CN201858044U - 一种反射阳光聚焦同步跟踪式外燃机发电系统 - Google Patents

Abstract

一种反射阳光聚焦同步跟踪式外燃机发电系统，包含支撑单元和分别与支撑单元连接的反光聚焦单元及能量转换单元，将反光聚焦单元收集的太阳能，通过能量转换单元转换成为电能。通过两个伺服电机的联动，分别驱动方位角和方向角，保证了镜面能在全年对阳光自动随转追踪，以实现最大效率地收集和反射太阳光热。通过在多个镜面的统一聚焦点上设置启动发电一体的斯特林发电系统，减小了支持桁架上布置能量转换单元所需的空间，通过斯特林外燃机将镜面反射的太阳光热转换成机械能，由连接的发电机转化成电能。由于所有零部件均为机械加工生产，耗电量小，且系统光电转化效率高，是一种能做到全生命周期中零碳气体排放和低污染物排放的清洁能源系统。

Description

一种反射阳光聚焦同步跟踪式外燃机发电系统

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能发电系统，特别涉及一种反射阳光聚焦同步跟踪式外燃机发电系统。

背景技术

目前大多数的太阳能发电是以单晶硅和多晶硅作为载体，来进行光伏发电。但是，在单晶硅和多晶硅的提炼过程中会消耗大量的电能，并且排放大量污染物。而在光伏板的生产过程中消耗的电力和其使用的生命周期中发出的电力不相上下。这样，实际上并没有达到合理利用太阳能的目的。

而近年来产生的镜面聚焦式太阳能装置，大部分只是简单的利用光热来加热物体，这样并没有达到真正发电的效果，也不能实现对能源的异地传输，无法解决野外或其他不方便进行远距离输电的地方的用电问题。

为了有效利用镜面聚焦反射的太阳光热，理论上可以通过在镜面的聚焦点上加热设置的斯特林外燃机来实现能量的转换。斯特林外燃机是闭循环活塞式外燃机，一般将其封闭气缸的一端设为热端，其中设置有连接连杆的热端活塞；另一端设为冷端，设置有连接连杆的冷端活塞，气体能在冷端与热端间流动，作为工作介质间接参与能量转换。斯特林外燃机中的封闭气体在冷端与热端不同的温度环境下转换，通过气体热胀冷缩的体积变化推动活塞做功，使两个活塞的往复运动分别带动与连杆连接的曲轴做循环旋转的运动，将太阳光热转化成机械旋转的运动。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种反射阳光聚焦同步跟踪式外燃机发电系统，通过应用该清洁能源技术，降低光电转换装置的生产过程中气体液体污染物的排放；同时能够充分利用太阳能发电，提高光电转换的效率，并适用于电力的远距离传输。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供一种反射阳光聚焦同步跟踪式外燃机发电系统，其特征在于，包含支撑单元和分别与上述支撑单元连接的反光聚焦单元及能量转换单元，将上述反光聚焦单元收集的太阳能，通过上述能量转换单元转换成为电能。

上述支撑单元包含基座、镜面支架和支持桁架；上述支持桁架一端与上述反光聚焦单元的镜面连接，另一端与上述能量转换单元连接。

上述反光聚焦单元是包含多个镜面的反光镜，其上面设置有一缺口；上述多个镜面背面设置有上述镜面支架，用于固定上述多个镜面的相对位置使其具有统一的聚焦点。

上述支撑单元的基座一端穿过上述反光聚焦单元的缺口固定设置在地面上，另一端与上述支持桁架的中部连接。

上述的反射阳光聚焦同步跟踪式外燃机发电系统，还包含与上述支撑单元连接的驱动单元，其通过驱动上述支持桁架，带动与上述支持桁架连接的反光聚焦单元动作。

上述的反射阳光聚焦同步跟踪式外燃机发电系统，上述驱动单元是若干伺服电机，设置在上述支撑单元的支持桁架与基座连接的位置，分别驱动上述反光聚焦单元在方位角和方向角的自由度上旋转。

上述能量转换单元包含依次设置的发动机和发电机；上述发动机的输出端与上述发电机通过同轴输出方式或是齿轮驱动输出方式连接。

上述能量转换单元的发动机是斯特林外燃机；电机可以通过电路和芯片的控制在启动外燃机时用作启动电机，在实现外燃机正常工作时用作发电机。

上述斯特林外燃机通过封闭气体热胀冷缩的体积变化推动活塞做功，将太阳光热转化成机械能，再通过上述发电机将机械能转换成电能。

上述斯特林外燃机的气缸热端通过上述支撑单元的支持桁架设置在上述反光聚焦单元多个镜面的统一聚焦点上，通过上述反光聚焦单元反射的太阳光热使气缸热端的封闭气体受热膨胀。

本实用新型提供的反射阳光聚焦同步跟踪式外燃机发电系统，与现有技术相比，其优点在于：本实用新型通过两个伺服电机的联动，分别驱动反光聚焦单元的方位角和方向角，保证了反光聚焦单元的多个镜面能在全年对阳光的自动随转追踪，以实现最大效率地收集和反射太阳光热。

本发明由于在能量转换单元设置了启动发电一体的斯特林发电系统，减小了支持桁架上布置能量转换单元所需的空间。通过在反光聚焦单元的多个镜面的统一聚焦点上设置斯特林外燃机的热端及在冷端使用风冷冷却，有效地将镜面反射的太阳光热转换成机械能；再由连接的发电机将机械能转换成电能，并在变压整流后异地输送作为工厂或居民的直接用电。

由于本发明涉及的发电系统的所有零部件在生产过程中均为机械加工，耗电量小，因而能做到在生产过程中碳气体和液体污染物的低排放，是能适合于大规模应用的清洁能源系统。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种反射阳光聚焦同步跟踪式外燃机发电系统的总体结构示意图。

具体实施方式

请参见图1所示，本发明提供的一种镜面聚焦自动随转式太阳能外燃机发电系统，包含支撑单元10，和通过支撑单元10连接并固定相对位置的反光聚焦单元20、驱动单元30和能量转换单元40。由驱动单元30控制使反光聚焦单元20随太阳方向旋转以收集太阳能，并通过能量转换单元40将太阳能转换成为电能后传输。

反光聚焦单元20是由多个大小不同的镜面21形成的一个大型旋转抛物面反光镜。在反光聚焦单元20的多个镜面21背面还设置有支撑单元10的镜面支架12，用于固定相对位置使所有镜面21的聚焦点统一；同时在多个镜面21构成的反光聚焦单元20上形成一个缺口，使反光聚焦单元20呈C字形，以使支撑单元10的基座11能够穿过该缺口固定设置在地面。

上述支撑单元10的基座11，在地面的位置固定不变用来支撑整个系统。基座11的另一端与支撑单元10的支持桁架13的中部连接，该支持桁架13一端与反光聚焦单元20的镜面21中心连接，另一端与能量转换单元40连接。

在基座11与支持桁架13的连接位置设置有驱动单元30，在设定的程序下通过控制支持桁架13的运动，带动反光聚焦单元20的镜面21沿缺口中的基座11转动以追寻阳光直射的方向。该驱动单元30包含两个伺服电机，分别驱动反光聚焦单元20在两个自由度的旋转，其中一个伺服电机针对反光聚焦单元20的方向角驱动，改变整个系统的方向以实现在同一天内对阳光直射角度的追踪；另一个伺服电机进行反光聚焦单元20的方位角驱动，针对不同的日期调整整个系统和地平面的倾斜角度；通过两个伺服电机的联动驱动保证了反光聚焦单元20在全年对阳光的随转追踪，以实现最大效率地收集和反射光热。

能量转换单元40通过与支持桁架13的固定连接，设置在反光聚焦单元20的多个镜面21统一的聚焦点上。能量转换单元40包含发动机和发电机，上述发动机的输出端与发电机通过同轴输出方式或是齿轮驱动输出方式连接。

在本实施例中能量转换单元40具体是在启动和发电中采用同一电机的斯特林外燃机和发电机，在斯特林外燃机启动时，上述电机作为电动机工作来带动发动机启动；斯特林外燃机启动后，上述电机作为发电机工作。由于使用了上述启动发电一体式电机，能量转换单元40能在启动、发电两种工作状态间切换，同时减小了支持桁架13上布置能量转换单元40所需的空间。

具体的是将斯特林外燃机的气缸热端放置在上述反光聚焦单元20的多个镜面21统一的聚焦点上，通过镜面21反射的太阳光热使气缸热端的封闭气体受热膨胀；而在气缸冷端直接使用风冷方式冷却，使得能量转换单元40的结构进一步简化，因而能减小对本发明的发电系统设置地域限制。

斯特林外燃机的封闭气体在气缸冷端与热端不同的温度环境下转换，通过气体热胀冷缩的体积变化分别推动热端或冷端的活塞做功，并带动连接的若干连杆进行往复运动，使与连杆连接的曲轴做循环旋转的运动，将太阳光热转化成机械旋转的运动，再通过能量转换单元40的发电机将旋转运动的机械能转换成电能。根据不同的用电需求，能将发电机产生的电能进一步转换成交流或直流电能，使通过变压整流后的电能能够异地输送作为工厂或居民区的直接用电。

由于本发明中涉及的镜面聚焦自动随转式太阳能外燃机发电系统的所有零部件在生产过程中均为机械加工，耗电量小，因而能做到在生产过程中碳气体和液体污染物的低排放，是能适合于大规模应用的清洁能源系统。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种反射阳光聚焦同步跟踪式外燃机发电系统，其特征在于，包含支撑单元(10)和分别与所述支撑单元(10)连接的反光聚焦单元(20)及能量转换单元(40)，将所述反光聚焦单元(20)收集的太阳能，通过所述能量转换单元(40)转换成为电能。

2.如权利要求1所述的反射阳光聚焦同步跟踪式外燃机发电系统，其特征在于，所述支撑单元(10)包含基座(11)、镜面支架(12)和支持桁架(13)；所述支持桁架(13)一端与所述反光聚焦单元(20)的镜面(21)连接，另一端与所述能量转换单元(40)连接。

3.如权利要求2所述的反射阳光聚焦同步跟踪式外燃机发电系统，其特征在于，所述反光聚焦单元(20)是包含多个镜面(21)的反光镜，其上面设置有一缺口；所述多个镜面(21)背面设置有所述镜面支架(12)，用于固定所述多个镜面(21)的相对位置使其具有统一的聚焦点。

4.如权利要求3所述的反射阳光聚焦同步跟踪式外燃机发电系统，其特征在于，所述支撑单元(10)的基座(11)一端穿过所述反光聚焦单元(20)的缺口固定设置在地面上，另一端与所述支持桁架(13)的中部连接。

5.如权利要求2所述的反射阳光聚焦同步跟踪式外燃机发电系统，其特征在于，还包含与所述支撑单元(10)连接的驱动单元(30)，其通过驱动所述支持桁架(13)，带动与所述支持桁架(13)连接的反光聚焦单元(20)动作。

6.如权利要求5所述的反射阳光聚焦同步跟踪式外燃机发电系统，其特征在于，所述驱动单元(30)是若干伺服电机，设置在所述支撑单元(10)的支持桁架(13)与基座(11)连接的位置，分别驱动所述反光聚焦单元(20)在方位角和方向角的自由度上旋转。 

7.如权利要求3所述的反射阳光聚焦同步跟踪式外燃机发电系统，其特征在于，所述能量转换单元(40)包含依次设置的发动机和发电机；所述发动机的输出端与所述发电机通过同轴输出方式或是齿轮驱动输出方式连接。

8.如权利要求7所述的反射阳光聚焦同步跟踪式外燃机发电系统，其特征在于，所述能量转换单元(40)的发动机是斯特林外燃机；电机可以通过电路和芯片的控制在启动外燃机时用作启动电机，在实现外燃机正常工作时用作发电机。

9.如权利要求7所述的反射阳光聚焦同步跟踪式外燃机发电系统，其特征在于，能量转换单元包含有将热能转化为机械能的斯特林外燃机，和将机械能转化为电能的电机。

10.如权利要求8或9所述的反射阳光聚焦同步跟踪式外燃机发电系统，其特征在于，所述斯特林外燃机的气缸热端通过所述支撑单元(10)的支持桁架(13)设置在所述反光聚焦单元(20)多个镜面(21)的统一聚焦点上。