装置，其特征在于：所述透明玻璃板(31)成形为长条状，以穿过所述孔(321)并沿透明玻璃板(31)长度方向延伸的直线作为基准线(322)，所述透明玻璃板(31)的端部安装有靠近基准线(322)布置并能检测光线射出位置的传感器组件(4)。
3.根据权利要求2所述的槽式太阳能发电系统的太阳光跟踪装置，其特征在于：所述传感器组件(4)包括第一传感器(41)及第二传感器(42)，所述第一传感器(41)设于透明玻璃板(31)的端面上，所述第二传感器(42)为两组并分别设于透明玻璃板(31)的相对布置的侧壁上。
4.根据权利要求2所述的槽式太阳能发电系统的太阳光跟踪装置，其特征在于：还包括能驱动转轴(11)绕其自身轴线往复摆动的驱动机构，该驱动机构与所述传感器组件(4)受控于同一控制系统。
5.根据权利要求1～4中任一权利要求所述的槽式太阳能发电系统的太阳光跟踪装置，其特征在于：所述的太阳光跟踪器(3)至少为两组，一组太阳光跟踪器(3)靠近所述槽式聚光器(1)的第一端布置，另一组太阳光跟踪器(3)靠近所述槽式聚光器(1)的第二端布置。
6.根据权利要求1～4中任一权利要求所述的槽式太阳能发电系统的太阳光跟踪装置，其特征在于：所述第一反光层(32)、第二反光层(33)为涂覆于透明玻璃板(31)上的金属反射膜。
7.一种权利要求1～6中任一权利要求所述槽式太阳能发电系统的太阳光跟踪装置的跟踪方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)太阳光自孔(321)射入第一反光层(32)与第二反光层(33)之间并经多次反射后射出，如果在第一反光层(32)与第二反光层(33)之间多次反射的光线所构成的平面α与平面β大致平行，即经透明玻璃板(31)侧壁射出的光线沿转轴(11)轴向射出，则表明槽式聚光器(1)聚焦位置准确，无需调整方向；
(2)如果经透明玻璃板(31)侧壁射出的光线向转轴(11)第一侧偏转，使转轴(11)向其第一侧转动，直至经透明玻璃板(31)侧壁射出的光线沿转轴(11)轴向射出；
(3)如果经透明玻璃板(31)侧壁射出的光线向转轴(11)第二侧偏转，使转轴(11)向其第二侧转动，直至经透明玻璃板(31)侧壁射出的光线沿转轴(11)轴向射出。
8.一种权利要求4所述槽式太阳能发电系统的太阳光跟踪装置的跟踪方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)太阳光自孔(321)射入第一反光层(32)与第二反光层(33)之间并经多次反射后射出，如果第一传感器(41)检测到光线射出信号且第二传感器(42)检测不到光线射出信号，则表明槽式聚光器(1)聚焦位置准确，无需调整方向；
(2)如果第一传感器(41)检测不到光线射出信号、透明玻璃板(31)第一侧的第二传感器(42)检测不到光线射出信号、透明玻璃板(31)第二侧的第二传感器(42)检测到光线射出信号，则驱动机构驱动转轴(11)转动，使槽式聚光器(1)及太阳光跟踪器(3)同步向透明玻璃板(31)第二侧摆动，直至第一传感器(41)检测到光线射出信号且第二传感器(42)检测不到光线射出信号；
(3)如果第一传感器(41)检测不到光线射出信号、透明玻璃板(31)第一侧的第二传感器(42)检测到光线射出信号、透明玻璃板(31)第二侧的第二传感器(42)检测不到光线射出信号，则驱动机构驱动转轴(11)转动，使槽式聚光器(1)及太阳光跟踪器(3)同步向透明玻璃板(31)第一侧摆动，直至第一传感器(41)检测到光线射出信号且第二传感器(42)检测不到光线射出信号。
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- 2019-09-29 CN CN201910935345.9A patent/CN110518873A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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