CN110553410A - 一种缓解碟式太阳能发电系统吸热器受热不均匀的结构和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缓解碟式太阳能发电系统吸热器受热不均匀的结构和方法，属于太阳能热利用技术领域，具体用于碟式太阳能发电系统的改良及优化。目前，还没有一种碟式太阳能发电系统能简便、经济、可控性高地去解决吸热器上局部过热及分区域温差过大带来的问题。本发明增加一组可旋转的光伏模块，通过遮挡部分反射镜，减少高温区域的反射光摄入，达到缓解过热及分区域温差过大的效果。同时，设置的光伏模块也可回收遮光部分的能量。本发明方法简单、迅速、高效、自动化程度高、可操作性强，可由控制装置自动控制，或业主自行设置，无需专业调光人员到现场操作，极大方便了碟式太阳能发电业主的实际运行操作，有利于碟式太阳能发电的推广。

Description

一种缓解碟式太阳能发电系统吸热器受热不均匀的结构和 方法

技术领域

本发明涉及一种缓解碟式太阳能发电系统吸热器受热不均匀的结构和方法，属于太阳能热利用技术领域，具体用于碟式太阳能发电系统的改良及优化。

背景技术

碟式太阳能发电是太阳能热发电的一种，通过碟状的反射镜面将太阳光汇聚至焦点，反射的能量在焦点附近被吸收器吸收并转换为热能，通过工质带走，驱动斯特林机运行发电，如公开号为CN108757356A，公开日为2018年11月6日的发明专利申请。近年来碟式太阳能发电得到一定发展，单机容量也逐渐增大，目前25kW单机功率的碟式太阳能发电系统成了主流产品。为了降低单位成本，继续扩大单机容量是碟式太阳能发电未来发展的趋势。随着单机容量的增加，斯特林发电机的结构也随之变化，从此前的单缸变为多缸，并通过多缸联动，通过连杆首尾相接，共同输出机械功，推动发电机，转化为电能。例如目前常见的25kW的碟式太阳能发电系统，它的斯特林机一般是4个缸，在吸热器上对应有4个分区域，在反射镜面上也有对应的4个部分。由于斯特林发电系统4缸联动输出，因此对吸热器上光斑均匀性有更高的要求。目前碟式太阳能发电系统的支撑构架及反射镜安装的加工精度及跟踪驱动的跟踪精度一般可以保证反射镜面反射的光大部分汇聚到吸热器上，但是吸热器上的光强分布及温度分布则难以控制或调整，除设备和安装精度外，还很依赖于调试人员微调的经验和手感。吸热器上某区域光强密度过大，容易出现局部管壁温度过高，温度超过管壁材料允许的极限温度。然而，根据目前试验样机测试情况，分区域之间的相对温差过大的问题，比局部温度超限的问题严重得多。几个缸之间的最大温差一般在200～300℃。由于几个缸之间通过连杆首尾相接，共同出力做功，缸之间存在温差，意味着各缸出力不平衡，出现连杆受力方向偏离预期，将会产生活塞与缸壁摩擦或碰撞的情况，在温差超过一定程度时候，甚至可能出现工质泄露，使得斯特林发动机停止工作。由于吸热器上光斑的形状及光强分布属于不可控因素，且调节一次的过程比较复杂，成本很高，需设备厂家委派专业的调光人员长时间操作，动用吊车或升降车等设备，在出现局部过热或温差过大情况的时候，业主无法自行操作，难以及时做出调整，只能暂停运行，等待设备厂家人员来处理，严重影响碟式太阳能发电系统的正常运行。而且由于碟式支撑构架上的各个反射镜的光斑都汇聚在很小的面积上，难以判断是哪些反射镜偏离预设，要降低高温区域光强应该移动哪几块反射镜，因此，即便经过专业调光人员调光后，分区域之间的相对温差依然超过150℃。

综上所述，目前还没有一种碟式太阳能发电系统能简便、经济、可控性高地去解决吸热器上局部过热及分区域温差过大带来的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种缓解碟式太阳能发电系统吸热器受热不均匀的结构和方法，解决吸热器上局部过热及分区域温差过大带来的问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种缓解碟式太阳能发电系统吸热器受热不均匀的结构，包括斯特林发电系统，其特征是，所述斯特林发电系统包括吸热器，所述吸热器通过悬臂与碟式构架连接，所述碟式构架固定在立柱上，所述碟式构架上安装有反射镜，且反射镜与吸热器相向布置，所述反射镜上安装有旋转光伏模块，且旋转光伏模块与反射镜活动连接，所述旋转光伏模块与控制装置以及蓄电池连接。

一种缓解碟式太阳能发电系统吸热器受热不均匀的方法，其特征是，使用所述的缓解碟式太阳能发电系统吸热器受热不均匀的结构，反射镜与吸热器上的光斑位置之间存在一一对应关系，即理论上每块反射镜聚光中心点的位置明确对应吸热器上的某个点，对于多缸斯特林机，每个缸在吸热器上有对应的分区域，即有对应的若干块反射镜，每个缸内及对应的吸热器各区域上设置若干个热电偶或其他测温设备，在某个热电偶显示的温度超过允许温度，或分区域之间的温差超过允许温差的时候，通过控制装置分析并选择最佳的遮挡位置，减少局部高温区域的光强摄入，缓解吸热器上受热不均匀，旋转光伏模块收到控制装置的指令后，旋转至指令指定的位置。

进一步的，每个缸对应分区域的若干块反射镜，尽可能按照扇形分布，便于旋转光伏模块有效地遮光，精准地减少吸热器上某区域的能量摄入。

进一步的，旋转光伏模块所发的电量通过导线引下，存储于蓄电池中，用于厂用电中；富余电量通过逆变器并网。

进一步的，控制装置分析最佳遮挡位置时候，除考虑分区域之间最大温差外，更需综合考虑同一连杆连接的两缸对应分区域的温差，相邻缸之间的联动更为直接。

进一步的，控制装置分析最佳遮挡位置时候，除尽可能使得温度均匀外，还需综合考虑旋转光伏模块当前所在位置，尽量减少旋转光伏模块大幅度摆动。

进一步的，反射镜调光后，各区域之间的相对温差一般比较稳定，因此，除让控制装置自动分析控制模式外，也应设有锁定模式。在控制装置分析并把光伏模块移动到指定位置后，由业主操作把光伏模块锁定，减少驱动消耗，直至观察到温差随时间发生明显增大的时候，再开启控制装置自动分析控制模式。

作为优选，斯特林发动机每个缸设置热电偶1个，而吸热器的每个分区域，设置热电偶2个以上。

进一步的，旋转光伏模块可采用薄膜光伏板，减少模块重量，从而减少驱动所消耗的能量。

进一步的，旋转光伏模块所发的电量还可直接用于直流充电桩，直接用于汽车充电，减少逆变过程的成本及损耗，进一步提高综合效率。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：针对目前碟式太阳能发电系统中吸热器上局部过热及分区域温差过大带来的问题，本发明增加了一组可旋转的光伏模块，通过遮挡部分反射镜，减少高温区域的反射光摄入，达到缓解过热及分区域温差过大的效果。同时，设置的光伏模块也可回收遮光部分的能量。相比以往由调光人员逐个调节反射镜来控制光强分布的做法，本发明所述方法简单、迅速、高效、自动化程度高、可操作性强，可由控制装置自动控制，或业主自行设置，无需专业调光人员到现场操作，极大方便了碟式太阳能发电业主的实际运行操作，有利于碟式太阳能发电商业化的推广。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图。

图2是本发明实施例中反射镜与旋转光伏模块的结构示意图。

图中：1-斯特林发电系统；2-吸热器；3-碟式构架；4-反射镜；5-立柱；6-悬臂；7-旋转光伏模块；8-控制装置；9-蓄电池。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，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。

参见图1至图2，本实施例中的缓解碟式太阳能发电系统吸热器受热不均匀的结构，包括斯特林发电系统1（包括吸热器2、斯特林发动机、发电机、散热装置、挡板、外壳等组成部件）、反射镜4、碟式支撑结构（包括悬臂6、立柱5、碟式构架3）、旋转光伏模块7、控制装置8（含对碟式支撑结构和旋转光伏模块7的控制）、蓄电池9、逆变器等。

吸热器2通过悬臂6与碟式构架3连接，碟式构架3固定在立柱5上，碟式构架3上安装有反射镜4，且反射镜4与吸热器2相向布置，反射镜4上安装有旋转光伏模块7，且旋转光伏模块7与反射镜4活动连接，旋转光伏模块7与控制装置8以及蓄电池9连接。

本实施例中的碟式太阳能发电系统是在常规碟式发电系统的基础上增加一个可旋转的光伏模块，通过遮挡部分反射镜4的反射光，调节碟式太阳能发电系统吸热器2上的光强分布。反射镜4与吸热器2上的光斑位置之间存在一一对应关系，即理论上每块反射镜4聚光中心点的位置明确对应吸热器2上某点。对于多缸斯特林发电系统1，每个缸在吸热器2上有对应的分区域，即有对应的若干个反射镜4。每个缸内及对应的吸热器2各区域上设置若干个热电偶或其他测温设备，建议斯特林发动机每个缸设置热电偶1个，而吸热器2的每个分区域，建议设置热电偶2个以上。在某个热电偶显示的温度超过允许温度，或分区域之间的温差超过允许温差的时候，通过控制装置8分析并选择最佳的遮挡位置，减少局部高温区域的光强摄入，尽量缓解吸热器2上受热不均匀。旋转光伏模块7收到控制装置8的指令后，旋转至指令指定的位置。旋转光伏模块7所发的电量通过导线引下，可存储于蓄电池9中，用于碟式构架3的驱动等厂用电中；多余电量也可通过逆变器并网。

虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更改，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种缓解碟式太阳能发电系统吸热器受热不均匀的结构，包括斯特林发电系统（1），其特征是，所述斯特林发电系统（1）包括吸热器（2），所述吸热器（2）通过悬臂（6）与碟式构架（3）连接，所述碟式构架（3）固定在立柱（5）上，所述碟式构架（3）上安装有反射镜（4），且反射镜（4）与吸热器（2）相向布置，所述反射镜（4）上安装有旋转光伏模块（7），且旋转光伏模块（7）与反射镜（4）活动连接，所述旋转光伏模块（7）与控制装置（8）以及蓄电池（9）连接。

2.根据权利要求1所述的缓解碟式太阳能发电系统吸热器受热不均匀的结构，其特征是，所述吸热器（2）上安装有热电偶，所述热电偶与控制装置（8）连接。

3.根据权利要求1所述的缓解碟式太阳能发电系统吸热器受热不均匀的结构，其特征是，所述反射镜（4）设置有若干块，且反射镜（4）为扇型结构，所述旋转光伏模块（7）为扇型结构。

4.一种缓解碟式太阳能发电系统吸热器受热不均匀的方法，其特征是，使用如权利要求1-3中任一项所述的缓解碟式太阳能发电系统吸热器受热不均匀的结构，反射镜（4）与吸热器（2）上的光斑位置之间存在一一对应关系，即理论上每块反射镜（4）聚光中心点的位置明确对应吸热器（2）上的某个点，对于多缸斯特林机，每个缸在吸热器（2）上有对应的分区域，即有对应的若干块反射镜（4），每个缸内及对应的吸热器（2）各区域上设置若干个热电偶或其他测温设备，在某个热电偶显示的温度超过允许温度，或分区域之间的温差超过允许温差的时候，通过控制装置（8）分析并选择最佳的遮挡位置，减少局部高温区域的光强摄入，缓解吸热器（2）上受热不均匀，旋转光伏模块（7）收到控制装置（8）的指令后，旋转至指令指定的位置。

5.根据权利要求4所述的缓解碟式太阳能发电系统吸热器受热不均匀的方法，其特征是，旋转光伏模块（7）所发的电量通过导线引下，存储于蓄电池（9）中，用于厂用电中；富余电量通过逆变器并网。