CN212935834U - 一种用于塔式光热电站的定日镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种用于塔式光热电站的定日镜，其包含定日镜面，定日镜面连接定日镜支架，定日镜面上设置有活动镜面，该活动镜面连接驱动装置，活动镜面后方设置有光伏发电组件，光伏发电组件连接蓄电池。定日镜面连接定日镜跟踪控制系统，定日镜跟踪控制系统连接蓄电池，蓄电池还连接活动镜面控制系统。蓄电池还连接电量监测装置。采用本实用新型的结构，单个定日镜均配有光伏发电组件，减少了镜场区域的电缆敷设，从而一定程度上降低了建设成本；此外由于增加了光伏发电系统，可适当减少由于镜场弃光而造成的光资源损失。

Description

一种用于塔式光热电站的定日镜

技术领域

本实用新型涉及塔式太阳能发电站的定日镜结构。

背景技术

塔式太阳能发电系统也称为集中式太阳能热发电系统。它利用定日镜将太阳光聚焦在中心吸热塔的吸热器上，在那里将聚焦的辐射能转变成热能，然后将热能传递给热力循环的工质，再驱动汽轮机做功发电。

定日镜（heliostat）指将太阳或其他天体的光线反射到固定方向的光学装置，又称定星镜。作用与定天镜类似，但采用一块平面镜置于赤道式装置中，可作赤纬方向的移动。

当镜面以周日运动的速度作跟踪运动时，太阳光或星光被反射到极轴方向，然后直接或经辅助平面镜反射入固定的望远镜。与定天镜相比，它的主要优点是不用导轨，结构简单紧凑。光线入射角在跟踪过程中变化很小，一天以内仪器偏振近于常数，有利于太阳表面磁场横向分量的测量。主要缺点是反射天区（即视场）以周日速度旋转，观测有视面天体时，需补偿这种视场旋转。此外，由于冬季太阳光入射角较大，因此对镜面精度的要求比定天镜更高。

定日镜跟踪控制系统，主要由反射镜面、镜面支架、驱动装置、跟踪控制系统以及基座地基组成。反射镜面固定在镜面支架上，镜面支架不仅需要在空间上精确的承载住每一面反射镜从而使其在集热器上打出聚集的闪亮光斑，并且还要在保证跟踪运行过程中定日镜的整体刚度的同时，也使其具有一定的抗风能力。驱动装置则保证定日镜能在空间上对太阳进行旋转与俯仰方向上的双轴跟踪，以使定日镜反射的太阳光线准确的打在集热器上。跟踪控制系统则通过程序及外部开关量驱动电机或其余驱动装置，对太阳位置实现精准跟踪。基座地基保证定日镜有一定离地高度。

经过近些年的不断发展，大镜面立柱式定日镜成为当前定日镜场建设的主流形式。大型立柱式定日镜支架柱体下部埋在地下，柱体底端有混凝土垫层，柱体上部放置有横梁，在横梁上搭建钢架用来固定定日镜。

光伏发电的主要原理是半导体的光电效应。光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。硅原子有4个外层电子，如果在纯硅中掺入有5个外层电子的原子如磷原子，就成为N型半导体；若在纯硅中掺入有3个外层电子的原子如硼原子，形成P型半导体。当P型和N型结合在一起时，接触面就会形成电势差，成为太阳能电池。当太阳光照射到P－N结后，电流便从P型一边流向N型一边，形成电流。

光伏技术具备很多优势：比如没有任何机械运转部件；除了日照外，不需其它任何"燃料"，在太阳光直射和斜射情况下都可以工作；而且从站址的选择来说，也十分方便灵活，城市中的楼顶、空地都可以被应用。

由于太阳能热发电站建设成本高，且整个电站的发电效率无法与火力发电相比，因此如何更好的降本提效成为太阳能热电站亟待解决的问题。塔式太阳能热电站镜场规模庞大，定日镜数量繁多，且每台定日镜在天气晴好条件下，均需逐日逐时根据设定程序对太阳进行跟踪。传统塔式太阳能电站的定日镜驱动一般采用步进电机实现，电机所需电力由厂用电系统提供，每台定日镜的驱动系统均需通过电缆与厂用电系统连接，由于定日镜的数量较多且分散，镜场区域需要大量铺设电缆，一方面增加了厂用电的占比，另一方面提高了建设成本。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题在于，提供一种结合光伏发电组件的定日镜结构。

本实用新型所采用的技术手段是：一种用于塔式光热电站的定日镜，其包含定日镜面，定日镜面连接定日镜支架，定日镜面上设置有活动镜面，该活动镜面连接驱动装置，活动镜面后方设置有光伏发电组件，光伏发电组件连接蓄电池。

定日镜面连接定日镜跟踪控制系统，定日镜跟踪控制系统连接蓄电池，蓄电池还连接活动镜面控制系统。

蓄电池还连接电量监测装置。

本实用新型所达到的有益效果如下：塔式太阳能热电站镜场采用本实用新型的定日镜后，一方面由于单个定日镜均配有光伏发电组件，实现了区域分布式供电，可有效降低镜场逐日跟踪带来的厂用电占比；另一方面由于减少了镜场区域的电缆敷设，从而一定程度上降低了建设成本。

太阳能光照辐射强度在一年四季中是不断变化的，设计中往往要考虑最佳设计点，在实际运行中会出现“光资源不足”或“光资源过剩”的情况。而在“光资源过剩”期间往往由于机组满负荷运行且储能系统储满额定小时数，不得已将镜场部分定日镜偏转散焦以实现弃光。本实用新型设有储能电池，可在镜场弃光期间将处于弃光状态的定日镜切换至光伏组件运行工况，减少由于弃光造成的光资源损失。

附图说明

图1为本实用新型正面结构示意图。

图2为本实用新型光伏发电组件的非运行状态侧面结构示意图。

图3为本实用新型光伏发电组件的运行状态侧面结构示意图。

图4为本实用新型的蓄电池与系统连接结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型一种用于塔式光热电站的定日镜，其包含定日镜面1，定日镜面1连接定日镜支架5，定日镜面1上设置有活动镜面3，该活动镜面3连接驱动装置（图中未标出），驱动装置可以使滑轨、机械手等现有的可以将活动镜面移开的现有设备，活动镜面3后方设置有光伏发电组件2，光伏发电组件2连接蓄电池6。驱动装置可以将活动镜面3向后移动到定日镜面1后背方向的隐藏区域4，从而露出光伏发电组件2。

如图2所示，为光伏发电组件2的非运行状态，此时定日镜面1为一个整体，活动镜面3位于和定日镜面1同一平面，活动镜面3与定日镜面1共同参与镜场反射聚焦功能，此时光伏发电组件2不露出，不工作。

如图3所示，为光伏发电组件2的运行状态，此时活动镜面3向后移动藏于定日镜面1后背方向的隐藏区域4，活动镜面3不参与定日镜面1的镜场反射聚焦功能，此时光伏发电组件2露出接收太阳光，进行工作并将电力存储到蓄电池6。

在本实施例附图中，活动镜面3为向下移动，也可以向上或向侧面移动，光伏发电组件2与定日镜面1之间留有一定空间，以不妨碍活动镜面3的移动为准。

蓄电池6可以安装在定日镜支架5的底部，如图4所示，定日镜面1的运动通过定日镜跟踪控制系统10进行控制，定日镜跟踪控制系统10控制两台步进电机，一台控制定日镜面1的水平运动，另一台控制定日镜面1的垂直运动，这种控制系统是现有的，该蓄电池6连接定日镜跟踪控制系统10进行供电，蓄电池6通过光伏发电组件2进行充电。蓄电池6还连接活动镜面控制系统30，活动镜面控制系统30用于控制活动镜面3的移动。蓄电池6设置电量监测装置7。

使用时，光伏发电组件2面积和蓄电池6容量的选取，可以结合定日镜步进电机以及活动镜面3伺服电机每日合计消耗电量综合考虑。当蓄电池电量低于某个限定值时，电量监测装置向活动镜面控制系统发出“隐藏”信号，活动镜面3移动至定日镜面1背侧的隐藏区域4，光伏发电组件2接收阳光辐射，对蓄电池6进行充电；当蓄电池6电量达到满足当日运行要求时，电量监测装置向活动镜面控制系统发出复位信号，活动镜面3由定日镜面1背侧隐藏区域4返回至定日镜面1的中心区域，此时光伏发电组件2被活动镜面3完全遮挡，光伏发电系统进入停运状态。定日镜跟踪控制系统根据每日运行指令，采用断续、点动方式进行方位调整，由蓄电池6进行供电，当每日镜场结束运行后，蓄电池6的最低电量应保证定日镜面1可恢复到次日初始位置时步进电机的消耗电量。除了蓄电池6供电以外，根据各地不同的条件和需求，也可以灵活采用其他辅助的供电方式。

塔式太阳能热发电站根据吸热工质不同可分为熔盐塔式和水工质塔式两种类型。可任选其中一种已建塔式太阳能热发电站进行改造实施。由于塔式太阳能热发电站镜场一般采用圆形或扇形布置，厂用电设备一般布置在靠近集热塔附近的主厂房内，这就造成厂用电系统至镜场外侧部分定日镜驱动装置之间敷设电缆长度过长，除建设期成本因素外，相较于靠近主厂房区域的定日镜，其输电线路损失也比较大。因此优先选用镜场外侧定日镜进行升级改造。

将选定区域的定日镜拆除，更换为本实用新型的定日镜，如原有定日镜基础满足新定日镜荷载要求可保留，否则进行加固改造。原有定日镜供电电缆可以保留，作为改造后新定日镜的备用电源。蓄电池容量应考虑夏季镜场弃光状态时储电能力。待第一批定日镜改造后，应在一个运行周期内完善控制系统运行策略，此后逐步完成其余定日镜的升级改造。整个定日镜场改造后，不断优化运行和控制策略，逐步完善光伏组件选型和蓄电池容量选型，为今后新建塔式光热发电站提供可靠依据。

Claims (3)

1.一种用于塔式光热电站的定日镜，其包含定日镜面（1），定日镜面（1）连接定日镜支架（5），其特征在于，定日镜面（1）上设置有活动镜面（3），该活动镜面（3）连接驱动装置，活动镜面（3）后方设置有光伏发电组件（2），光伏发电组件（2）连接蓄电池（6）。

2.如权利要求1所述的一种用于塔式光热电站的定日镜，其特征在于，定日镜面（1）连接定日镜跟踪控制系统（10），定日镜跟踪控制系统（10）连接蓄电池（6），蓄电池（6）还连接活动镜面控制系统（30）。

3.如权利要求2所述的一种用于塔式光热电站的定日镜，其特征在于，蓄电池（6）还连接电量监测装置（7）。

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