CN202628412U - 地平式太阳能碟式聚光系统及应用其的太阳能发电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种地平式太阳能碟式聚光系统及应用的发电系统，该地平式太阳能碟式聚光系统包括：聚光反射镜片系统、背部支架、斯特林发动机支架、太阳双轴跟踪装置、支撑立柱及电气控制系统，其中，所述聚光反射镜片系统，呈扇形分割，由多个扇形聚光反射镜片组拼接成一旋转抛物面结构；所述背部支架，支撑并安装所述聚光反射镜片系统；所述斯特林发动机支架，固定连接所述背部支架；所述太阳双轴跟踪装置，安装于所述支撑立柱的顶部，并连接所述背部支架；所述支撑立柱，固定于地基上；电气控制系统，电性连接所述太阳双轴跟踪装置控制所述地平式太阳能碟式聚光系统的运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及本发明涉及光热发电技术领域，特别涉及一种地平式太阳能碟式聚光系统。
背景技术
太阳能热发电技术是最有前途的可再生能源发电方式，可再生能源发电对世界能源供给的贡献会不断增加，太阳能热发电是太阳能利用中的重要项目，它最有可能跟风力发电、水力发电一样产生能与化石燃料经济上相竞争的大量电能。但是丰富的太阳能资源是风能和水利资源所不可比拟的，风能和可利用的淡水水利资源非常有限，今后即使全部利用也不能提供人类经济发展对能源的需要；而从太阳辐射向地球的能量，即使被地球磁场阻止和大气层、臭氧层的吸收发散三次阻隔之后，穿过大气到达地球陆地表面的能量仍然高达十几万亿千瓦，它相当于目前全世界一年内消耗的各种能源所产生的总能量的3.5万多倍，这还不包括辐射在海洋上的能量，只要利用极少的一部分（世界沙漠面积的1%）用来发电就足够世界能源的消费，太阳能利用才是解决入类对能源需求的最终归宿。在利用太阳能发电的应用中，主要可以分为以太阳能电池为代表的太阳能光伏发电系统和太阳能热发电系统。太阳能光伏发电系统主要是利用硅板材料直接将太阳能转化成电能的技术，由于其不易建成大规模的太阳能发电站，且材料成本高，还有最近研究表明的太阳能电池二次污染的问题，使太阳能光伏发电系统的应用领域受到了限制。从真正意义上实现大规模的太阳能发电，只有依靠太阳能热发电技术。太阳能热发电，是指利用聚光器捕获并聚集太阳辐射，并发送至接收器然后驱动传统的热机（如汽轮机、燃气轮机、斯特林机等）来产生电能的一门综合性高新技术，涉及太阳能利用、蓄能、新型材料、高效汽轮机技术和自动控制等问题，不少国家已投入大量的人力物力。太阳能热发电是一个非常有前景的新技术。太阳能热电转换原理被人类认识已有一个世纪的历史，然而直到二十一世纪才出现了这项技术的商业化应用，美国南加利福尼亚九个太阳能槽式热发电站的建成和成功运行已经证明了这项技术的技术和经济前景。太阳能聚光高温热发电是一种最适合能够产生大量电能，减少环境污染和化石能源消耗的可再生能源发电技术。从聚光高温太阳能热发电系统污染物排放和对陆地表面的全生命周期评估表明太阳能高温热发电对于减少温室气体和其他污染物排放是非常理想的，同时对环境也不会产生其他不利影响。据估算每平方米聚光器产生电能每年可以减少200～300kg温室气体的排放。如果聚光高温太阳能热发电系统的寿命按25到30年计算，在整个生命周期内每平方米聚光器产生电能可以减少5-9吨的温室气体排放。另外，30年系统报废之后，该系统的大部分材料还可回收处理，用于新的发电系统。
太阳能热发电系统主要包括四个基本部分：聚光器、吸热器、热传输及蓄热系统和电力转换设备，按照聚光器形式的不同，目前最有前途的太阳能热发电技术可分为槽式、塔式和碟式三种。
碟式系统具有以下优势：（1）分布灵活，对场地要求小，既可组成分布式小规模发电，也可以组成系统大规模并网发电。（2）碟式系统采用双轴驱动，聚光性能好，投电效率高。碟式系统聚光比高达2000以上，可以将气体工质加热到1000℃以上，与结构复杂的塔式系统相当，远远高于槽式系统（400-500℃），目前碟式系统是太阳能热发电效率最高的。（3）结构简单，科研攻关方向明确。碟式太阳能发电系统主要由聚光器、吸热器和斯特林发电机组成，可以单独对这三个方而进行攻关研究。（4）成本降低潜力最大。在前三种太阳能热发电系统中，碟式系统的成本降低潜力是最大的。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种地平式太阳能碟式聚光系统。
为达到上述目的，本实用新型提供的地平式太阳能碟式聚光系统包括：聚光反射镜片系统、背部支架、斯特林发动机支架、太阳双轴跟踪装置、支撑立柱及电气控制系统，其中，所述聚光反射镜片系统，呈扇形分割，由多个扇形聚光反射镜片组拼接成一旋转抛物面结构；所述背部支架，支撑并安装所述聚光反射镜片系统；所述斯特林发动机支架，固定连接所述背部支架；所述太阳双轴跟踪装置，安装于所述支撑立柱的顶部，并连接所述背部支架；所述支撑立柱，固定于地基上；电气控制系统，电性连接所述太阳双轴跟踪装置控制所述地平式太阳能碟式聚光系统的运行。
上述地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，每个所述扇形聚光反射镜片组进一步包括：反射镜片，镜片背板和背板骨架。
上述地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，每个所述扇形聚光反射镜片组的反射镜片是由八块镜片呈对称分布粘贴于所述镜片背板上。
上述地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，镜片背板和背板骨架是由钢板组成，通过焊接使镜片背板和背板骨架连接到一起。
上述地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，所述背部支架进一步包括背部横梁、背部纵梁、中间连接轮毂和拉筋，其中，所述背部横梁由多组环形结构梁组成，所述背部纵梁为多根，多根纵梁呈辐射状连接所述中间连接轮毂；所述拉筋将所述背部横梁和所述背部纵梁通过三角连接固定在一起。
上述地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，所述背部横梁、背部纵梁和拉筋均采用C型钢加工制造。
上述地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，所述中间连接轮毂整体成一个封闭的中间为U型缺口的圆筒。
上述地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，所述背部纵梁采用双层梁结构，单个纵梁呈抛物线形状，上下纵梁之间通过C型钢的三角连接构成一组纵梁，由多个单组纵梁就构成背部纵梁。
上述地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，所述太阳双轴跟踪装置包括水平驱动装置和仰俯驱动装置，其中，所述水平驱动装置采用涡轮蜗杆结构，所述仰俯驱动装置采用推杆式仰俯驱动。
上述地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，所述水平驱动装置根据当地太阳的运动轨迹在0-360°的范围内水平运动；所述仰俯驱动装置根据当地太阳的运动轨迹在-20-90°的范围内垂直运动。
上述地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，所述斯特林发动机支架是由四根方形钢通过拉筋组成一个变截面的直梁形式，并在其一端设有一放置换热或者热电转换装置的坡形结构支架，所述斯特林发动机支架的另一端端面呈梯形结构。
上述地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，所述支撑立柱采用变截面的锥形管状圆筒，其上部和下部分别开有电气线缆口，下部焊接有放置电气控制系统的支架。
本发明进一步提供了一种采用上述地平式太阳能碟式聚光系统的太阳能发电系统。
与现有技术相比，本实用新型采用由横梁、纵梁、拉筋及连接轮毂构成的背部支架大大加强了抗风载能力及抗变形能力；其采用斯特林发动机支架采用变截面的直梁形式，减少了斯特林的支架对太阳反射光的影响，大大提高了整个系统效率。其采用的支撑立柱采用变截面的锥形立柱减小了支撑立柱的尺寸，进而减少了对立柱材料的浪费。
以下结合附图对本实用新型进一步的描述，仅为说明性的实施方式，并不为本实用新型的限制。
附图说明
图1为本实用新型地平式太阳能碟市聚光系统的结构示意图；
图2为本实用新型聚光反射镜片系统示意图；
图3为本实用新型背部支架示意图；
图4为本实用新型太阳双轴跟踪装置示意图；
图5为本实用新型斯特林发动机支架示意图；
图6为本实用新型支撑立柱示意图。
具体实施方式
藉由以下较佳实施例的详细描述，将可进一步了解本实用新型所述的方法及构造的特征及好处。
参考图1，本实用新型提供的地平式太阳能碟式聚光系统1，包括：聚光反射镜片系统2、背部支架3、太阳双轴跟踪装置4、斯特林发动机支架5、支撑立柱6及电气控制系统7.
其中，聚光反射镜片系统2，参考图2，作用在于反射并聚集由太阳发出的平行太阳光线于焦点，其呈扇形分割，由多个扇形聚光反射镜片组拼接成一旋转抛物面结构，每个扇形聚光反射镜片系统2进一步包括：反射镜片21，镜片背板22和背板骨架23。反射镜片21是由八块镜片呈对称分布组成，通过胶粘贴于镜片背板22上，镜片背板22和背板骨架23是由钢板组成，通过焊接使镜片背板22和背板骨架23连接到一起。
参考图3，背部支架3，作用在于支撑整个聚光反射镜片系统2并起到定型整个地平式太阳能碟式聚光系统1旋转抛物面的形状。该背部支架3进一步包括背部横梁31、背部纵梁32、中间连接轮毂33和拉筋34。其中，背部横梁31、背部纵梁32和拉筋34均采用C型钢加工制造，背部纵梁31采用双层梁结构，单个纵梁的加工形式呈抛物线形，上下纵梁通过之间C型钢的三角连接构成一组纵梁，由多个单组纵梁就构成整个构成背部纵梁32。背部横梁31是由多组环形结构梁组成，背部横梁31的作用在于将整个背部纵梁32连接到了一起并起到连接整个聚光反射镜片系统2的作用；中间连接轮毂33整体呈一个封闭的中间为U型缺口的圆筒，连接整个背部横梁31与中心，增强整个背部支架3的抗拉能力；拉筋34的主要作用在于将背部横梁31和背部纵梁32通过三角连接固定在一起，使整个桁架抗风载能力大大加强；中间轮毂33通过螺栓连接背部纵梁32，整个背部纵梁32呈辐射状连接中间连接轮毂33，作用在于加强整个背部支架系统的抗变形能力和抗风载能力。
如图4，太阳双轴跟踪装置4，安装于支撑立柱6的顶部，并连接背部支架3；该太阳双轴支撑装置4包括水平驱动装置41和仰俯驱动装置42，其中，水平驱动装置41采用涡轮蜗杆结构，仰俯驱动装置42采用推杆式仰俯驱动，水平驱动装置41可根据当地太阳的运动轨迹在0-360°的范围内水平运动；该仰俯驱动装置42可根据当地太阳的运动轨迹在-20-90°的范围内垂直运动。该太阳双轴跟踪装置4作用在于通过水平驱动装置41和仰俯驱动装置42通过电气控制系统7发出的指令实时跟踪太阳的运动轨迹并实时使整个地平式太阳能碟式聚光系统1的主光轴与太阳入射光线保持平行。
斯特林发动机支架5，如图5，是由四根方形钢51通过拉筋52组成一个变截面的直梁形式，并在其一端设有一放置换热或者热电转换装置的坡形结构支架53，其另一端的端面呈梯形结构。其作用在于支撑热电转化装置斯特林发动机，当然也可以支撑其他用途的换热或者热电转化装置，采用变截面的直梁形式减少了斯特林的支架系统5对太阳反射光的影响，大大提高了整个系统效率。
支撑立柱6，如图6，其固定于地基上，作用在于支撑整个地平式太阳能碟式聚光系统1的上端部分，该支撑立柱6采用变截面的锥形管状圆筒61，其上部和下部分别开有电气线缆口62，下部焊接有放置电气控制系统7的支架63。用变截面的锥形管状圆筒立柱减小了支撑立柱6的尺寸，并减少了对立柱材料的浪费。
电气控制系统7，电性连接太阳双轴跟踪装置，通过多方位的传感器接收信号，控制太阳双轴跟踪装置4的动作形式，进而控制地平式太阳能碟式聚光系统的运行。
下面进一步描述本实用新型的工程实施方式：本实用新型的包括聚光反射镜片系统2、背部支架3、太阳双轴跟踪装置4、斯特林发动机支架5，支撑立柱6和电气控制系统7。本地平式太阳能碟式聚光系统1由上述七个子系统拼接而成，七个子系统都是以模块化的方式进行加工生产，组装成为一个独立的子模块，最后通过整体组装成为整个地平式太阳能碟式聚光系统1。具体实施步骤如下：
1）在安装位置打下安装地基，留出地脚螺栓；
2）将支撑立柱6与太阳双轴跟踪装置4通过螺栓连接组装到一起；
3）将支撑立柱6与太阳双轴跟踪装置4组装后通过支撑立柱6底部地脚螺栓与地基连接到一起；
4）将聚光反射镜片系统2、背部支架3和斯特林发动机支架5通过螺栓连接组装到一起；
5）将聚光反射镜片系统2、背部支架3和斯特林发动机支架5通过螺栓连接组装到一起后吊装到支撑立柱6的顶部并与太阳双轴跟踪装置4的水平驱动装置和仰俯驱动装置通过螺栓连接到一起；
6）最后将电气控制系统和线缆安装在支撑立柱6的电气系统支架上。
本实用新型的地平式太阳能碟式聚光系统的主要工作过程为：初始阶段当太阳小于一定的太阳高度角，地平式太阳能碟式聚光系统处于预备阶段处于不动，当太阳升到一定高度，通过太阳运行轨迹的时间跟踪与太阳光线强弱的光跟踪，太阳双轴跟踪装置对准太阳，使太阳光与地平式太阳能碟式聚光系统主光轴平行，达到对正。太阳光通过聚光反射镜片系统反射汇聚在整个碟片系统旋转抛物面的焦点上，这是整个地平式太阳能碟式聚光系统的主要工作过程。
本说明书虽然已通过举例方式在附图中描述了本发明的具体实施方式，并在本文中对其作了详细的说明，但是本实用新型还允许有各种修改和替换形式。本实用新型的附图内容可为不等比例，附图及其详细的描述仅为特定型式的揭露，并不为本实用新型的限制，相反的，依据权利要求保护范围的精神和范围内进行修改、均等构件及其置换皆为本实用新型所涵盖的范围。
Claims (13)
1.一种地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，包括：聚光反射镜片系统、背部支架、斯特林发动机支架、太阳双轴跟踪装置、支撑立柱及电气控制系统，其中，所述聚光反射镜片系统，呈扇形分割，由多个扇形聚光反射镜片组拼接成一旋转抛物面结构；所述背部支架，支撑并安装所述聚光反射镜片系统；所述斯特林发动机支架，固定连接所述背部支架；所述太阳双轴跟踪装置，安装于所述支撑立柱的顶部，并连接所述背部支架；所述支撑立柱，固定于地基上；所述电气控制系统，电性连接所述太阳双轴跟踪装置控制所述地平式太阳能碟式聚光系统的运行。
2.根据权利要求1所述的地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，每个所述扇形聚光反射镜片组进一步包括：反射镜片，镜片背板和背板骨架，所述反射镜片固定于所述镜片背板上，所述镜片背板固定于所述背板骨架上。
3.根据权利要求2所述的地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，每个所述扇形聚光反射镜片组的反射镜片是由八块镜片呈对称分布粘贴于所述镜片背板上。
4.根据权利要求2所述的地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，所述镜片背板和背板骨架是由钢板组成，通过焊接使镜片背板和背板骨架连接到一起。
5.根据权利要求1所述的地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，所述背部支架进一步包括背部横梁、背部纵梁、中间连接轮毂和拉筋，其中，所述背部横梁由多组环形结构梁组成，所述背部纵梁为多根，多根纵梁呈辐射状连接所述中间连接轮毂；所述拉筋将所述背部横梁和所述背部纵梁通过三角连接固定在一起。
6.根据权利要求5所述的地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，所述背部横梁、背部纵梁和拉筋均采用C型钢加工制造。
7.根据权利要求5所述的地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，所述中间连接轮毂整体呈一个封闭的中间为U型缺口的圆筒。
8.根据权利要求5所述的地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，所述背部纵梁采用双层梁结构，单个纵梁呈抛物线形状，上下纵梁之间通过C型钢的三角连接构成一组纵梁，由多个单组纵梁构成所述背部纵梁。
9.根据权利要求1所述的地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，所述太阳双轴跟踪装置包括水平驱动装置和仰俯驱动装置，其中，所述水平驱动装置采用涡轮蜗杆结构，所述仰俯驱动装置采用推杆式仰俯驱动。
10.根据权利要求1所述的地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，所述水平驱动装置根据当地太阳的运动轨迹在0-360°的范围内水平运动；所述仰俯驱动装置根据当地太阳的运动轨迹在-20-90°的范围内垂直运动。
11.根据权利要求1所述的地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，所述斯特林发动机支架是由四根方形钢通过拉筋组成一个变截面的直梁形式，并在其一端设有一放置换热或者热电转换装置的坡形结构支架，所述斯特林发动机支架的另一端的端面呈梯形结构。
12.根据权利要求1所述的地平式太阳能碟式聚光系统，其特征在于，所述支撑立柱采用变截面的锥形管状圆筒，其上部和下部分别开有电气线缆口，下部焊接有放置电气控制系统的支架。
13.一种太阳能发电系统，其特征在于，包括上述权利要求1-12中任一项所述的地平式太阳能碟式聚光系统。
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Date of cancellation: 20190801 Granted publication date: 20121226 Pledgee: Li Zhian Pledgor: Dalian Great Ocean New Energy Development Co., Ltd. Registration number: 2014990000022 |
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Granted publication date: 20121226 Termination date: 20200510 |
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