CN111238065A - 一种太阳能装置以及基载型发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能装置及基载型发电系统，其中太阳能装置包括基座以及聚光装置，所述基座具有相互隔离设置的外腔体和内腔体，所述内腔体位于外腔体内且具有一敞口，所述聚光装置位于基座上且将内腔体的敞口遮盖住，所述聚光装置包括了若干个聚光单元，每一聚光单元都包括了具有较大区域的入光口和具有较小区域的出光口，所述聚光单元以将光从入光口导向至出光口并入射至内腔体内，以解决现有太阳能发电装置价格昂贵以及无法实现基载发电的问题。
Description
技术领域
本发明涉及绿色能源领域，具体是涉及一种太阳能装置以及基载型发电系统。
背景技术
基载电力(Baseload power)通常是指能够在供电额度内每天24小时全天候随需求供电的电力系统,而现有直接通过光伏太阳能板来进行发电还无法解决缺乏持续性的问题，因此不能被用作基载电力。
现有通过太阳能来进行发电的技术除了光伏太阳能板外，主要还有以下几种，一是塔式熔盐或钠发电技术，即用许多反光镜将太阳光汇集到一个高塔中的受热器内，并将受热器内的盐或钠加热至熔化，然后用熔化的熔盐或钠制造蒸汽，并用蒸汽推动涡轮机带动发电机产生电力；另一是槽式太阳能热发电，全称为槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统，它是将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列，聚焦太阳直射光，加热真空集热管里面的物质，产生高温，再通过换热设备加热水产生高温高压的蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电的系统。但上述两种太阳能热发电技术的实施都存在投资过大且造价降低十分困难，这是导致其发展缓慢的主要原因，而且也属于非基载发电。
因此，提供一种价格低廉的太阳能发电装置以及实现基载发电是非常有必要的。
发明内容
本发明旨在提供一种太阳能装置以及基载型发电系统，该太阳能装置结构简单，可由廉价材料制成，以及加上廉价的基载型发电装置而使全系统成为廉价的基载型绿能装置。
具体方案如下：
一种太阳能装置，包括基座以及聚光装置，所述基座具有相互隔离设置的外腔体和内腔体，所述内腔体位于外腔体内且具有一敞口，所述聚光装置位于基座上且将内腔体的敞口遮盖住，所述聚光装置包括了若干个聚光单元，每一聚光单元都包括了具有较大区域的入光口和具有较小区域的出光口，所述聚光单元以将光从入光口导向至出光口并入射至内腔体内。
进一步的，所述聚光单元的入光口处还设有凸透镜，该凸透镜以将光聚焦并从出光口入射至内腔体内。
进一步的，所述聚光单元还包括由入光口往出光口收束的聚光壁，所述聚光壁用于将光从入光口导向至出光口并入射至内腔体内。
进一步的，所述聚光单元的入光口处还设有凸透镜，该凸透镜以将光聚焦并从出光口入射至内腔体内。
进一步的，所述聚光单元的聚光壁为非平面结构，该聚光壁是由入光口往出光口方向收束且往内凹陷的凹面，且相邻两个聚光单元的相邻两聚光壁形成尖峰结构；两相对聚光壁上方的等高位置切线之间为锐角使入射光不易反向逃逸；下方锐角增大使内腔体内的光不易逃逸。
进一步的，还包括一反射器，所述反射器将光往所述聚光装置聚集而入射至内腔体内。
进一步的，所述聚光单元还包括了反射壁，所述反射壁位于出光口的周沿，所述反射壁用于阻碍入射至内腔体内的光从出光口逃逸。
进一步的，所述内腔体内还设置有发电装置，该发电装置包括了发射器和接收器以及施加在发射器和接收器之间的逆势电场，由出光口入射至内腔体内光线聚焦在该发射器，所述由位于出光口附近区域的正电势以及位于内腔体下部负电势构成。
进一步的，所述逆势电场的正电势由整体带正电势的物质产生，所述逆势电场的负电势由整体带负电势的物质产生。
本发明还提供了一种基载型发电系统，其包括了若干如上所述的任意一种太阳能装置、陆基温差发电设备、热源储库、冷源储库、以及水体，所述太阳能装置与热源储库进行热交换，所述冷源储库中的工质经降压形成极冷腔室，且冷源储库中的工质经由与热源储库热交换形成高压高温状态进入冷腔室，期间带动陆基温差发电设备发电，所述水体以对经由热源储库的工质进行加热以及对极冷腔室回流至冷源储库中的工质进行冷却。
本发明提供的太阳能装置与现有技术相比较具有以下优点：本发明提供的太阳能装置结构简单，便于制造，且可以采用廉价的材料来进行制造，可以大幅降低成本，通过该太阳能装置来发电可实现低价的发电成本，且通过该太阳能装置与温差发电设备结合可实现基载发电。
附图说明
图1示出了实施例1中的第一种太阳能装置的示意图。
图2示出了实施例1中的第二种太阳能装置的示意图。
图3示出了实施例1中的聚光装置的示意图。
图4示出了实施例1中的第三种太阳能装置的示意图。
图5示出了实施例1中包括有反射器的太阳能装置的示意图。
图6示出了实施例2中的太阳能装置的示意图。
图7示出了实施例2中的离子液体生成装置的示意图。
图8示出了实施例3中的基载型发电系统的示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种太阳能装置，该太阳能装置包括基座1以及聚光装置2，所述基座1具有相互隔离设置的外腔体10和内腔体12，所述内腔体12位于外腔体10内且具有一敞口120，所述聚光装置2位于基座1上且将内腔体12的敞口遮盖住，以使内腔体12成为一个大致封闭的腔体，内腔体12和外腔体10之间隔热设置，以减小内腔体12和外腔体10之间热量的传递，对对内腔体12形成保温的功能。若内腔体温度很高，则抽真空或填充少许低比热气体，使对流小而内腔体保温。
其中，所述内腔体12的腔壁由金属板和加纤耐火泥制成，金属板则位于内腔体12的腔壁的骨架，耐火泥则提供较优的耐热能力以及较优的隔热能力，这里所说的加纤耐火泥是指在耐火泥中掺有耐热纤维的耐火泥，耐热纤维可以利用桔梗等常见材料脱氢制成，而外腔体10则由掺有纤维的混凝土制成，这些材料价格低廉且易于获取，因此可降低该太阳能装置的原料成本，最终降低该太阳能装置价格，以便于该太阳能装置的推广使用。
较佳的，所述内腔体12的外壁上还设置有反射层，以使内腔体12内的热能可以更少的经由内腔体12内外壁辐射逸散。反射层可以由以下过程来实现，即在金属板上开始若干通孔，纤维则穿过通孔并整形成平面壁，并由耐火泥固定至金属板上，然后在耐火泥以及纤维共同组成的外壁上形成反射层，例如采用电镀、喷镀、溅镀等方式。
较佳的，所述外腔体10抽真空或者填充隔热材料，以减少内腔体12内的能量的损失。
所述聚光装置2包括了若干个聚光单元20，每一聚光单元20都包括了具有较大区域的入光口200和具有较小区域的出光口202，所述聚光单元20以将光从入光口200导向至出光口202并入射至内腔体12内。其中，本实施例中所述的光通常是指太阳光，其包括可见光和不可见光，但并不限定于此，也可以是其它形式的辐射能量，以下均以太阳光为例进行说明。
参考图1，当光经由聚光单元20入射至内腔体12内，由于聚光单元20的聚光作用，以将入射至入光口200的大部分光都传导至内腔体12内，由于聚光单元20的入光口200具有较大区域，而出光口202则具有较小区域，这样可以使得外部向内腔体辐射速率高于内腔体向外的辐射速率，当内腔体与外部处于辐射平衡时，内腔体的温度高于外部，使内腔体12成为一个较热的高温腔体。为了能够使内腔体12成为一个较热的高温腔体，因此出光口的口径应尽量的小，以减小内腔体12内的能量又从出光口逃逸出，通常是通过入光口200和出光口的202之间的面积比来控制(例如20:1或者更大)，当内腔体的温度达到一定温度的情况下(例如500℃、800℃甚至更高)，即可利用内腔体内的高温来进行发电，例如，利用内腔体内的高温来使盐形成熔盐，再通过换热设备加热水产生高温高压的蒸汽，驱动汽轮机发电机组来进行发电；或者可利用内腔体内的高亮与高温来加热作为发射器，其可以是由某种金属为主材料构成，使其达到一定温度后，金属中的电子获得足够的动能，可以克服金属表面“势垒”的障碍，摆脱金属正离子的束缚，逸出金属表面而到达收集器，并在发射器和收集器之间形成电位差，接通外部负载，就成为具有电压的直流电源。
本实施例通过以下几种方式来使内腔体12内能够达到更高的温度，以提高该太阳能装置可用性。
第一种方式如图1所示，所述聚光单元20的入光口处还设有凸透镜30，该凸透镜30以将光聚焦并从出光口202入射至内腔体12内，以提高外部光进入至内腔体12内的量来提高内腔体12能够达到的温度。较佳的是，凸透镜30将聚光单元20的入光口200遮盖，以使聚光单元20成为和内腔体12形成一个密封腔体，可对聚光单元20和内腔体12抽真空处理，以减小空气流动所导致的热交换。还可以入光口和出光口之间的侧壁上设置一具有导光功能的玻璃，由于波长较长的阳光经过凸透镜的折射角较小，使玻璃的侧面对着波长较短的阳光的焦点，波长较长的阳光以全反射进入玻璃而从对着波长较短的阳光的焦点处射出，使得焦点附近光能更集中，调整使此焦点得以进入内胆而使光口更小有助内胆提温。
第二种方式如图2所示，所述聚光单元20还包括由入光口200往出光口202收束的曲面的聚光壁204，所述聚光壁204用于将光从入光口200导向至出光口202并入射至内腔体12内，以提高外部光进入至内腔体12内的量来提高内腔体12能够达到的温度。
其中，较佳的，参考图3，聚光单元20的聚光壁204实现方式有以下两种，一是所述聚光装置2包括若干间隔设置的支撑体22，相邻两支撑体22之间构成一倒三角形状的透光空间220，该透光空间220构成所述聚光单元20，即相邻两支撑体22相向设置的外壁镀上发射层以作为聚光单元20的聚光壁204，相邻两支撑体22顶部之间的间隙则作为入光口，而底部之间的间隙则为出光口，即该聚光单元不具有实体，其是由相邻两支撑体22之间构成的透光空间220。
另一是所述聚光装置2包括若干间隔设置的支撑体22，相邻两支撑体之间构成一倒三角形状的安装空间，所述聚光单元20嵌设在该安装空间内，这里所述的聚光单元20则为实体的聚光单元，该聚光单元由透光材料制成(例如玻璃)，其外形结构为倒三角形状，其顶部为入光口，底部则为出光口，周壁上镀有反射层，以作为聚光壁204。
上述第一种方案，其结构简单，易于实现且成本较低，但由于透光空间220内会充满空气，在内腔体12形成高温的过程中，有一部分热量会由对流散热的方式损失。第二种方案中的聚光单元由于是实体，聚光装置2使得内腔体12形成可以隔绝空间，因此可以避免热量通过对流散热的方式损失。若内腔体12温度低，则内腔体12与聚光单元之间加上透光材料隔离内胆与聚光部；若温度高则抽真空，或填充适量低比热气体。本太阳能装置亦可在水中运作，无论有无光，聚光单元可使流体的能量较易流入内腔体，造成流体温度低于内腔体，将聚光单元视为冷气室而内腔体则为较热的室外，可以得到冷气或较冷腔的效果。
较优的是，参考图3，上述两种方式的聚光单元20的聚光壁204为非平面结构，该聚光壁204是由入光口往出光口方向收束且往内凹陷的凹面，这种结构的聚光壁204可以减小从入光口200入射的入射光更多的入射至内腔体12内，并且也可以使得一部分从出光口202逃出于内腔体12的光再经由聚光壁204的反射后又重新进入至内腔体12内。曲面均是平缓过渡的，所形成的聚光与出光均在于使阳光入射时没有对正太阳能装置的角度尽可能的大，以及射入内腔体的出光口可以尽量小，出光口小，从内腔体12反向辐射向外逃逸的光也少，因此内腔体能够达到的温度也更高。
更优的是，相邻两个聚光单元20的相邻两聚光壁204形成尖峰结构，该尖峰结构可以减小聚光单元20上覆盖的防护板或者凸透镜30之间的接触面积，以降低热传导，从而减少热量的损失。
第三种方式如图4所示，即结合了上述的第一、第二种方式，以提高外部光进入至内腔体12内的量来提高内腔体12能够达到的温度。
第四种方式如图2和图3所示，即所述聚光单元20还包括了反射壁206，所述反射壁206位于出光口202的周沿，该反射壁206用于阻碍入射至内腔体12内的光从出光口202逃逸。具体的，反射壁206包括了聚光装置2位于内腔体12内的底壁以及位于出光口202周围的周壁，位于出光口202周围的周壁设计成由出光口202往内腔体逐渐增大的喇叭口结构，以减小内腔体12内的光从出光口202逃逸，以提高外部向内腔体辐射速率与内腔体向外的辐射速率比，以最终提高内腔体12可达到的温度。
第五种方式如图5所示，即还包括了反射器70，所述反射器70将光聚集在所述聚光单元20的入光口处，通过反射器以增加每个聚光装置的受照量，从而最终提高内腔体12可达到的温度。反射器70还可以安装追光装置，可以随着改变受照角度，以实现最大程度的受照量。另外，该太阳能装置的聚光单元还可调整角度，以使其正交抛物面镜反射而来之聚焦阳光的角度。
上述的几种方式都具有简单的结构且可以有廉价的材料制成，折射使用长条形二维的凸透镜、曲面反射面使用廉价金属为母材料研磨或电镀或阳极处理、全反射面则可使用透明材料例如玻璃，以上三种方式(折射、曲面反射、全反射)均可将阳光聚焦而将光能由出光口202导入至内腔体12内。
实施例2
参考图6，本实施例中的太阳能装置包括了实施例1中所提供的太阳能装置，而且在太阳能装置的内腔内还设置有发电装置40，该发电装置40包括了发射器400和接收器410以及施加在发射器400和接收器410之间的电场，由出光口202入射至内腔体12内光线聚焦在该发电装置40的发射器400上。具体是，其中施加的电场为逆势电场，当聚焦的光照射在内腔体12内作为发射器400的尖凸物或近域上(该发射器400由金属或适当的半导体材料制成，其可以使光致发电、热致发电或者是两者的结合)，发射器400中的电子获得足够的动能，可以克服金属表面“势垒”的障碍，摆脱正离子电动的束缚，发射器400将发射自由电子，上述自由电子之逆势突破电场到达接收器410，其中在发射器和收集器之间有电位差，接通外部负载，就成为具有电压的直流电源，如果建立一逆势电场E，发射出的电子在克服该逆势电场E的情况下到达收集器，则在发射器和收集器之间形成电流并具有电位势，将多个这种太阳能装置串联起来，即可获得较高压的直流电。
其中逆势电场由位于出光口附近区域的正电势420以及位于内腔体下部负电势430构成。
另外，逆势电场的正电势420由整体带正电势的物质产生，所述逆势电场的负电势430由整体带负电势的物质产生。参考图7，本实施例以离子液体为例来举例说明，具体是使用一流质可解离(ksp大或适中的酸、碱或者离子化合物)材料在一具特定设计腔中被泵(pump)循环，离子液体生成装置包括两个独立的腔室60a、60b、磁场以及泵62来进行循环,根据F＝eE＝evxB，其中，v是流速，B是磁场，x是叉积(cross product)，F、E、v、B都是向量(vector)，e是电荷或电子电荷，可解离的材料在磁场的作用下，会在其中一个腔室形成具有正电荷较多的使其整体带正电势的离子液体以及在另一个腔室内形成具有负电荷较多的使其整体带负电势的离子液体，然后将离子液体由绝缘材料进行密封封装即可。
实施例3
本发明还提供了一种基载型发电系统，其包括了如实施例1中提供的若干个太阳能装置、温差发电设备、热源储库和冷源储库。
参考图8，实现温差发电必须具备三个基本条件，即热源、冷源和工质，在本实施例中，热源由实施例1中的太阳能装置A来提供的，即太阳能装置A在太阳光的照射下，太阳能装置A的内腔体会形成高温腔体，储存在热源储库50内的工质(如水、高温冷媒、高温盐或高温钠)与太阳能装置A的内腔体的热量进行热交换以成为热源，相对的是储存于冷源储库52的相对低温的工质(如水、低温冷媒)以作为冷源，太阳能装置A多余的热可以存储在热源储库内，在没有太阳光的情况下来进行发电，从而实现基载发电。
水体担任的角色：为热沉(heat sink)吸收较高温物的焓、水体与大气或大地热交换、提供低焓差对于及对更低温物提供焓(热源heat source)；后者尚包括藉帕斯卡泵(Pascal pump)使小焓差低密度以高压进入工质(working medium)而成为热源。帕斯卡泵59(Pascal pump)在等压力下变换活塞大小而得力量的变化(变大)，以此力量使某工质受高压力(使用大活塞变小活塞)；此应用等于从水体取能量(水体很大，系统很小)(大气也可以取与释能但是较水体贵，大地则太慢)。
其中冷源储库52的低温高压的工质经由降压吸热造成一极冷腔室58，此降压吸热低温工质(本身焓增但不太热，有相变(液变汽或气))被太阳能装置加压(不一定是用马达，用热膨胀再用帕斯卡泵原理(Pascal pump；F＝Pa＝pA)加高压)或高温盐或高温钠或高温物质加压，工质在热、高压状态冲入低压极冷腔室带动涡轮机54而发电,而后再经由外部冷却源56(例如水体等)冷却后进入至冷源储库52内进行循环使用。由于热源的获取是由低成本的太阳能装置来获得，而冷源则有自然环境中的水体来协助获得，与廉价的太阳能装置合并可得廉价的基载型太阳能发电系统，且该基载型发电系统可以具有较低的发电成本。本发电系统中的温差发电设备为陆基温差发电，温差不只是在日夜存有温差，温差随处皆有，例如屋荫与日照大气之间或者本发明提供的太阳能装置的聚光部与内腔体之间。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种太阳能装置，其特征在于：包括基座以及聚光装置，所述基座具有相互隔离设置的外腔体和内腔体，所述内腔体位于外腔体内且具有一敞口，所述聚光装置位于基座上且将内腔体的敞口遮盖住，所述聚光装置包括了若干个聚光单元，每一聚光单元都包括了具有较大区域的入光口和具有较小区域的出光口，所述聚光单元以将光从入光口导向至出光口并入射至内腔体内。
2.根据权利要求1所述的太阳能装置，其特征在于：所述聚光单元的入光口处还设有凸透镜，该凸透镜以将光聚焦并从出光口入射至内腔体内。
3.根据权利要求1所述的太阳能装置，其特征在于：所述聚光单元还包括由入光口往出光口收束的聚光壁，所述聚光壁用于将光从入光口导向至出光口并入射至内腔体内。
4.根据权利要求3所述的太阳能装置，其特征在于：所述聚光单元的入光口处还设有凸透镜，该凸透镜以将光聚焦并从出光口入射至内腔体内。
5.根据权利要求3所述的太阳能装置，其特征在于：所述聚光单元的聚光壁为非平面结构，该聚光壁是由入光口往出光口方向收束且往内凹陷的凹面，且相邻两个聚光单元的相邻两聚光壁形成尖峰结构。
6.根据权利要求1所述的太阳能装置，其特征在于：还包括一反射器，所述反射器将光往所述聚光装置聚集而入射至内腔体内。
7.根据权利要求1所述的太阳能装置，其特征在于：所述聚光单元还包括了反射壁，所述反射壁位于出光口的周沿，所述反射壁用于阻碍入射至内腔体内的光从出光口逃逸。
8.根据权利要求1所述的太阳能装置，其特征在于：所述内腔体内还设置有发电装置，该发电装置包括了发射器和接收器以及施加在发射器和接收器之间的逆势电场，由出光口入射至内腔体内光线聚焦在该发射器，所述由位于出光口附近区域的正电势以及位于内腔体下部负电势构成。
9.根据权利要求8所述的太阳能装置，其特征在于：所述逆势电场的正电势由整体带正电势的物质产生，所述逆势电场的负电势由整体带负电势的物质产生。
10.一种基载型发电系统，其特征在于：包括了若干个如权利要求1-7任一所述的太阳能装置、陆基温差发电设备、热源储库、冷源储库、以及水体，所述太阳能装置与热源储库进行热交换，所述冷源储库中的工质经降压形成极冷腔室，且冷源储库中的工质经由与热源储库热交换形成高压高温状态进入极冷腔室，期间带动陆基温差发电设备发电，所述水体以对经由热源储库的工质进行加热以及对极冷腔室回流至冷源储库中的工质进行冷却。
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