CN207849791U - 一种新型碟式聚光镜结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于碟式太阳能碟镜结构领域，具体涉及一种新型碟式聚光镜结构，包括立柱、回转机构、支架、背板、聚光镜和吸热器，立柱和背板通过回转机构连接，回转机构带动背板追踪阳光；背板包括圆形底板和固定于底板上若干圈镜片座，镜片座设置有一环形弧面，环形弧面的轴切面为抛物线的一部分；聚光镜由若干镜片组成，镜片紧密贴合在所述的环形弧面上，环形弧面使垂直于底板方向入射的光经所述的镜片反射均汇聚至焦点位置，焦点与所述的吸热器位置相同。本实用新型的聚光镜由不同环的镜片排布而成，每一环的镜面由多个形状相同的镜面紧密排布组成，同一环的镜片仅需要同一套模具即可制成，简化了生产流程，提高了聚光效率。

Description

一种新型碟式聚光镜结构

技术领域

本实用新型属于碟式太阳能碟镜结构领域，具体涉及一种新型碟式聚光镜结构。

背景技术

光热发电是国家支持推动的新能源技术，常见的光热电站聚光技术方向有塔式聚光方式、槽式聚光方式、菲涅尔式聚光方式、碟式聚光方式，本发明是在碟式聚光镜技术的基础上，参考和吸收了菲涅尔式聚光技术的优点，将两种技术进行融合和进一步的改善，形成了一种新型碟式聚光镜结构。

塔式聚光技术由一个大型的吸热塔和大量聚光镜组成，聚光镜分布在地面上，所有聚光镜分别跟踪太阳，将阳光反射、聚焦到吸热塔顶，聚光镜多是方形平面形状。

槽式和菲涅尔式聚光技术的吸热器为长管道形式，槽式的聚光镜为长圆弧形，圆弧形镜片的聚光焦点为吸热器管道；菲涅尔式聚光镜由平铺在地面上，平行排布，不同倾角的长平板型或长圆弧形镜片组成，平行排布的镜片各自角度经过计算，分别将太阳光反射聚焦到吸热器管道上。

碟式聚光技术的聚光镜为一个独立的碟式聚光镜，安装在独立的立柱上，对太阳的高度角和方位角进行两个方位的跟踪，碟镜焦平面垂直于阳光直射方向，将阳光聚焦到碟镜中心处伸出的支撑臂上的吸热器处，吸热器位置和碟镜镜片弧度经过计算，保证吸热器位于碟镜聚焦焦点处，现有的碟式聚光镜背板为具有一定曲率的凹形结构，大量聚光镜片粘贴在背板的凹面区，组成一大型凹面镜。

塔式聚光技术的吸热器为固定的吸热塔，聚光镜需要和阳光直射方向形成一定角度方可将阳光反射到吸热塔相应位置，即存在“余弦损失”；槽式和菲涅尔式的聚光镜沿固定方向铺设，仅能对太阳进行单轴跟踪，也存在明显的对太阳能利用的损失；碟式聚光技术对太阳进行双轴跟踪，碟镜为抛物面形状，焦平面垂直于太阳入射角，将所有入射阳光聚焦到吸热器处，不存在“余弦损失”，在目前常用的聚光镜技术中，碟式聚光技术单位面积镜面对太阳能的利用效率最高，且碟式太阳镜可独立安装，在分布式的电站或供热系统中易于灵活布置。

但碟式聚光技术存在以下问题：

1. 镜面加工精度要求高、工艺复杂、价格昂贵。碟式聚光镜截面为抛物线形曲线，从碟镜中央到碟镜边缘，由不同弧度、形状的数圈镜片组成，每一圈镜片的弧度、形状均需要严格计算，以保证聚焦焦点的精度，每一圈镜片弧度不同，故生产时无法使用同一的滚压方法或同一套模具，需要对每一圈甚至每一个镜片分别设计模具，生产出的镜面在长宽、弧度、曲率等方面的精度上均有较高要求，否则会影响聚光镜整体聚光效率，复杂的工艺，高精度的加工要求，使得碟式聚光镜镜面的生产价格明显高于其他聚光技术；

2．支架、背板等配件加工要求相应提高，现场安装、调试要求高。生产好的高精度镜面需要粘接或紧固在碟镜背板上，碟镜背板需要支架的支撑，为了保持镜面弧度、曲率等参数的精度，背板和支架也需要高精度、少形变、高稳定性的要求，对背板、支架的选材，加工相应提出高要求；同理，在现场碟镜的拼接、安装过程中，需要保证碟镜整体精度的可靠，对安装误差的容忍度很小，以及需要精密严格的调试方法确认安装好的碟镜的精度。即碟式聚光镜的高精度要求对生产、加工、安装、调试每一个环节都提出了相应的高要求，也导致每一个环节实施的难度上升，成本上升；

3．碟镜结构本身导致的应用限制。碟式聚光镜所有镜片紧密相贴，不留空隙，整个聚光镜截面呈抛物线，这样的形状、结构导致在整个碟镜所受风力引起的不平衡力矩较大，越大的碟镜影响越大，这导致一方面选择驱动碟镜转动的电机和回转机构时，需要针对大风情况选取保留较大裕量的型号，增加控制系统的额外成本，另一方面出于安全、成本的考虑碟镜难以做得很大，常见的碟式聚光镜直径在10米以下，热功率在40KW以下。

4．碟镜结构造成的额外损失。碟式聚光镜为了实现对太阳的跟踪，必须在聚光镜下方为立柱留下缺口，使碟镜可以实现高度角方向的旋转，缺口部分无法铺设镜面，使太阳光利用形成了额外的损失。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种新型碟式聚光镜结构，该聚光镜在碟式聚光镜独立架设，双轴跟踪的基础上，对背板、镜面排布方式进行改善，采用多圈环形反光镜在平面背板上按不同弧度角紧密平行排布，使所有镜片在聚光镜正对太阳入射角时将阳光反射到一共同焦点，即支撑臂上的吸热器处。

采取的方案为：一种新型碟式聚光镜结构包括立柱、回转机构、电机、支架、背板、聚光镜和吸热器，所述的立柱和背板通过回转机构连接，所说的回转机构带动背板追踪阳光；所述的背板包括圆形底板、固定于底板上的若干圈环形弧面和弧面支架，所述的环形弧面的轴切面为抛物线；所述的聚光镜由若干镜片组成，所述的镜片紧密贴合在所述的环形弧面上，所述的环形弧面使垂直于底板方向入射的光经所述的镜片反射均汇聚至焦点位置，所述的焦点与所述的吸热器位置相同。

进一步的，所述的弧面支架和环形弧面的底面均设有若干排风口。

进一步的，置于同一圈所述的环形弧面的镜片规格相同。

进一步的，所述的镜片通过紧固件固定在环形弧面上。

进一步的，所述的背板半径为4-10m，所述的背板上设置有3-8环镜片座。

进一步的，所述的背板上设置有3-8环镜片座，每环镜片座上固定有12-24片镜片，每一环镜片数随环数适当增加。

进一步的，所述的底板为平面钢结构，所述的支架与底板的接触面为平面。

进一步的，所述的背板在高度角方向的动作范围为0-90°。

有益效果

本发明具有以下效果：

1、镜片生产工艺简单。本发明的聚光镜由不同环的镜片排布而成，每一环的镜面由多个形状相同的镜面紧密排布组成，同一环的镜片仅需要同一套模具即可制成。

3、风载小，易做大。常规碟式镜镜片紧密排布，整个镜面无空隙，风载较大，大风情况下镜面所受不平衡力矩大，从安全和电机、回转机构等性价比考虑难以做得很大。本发明的碟镜结构的背板齿状结构侧面和地面留有风口，能大大减小聚光镜整体风载，相同风载和安全条件下聚光镜直径做得能明显大于常规碟式聚光镜。

2、背板、支架易生产加工，精度易保证。本发明的聚光镜背板本身为平面钢结构，支撑背板的支架也没有弧形部分，比常规碟式聚光镜的整体弧形背板和支架容易生产加工，精度也比弧形背板容易得到保证。

4、无额外太阳能损失。常规碟式聚光镜因为结构形状的限制，必须在镜面下端给立柱留出空隙以保证高度角方向的旋转，留出的空隙会造成额外的太阳能损失，本发明的聚光镜背板和镜片整体为平面结构，在立柱上高度角方向的动作范围接近0至90度，不需要为立柱留出空隙，无额外太阳能损失。

5、聚光效率高。本发明集中了常规碟式聚光镜双轴跟踪，无余弦损失和菲涅尔式聚光镜易加工的优点，在碟式聚光镜的结构基础上减去了额外太阳能损失，在菲涅尔式聚光镜基础上实现了双轴跟踪，减去了余弦损失，单位面积的聚光效率高于既有聚光镜技术。

6、经济效益高。本发明的新型聚光镜结构生产加工、组装调试工艺简单，环节少，对高精度产品需求少，成本低，利于推广和实施；单一碟镜面积越大则单位面积镜面投资成本越小，本发明聚光效率高于既有聚光镜技术，且聚光镜面积易于做大，能够产生更大的投资收益。

7、该实用新型比传统封闭式凹型碟镜风载小、用钢量小，因而可在钢结构用材增加的基础上在背板上设置任意多环镜片。

附图说明

图1是本发明的单个聚光镜吸热系统的整体示意图，

图2是本发明的聚光镜的不同方位的投影视图，

图中，1、立柱；2、回转机构；3、支架；4、背板；4-1、底板；4-2、镜片座；4-2-1、镜片座侧面；4-2-2、镜片座底面；5、聚光镜；5-1、镜片；6、支撑臂；7、吸热器；8、控制柜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的阐述，但应当理解本方明并不受具体实施方式的限制。

如图1，聚光镜5吸热系统包括立柱1、背板4、支撑臂6、吸热器7、电机、回转机构2和控制柜8，聚光镜5背板4中心安装在立柱1上，从立柱1处伸出支撑臂6，吸热器7安装在支撑臂6顶端，支撑臂6的角度、长度经过计算，使得在尽量少对入射阳光产生遮挡的情况下使吸热器7位于镜面反射的焦点处。在正常运行过程中，控制柜8控制回转机构2驱动聚光镜5对太阳进行高度角和方位角的双轴跟踪，确保聚光镜5平面垂直于太阳入射角，支撑臂6和吸热器7随聚光镜5转动，聚光镜5平面上不同环的镜面共同对入射阳光进行反射，将入射光聚焦到吸热器7处，实现对阳光的吸收利用。

如图2，背板4为圆形，背板4包括底板4-1和镜片座4-2，镜片座4-2上设置有用于安装镜片5-1的环形弧面，大量反光镜片5-1在背板4上从圆心到边缘多圈环状固定在镜片座4-2上，镜片5-1与环形弧面紧密贴合；背板4底板4-1为平面钢结构，支架3与底板4-1的接触面为平面，该结构克服了原有碟式聚光镜5中因背板4为弧状结构而导致的背板4和支架3均需设计为具有特定曲率的弧度结构，进而降低了加工难度，且平板结构的背板4相对于具有一定曲率的弧状结构背板4相比，结构稳定，不易变形，因而在碟式聚光镜5使用过程中可保证更高的精度，进而提高了聚光效率。背板4在立柱1上高度角方向的动作范围接近0-90°，因而不需要在背板4上为立柱1留下缺口，避免了额外太阳能的损失。

背板4上每一个环的镜片5-1弧度角度不同，每一环处于不同的抛物面上，所有抛物面的焦点相同，保证垂直于聚光镜5平面方向入射的阳光经各环镜片5-1反射后聚焦到吸热器7位置；每一环镜片5-1由多个较小镜片5-1紧密排布组成，每一个小镜片5-1为弧形，有两个维度的弧度，同一环的每个镜片5-1形状相同，镜片5-1通过粘接或紧固件固定在背板4上。该结构可将置于同一环形弧面上的镜片5-1按照同一规格进行生产，克服了原有聚光镜5结构中置于不同位置的镜片5-1形状不同所带来的加工难度。整个碟镜根据面积大小可设置任意多环镜片5-1，3至8环镜片5-1分别对应碟镜半径4至10米，在钢结构用材增加的基础上可以做更多环，3-5环之内的聚光镜5片每一环一般由12片组成，5环以上视单个镜片5-1大小和加工难度予以调整，可增加每一环的镜片5-1数。本专利的优势之一在于做得更大的情况下比传统封闭式凹型碟镜风载小、用钢量小。

由背板4的侧视图可知，背板4上镜片座4-2的立面形状呈类齿状，减少了承风面积，且镜片座侧面4-2-1和镜片座底面4-2-2均设置排风口，进一步减少了聚光镜5平面运行时的风载和产生的不平衡力矩，进而可在原有聚光镜5的基础上对聚光镜5的直径做适当的扩大，增加工作效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种新型碟式聚光镜结构，包括立柱、回转机构、支架、背板、聚光镜和吸热器，其特征在于：所述的立柱和背板通过回转机构连接，所述的回转机构带动背板追踪阳光；

所述的背板包括圆形底板和固定于底板上若干圈镜片座，所述的镜片座设置有一环形弧面，所述的环形弧面的轴切面为抛物线的一部分；

所述的聚光镜由若干镜片组成，所述的镜片紧密贴合在所述的环形弧面上，所述的环形弧面使垂直于底板方向入射的光经所述的镜片反射均汇聚至焦点位置，所述的焦点与所述的吸热器位置相同。

2.根据权利要求1所述的新型碟式聚光镜结构，其特征在于：所述的镜片座侧面和所述镜片座底面均设置有若干排风口。

3.根据权利要求1所述的新型碟式聚光镜结构，其特征在于：置于同一圈所述的环形弧面的镜片规格相同。

4.根据权利要求1所述的新型碟式聚光镜结构，其特征在于：所述的镜片通过紧固件固定在环形弧面上。

5.根据权利要求1所述的新型碟式聚光镜结构，其特征在于：所述的背板半径为4-10m，所述的背板上设置有3-8环镜片座。

6.根据权利要求1所述的新型碟式聚光镜结构，其特征在于：所述的背板上设置有3-8环镜片座，每环镜片座上固定有12-24片镜片，每一环镜片数随环数增加。

7.根据权利要求1所述的新型碟式聚光镜结构，其特征在于：所述的底板为平面钢结构，所述的支架与底板的接触面为平面。

8.根据权利要求1所述的新型碟式聚光镜结构，其特征在于：所述的背板在高度角方向的动作范围为0-90°。