CN115468319A - 一种太阳能聚光装置 - Google Patents
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Abstract
目前已有各种各样的太阳能利用设备被使用，如光电转换及光热转换设备等。较大型的太阳能聚光设备包括槽式系统和塔式系统。不管是槽式系统还是塔式系统，其均需通过转动反射面来跟踪太阳光线。到目前为止，还缺少一种非常理想的调整与固定反射聚光镜的方法，使之调整起来既简单，固定起来又坚固。本发明旨在解决上述问题，而提供一种无须通过反射面的运动来跟踪太阳光线，而是通过跟踪经静止的反射面反射并聚集阳光所形成的光斑而实现太阳光的聚集，这种装置包括：静止不动的反射聚光镜，其反射太阳光后形成一道沿东西方向延伸的光斑，所述光斑随太阳光线照射角度而移动；可移动的光能利用部件，其设于所述光斑内，并随所述光斑而移动。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能利用技术领域，特别是涉及一种太阳能聚光装置。
背景技术
众所周知，太阳能是取之不尽，用之不竭，但人们尚未能大规模利用的重要能源。随着煤、石油、天然气等化石能源的减少及价格的不断上涨，人类直接从太阳能中获取能量已变得越来越重要。目前人们越来越重视太阳能技术的开发和利用，而太阳能聚光跟踪技术在其中所起的作用也越来越大。在光电应用领域，这种技术可以大幅度地节省光伏电池的使用量；在光热应用领域中，这种技术可以提高太阳能的输出温度 及其热利用效率。例如：如果不利用聚光技术，太阳能真空管热水器在夏天 可以达到八、九十度的温度，但是在冬天只能达到五、六十度的温度，这种产热温度只能满足日常生活中的热水需求，而无法满足工业上150度以上的蒸汽需求。为了使太阳能的热利用温度达到100度以上，太阳能聚光技术是必不可少的。由于太阳是运动的，所以较高倍数的太阳能聚光技术通常需要相应的自动跟踪技术与之配套。但是这样做既增加了太阳能热利用系统的成本，也增加了生产，使用以及日常维护这种装置的技术难度。虽然有些复合抛物面技术可以不需要自动跟踪装置与之配合，降低了技术难度和生产成本，但是这种技术也有一些缺点：一，聚光面的形状较为复杂，生产与组装的难度大。二，聚光倍数不高。三，所用的聚光面的面积较大，增加了聚光材料的使用量，因此也增加了生产成本。四，这种装置的方位角需要定期调整。目前已有各种各样的太阳能利用设备被使用，如光电转换及光热转换设备等。较大型的太阳能聚光设备包括槽式系统和塔式系统。不管是槽式系统还是塔式系统，其均需通过转动反射面来跟踪太阳光线，使得其造价高昂，安装及维护不便，且运行费用高，不适合安装在建筑物屋屋面。到目前为止，还缺少一种非常理想的调整与固定反射聚光镜的方法，使之调整起来既简单，固定起来又坚固。上述这些不足促使我们发明一种更加简单实用的聚光装置。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，而提供一种无须通过反射面的运动来跟踪太阳光线，而是通过跟踪经静止的反射面反射并聚集阳光所形成的光斑而实现太阳光的聚集，光热或光电转换效率高，易于安装使用和维护，制作成本低，用途广泛的太阳能聚光装置。
为实现上述目的，本发明提供一种太阳能聚光装置。
这种装置包括：静止不动的反射聚光镜，其反射太阳光后形成一道沿东西方向延伸的光斑，所述光斑随太阳光线照射角度而移动；可移动的光能利用部件，其设于所述光斑内，并随所述光斑而移动。
进一步地，还包括支座，所述支座固定在一个平面上，一年四季保持不动；所述反射聚光镜固定在支座上，一年四季不动。
进一步地，还包括光能利用部件定位装置，所述光能利用部件定位装置与所述支座连接，所述光能利用部件通过光能利用部件定位装置与所述支座可移动地连接。
进一步地，所述反射聚光镜还包括反射聚光镜框架，所述光能利用部件定位装置与反射聚光镜框架相连，并通过反射聚光镜框架和支座地连接。
进一步地，所述光能利用部件位于所述光能利用部件定位装置上，所述光能利用部件通过借助外力改变其在所述光能利用部件定位装置上的位置，使得所述光能利用部件与所述光斑重合或接近重合。在两次调整之间，光能利用部件固定在所述的光能利用部件定位装置上，并连续多日保持静止不动。
进一步地，还包括连接部件，所述光能利用部件通过所述连接部件固定在所述光能利用部件定位装置上。
进一步地，所述的光能利用部件为集热管，将光能转化为热能。
进一步地，所述的光能利用部件为外表面贴有光伏电池的多边形或圆形金属管，通过光伏电池将光能转化为电能。
进一步地，所述反射聚光镜为槽式抛物线型反射聚光镜，线性菲涅尔式反射聚光镜，或其他可以近似形成一条焦线的反射聚光镜。
进一步地，所述反射聚光镜和光能利用部件都沿东西方向放置，且反射聚光镜的东西方向设有反射镜。
进一步地，所述光能利用部件定位装置上有若干个位置确定的定位槽或定位孔，用于固定光能利用部件。
进一步地，所述支座包括两个支座，所述反射聚光镜固定在两个支座上。
进一步地，所述装置配有说明书告诉使用者将光能利用部件用连接部件固定到光能利用部件定位装置上的某一定位孔或定位槽上的具体日期。
这种聚光装置无须通过反射面的运动来跟踪太阳光线，而是通过跟踪经静止的反射面反射并聚集阳光所形成的光斑而实现太阳光的聚集，聚光面不但静止而且简单，所用的聚光材料可尽量地少，大幅度地降低了其制造成本，只需要定期进行人工调节即可，(当大规模使用时，也可以通过增加装置或借助机器人进行调节)，调节一次以后，能连续多日保持静止不动，因此具有很强的抗击风雨破坏的能力提高了系统的稳定性，易于安装使用和维护。
【附图说明】
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步解释，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1：一种太阳能聚光装置第一实施例的立体结构示意图。
图2是本发明的实施例光路原理图，由地理知识可知，赤纬角以年为周期，在+23 °26′与-23 °26′的范围内移动，成为季节的标志。我们以北半球为例，图2中显示的是随太阳赤纬角变化的太阳光平行于反射聚光镜的回转轴线的光路示意图，其中，反射聚光镜2和光能利用部件1都沿东西方向放置。
1,光能利用部件； 2,反射聚光镜，3A，3B支座；4A，4B光能利用部件定位装置；5A,5B反射镜；6反射聚光镜框架；7连接部件；
【具体实施方式】下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制
本专利既可以应用于光热领域，也可以应用于光电领域，如果应用于光热领域，以下所述的光能利用部件指的就是集热管，如果应用于光电领域，以下所述的光能利用部件指的就是外表面贴有光伏电池的多边形(三角形，正方形等)金属管或圆形金属管。为了简单，本专利所有附图都是以应用于光热领域的集热管为例加以表现的，如果应用于光电领域，只需要将图中的集热管换成外表面贴有光伏电池的多边形金属管或圆形金属管即可。
下面，结合图1对本发明的第一实施例进行详细的说明。
将两个支座(图中的3A，3B)固定在一个平面上，光能利用部件1固定在两个光能利用部件定位装置(图中的4A，4B)上，两个光能利用部件定位装置与两个支座固定连接，图中只画出了支座3B， 由于示意图上遮挡的原因，支座3A上的细节没有画出，但是支座3A上的细节和支座3B上的细节是镜像对称的，通过支座3B上的细节可以想象支座3A上的细节。反射聚光镜2安装在反射聚光镜框架6上，并安装在支座3A和3B上，两个支座和反射聚光镜2都一年四季固定不动，反射聚光镜2通常为槽式抛物线型反射聚光镜，光能利用部件定位装置的位置应该固定在反射聚光镜2的焦线附近 ，这里的反射聚光镜也可以是其他可以近似形成一条焦线的反射聚光镜，如菲涅尔式反射聚光镜，圆柱面反射聚光镜，或其他槽式曲面反射聚光镜。
光能利用部件1固定在光能利用部件定位装置(图中的4A，4B)上，并连续多日保持静止不动。(图中，光能利用部件定位装置的个数为两个，实际使用中，如果光能利用部件的长度较短，也可以只用一个，如果较长还可以增加个数。) 光能利用部件定位装置上有若干个定位槽(或定位孔)，日常使用中，光能利用部件就通过连接部件7固定在这些定位槽(或定位孔)上，只是在某一特定的日期，使用者才需要将光能利用部件由一个定位槽调节到另一个定位槽，在两次调整之间，光能利用部件连续多日保持静止不动。由于这套装置本身并不自带跟踪装置，所以，在调整光能利用部件位置时，需要借助人力来调节(为了方便使用者区分不同的定位槽，可以在定位槽旁用不同的编号加以区分)。这样的定位装置既可以跟踪经静止的反射聚光镜反射并聚集阳光所形成的光斑而实现太阳光的聚集，又可以使系统具有很强的抗击风雨破坏的能力。至于为什么可以这样使用这个装置，可以参考图2中本发明的实施例光路原理图，为了在太阳光的入射角比较大时也能得到较好的聚光效果，应该在保证聚光倍数的条件下，使反射聚光镜上的各点到反射聚光镜焦线的距离越大越好，同时，应该在反射聚光镜东西方向的两端设置反射镜，使因入射角度而导致的光线偏离重新汇聚到光能利用部件上。
图中只画出了一个聚光单元的立体图，为了更大规模地使用太阳能，可将若干个相同或相近的聚光单元串并联在一起。当聚光镜的个数非常多时，也可以使用增加装置或机器人来将光能利用部件由一个定位槽调节到另一个定位槽上。
这种太阳能聚光装置需要能够方便地将光能利用部件由一个位置调节到另一个位置，可以实现这一功能的方式有很多，只要能实现这种目的，均应在本发明的保护范围之内。
本发明尤其适用于光热领域，当其应用于光热领域时，上文中所述的光能利用部件指的就是集热管，所谓的集热管就是指可以将太阳光吸收后转化为热能的管状物体，如：全玻璃真空集热管，金属吸热体真空集热管，等各种类型的集热管，这些集热管的结构已被有关文献广泛描述，在此不再赘述。在这里想着重指出的是，由于本发明的聚光倍数较高，可以达到二十倍以上，可以实现太阳能中高温的应用。但是如果用热温度要求不太高，也可以直接用外表面具有较好吸光能力的金属管作为集热管，这种集热管可以通过对普通的金属管的外表面加以(阳极)氧化，氮化，或加涂选择性吸收涂层等多种方法制备。必要时还可以在这种金属管外套上玻璃管或玻璃杜瓦以提高其保温效能，这种集热管的成本十分低廉，而且不易损坏，可以使整个系统的制造与维护成本大大降低。
当然，本发明的这种聚光跟踪方式也适用于光电领域，当应用于光电领域时，只需要将光能利用部件换成多边形或圆形的金属管，并在金属管的外表面贴上光伏电池，就可以将光能转化为电能，而金属管内部可以通有气流或冷却水对光伏电池加以冷却。
本发明的贡献在于，它有效解决了太阳能聚集设备的造价过高及维护运行费用高及对安装场地有限制等问题。本发明的装置无须通过反射面的运动来跟踪太阳光线，而是通过跟踪经静止的反射面反射并聚集阳光所形成的光斑来实现太阳光的聚集。同时，本发明不仅可直接聚集太阳光，还可聚集一部分漫射太阳光，使其可在阴天有效工作，因而光热转换效率高，易于安装使用，且安装场地限制条件少，不需要自动跟踪装置，大大降低了制作成本，一年之中除了必要地数次至数十次调整之外，光能利用部件都固定在支座和光能利用部件定位装置上，这种结构本身就非常坚固，具有很强的抵御风雨破坏的能力，本发明本身可用作建筑物屋顶的一部分，用作中小型电站或供热装置，也可用于建造野外的大型太阳能发电站。
Claims (10)
1.一种太阳能聚光装置，其特征在于，包括：静止不动的反射聚光镜，其反射太阳光后形成一道沿东西方向延伸的光斑，所述光斑随太阳光线照射角度而移动；可移动的光能利用部件，其设于所述光斑内，并随所述光斑而移动。
2.根据权利要求1所述的太阳能聚光装置，其特征在于，包括支座，光能利用部件定位装置，所述反射聚光镜固定在所述支座上，所述光能利用部件通过所述光能利用部件定位装置与所述支座可移动地连接。
3.根据权利要求2所述的太阳能聚光装置，其特征在于，所述光能利用部件通过借助外力改变其在所述光能利用部件定位装置上的位置，使得所述光能利用部件与所述光斑重合或接近重合。
4.根据权利要求1所述的太阳能聚光装置，其特征在于：所述的光能利用部件为集热管，将光能转化为热能。
5.根据权利要求1所述的太阳能聚光装置，其特征在于：所述的光能利用部件为外表面贴有光伏电池的多边形圆或形金属管，通过光伏电池将光能转化为电能。
6.根据权利要求1所述的太阳能聚光装置，其特征在于：所述反射聚光镜为槽式抛物线型反射聚光镜，线性菲涅尔式反射聚光镜，或其他可以近似形成一条焦线的反射聚光镜。
7.根据权利要求2所述的太阳能聚光装置，其特征在于：所述光能利用部件定位装置上有若干个位置确定的定位孔或定位槽，用于固定光能利用部件。
8. 根据权利要求1所述的太阳能聚光装置，其特征在于: 所述反射聚光镜和光能利用部件都沿东西方向放置，且在所述反射聚光镜的东西方向设置有反射镜。
9.根据权利要求2所述的太阳能聚光装置，其特征在于:所述反射聚光镜还包括反射聚光镜框架，所述光能利用部件定位装置与所述反射聚光镜框架相连，并通过所述反射聚光镜框架和所述支座地连接。
10.根据权利要求1所述的太阳能聚光装置，其特征在于:还包括连接部件，所述光能利用部件通过所述连接部件固定在所述光能利用部件定位装置上。
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