CN201954774U - 一种两次反射的太阳能定点聚能的装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种两次反射的太阳能定点聚能的装置及系统，使含主、副反射镜的聚光机构，实时旋转或改变倾斜角度以使太阳光能够始终垂直入射，从而以最大的接收面积来汇聚光热能量至位于聚光机构二次反射焦点上的受热点；阳光经过主反射镜收集后反射至副反射镜，并由副反射镜进行二次反射后，聚焦在受热点上，来加热与受热点连接的集热管内输送的工作介质。由于受热点的空间位置在聚光机构随转追踪太阳时固定不变，该点聚焦方式能够获取很高的工作介质温度，并能够大大简化集热管的设计安装，因此可以在一太阳能聚能系统中，将若干集热管输出的高温介质收集后统一向外供热或分配给少数发电设备进行发电。

Description

一种两次反射的太阳能定点聚能的装置及系统

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能集热装置及系统，特别涉及一种两次反射的太阳能定点聚能的装置及由其构成的聚能系统。

背景技术

太阳能是一种极为丰富的清洁能源，取之不尽，用之不竭，地球每年接受的太阳能总量是世界年耗总能量的一万多倍。太阳能光热发电技术通过汇聚的太阳光来加热液体或气体的传热工作介质，该部分热量转换为机械能后，进一步转化为电能。因而，该太阳能光热发电技术是具有广阔应用前景的太阳能利用技术之一。

目前主流的太阳能光热发电技术有塔式、槽式、菲涅尔式和碟式四种。

其中，塔式光热发电系统包含在空旷地面上建立的一个集热塔，以及围绕集热塔设置的一定数量的定日镜；定日镜将太阳光聚集到集热塔，使其中传热的工作介质被加热到极高的温度进而产生高温蒸汽，推动汽轮机进行发电。虽然其可获得较高的工作介质温度，但大规模应用则需要占用大片土地；且定日镜距离集热塔动辄数百米甚至上千米，对定日镜的定位精度要求极高。

槽式光热发电系统，利用长条形的圆柱抛面镜，将太阳光反射到镜面焦线位置的集热管；菲涅尔式光热发电系统与之类似，以菲涅尔结构的凹面反射镜来替代所述圆柱抛面镜。槽式和菲涅尔式系统中，均是通过太阳能来加热集热管中工作介质，再将介质热量汇聚在一起后进行发电。然而，由于在追踪太阳的过程中无法让阳光垂直入射至反射面，造成能量的损失；而且，由于以线聚焦代替了点聚焦，需要加热整条集热管，造成受热点分散，难以获得很高的工作介质温度；另外，由于需要在高温高压下长期旋转，所述集热管的布置及连接往往需要精心设计，否则很容易发生接口开裂、管路破损等情况，而使其中的工作介质泄露，对整个装置的使用寿命和工作可靠性有很大影响。

蝶式光热发电系统，利用旋转抛物面反射镜独立进行定日跟踪，并将入射的太阳光聚焦到焦点上设置的小型的斯特林发电机直接进行发电。然而，由于收集的太阳能难以存储和集中，若每个系统收集的太阳能不够又难以使功率固定的斯特林发电机工作，因而集热效率不高；且众多小型的分散式电源的产生，给并网发电带来诸多不便。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种两次反射的太阳能定点聚能的装置及系统，能自动跟踪太阳使阳光垂直入射到主反射镜上，实现有效接收面积的最大化；再经过副反射镜二次反射太阳光，对焦点附近的集热管受热点进行集中加热，以获取较高的工作介质温度；使追踪过程中受热点位于焦点的空间位置不变，来简化集热管的设计安装。在聚能系统中，将若干集热装置的集热管输送的高热工作介质收集汇总后，向外集中供热或集中发电。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供一种两次反射的太阳能定点聚能的装置，其设置有包含主反射镜、副反射镜的聚光机构，其通过对太阳光随转追踪来汇聚光热能量；

还设置有受热点，其位于所述聚光机构二次反射的焦点上；所述受热点的该空间位置在所述聚光机构随转追踪的过程中固定不变；

所述副反射镜在所述主反射镜的反射路径上与其间隔设置；阳光经过所述主反射镜收集后反射至所述副反射镜，并由所述副反射镜进行二次反射后，聚焦在所述受热点上；

所述两次反射的太阳能定点聚能的装置，还包含与所述受热点连接的集热管，其内部设置有传热的工作介质；该工作介质通过聚焦在所述受热点上的太阳能来加热，并经由所述集热管向外输送。

所述两次反射的太阳能定点聚能的装置，还包含从下方支撑所述主反射镜的机械支撑及传动机构；所述机械支撑及传动机构的顶部设置有跟踪驱动单元，其控制所述主反射镜进行旋转或倾斜角度的改变，实现所述主反射镜对太阳光的随转追踪，使阳光垂直入射到所述主反射镜上。

所述主反射镜设置有反射凹面；所述副反射镜通过设置的支架固定安装在所述主反射镜的反射凹面上方，并在主反射镜对太阳随转追踪的过程中与其一起转动。

所述主反射镜上对应阳光二次反射的焦点位置开设有缺口；所述受热点穿设在主反射镜上该缺口位置，使进行太阳随转追踪时所述受热点的空间位置不变。

所述集热管穿设固定在所述机械支撑及传动机构中；所述受热点设置在该集热管的顶部。

一种太阳能聚能系统，包含若干两次反射的太阳能定点聚能的装置；

每个所述两次反射的太阳能定点聚能的装置，包含对太阳光随转追踪的主反射镜，与主反射镜一起转动并对其反射的阳光进行二次反射的副反射镜，以及位于所述主反射镜、副反射镜二次反射焦点上的受热点；所述受热点的该空间位置，在所述主反射镜、副反射镜随转追踪过程中固定不变；

每个所述两次反射的太阳能定点聚能的装置，还包含与所述受热点连接的集热管；通过聚焦在所述受热点的太阳能来加热所述集热管内流经的工作介质；

所述太阳能聚能系统中，还包含一热能集中机构，其与所述若干两次反射的太阳能定点聚能的装置的集热管输出端连接，接收并统一存储所述若干集热管中流出的经过加热的工作介质；所述热能集中机构将所述工作介质的热量向外部输出供热，或分配至与热能集中机构连接的若干发电设备进行发电。

本实用新型所述两次反射的太阳能定点聚能的装置及系统，其优点在于：本实用新型的每个集热装置中，由机械支撑及传动机构支撑聚光机构并使其主、副反射镜随转追踪太阳，保持阳光在主反射镜上垂直入射，使有效接收面积最大化。

相比现有槽式和菲涅尔式的光热发电系统的线聚焦，本实用新型中阳光经主、副反射镜两次反射后，对该二次反射焦点上的集热管受热点进行集中加热，通过该点聚焦方式能够获取很高的工作介质温度。由于所述受热点的空间位置在主、副反射镜追踪太阳的过程中固定不变，大大简化了集热管的设计安装。

本实用新型所述聚能系统中，将若干集热装置的集热管输送的高热工作介质进行收集汇总，再分配给少数发电设备进行发电，解决了现有蝶式光热发电系统发电电源分散的缺陷。

本实用新型所述两次反射的太阳能定点聚能的装置及系统，适用于构成太阳能集中供热或集中发电的系统，其应用规模可根据需要选择，既可用于大规模的光热发电或供热系统，又能够应用于如居民小区屋顶等小型场合。

附图说明

图1是本实用新型所述两次反射的太阳能定点聚能的装置的总体结构示意图；

图2是本实用新型所述太阳能聚能系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型所述两次反射的太阳能定点聚能的装置中，设置有包含主反射镜11、副反射镜12的聚光机构，以及设置在所述聚光机构的二次反射焦点上的集热管20受热点21。

所述聚光机构的主反射镜11是有聚焦功能的凹面反射镜，由其下方设置的一柱形的机械支撑及传动机构30支撑。该机械支撑及传动机构30的顶部设置有跟踪驱动单元31，可在设定的系统指令控制下，带动所述主反射镜11进行旋转或倾斜角度的改变，实现其对太阳光的随转追踪，使阳光能够垂直入射到主反射镜11的反射凹面上，以最大面积、最大效率地接收并反射太阳光。

所述副反射镜12通过支架121固定设置在主反射镜11的反射凹面上方，并在主反射镜11对太阳的追踪过程中一起转动。所述副反射镜12对由主反射镜11收集的阳光进行二次反射，使其聚焦在所述集热管20的受热点21上。可使用平面镜（图中未示出）、凸面镜（图1）或者凹面镜（图中未示出）构成所述副反射镜12，具体视聚焦要求而定。

所述集热管20穿设固定在机械支撑及传动机构30中，用于其内部传热工作介质的传输。所述主反射镜11上对应阳光二次反射的焦点附近开设有缺口，使位于集热管20顶部的所述受热点21，穿设在主反射镜11上该缺口位置。经主、副反射镜收集的阳光能量集中于受热点21这一小片区域，可将其中的工作介质加热到很高的温度。

所述集热管20应具有较好的保温性能，以减少高温的工作介质经集热管20输送时的热量损失。由于在主、副反射镜追踪太阳的过程中，所述受热点21的空间位置可固定不变，即始终保持在二次反射焦点上，大大简化了集热管20的设计安装。

配合参见图1、图2所示，若干个上述两次反射的太阳能定点聚能的装置，其各自的集热管20输出端连接至同一个热能集中机构40，构成一太阳能聚能系统。所述热能集中机构40将各集热管20输送的高温工作介质集中存储，并输出其收集的介质热量向外供热，或分配给外部少量的几个发电设备进行发电。该发电设备可以包含将热能转化为机械能的汽轮机，以及将机械能转化为电能的发电机。

综上所述，本实用新型所述两次反射的太阳能定点聚能的装置，由机械支撑及传动机构30支撑聚光机构并使其主、副反射镜随转追踪太阳，保持阳光在主反射镜11上垂直入射，使有效接收面积最大化。

相比现有槽式和菲涅尔式系统的线聚焦，本实用新型中阳光经主、副反射镜两次反射后，对该二次反射焦点上的集热管20受热点21进行集中加热，通过该点聚焦方式能够获取很高的工作介质温度。由于所述受热点21的空间位置在主、副反射镜追踪太阳的过程中固定不变，大大简化了集热管20的设计安装。

本实用新型所述太阳能聚能系统中，所述若干集热管输出高热的工作介质，其介质热量经过收集汇总后被分配给少数发电机进行发电，解决了现有蝶式光热发电系统发电电源分散的缺陷。

本实用新型所述两次反射的太阳能定点聚能的装置及系统，适用于构成太阳能集中供热或集中发电的系统，其应用规模可根据需要选择，既可用于大规模的光热发电或供热系统，又能够应用于如居民小区屋顶等小型场合。

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 (6)

1.一种两次反射的太阳能定点聚能的装置，其特征在于，设置有包含主反射镜（11）、副反射镜（12）的聚光机构，其通过对太阳光随转追踪来汇聚光热能量；

还设置有受热点（21），其位于所述聚光机构二次反射的焦点上；所述受热点（21）的该空间位置在所述聚光机构随转追踪的过程中固定不变；

所述副反射镜（12）在所述主反射镜（11）的反射路径上与其间隔设置；阳光经过所述主反射镜（11）收集后反射至所述副反射镜（12），并 由所述副反射镜（12）进行二次反射后，聚焦在所述受热点（21）上；

所述两次反射的太阳能定点聚能的装置，还包含与所述受热点（21）连接的集热管（20），其内部设置有传热的工作介质；该工作介质通过聚焦在所述受热点（21）上的太阳能来加热，并经由所述集热管（20）向外输送。

2.如权利要求1所述两次反射的太阳能定点聚能的装置，其特征在于，还包含从下方支撑所述主反射镜（11）的机械支撑及传动机构（30）；所述机械支撑及传动机构（30）的顶部设置有跟踪驱动单元（31），其控制所述主反射镜（11）进行旋转或倾斜角度的改变，实现所述主反射镜（11）对太阳光的随转追踪，使阳光垂直入射到所述主反射镜（11）上。

3.如权利要求2所述两次反射的太阳能定点聚能的装置，其特征在于，所述主反射镜（11）设置有反射凹面；所述副反射镜（12）通过设置的支架（121）固定安装在所述主反射镜（11）的反射凹面上方，并在主反射镜（11）对太阳随转追踪的过程中与其一起转动。

4.如权利要求3所述两次反射的太阳能定点聚能的装置，其特征在于，所述主反射镜（11）上对应阳光二次反射的焦点位置开设有缺口；所述受热点（21）穿设在主反射镜（11）上该缺口位置，使进行太阳随转追踪时所述受热点（21）的空间位置不变。

5.如权利要求4所述两次反射的太阳能定点聚能的装置，其特征在于，所述集热管（20）穿设固定在所述机械支撑及传动机构（30）中；所述受热点（21）设置在该集热管（20）的顶部。

6.一种太阳能聚能系统，其特征在于，包含若干两次反射的太阳能定点聚能的装置；

每个所述两次反射的太阳能定点聚能的装置，包含对太阳光随转追踪的主反射镜（11），与主反射镜（11）一起转动并对其反射的阳光进行二次反射的副反射镜（12），以及位于所述主反射镜（11）、副反射镜（12）二次反射焦点上的受热点（21）；所述受热点（21）的该空间位置，在所述主反射镜（11）、副反射镜（12）随转追踪过程中固定不变；

每个所述两次反射的太阳能定点聚能的装置，还包含与所述受热点（21）连接的集热管（20）；通过聚焦在所述受热点（21）的太阳能来加热所述集热管（20）内流经的工作介质；

所述太阳能聚能系统中，还包含一热能集中机构（40），其与所述若干两次反射的太阳能定点聚能的装置的集热管（20）输出端连接，接收并统一存储所述若干集热管（20）中流出的经过加热的工作介质；所述热能集中机构（40）将所述工作介质的热量向外部输出供热，或分配至与热能集中机构（40）连接的若干发电设备进行发电。

Images