CN207922594U - 一种点式聚光阵列及光热电站 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及太阳能光热电站技术领域，尤其涉及一种点式聚光阵列及光热电站，该阵列包括多个阵列布置的点式聚光单元，点式聚光单元包括高塔、设于高塔上的接收器及可移动镜场，可移动镜场包括多个阵列布置的反射镜，多个反射镜设于移动平台上，反射镜连接转轴，转轴连接有用于驱动转轴及反射镜旋转的驱动组件，移动平台设于高塔的一侧以高塔为圆心转动；反射镜通过移动平台转动调整偏转角、通过转轴旋转调整俯仰角，以实现太阳追踪。本点式聚光阵列及光热电站，单位面积上聚光单元的聚光效率更高，反射镜的利用率高，成本投入与收益成正比；与现有技术相比若采集同等的太阳光能量，可使用更少点式聚光单元及更小的占地面积，电站整体成本降低。

Description

一种点式聚光阵列及光热电站

技术领域

本实用新型涉及太阳能光热电站技术领域，尤其涉及一种点式聚光阵列及光热电站。

背景技术

塔式太阳能光热属于光热发电中的一种，其包括一高塔结构，在高塔上设置接收器，高塔的周围设置较多数量的定日镜，定日镜向接收器反射太阳光，接收器内设有取热介质，利用取热介质将太阳光热能带走利用。其中，为了提高集热效率，定日镜采用跟踪太阳光的模式，通过调整定日镜的高度角及方位角，以提高定日镜反射太阳光的有效面积，实现高效聚光。

在定日镜布置方面，可在高塔的周围整个圆周区域全部布置定日镜，或者，仅在高塔的一侧区域布置定日镜，如，北半球在高塔的北侧一定区域内布置定日镜，上述布置方式存在一定的利弊，其中，两者共同存在的缺点是定日镜固定设置，因此，每块定日镜均需要配置至少两个电机以实现定日镜俯仰角和偏转角的调整，而镜场中定日镜的数量较多，导致电机使用数量极大，因此造成镜场成本过高。

为了避免上述缺陷，中国专利CN107037830A一种塔式聚光系统的聚光反射镜的布置结构及其跟踪方法中公开了一种镜场布置形式，在接收装置的周围设置旋转装置，反射构件设置在旋转装置上，旋转装置水平转动，实现其上的反射镜追踪太阳的方位角，此种方式可大大节省电机的使用量，从而降低镜场的成本。

但是，上述专利文献中，高塔外的整个圆周区域均布置定日镜，无论如何调整偏转角及俯仰角，镜场中始终分为高截光区域和低截光区域，高截光区域和低截光区域随太阳位置的变换而变化，其中，高截光区域反射太阳光的有效面积大，截光率可达95％以上，所谓截光率即定日镜实际反射太阳光的有效能量与定日镜理论最大反射太阳光能量之比，而低截光区域由于余弦效率使得定日镜反射太阳光的有效面积较小，截光率仅为 50％左右，而位于高截光区域和低截光区域之间的区域截光率在50％-95％之间，因此，综合使得整个镜场的截光率仅为70％左右。

上述镜场定日镜的利用率较低，部分成本投入与收益不成正比，造成成本较高；同时，若想得到更高的截光量，只能增加土地面积及定日镜数量，导致电站投入成本进一步增加。由此可知，提供一种高截光率，以降低电站成本的聚光系统是目前亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种点式聚光阵列及光热电站，阵列中每个点式聚光单元的可移动镜场追踪太阳，始终保持高截光率，反射镜的利用率更高，可降低反射镜成本及占地成本。

根据本实用新型的实施例，提供了一种点式聚光阵列，包括多个阵列布置的点式聚光单元，所述点式聚光单元包括高塔、设于高塔上的接收器及可移动镜场，所述可移动镜场包括多个阵列布置的反射镜；

多个所述反射镜设于移动平台上，所述反射镜连接转轴，所述转轴连接有用于驱动所述转轴及所述反射镜旋转的驱动组件，所述移动平台设于所述高塔的一侧带动所述反射镜以所述高塔为圆心转动；

所述反射镜通过所述移动平台转动调整偏转角、通过所述转轴旋转调整俯仰角，以实现太阳追踪。

进一步的，所述移动平台与支撑平台连接，所述移动平台在所述支撑平台上滑动实现所述反射镜以所述高塔为圆心转动。

进一步的，所述可移动镜场为可移动扇形镜场

进一步的，所述可移动镜场中任一所述反射镜绕所述高塔转动的角度范围为110°-200°。

进一步的，所述移动平台包括多个独立设置的子平台，多个所述反射镜分布在多个所述子平台上。

进一步的，所述子平台的底部设有弧形滑槽，所述支撑平台包括多个固定桩，同一弧线上的所述固定桩形成多支撑点的弧形线路，所述弧形滑槽在所述弧形线路上转动。

进一步的，相邻的所述点式聚光单元中部分所述支撑平台重合，重合部分的共用的所述支撑平台中同一位置的所述固定桩相互共用。

进一步的，三个相邻的所述点式聚光单元的所述高塔呈等边三角形分布。

进一步的，所述接收器包括接收开口，所述接收器连接有用于驱动所述接收开口与所述可移动镜场同步转动的驱动组件。

本实用新型还提供一种光热电站，包括点式聚光阵列。

由以上技术方案可知，本申请中的点式聚光阵列及光热电站，点式聚光单元包括可移动镜场，使用时,镜场中的多个反射镜在移动平台上绕高塔统一转动实现太阳方位角的追踪，驱动组件驱动转轴及反射镜实现太阳高度角的追踪，两者配合实现太阳追踪；移动追踪太阳光时，反射镜始终保持反射镜的高截光率，如截光率始终保持85％以上；每个点式聚光单元反射镜的截光率高，反射镜的利用率高，单位面积上阵列布置多个高聚光效率的点式聚光单元，从而提高整体的聚光效果。

本实用新型提供的点式聚光阵列及光热电站，单位面积上聚光单元的聚光效率更高，反射镜的利用率高，成本投入与收益成正比；与现有技术相比若采集同等的太阳光能量，可使用更少点式聚光单元及更小的占地面积，电站整体成本降低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的点式聚光阵列中点式聚光单元的俯视图；

图2为本实用新型提供的点式聚光阵列中点式聚光单元的可移动镜场的转动角度范围为110°时的示意图；

图3为本实用新型提供的点式聚光阵列中点式聚光单元的可移动镜场的转动角度范围为200°时的示意图

图4为本实用新型提供的点式聚光阵列中三个点式聚光单元支撑平台的示意图；

图5为本实用新型提供的点式聚光阵列中支撑平台重合部分的局部示意图；

图6为本实用新型提供的点式聚光阵列中相邻的三个点式聚光单元追踪太阳光时的示意图。

图中：

1、可移动镜场；2、高塔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

反射镜的“截光率”为定日镜实际反射太阳光的有效能量与定日镜理论最大反射太阳光能量之比，该比值的数值越大接收器的聚光效果越高，比值越小则反之。

如图1所示，一种点式聚光阵列，包括多个阵列布置的点式聚光单元，点式聚光单元包括高塔2、设于高塔2上的接收器及可移动镜场1，可移动镜场1包括多个阵列布置的反射镜；

多个反射镜设于移动平台上，反射镜连接转轴，转轴连接有用于驱动转轴及反射镜旋转的驱动组件，移动平台设于高塔2的一侧以高塔2为圆心转动；

反射镜通过移动平台转动调整偏转角、通过转轴旋转调整俯仰角，以实现太阳追踪。

多个点式聚光单元组成点式聚光阵列，该聚光阵列的镜场及接收器的布置形式与塔式光热电站不同，塔式光热电站一般是包括一个接收器，接收器设置在高塔上，在高塔周围布置大量的定日镜形成反射镜场，多块定日镜向一个接收器反射太阳光；而点式聚光阵列中每个点式聚光单元均包括镜场及接收器，多个点式聚光单元的接收器采集太阳光能量后，再进一步的对能量进行汇集再利用(多个接收器串联和/或并联连接)或直接利用，镜场及接收器多点式分布进而称之为点式聚光阵列。

在点式聚光阵列中，多个点式聚光单元中的可移动镜场1分别绕其对应的高塔2及接收器同步同向转动，相邻的点式聚光单元中除必要的间隙之外，紧邻布置，避免土地空间浪费；优选的，可移动镜场1为可移动扇形镜场，即多个反射镜分布成扇形形状。扇形结构的镜场在转动过程中，彼此之间互不影响，且能紧密贴合，因此，相对于其它形状结构的镜场扇形结构的镜场土地利用率更高，可减少土地资源的浪费。

太阳在一天之中高度角和方位角是不断变化的，为了实现反射镜对太阳的追踪，反射镜需要实时调整偏转角及俯仰角。本实施例中移动平台与支撑平台连接，移动平台在支撑平台上滑动实现反射镜以高塔为圆心转动，可移动扇形镜场1在移动平台上转动时调整反射镜的偏转角，每块反射镜还分别连接有转轴，转轴在驱动组件的作用下转动，进而转动反射镜，实现调整反射镜俯仰角。反射镜偏转角及俯仰角的实时调整，实现反射镜对太阳的追踪。

在调整反射镜偏转角时，多个点式聚光单元的可移动镜场1同步同向转动，优选的，可移动镜场1中任一反射镜绕高塔2转动的角度范围为110°-200°。以北半球为例，图 2所示，冬季可移动镜场1转动角度范围小，如110°，如图3所示，而夏季可移动镜场 1转动角度范围大，可达200°。

可移动镜场1中多个反射镜通过移动平台与支撑平台连接，移动平台在支撑平台上滑动实现可移动镜场1的转动。优选的移动平台连接有能驱动其转动的驱动单元。由于可移动镜场1的面积较大，移动平台整体移动驱动难度较大，且不利于拆装及后期的维护维修，因此，通过多个子平台组成移动平台。即移动平台包括多个独立设置的子平台，多个反射镜分布在多个子平台上。每个子平台上分别连接有能驱动其转动的驱动单元。

其中，子平台和支撑平台优选的结构为：子平台的底部设有弧形滑槽，支撑平台包括多个固定桩，同一弧线上的固定桩形成多支撑点的弧形线路，弧形滑槽在弧形线路上转动。

一个子平台的底部可设置多条弧形滑槽，弧形滑槽分别对应一条弧形线路，弧形滑槽与弧形线路上的固定桩滑动配合完成可移动镜场1的转动。支撑平台的多个固定桩阵列布置，弧形滑槽在固定桩的顶部滑动带动反射镜转动，反射镜转动过程中一个弧形滑槽会依次经过位于一条弧形线路上的固定桩。

支撑平台需要有充足的空间满足可移动镜场1的移动，因此，支撑平台的占地面积较大，导致支撑平台的面积远大于可移动镜场1的面积，为了避免支撑平台占地面积过大，提高其使用率，相邻的点式聚光单元中部分支撑平台共用，即相邻的点式聚光单元中部分支撑平台重合，重合部分的支撑平台中同一位置的固定桩相互共用。

每个固定桩为一个支撑点，多个支撑点可完成对弧形滑槽的支撑，转动过程中弧形滑槽逐个的经过弧形线路上的每个固定桩，采用支撑点的形式其优点在于同一个固定桩可以与不同的固定桩形成不同的弧形线路，进而实现共用。

如图4所示，为三个相邻的点式聚光单元中的支撑平台的示意图，其中，相邻的两个支撑平台之间均存在部分重合，该重合部分的固定桩共用，图中支撑平台示意为线状结构，其实际结构应为多个点状的固定桩间隔排布成线状的弧形线路。如图5所以，为重合部分的局部示意图，实线和虚线均为弧形线路，实线部分为一可移动镜场1未转动时的起始状态，虚线部分为相邻的可移动镜场1转动后的最终状态，实线部分的可移动镜场1转动到一定角度后，图中实线部分的支撑平台空余，图中圆圈表示固定桩，为了降低支撑平台的占地面积，提高其使用率，相邻的可移动镜场1共用该部分支撑平台。

为了实现弧形滑槽在固定桩上的平稳滑动，固定桩的顶部设有滚轮，弧形滑槽在滚轮上滑动。多个固定桩中部分固定桩共用，在其上滑动的弧形滑槽方向不同，为了使滚轮能够适应任意方向，优选的滚轮为万向轮。

为了实现土地面积利用的最大化，优选的，三个相邻的点式聚光单元的高塔2呈等边三角形分布。在点式聚光阵列中，包括多个呈等边三角形布置的点式聚光单元，使用时，如图6所示，图6a中，为太阳初升至正午某一时刻可移动镜场1的位置，在该时间段内可移动镜场1随太阳方位角变化由西侧向北侧转动。如图6b中的可移动镜场1移动至接收器的北侧附近，此时太阳在一天中最高或附近的位置，图6c为太阳正午至西落某一时刻可移动镜场1的位置，在该时间段内，可移动镜场1由北侧向东侧转动。随着太阳高度角及方位角的变化，可移动镜场1也随之变化(可移动镜场转动追踪方位角，反射镜单独调整俯仰角实现追踪高度角)，实现始终保持高截光率。

图6示出了太阳在一天的变化中，可移动镜场1追踪太阳方位角时的变化状况，由此可知，采用扇形结构，相邻可移动镜场1之间彼此不会产生干扰，且相互紧贴，土地利用率更高，而且可共用部分支撑平台，进一步降低占地面积。

该点式聚光阵列使用时，反射镜随着移动平台(子平台)一同转动，实现绕高塔2及接收器水平转动，实现太阳方位角追踪，同时，转轴带动反射镜转动，调整反射镜的俯仰角，同时调整反射镜的偏转角和俯仰角实现二维跟踪，追踪过程中反射镜始终能保持高截光率。

其中，点式聚光单元中接收器包括接收开口，接收器连接有用于驱动接收开口与可移动镜场1同步转动的驱动组件。使用过程中，可移动镜场1中的反射镜反射太阳光，太阳光由接收开口进入到接收器内。其中，接收开口中心指向反射镜的中心，在可移动镜场1转动过程中，接收器通过驱动组件驱动，如电机驱动，接收开口同步转动始终保持接收开口中心指向反射镜的中心,确保接收太阳光的精准度。

该阵列中，反射镜始终在高截光率的工作状态下工作，聚光效率更高，而且，部分支撑平台共用，单位面积上可设置更多的点式聚光单元，可进一步提高聚光效率；若采集等量的太阳光能量，与现有技术相比，由于点式聚光阵列的聚光效率高，因此，可使用更小的占地面积，减少反射镜及相连结构的使用量，进一步降低整体投入成本。

本实用新型还提供一种光热电站，包括上述的点式聚光阵列。

点式聚光阵列作为光热电站的采集装置，其采集太阳光能量，并将热能传递给传热工质，实现采集装置向常规岛输送高温的传热工质。在光热电站中，镜场占用的面积最大，因此，采用上述点式聚光阵列可大大降低光热电站的占地面积，进而降低投入成本。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种点式聚光阵列，其特征在于，包括多个阵列布置的点式聚光单元，所述点式聚光单元包括高塔、设于高塔上的接收器及可移动镜场，所述可移动镜场包括多个阵列布置的反射镜；

多个所述反射镜设于移动平台上，所述反射镜连接转轴，所述转轴连接有用于驱动所述转轴及所述反射镜旋转的驱动组件，所述移动平台设于所述高塔的一侧带动所述反射镜以所述高塔为圆心转动；

所述反射镜通过所述移动平台转动调整偏转角、通过所述转轴旋转调整俯仰角，以实现太阳追踪。

2.根据权利要求1所述的点式聚光阵列，其特征在于，所述移动平台与支撑平台连接，所述移动平台在所述支撑平台上滑动实现所述反射镜以所述高塔为圆心转动。

3.根据权利要求2所述的点式聚光阵列，其特征在于，所述可移动镜场为可移动扇形镜场。

4.根据权利要求3所述的点式聚光阵列，其特征在于，所述可移动镜场中任一所述反射镜绕所述高塔转动的角度范围为110°-200°。

5.根据权利要求2所述的点式聚光阵列，其特征在于，所述移动平台包括多个独立设置的子平台，多个所述反射镜分布在多个所述子平台上。

6.根据权利要求5所述的点式聚光阵列，其特征在于，所述子平台的底部设有弧形滑槽，所述支撑平台包括多个固定桩，同一弧线上的所述固定桩形成多支撑点的弧形线路，所述弧形滑槽在所述弧形线路上转动。

7.根据权利要求6所述的点式聚光阵列，其特征在于，相邻的所述点式聚光单元中部分所述支撑平台重合，重合部分的所述支撑平台中同一位置的所述固定桩相互共用。

8.根据权利要求1所述的点式聚光阵列，其特征在于，三个相邻的所述点式聚光单元的所述高塔呈等边三角形分布。

9.根据权利要求1所述的点式聚光阵列，其特征在于，所述接收器包括接收开口，所述接收器连接有用于驱动所述接收开口与所述可移动镜场同步转动的驱动组件。

10.一种光热电站，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的点式聚光阵列。