CN201615963U - 一种太阳能分布式线性太阳能光学镜跟踪利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的就是提供一种太阳能分布式线性太阳能光学镜跟踪利用系统，可以根据城镇区域的土地情况进行分布的布置，为此将至少一个太阳能利用设备设置、太阳能跟踪系统、线性太阳能光学镜、跟踪支架组成一组太阳能线性利用系统，多组太阳能线性利用系统分布在不同的区域，多组的太阳能利用设备可以相互连接共同构成太阳能线性利用系统。通过将现有的槽式太阳能系统的阵列模式改变为分布模式，从而可以将太阳能槽式太阳能利用技术适合于不同的区域和城市应用，减少了其对场地的要求和限制，可以方便的在不同的区域和建筑一体化的进行应用，同时拓宽了太阳能利用的种类和方式，使其可以进行多种的太阳能的利用。

Description

一种太阳能分布式线性太阳能光学镜跟踪利用系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能利用，特别是太阳能聚焦跟踪焦点为直线的线性跟踪以及其分布式利用。

背景技术

太阳能跟踪主要由槽式、塔式和蝶式三种，由于槽式系统为单向跟踪相对技术难度比较低，同时由于太阳能选择涂层以及真空管技术在100-400度的温度区间具备产业化生产能力，因而可以迅速的被批量生产，在国际上被最早的商业化应用的就是槽式系统。

国际上的槽式系统的主要的跟踪方式采用将一个换热管设置在槽式系统的焦线位置，在换热管内充入导热油或者直接将水加热为蒸汽，由电机驱动导热油或蒸汽流动从而实现热能的采集。在跟踪太阳能的过程中导热油在管道内一起运动，在导热油管道与流出端采用波纹管的方式实现运动的管道与不运动的管之间的连接；由于波纹管需要耐高温、可靠性高等要求，因而成为关键器件，同时该种连接无法保证保温性要求，因而系统的热损非常高。同时，槽式太阳能热发电系统主要是大规模的太阳能热发电系统，其规模发电量为30-100WM，其1WM发电站就需要占地60亩，通常每组的槽式系统长100米，镜宽5-8米，要求土地平整度误差小于1-3度，因而对于土地有比较严格的要求。这种技术主要适合于大规模的发电，不适合于小规模的区域应用，特别是不适合于在城市进行太阳能的发电以及热电、冷联产发电，因而限制了其应用。

中国专利200710176966提供了一种组合的跟踪系统，可以用于槽式、塔式结合的跟踪系统，其跟踪的方式采用将焦点不动而太阳能镜系统进行运动的方式，主要是采用在地面上设置两个轨道进行跟踪，而槽式系统线聚焦系统，利用其线性轴与地球自传轴平行放置，因而可以采用一个方向的转动实现跟踪，但是该方案采用在地面上的转动来实现槽式跟踪，显然不能实现跟踪，因而发明者在方案中进一步设置了俯仰跟踪，这样槽式系统就不是单向跟踪，而成为双向的跟踪，因而发明者没有解决槽式单向跟踪时焦线不运动的跟踪问题。

现有的聚焦太阳能利用技术，主要是应用于大规模的发电，通常1WM的发电站，就需要60亩的占地，这样的占地要求很难在城市进行推广，因而需要根据城镇的土地要求，提供一种适合于城镇土地要求的太阳能聚焦利用系统。

发明内容

本实用新型的目的就是提供一种太阳能分布式线性太阳能光学镜跟踪系统及应用，可以根据城镇区域的土地情况进行分布的布置，为此将至少一个太阳能利用设备设置、太阳能跟踪系统、线性太阳能光学镜、跟踪支架组成一组太阳能线性利用系统，多组太阳能线性利用系统分布在不同的区域，多组的太阳能利用设备可以相互连接共同构成太阳能线性利用系统。通过将现有的槽式太阳能系统的阵列模式改变为分布模式，从而可以将太阳能槽式太阳能利用技术适合于不同的区域和城市应用，减少了其对场地的要求和限制，可以方便的在不同的区域和建筑一体化的进行应用，同时拓宽了太阳能利用的种类和方式，使其可以进行多种的太阳能的利用。

本实用新型将现有的槽式跟踪技术由太阳能镜和太阳能利用设备同时跟踪太阳能运动的单一模式改变为太阳能镜和太阳能利用设备至少有一个不运动的跟踪模式，这样解决了分布式系统需要根据不同的场地采用不同的跟踪技术的要求，从而可以将槽式系统进行分布采集；同时在太阳能利用设备上，采用多种的利用设备，如将太阳能转换为热能的热管、换热管应用，以及在其外部增加真空管的技术，错从而可以跟踪分布槽式系统的要求，采用多种太阳能利用器件，从而实现分布式的太阳能利用的布局；采用焦线不运动的结构设计，使得热管可以被应用于系统传热，同时由于焦线不动，可以在焦线上设置其他太阳能利用设备，如太阳能光伏发电设备、斯特林发电机等重量比较大的设备，可以采用小的驱动力就可以实现对太阳能跟踪和驱动。

本实用新型提供了的分布式结构，适合于不同规模的多种太阳能的综合利用，同时也适合于大规模的利用太阳能，特别是太阳能的光伏发电、热发电、高温蒸汽、供暖、烹饪、制冷等，可以在一个系统中同时提供不同功能的太阳能利用。

具体发明内容如下：

一种太阳能分布式线性太阳能光学镜跟踪系统及应用，至少有一个设置在一个圆柱区域的太阳能利用设备(1)、一个太阳能透镜(2)、一个跟踪系统(4)，其特征是：至少一个太阳能利用设备设置、太阳能跟踪系统、线性太阳能光学镜、跟踪支架组成一组太阳能线性利用系统，多组太阳能线性利用系统分布在不同的区域，多组的太阳能利用设备可以相互连接共同构成太阳能线性利用系统。

太阳能利用设备设置在线性太阳能光学镜的焦线区域，太阳能跟踪系统采用下列方式之一跟踪太阳运动：

A、太阳能利用设备与地面或建筑物固定连接，太阳能跟踪系统驱动一个或多个线性太阳能光学镜运动，并保持其焦线在运动过程中处于太阳能利用设备区域内；这是一种股东太阳能利用设备的跟踪方式，主要针对太阳能利用设备需要不运动的情况下采用的跟踪方式，特别是针对热管、外部设置有真空管的热管、斯特林机、太阳能灶等需要太阳能利用设备不便于运动以及笨重不适合于运动的太阳能利用设备。

B、线性太阳能光学镜与地面或建筑物固定连接，太阳能跟踪系统驱动线性太阳能利用设备运动，并保持其焦线在运动过程中处于太阳能利用设备区域内；此种跟踪方式适合于采用玻璃等大重量的太阳能镜采用的跟踪方式，如果将太阳能利用设备进行运动，比将太阳能镜系统进行运动需要更小的能好与成本。

C、太阳能利用设备设置在线性太阳能光学镜的焦线区域内并进行固定连接，太阳能跟踪系统驱动太阳能利用设备设置及线性太阳能光学镜共同运动，使得线性太阳能光学镜保持与太阳光垂直或夹角最小。此种跟踪方式是采用较多的跟踪方式，但是将其分布化的布局，每一组进行独立的跟踪，适合于分布式的要求。

所述太阳能跟踪系统包括用于支撑线性太阳能光学镜或同时为线性太阳能光学镜的运动提供轨道的太阳能镜支架、用于支撑整个系统的跟踪支架、以及与驱动装置连接使线性太阳能光学镜运动的动力传输机构。

多个线性太阳能光学镜共同聚焦于一个太阳能利用设备区域内，每个线性太阳能光学镜上设置有一个转轴，线性太阳能光学镜可以沿着转轴运动，多个转轴设置在同一个太阳能镜支架上。

所述太阳能镜支架可以为任何的形式和结构，但是优选的为平行、弧、环、抛物线型器件。将太阳能镜设置在平行、弧、环、抛物线型可以成为太阳能镜运动的轨道。

太阳能镜支架上设置有动力驱动装置使得太阳能镜支架可以运动，从而驱动太阳能镜、转轴、支架运动

将太阳能镜设置在平行、弧、环、抛物线型太阳能镜支架上，驱动太阳能镜的轴进行转动，可以实现对太阳能的聚焦跟踪，通过每一个太阳能镜的轴的转驱动的太阳能镜的转动的跟踪实现的单向跟踪，同时根据需要可以将平行、弧、环、抛物线型支架提供驱动，从而实现多向的跟踪，太阳能镜的转动与不同的支架系统的运动，构成了太阳能的多种跟踪方式，从而可以将线性聚焦的系统进行分布的布置，适合于不同的地理位置以及建筑的不同的位置，从而可以实现对建筑的一体化的设计和太阳能一体化的利用。

所述动力传输机构选择下列之一：齿轮机构(10)、链条机构、涡轮蜗杆机构、铰链机构。

所述动力传输装置(10)一端与驱动装置进行连接，至少另一端设置在下列位置之一：

A、设置在每个太阳能镜的转轴上，通过转轴提供动力驱动太阳能镜转动，从而实现跟踪运动；

B、设置在线性太阳能光学镜两端的平行、弧、环、抛物线型器件上，驱动其运动；

C、设置在线性太阳能光学镜上。

一个动力驱动装置可以与多个动力传输装置进行连接，一个动力传输装置可以与多个转轴、平行或弧或环或抛物线器件、线性太阳能光学镜进行连接。

线性跟踪系统由南北方向与东西方向两种跟踪方式，主要采用与地平面平行放置，根据在地球表面的不同的经度与纬度，优先选择与太阳光照射垂直或夹角最小的方向设置，太阳能线性聚焦光学镜焦线、太阳能光学镜的长度方向的对称轴线与地球自转轴平行，这样使得集热效率最高，太阳能线性聚焦光学镜的焦线选择下列方式之一进行放置：与地球自转轴平行、与地球自转轴平行夹角最小、与地面平行、与水平面平行，优选为与地球自转轴平行放置。

任何的可以线聚焦的光学镜都可以用于太阳能的采集，太阳能线性聚焦的光学镜选择自下列一种：

A、线性复合抛物面反射镜；

B、线性菲涅尔透镜或反射镜；

C、线性凹、凸透镜；

D、玻璃、金属、非金属的反射镜或者薄膜；

E、多镜系统，由多个平面的反射或投射镜组成的抛物面、复合抛物面或多个菲涅尔透镜或反射镜组成的多镜系统，共同聚焦于一个焦线区域。

由于采用太阳能利用设备不动、太阳能利用设备与太阳能镜同时运动、太阳能设备自己运动三种方式进行跟踪；特别是采用太阳能设备不动的跟踪方式，可以将任何的太阳能利用设备设置在此区域内，甚至可以将大重量的设备设置在焦线区域，在焦线与太阳能镜的焦距范围内，都可以设置太阳能利用设备，根据温度与空间等要求，可以选择任何不大于焦距的范围设置太阳能利用设备，通常太阳能利用设备可以选择自下列至少一种：

A、太阳能直接转化为电能的太阳能设备；如单晶硅、多晶硅、薄膜等将太阳能直接转换为电能的设备，由于其采用跟踪技术后可以降低成本，提高效率，因而可以将其设置在线聚焦的焦线区域内，从而可以实现太阳能的综合的利用。

B、将太阳能转化为热能的热管，或者在热管外部设置有真空管系统并且与热管进行密闭连接的热管真空管系统；

C、将太阳能转化为流体的热能流体换热器；或者在流体换热器外部设置有真空管系统并且与流体换热器进行密闭连接的流体换热器真空管系统。

任何形式的热管、换热器都可以实现对太阳能的采集以及利用，可以采用普通太阳能热水器的单通、双通的真空管以及在其内部设置的热管、换热管等实现太阳能的光热转换，也可以采用其他形式的光热转换器件实现太阳能的光热转换，但是由于普通的单通以及双通的真空管技术在中国具备产业基础和成本优势，可以选择耐高温的玻璃真空管实现光热转化。

D、太阳灶；

E、将太阳能转化为热能并且通过热能进行发电的设备；

F、太阳能干燥、裂解设备。

通过动力驱动系统(6)驱动动力传输机构，实现对太阳能的跟踪，采用的动力驱动装置，选自下列至少一种：

A、机械驱动器件；

B、相变驱动装置，采用密闭在一个空间的物质，随着温度的增大使其压力的增大，来推动运动机构，实现跟踪；

C、利用电能带动电机或液压装置驱动动力传输机构(10)来实现跟踪；

D、通过电或光的传感器的信号，通过比较不同部位的太阳能转化器件的电流、电压值和/或光亮度值，由计算机或单片机来调整电机(6)的运动实现的跟踪。

每组太阳能线性利用系统设置在一个地面区域上和/或一个建筑物的区域。可以分布的将每组太阳能线性利用系统设置在不同的区域，因而可以实现对太阳能利用系统的适合于区域、建筑物的特点和要求、不同的平面区域进行分别的布局，因而可以适合于城镇特别是城市内，根据不同的地点以及建筑进行选择的实现太阳能的利用。

多个太阳能线性利用系统的太阳能利用设备(1)通过热管系统(9)和/或强制循环流动的流体进行换热或者直接利用。

本实用新型选择的方案是实现本实用新型目的的优选方案，任何符合本实用新型的原理的方案和技术、产品，都是本实用新型的保护范围。

此种跟踪利用系统的优点为：

1、采用本实用新型公布的太阳能的跟踪利用系统，可以根据城镇的要土地情况进行分组的布置，可以因地制宜的进行太阳能的利用，减少了对土地平整度、宽度等一些列的要求，从而可以在城镇推广和应用太阳能聚焦利用技术；

2、减少器件的运动范围，减少跟踪的动力驱动部分的能耗，实现高效、高可靠、低成本的跟踪以及太阳能的利用。

3、可以便于实现阵列的太阳能的利用，实现不同的太阳能产品的高效的大规模的利用；

4、可以利用本实用新型的方案，实现利用热管技术实现高效的热能采集及传输，减少了系统的采集及传输热损；

5、本实用新型可以实现多种的太阳能利用，太阳能的发电、热电联产、蒸汽、供暖、制冷、热水、烹饪等，包括对大重量的设备的应用，克服了现有的槽式系统的载重小、可靠性差、应用范围有限的缺点。

6、可以适合于小型区域及家庭的综合利用，同时实现供暖、发电、烹饪、等多种应用，实现区域能源供应。

说明书附图

图一：多抛物线反射镜太阳能线跟踪及利用系统(侧视图)

图二：多菲涅尔反射镜跟踪及利用系统

图三：多菲涅尔反射镜跟踪阵列跟踪及利用系统

图中标号含义：

1：太阳能利用设备，2：太阳能线聚焦光学镜，3：太阳能镜支架，4：跟踪系统支架，5：转轴，6：动力驱动装置(电机)，7：齿轮，8：二次太阳能反射镜，9：动力传输系统，10：热管传热系统。

具体实施方式

实施例一：多抛物线反射镜太阳能线跟踪及利用系统

本图为一个侧视图，太阳能镜为四个抛物面反射镜(2)、太阳能利用设备(1)，太阳能镜支架等组成的一组太阳能利用系统；该系统设置在一个建筑物上，与建筑物进行一体化设计；太阳能利用设备(1)为一个热管，热管的外部设置有真空管进行保温盒隔热；热管设置在建筑物上并保持不动；抛物面镜设置在一个抛物线型的器件上(3)，在每一个抛物线镜上设置有一个转轴(5)，太阳能镜可以沿着转轴(5)进行转动，多个太阳能镜通过不同的运动实现对太阳能的跟踪，同时将太阳能光聚焦到热管上，四个抛物线镜采用同一个驱动系统，传递机构为齿轮组，不同的太阳能镜的齿轮齿数不同，从而可以采用不同的转速有驱动不同的太阳能镜进行运动。可以在不同的建筑物上设置分布的太阳能利用系统，从而可以实现在城镇进行太阳能的综合利用。

实施例二：多菲涅尔透射镜跟踪及利用系统

如图2所示，本例采用四个菲涅尔透射镜(2)为一组的实现太阳能跟踪；太阳能利用设备(1)为一个太阳能光伏与光热综合利用系统，单晶硅的太阳能电池板设置在真空管的内部，同时还设置有一个水冷装置为太阳能电池板提供散热装置，这样既可以实现聚焦光伏发电又可以实现热水的利用；四个菲涅尔反射镜固定在平面的矩形器件上(3)，动力驱动装置为一个电机(6)，动力传输装置为设置在每一个太阳能透镜转轴(5)上电机驱动的涡轮机构(6)，使得太阳能镜在圆环上进行转到；光伏电池设置在与地面保持固定的区域内，在太阳能跟踪过程中不动，这样的多组系统分布的不同的区域和建筑物上，实现分布的太阳能光伏和光热的综合的利用。

实施例三、多菲涅尔透射镜跟踪阵列跟踪及利用系统

本案例为在建筑物上设置的菲涅尔透射镜阵列跟踪系统，采用五个菲涅尔菲涅尔透射镜(2)，其转动轴固定设置在一个半圆环上(3)，每个菲涅尔透射镜可以沿着转轴(5)进行转动，动力驱动装置为一个电机，电机以及传动部分设置在与圆环的转轴部位；太阳能利用设置是一个真空管内部设置有金属的用于进行换热，三个真空管设置在一个半月圆环投射镜内实现二次聚焦，同时三个真空管的下面还设置有反射薄膜实现对投射的太阳光进行反射，这样可以实现多镜的太阳能热利用。将多个组的太阳能利用设置在不同的建筑及地面区域，就可以实现在城镇不同区域的太阳能线聚焦利用。

Claims (13)

1.一种太阳能分布式线性太阳能光学镜跟踪利用系统，至少有一个设置在一个圆柱区域的太阳能利用设备（1）、一个太阳能透镜（2）、一个跟踪系统（4），其特征是：至少一个太阳能利用设备设置、太阳能跟踪系统、线性太阳能光学镜、跟踪支架组成一组太阳能线性利用系统，多组太阳能线性利用系统分布在不同的区域，多组的太阳能利用设备可以相互连接共同构成太阳能线性利用系统。

2.根据权利要求1所述的太阳能分布式线性太阳能光学镜跟踪利用系统，其特征是：太阳能利用设备设置在线性太阳能光学镜的焦线区域，太阳能跟踪系统采用下列方式之一跟踪太阳运动：

A、太阳能利用设备与地面或建筑物固定连接，太阳能跟踪系统驱动一个或多个线性太阳能光学镜运动，并保持其焦线在运动过程中处于太阳能利用设备区域内；

B、线性太阳能光学镜与地面或建筑物固定连接，太阳能跟踪系统驱动线性太阳能利用设备运动，并保持其焦线在运动过程中处于太阳能利用设备区域内；

C、太阳能利用设备设置在线性太阳能光学镜的焦线区域内并进行固定连接，太阳能跟踪系统驱动太阳能利用设备设置及线性太阳能光学镜共同运动，使得线性太阳能光学镜保持与太阳光垂直或夹角最小。

3.根据权利要求1所述的太阳能分布式线性太阳能光学镜跟踪利用系统，其特征是：所述太阳能跟踪系统包括用于支撑线性太阳能光学镜或同时为线性太阳能光学镜的运动提供轨道的太阳能镜支架、用于支撑整个系统的跟踪支架、以及与驱动装置连接使线性太阳能光学镜运动的动力传输机构。

4.根据权利要求1或3所述的太阳能分布式线性太阳能光学镜跟踪利用系统，其特征是：多个线性太阳能光学镜共同聚焦于一个太阳能利用设备区域内，每个线性太阳能光学镜上设置有一个转轴，线性太阳能光学镜可以沿着转轴运动，多个转轴设置在同一个太阳能镜支架上。

5.根据权利要求3所述的太阳能分布式线性太阳能光学镜跟踪利用系统，其特征是：所述太阳能镜支架为至少两个设置在线性太阳能光学镜两端的平行、弧、环、抛物线型器件。

6.根据权利要求3所述的太阳能分布式线性太阳能光学镜跟踪利用系统，其特征是：太阳能镜支架上设置有动力驱动装置使得太阳能镜支架可以运动，从而驱动太阳能镜、转轴、支架运动。

7.根据权利要求2所述的太阳能分布式线性太阳能光学镜跟踪利用系统，其特征是：所述动力传输机构选择下列之一：齿轮机构（10）、链条机构、涡轮蜗杆机构、铰链机构。

8.根据权利要求1或3所述的太阳能分布式线性太阳能光学镜跟踪利用系统，其特征是：所述动力传输装置（10）一端与驱动装置进行连接，至少另一端设置在下列位置之一：

A、设置在每个太阳能镜的转轴上，通过转轴提供动力驱动太阳能镜转动，从而实现跟踪运动；

B、设置在线性太阳能光学镜两端的平行、弧、环、抛物线型器件上，驱动其运动；

C、设置在线性太阳能光学镜上；

一个动力驱动装置可以与多个动力传输装置进行连接，一个动力传输装置可以与多个转轴、平行或弧或环或抛物线器件、线性太阳能光学镜进行连接。

9.根据权利要求1或2所述的太阳能分布式线性太阳能光学镜跟踪利用系统，其特征是：线性太阳能光学镜的焦线选择下列方式之一进行放置：与地球自转轴平行、与地球自转轴平行夹角最小、与地面平行、与水平面平行。

10.根据权利要求1或2所述的太阳能分布式线性太阳能光学镜跟踪利用系统，其特征是：线性太阳能光学镜选择自下列一种：

A、线性复合抛物面反射镜；

B、线性菲涅尔透镜或反射镜；

C、线性凹、凸透镜；

D、玻璃、金属、非金属的反射镜或者薄膜；

E、多镜系统，由多个平面的反射或投射镜组成的抛物面、复合抛物面或多个菲涅尔透镜或反射镜组成的多镜系统，共同聚焦于一个焦线区域。

11.根据权利要求1或2所述的太阳能分布式线性太阳能光学镜跟踪利用系统，其特征是：太阳能利用设备为至少下列一种：

A、太阳能直接转化为电能的太阳能设备；

B、将太阳能转化为热能的热管，或者在热管外部设置有真空管系统并且与热管进行密闭连接的热管真空管系统；

C、将太阳能转化为流体的热能流体换热器；或者在流体换热器外部设置有真空管系统并且与流体换热器进行密闭连接的流体换热器真空管系统；

D、太阳灶；

E、将太阳能转化为热能并且通过热能进行发电的设备；

F、太阳能干燥、裂解设备。

12.根据权利要求1或2所述的太阳能分布式线性太阳能光学镜跟踪利用系统，其特征是：所采用的动力驱动装置，选自下列之一：

A、机械驱动器件；

B、相变驱动装置，采用密闭在一个空间的物质，随着温度的增大使其压力的增大，来推动运动机构，实现跟踪；

C、利用电能带动电机或液压装置驱动动力传输机构（10）来实现跟踪；

D、通过电或光的传感器的信号，通过比较不同部位的太阳能转化器件的电流、电压值和/或光亮度值，由计算机或单片机来调整电机（6）的运动实现的跟踪。

13.根据权利要求1或2所述的太阳能分布式线性太阳能光学镜跟踪利用系统，其特征是：每组太阳能线性利用系统设置在一个地面区域上和/或一个建筑物的区域，多组太阳能线性利用系统的太阳能利用设备（1）通过热管系统（9）和/或强制循环流动的流体进行换热或者直接利用。

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