CN116086024A - 一种直散辐射动态收集的高倍非成像太阳能聚光系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种直散辐射动态收集的高倍非成像太阳能聚光系统，包括高倍非成像聚光器、太阳能真空管，高倍非成像聚光器包括平板聚光面、弧形聚光面；平板聚光面为V字型结构，V字型结构的顶部两侧分别设置一个弧形聚光面；本发明所提供的高倍非成像太阳能聚光系统，既实现了高倍聚光用于生产高温热能，且无需高精度动态调整，显著提升了系统的户外运行适应性，还有效降低了系统热损失以及系统重心，具有良好的工程应用潜力。
Description
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，特别涉及一种直散辐射动态收集的高倍非成像太阳能聚光系统。
背景技术
随着全球经济的发展和人们对物质需求的增长，能源储备与环境污染已成为两大重要挑战，未来能源供给与节能减排是亟待解决的重大问题。加快发展和使用可再生能源是解决化石能源短缺的重要手段，不仅可以有效降低对化石能源的依赖性，还有助于保护环境。
太阳能作为一种用之不尽、取之不竭的可再生能源，合理高效地开发和利用太阳能资源，具有显著的经济效益。然而到达地面的太阳辐射能量密度较低，直接利用难以满足工业中的高温应用需求。采用几何聚光的方式不仅能有效实现太阳辐射能量密度的倍增，还可以显著扩展吸收体收集太阳辐射能的范围，进而拓展太阳能的应用领域。
跟踪型太阳能聚光系统具有聚光比较大、集热温度高等优点，例如常见有槽式聚光器、塔式聚光器、碟式聚光器以及线性菲涅尔聚光器等，但也存在跟踪要求高、建设成本大的问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，提升其工程应用的适应性和实用性，本发明基于几何光学中的非成像光学原理构建了一种直散辐射动态收集的高倍非成像太阳能聚光系统，该聚光系统高倍聚光、太阳直散辐射同步收集、能量收集过程更加稳定，并有效降低了其运行过程的热损失，且光热转换过程中吸收体处于静态运行状态，有利于降低集热工质泄漏的风险，具有潜在的工程应用前景。
本发明技术方案如下：
一种直散辐射动态收集的高倍非成像太阳能聚光系统，包括高倍非成像太阳能聚光器1、太阳能真空管2，高倍非成像太阳能聚光器1包括平板聚光面1-1、弧形聚光面1-2；平板聚光面1-1为V字型结构，V字型结构的顶部两侧分别设置一个弧形聚光面1-2，太阳能真空管2设置在平板聚光面1-1V字型结构的中心。
所述太阳能真空管2包括吸收内管2-1、隔热外管2-2。
所述直散辐射动态收集的高倍非成像太阳能聚光系统，还包括三角支架5，太阳能真空管2放置在三角支架5顶部。
所述直散辐射动态收集的高倍非成像太阳能聚光系统，还包括直流电机4、齿轮6、传动齿轮7、锯齿，直流电机4的输出端设置齿轮6，齿轮6与传动齿轮7啮合，传动齿轮7与高倍非成像太阳能聚光器1内部的锯齿啮合，锯齿设置在高倍非成像太阳能聚光器1的边缘；直流电机4带动齿轮6转动，齿轮6带动传动齿轮7转动，传动齿轮7带动锯齿转动，锯齿带动高倍非成像太阳能聚光器1转动，这样可以使得高倍非成像聚光器在所有白昼时间内都能高效会聚太阳辐射，相对于常规的非成像聚光器可收集更多的太阳辐射能，有效提升了非成像太阳能聚光器工程应用性。
所述传动齿轮7中心是镂空的，太阳能真空管2穿过传动齿轮7中心，且太阳能真空管2与传动齿轮7之间存在间隙，传动齿轮7转动但是不带动太阳能真空管2转动。
本发明的有益效果是：
1、实现了非成像聚光器高倍聚光
常规的非成像聚光器多用于低倍聚光，限制了其在工业应用领域的发展。本发明拥有较大的采光口，实现了高倍聚光，拓展了非成像太阳能聚光器的工业应用范围，系统还可以转动，可以在整个白天都有效工作。
2、聚光器无需高精度动态调整
常规的动态收集太阳能聚光系统需要昂贵的高精度追踪装置，不利于其经济效益。本发明的聚光器可在接受半角内高效会聚太阳辐射到达吸收体表面，实现了跟踪系统无需高精度动态调整，同时降低了跟踪系统的技术要求。即便聚光器产生了一些晃动，聚光器依然能高效聚光，显著提升了系统的户外运行适应性。
3、具有更多的吸收面参与光热转换
常规的静态太阳能聚光器只有在可接受半角内实现聚光，对于绝大多数入射角下的吸收体只能实现少部分吸收面参与光热转换，而多数部分则处于闲置状态，吸收体工作时表面具有显著的温度梯度，不利于吸收体长期稳定运行；本发明高倍非成像太阳能聚光器光口可以追随太阳改变，实现吸收体在工作时所有的吸收面都参加光热转换，吸收体表面没有显著的温度梯度，有利于吸收体长期高效运行，且集热工质受热过程更加均匀。
4、吸收体静态工作更加有利于有用能输出
本发明的高倍非成像太阳能聚光器围绕吸收体轴线旋转，即系统工作时只需高倍非成像太阳能聚光器运动，吸收体静态集热，这样有利于系统现场布置集热工质的输送通道。同时集热工质通道处于静态状态，这也有利于降低集热工质的局部流动损失以及减少流体的泄漏。
5、聚光面易于工业生产
常规的太阳能聚光系统的聚光器与吸收体之间需要彼此相连，不利于其工业生产制造。本发明实现了高倍非成像太阳能聚光器与吸收体在空间上的分离，由于高倍非成像太阳能聚光器与吸收体之间存在间隙，高倍非成像太阳能聚光器面形加工无需昂贵的高精度生产设备，这更有利于工业化制造。
6、聚光系统易于安装维护
由于本发明的高倍非成像太阳能聚光器与吸收体之间存在间隙，增加了允许安装误差，方便系统大规模建设，此外在系统维护更换部分聚光面时，也容易进行拆卸和二次安装。
7、消除了吸收体热应力对聚光面结构的影响
常规的非成像太阳能系统聚光器与吸收体连接在一起，工作时受热的吸收体将产生热应力，这一热应力直接传递到温度较低的聚光器，容易导致聚光器面形变形或损坏，降低整个系统的光学性能；本发明高倍非成像太阳能聚光器与吸收体空间分离，阻断了吸收体的热应力向聚光器传递，有效消除了吸收体热应力对聚光面的影响。
8、有效消除了集成系统导热损失
通常非成像太阳能系统的聚光器与吸收体彼此相连接，这样就导致受热的吸收体将热能直接传导到聚光器，导致系统的导热损失；本发明将聚光器与吸收体进行分离，且吸收体与聚光面之间还存在部分真空夹层，消除了这一导热损失。
附图说明
图1是实施例1聚光系统的结构示意图；
图2是实施例1聚集来自采光口垂直入射光线的示意图；
图3是实施例1聚集来自采光口倾斜入射光线的示意图；
图4是实施例2聚光系统的结构示意图；
图1中：1为高倍非成像聚光器，1-1为平板聚光面，1-2为弧形聚光面；2为太阳能真空管，2-1为吸收内管，2-2为隔热外管；3为入射的太阳光线；4为直流电机；5为三角支架；6为齿轮；7为传动齿轮。
实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例
一种直散辐射动态收集的高倍非成像太阳能聚光系统，如图1、2、3所示，包括高倍非成像太阳能聚光器1、太阳能真空管2，聚光面1包括平板聚光面1-1、弧形聚光面1-2；平板聚光面1-1为V字型结构，V字型结构的顶部两侧分别设置一个弧形聚光面1-2，太阳能真空管2设置在平板聚光面1-1V字型结构的中心，太阳能真空管2包括吸收内管2-1、隔热外管2-2；相对于常规的非成像聚光器可收集更多的太阳辐射能，高倍非成像太阳能聚光器的弧形聚光面是基于圆形吸收体而设计的一种广义渐伸面，与平板聚光面共同作用，在入射光线不超过接受半角时，将来自采光口的太阳光线高倍会聚到吸收体太阳能真空管2表面，用于吸收体进行光热转换，从而输出高温有用能。
在图2中，聚光面1可将来自采光口垂直入射的太阳光线3会聚到太阳能真空管2的吸收内管2-1表面，在这过程中光线还穿过了透明的隔热外管2-2；也可将来自采光口倾斜入射的太阳光线3会聚到吸收体的吸收内管2-1表面，见图3，这表明实施例中的聚光器对来自采光口的入射的太阳光线3具有显著的友好性，有效提升了高倍非成像太阳能聚光系统光热转换过程的稳定性（例如在统运行时，不会因为刮风导致聚光器产生剧烈的晃动，系统依然可实现高效聚光）。
无论是垂直入射还是倾斜入射的太阳光线3到达太阳能真空管2表面后，都能被吸收内管2-1转换为热能传递到内部集热工质，在集热工质的流动下从而实现有用能的输出；本实施例的太阳能真空管2处在聚光器采光口内部，从而实现了聚光器对太阳能真空管2吸收体的保护作用，有效降低了太阳能真空管2吸收体工作时流过其表面的平均风速，从而降低了太阳能真空管2吸收体外表面的对流热损失，因为太阳能真空管2吸收体处在聚光器采光口内部，降低了吸收体对天空的角系数，降低了吸收体对周围环境的辐射热损失。
实施例
一种直散辐射动态收集的高倍非成像太阳能聚光系统，如图4所示，在实施例1的基础上还包括三角支架5、直流电机4、齿轮6、传动齿轮7、锯齿，直流电机4的输出端设置齿轮6，齿轮6与传动齿轮7啮合，传动齿轮7与聚光面1内部的锯齿啮合，锯齿设置在高倍非成像太阳能聚光器1的边缘；直流电机4带动齿轮6转动，齿轮6带动传动齿轮7转动，传动齿轮7带动锯齿转动，锯齿带动高倍非成像太阳能聚光器1转动，这样可以使得高倍非成像聚光器在所有白昼时间内都能高效会聚太阳辐射，其他部件以及部件的位置关系与实施例1相同。
高倍非成像太阳能聚光器1在直流电机4的控制下可以绕着太阳能真空管2的轴心线旋转，这样可以使得聚光面1在所有白昼时间内都能高效会聚来自其采光口的入射的太阳光线3，这相对于常规的非成像聚光器可收集更多的太阳辐射能，也有效提升了非成像聚光器工程应用性。
高倍非成像太阳能聚光器1可在接受半角内高效会聚太阳辐射到达太阳能真空管2表面，无需高精度动态调整，显著提升了系统的户外运行适应性。
由于高倍非成像太阳能聚光器1与吸收体太阳能真空管2处于分离状态，因此受热的吸收体几乎不能将热能传导到聚光器，使得聚光面处于较低温的工作状态，避免了聚光面反射涂层的因受热而快递老化，从而降低了系统的光学效率。
此外本实施例聚光系统在工作时，可实现直散辐射同步收集，并且吸收体自身及其内部的流体是太阳能聚光系统总质量的重要组成部分，由于太阳能真空管2吸收体在聚光器采光口内部，这样就降低了整个系统的重心，有利于增强系统的抗风性、降低系统运行时的往复晃动、提升系统的稳定性。
Claims (5)
1.一种直散辐射动态收集的高倍非成像太阳能聚光系统，其特征在于，包括高倍非成像太阳能聚光器（1）、太阳能真空管（2），高倍非成像太阳能聚光系统（1）包括平板聚光面（1-1）、弧形聚光面（1-2），平板聚光面（1-1）为V字型结构，V字型结构的顶部两侧分别设置一个弧形聚光面（1-2），太阳能真空管（2）设置在平板聚光面（1-1）V字型结构的中心。
2.根据权利要求1所述直散辐射动态收集的高倍非成像太阳能聚光系统，其特征在于，所述太阳能真空管（2）包括吸收内管（2-1）、隔热外管（2-2）。
3.根据权利要求1所述直散辐射动态收集的高倍非成像太阳能聚光系统，其特征在于，还包括三角支架（5），太阳能真空管（2）放置在三角支架（5）顶部。
4.根据权利要求3所述直散辐射动态收集的高倍非成像太阳能聚光系统，其特征在于，还包括直流电机（4）、齿轮（6）、传动齿轮（7）、锯齿，直流电机（4）的输出端设置齿轮（6），齿轮（6）与传动齿轮（7）啮合，传动齿轮（7）与高倍非成像太阳能聚光器（1）内部的锯齿啮合。
5.根据权利要求4所述直散辐射动态收集的高倍非成像太阳能聚光系统，其特征在于，太阳能真空管（2）穿过传动齿轮（7）中心，且太阳能真空管（2）与传动齿轮（7）之间存在间隙。
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010044369A (ko) * | 2001-02-14 | 2001-06-05 | 김석종 | 제1반사면과 제2반사면의 조합으로 된 복합 태양열 집속기제조방법 |
| US20030037814A1 (en) * | 2001-08-24 | 2003-02-27 | Cohen Gilbert E. | Multiple reflector solar concentrators and systems |
| CN1441893A (zh) * | 2000-06-19 | 2003-09-10 | 太阳企业国际有限责任公司 | 太阳能集光器间隙及其接收器设计 |
| CN101581502A (zh) * | 2009-06-18 | 2009-11-18 | 北京理工大学 | 槽式顺向聚焦轴向传光太阳能聚光器 |
| CN201876600U (zh) * | 2010-11-19 | 2011-06-22 | 李忠孝 | 一种太阳光汇聚装置及采用该装置的照明装置和加热装置 |
| CN202361658U (zh) * | 2011-09-27 | 2012-08-01 | 南京工业大学 | 聚光型热管真空管式太阳能抗冻热水器 |
| CN103940101A (zh) * | 2013-01-18 | 2014-07-23 | 云南师范大学 | 一种基于带v形槽cpc与全玻璃真空管相结合的中温太阳能空气集热器 |
| CN108397920A (zh) * | 2018-04-12 | 2018-08-14 | 北京民利储能技术有限公司 | 一种高效免追踪聚光平板太阳能集热装置 |
| CN209622921U (zh) * | 2019-01-04 | 2019-11-12 | 王永庆 | 面反射自动追踪与时间同步旋转的太阳能聚热供暖装置 |
-
2023
- 2023-02-01 CN CN202310050473.1A patent/CN116086024A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1441893A (zh) * | 2000-06-19 | 2003-09-10 | 太阳企业国际有限责任公司 | 太阳能集光器间隙及其接收器设计 |
| KR20010044369A (ko) * | 2001-02-14 | 2001-06-05 | 김석종 | 제1반사면과 제2반사면의 조합으로 된 복합 태양열 집속기제조방법 |
| US20030037814A1 (en) * | 2001-08-24 | 2003-02-27 | Cohen Gilbert E. | Multiple reflector solar concentrators and systems |
| CN101581502A (zh) * | 2009-06-18 | 2009-11-18 | 北京理工大学 | 槽式顺向聚焦轴向传光太阳能聚光器 |
| CN201876600U (zh) * | 2010-11-19 | 2011-06-22 | 李忠孝 | 一种太阳光汇聚装置及采用该装置的照明装置和加热装置 |
| CN202361658U (zh) * | 2011-09-27 | 2012-08-01 | 南京工业大学 | 聚光型热管真空管式太阳能抗冻热水器 |
| CN103940101A (zh) * | 2013-01-18 | 2014-07-23 | 云南师范大学 | 一种基于带v形槽cpc与全玻璃真空管相结合的中温太阳能空气集热器 |
| CN108397920A (zh) * | 2018-04-12 | 2018-08-14 | 北京民利储能技术有限公司 | 一种高效免追踪聚光平板太阳能集热装置 |
| CN209622921U (zh) * | 2019-01-04 | 2019-11-12 | 王永庆 | 面反射自动追踪与时间同步旋转的太阳能聚热供暖装置 |
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