CN213578166U - 可用于光线调节的太阳能聚光集热装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可用于光线调节的太阳能聚光集热装置及系统，包括：多列第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和集热器，多列第一反射镜配置成可接收太阳光并反射太阳光，多列第一反射镜中的至少一列可在第一模式和第二模式之间切换，第一模式时，至少一列第一反射镜将太阳光朝着第二反射镜反射；第二模式时，至少一列第一反射镜将太阳光朝着第三反射镜反射；第二反射镜在光学上配置成可接收经第一反射镜反射的太阳光，并进行二次反射到集热器；第三反射镜在光学上配置成可接收经第一反射镜反射的太阳光，并进行二次反射到需要光线调节或光线补充的目标；集热器在光学上配置成可接收经第二反射镜二次反射的太阳光并转化为热能。

Description

可用于光线调节的太阳能聚光集热装置及系统

技术领域

本公开涉及太阳能聚光集热领域，尤其涉及一种可用于光线调节的太阳能聚光集热装置及系统。

背景技术

太阳能作为一种洁净、环保的能源，长期以来一直受到人们的关注。近年来，环境保护和能源安全问题日益凸显，很多国家都在加快太阳能利用技术的研究和开发，而如何更高效，更经济地利用太阳能成为太阳能应用技术发展的主要方向。

聚光太阳能技术是一种应用带有太阳光线反射汇聚装置和吸热传热装置的设施达到收集和传输太阳热量的技术，可以产生高品质的热能，也可以用产生的热能发电。聚光太阳能总体技术路线为先聚光，再利用，主要聚光形式包括抛物面槽式、塔式、线性菲涅尔式、碟式四种。线性菲涅尔式聚光集热技术是聚光太阳能技术的一种，其采用固定的平行排列的条式反射镜对太阳光线进行第一次反射和汇聚，在反射汇聚的光线焦线处设置双抛物面或其它形式的反射镜对光线进行二次反射和汇聚，经过两次反射后将光线汇聚至焦线处的吸热传热装置(一般是吸热管或管束)，再经过流动的导热介质传输热量。

线性菲涅尔式聚光集热技术应用于太阳能光热发电和高品质热利用等领域。线性菲涅尔式集热装置中利用自动光线追踪装置对太阳进行自动跟踪和反射，具有建造成本低、占地面积小，抗风能力优良，维护保养方便等优势。

目前的线性菲涅尔式聚光集热系统主要用于集热供热、供暖或发电使用，当供热或供暖、发电的需求不大时，线性菲涅尔式聚光集热系统的利用率降低；对于需要进行光线调节的建筑或设施，在传统线性菲涅尔式聚光集热系统的基础上还需要另外增加设备和系统的投资，增加设施的相关功能，使线性菲涅尔式聚光集热系统的经济性和实用性降低。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

实用新型内容

本实用新型，解决了现有技术中线性菲涅尔式聚光集热系统在需要对建筑物或设施进行光线调节时增加设备和系统的投资而带来的经济性低下的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施例提供一种可用于光线调节的太阳能聚光集热装置，所述太阳能聚光集热装置包括：多列第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和集热器，

其中所述多列第一反射镜配置成可接收太阳光并反射太阳光，所述多列第一反射镜中的至少一列可在第一模式和第二模式之间切换，当处于第一模式时，所述至少一列第一反射镜将太阳光朝着所述第二反射镜反射；当处于第二模式时，所述至少一列第一反射镜将太阳光朝着所述第三反射镜反射；

所述第二反射镜在光学上配置成可接收经所述第一反射镜反射的太阳光，并进行二次反射到所述集热器；

所述第三反射镜在光学上配置成可接收经所述第一反射镜反射的太阳光，并进行二次反射到需要光线调节或光线补充的目标；

所述集热器配置成可接收经所述第二反射镜二次反射的太阳光并转化为热能。

根据本实用新型的一个方面，所述太阳能聚光集热装置还包括控制模块，所述控制模块配置成可调整所述至少一列第一反射镜的数量和/或角度，使其处于第二模式以将接收的太阳光反射到所述第三反射镜。

根据本实用新型的一个方面，其中所述多列第一反射镜中靠近所述需要光线调节或光线补充的目标一侧的2-4列第一反射镜可在第一模式和第二模式之间切换。

根据本实用新型的一个方面，所述太阳能聚光集热装置还包括光线追踪装置，所述光线追踪装置与所述多列第一反射镜耦接，配置成可对太阳进行自动追踪，并根据追踪的太阳的方位调整所述多列第一反射镜的角度，以将太阳光反射到所述第二反射镜或第三反射镜。

根据本实用新型的一个方面，其中所述第三反射镜为平面反射镜或微弧镜。

根据本实用新型的一个方面，其中所述第二反射镜设置在所述多列第一反射镜上方，所述第三反射镜设置在所述多列第一反射镜上方。

根据本实用新型的一个方面，其中所述第三反射镜靠近所述需要光线调节或光线补充的目标设置。

根据本实用新型的一个方面，其中所述集热器按照一字型排布，所述集热器连接到待光线调节或光线补充的目标并提供热能。

根据本实用新型的一个方面，其中所述多列第一反射镜均匀或者非均匀排布。

根据本实用新型的一个方面，所述控制模块配置成可根据光强、集热需求、光线调节或光线补充需求中的一个或多个调整所述至少一列第一反射镜的数量和角度，使其处于第二模式以将接收的太阳光反射到所述第三反射镜。

本实用新型还涉及一种太阳能聚光集热和光线调节系统，所述太阳能聚光集热和光线调节系统包括：

待光线调节或光线补充的目标；和

如上任一项所述的太阳能聚光集热装置。

根据本实用新型的一个方面，所述待光线调节或光线补充的目标包括大棚或建筑物。

通过上述实施例，使线性菲涅尔系统可以同时用于对目标物的太阳光线调节和集热供热、供暖或发电，既降低设备和系统的投资，又增加设施的功能。

附图说明

构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1A示出了根据本实用新型一个实施例的太阳能聚光集热装置的示意图；

图1B示出了图1A所示的太阳能聚光集热装置的主视图；

图2示出了根据本实用新型一个实施例的太阳光线入射示意图；

图3示出了第二反射镜和集热器的工作方式；和

图4示出了根据本实用新型一个实施例的经模拟优化后的太阳光束的示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、 "长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、 "水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，" 多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之" 上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、" 下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1A示出了根据本实用新型一个实施例的太阳能聚光集热装置的示意图，图1B示出了图1A所示的太阳能聚光集热装置的主视图。下面将结合图 1A和图1B对所述太阳能聚光集热装置110做进一步说明。如图所示，所述太阳能聚光集热装置110包括多列第一反射镜101、第二反射镜102、第三反射镜103和集热器107(参见图3)。其中所述多列第一反射镜101配置成可接收太阳光并反射太阳光，所述多列第一反射镜101中的至少一列可在第一模式和第二模式之间切换，具体地，当处于第一模式时，所述至少一列第一反射镜101将太阳光朝着所述第二反射镜102反射；当处于第二模式时，所述至少一列第一反射镜101将太阳光朝着所述第三反射镜103反射。所述第二反射镜102在光学上配置成可接收经所述第一反射镜101反射的太阳光，并进行二次反射到所述集热器107。所述第三反射镜103在光学上配置成可接收经所述第一反射镜101反射的太阳光，并进行二次反射到需要光线调节 (匀光、减光)或光线补充的目标120。所述集热器107在光学上配置成可接收经所述第二反射镜102二次反射的太阳光并转化为热能。

根据本实用新型的一个实施例，所述第二反射镜102设置在所述多列第一反射镜101的上方，所述第三反射镜103设置在所述多列第一反射镜101 的上方。其中，所述多列第一反射镜101通过水平支架104固定安装在地基或者地面上(见图2)，所述第二反射镜102由第一竖直支架105支撑并固定安装在地基或者地面上，所述第三反射镜103由第二竖直支架106支撑并固定安装在地基或者地面上。本领域技术人员能够理解，本实用新型不限于具体的支架104、105和106，可以构思出其他的方式和装置来支撑太阳能聚光集热装置110的各个部件。

图2和图3中示出了第二反射镜102的工作方式。在图2中，向下的箭头表示入射到第一反射镜101的太阳光线，向上的箭头表示经第一反射镜101 反射的光线。图2中所示的第一反射镜101均处于第一模式。本申请中，第一模式可以理解为第一定向、第一朝向或者第一方位，即第一反射镜101的朝向或者方位能够将入射到其上的太阳光束反射到所述第二反射镜102。如图2所示，第一反射镜101具有大致朝向上方定向的反射面，从而将入射的太阳光朝着第二反射镜102反射。可以看出当太阳光线以平行方式入射时，经过第一反射镜101的反射，所有光线将汇聚至第二反射镜102开口宽度的范围内。如图3所示，第二反射镜102在接收到经第一反射镜101反射的光线后，将光线朝着集热管107反射。可以看到第二反射镜102例如是两个抛物面连接在一起的双抛物面形状反射镜。第一反射镜101的阵列相对聚光器中心主支撑支架105为对称布置，因此第二反射镜102为两个抛物面共同对光线进行反射汇聚的工作过程。光线在进入第二反射镜内部后经过第二次反射，均匀的照射在布置在第二反射镜内部的集热管107上。

根据本发明的一个优选实施例，所述第一反射镜101可枢转地安装在所述水平支架104上，从而各个第一反射镜101的角度定向可单独地调整。

图2所示的实施例中，所有的第一反射镜101均处于第一模式，也就是将入射到其上的太阳光束反射到第二反射镜102上。根据本发明，多列第一反射镜101中的至少一列可在第一模式和第二模式之间切换，当处于第二模式时，所述该列第一反射镜101将太阳光朝着所述第三反射镜103反射。本领域技术人员容易理解，第二模式可以理解为第二定向、第二朝向或者第二方位，即第一反射镜101的朝向或者方位能够将入射到其上的太阳光束反射到所述第三反射镜103。

为此，优选的，如上所述的太阳能聚光集热装置110还包括控制模块(图中未示出)，所述控制模块配置成可调整所述至少一列第一反射镜101的数量和/或角度，使其处于第二模式，以将接收的太阳光反射到所述第三反射镜 103。所述控制模块例如包括控制单元和作为执行机构的电动机。如图2所示，第一反射镜101可枢转地安装在所述水平支架104上。电动机可作用于所述第一反射镜101，控制所述第一反射镜101围绕其转轴进行转动，从而在第一模式和第二模式之间进行转换。控制单元通常用于接收用户的指令或者其他装置的控制指令。控制单元例如包括切换开关或者其他操作装置。以切换开关为例，其可以具有两个档位，第一档位对应于将所述至少一列第一反射镜101切换到第一模式(可设置为默认的档位)，第二档位对应于将所述至少一列第一反射镜101切换到第二模式。控制单元与所述电动机电连接，当控制单元接收到切换操作指令时，可自动控制所述电动机，完成相应的切换操作。

另外，本领域技术人员容易理解，可以在第一模式和第二模式之间切换的第一反射镜101的数目可以是固定的，本发明不限于具体的数目。例如根据本发明一个实施例，仅部分第一反射镜101可在第一模式和第二模式之间切换。或者可替换的，所有第一反射镜101均可在第一模式和第二模式之间切换。另外，在工作过程中，处于第一模式和第二模式的第一反射镜101的数目可以根据需要来调节。例如当需要加强补光时，可以使得更多的第一反射镜101处于第二模式；当需要加强集热时，可以使得更少的第一反射镜101 处于第二模式。以下详细描述。

进一步地，所述控制模块配置成可根据光强、集热需求、光线调节或光线补充需求中的一个或多个调整所述至少一列第一反射镜101的数量和/或角度，使其处于第二模式以将接收的太阳光反射到所述第三反射镜103。例如当供热或供暖需求大的时候，设置所述多列第一反射镜101处于第一模式，其中多列或者所有的第一反射镜101用于集热使用，经过其的反射光线被反射至所述第二反射镜102并通过所述第二反射镜102二次反射至所述集热器 107；而当光线调节需要更多的时间段时，设置所述多列第一反射镜101处于第二模式，其中部分多列第一反射镜101将太阳光朝着所述第三反射镜103 反射并通过所述第三反射镜103二次反射至所述待光线调节或光线补充的目标120，用于光线反射和光线调节使用，此时投入供热和投入光线调节的所述多列第一反射镜101的数量可以通过所述控制模块灵活设置。

当同时有供暖和光线调节需求时，根据本实用新型的一个实施例，所述太阳能聚光集热装置110的布置也会进行相应调整，例如将集热器107布置在待光线调节或光线补充的目标120一侧，将所述集热器107按照一字型排布，所述集热器107连接到待光线调节或光线补充的目标120并提供热能。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述太阳能聚光集热装置110的所述多列第一反射镜101中靠近所述需要光线调节或光线补充的目标120一侧的2-4列第一反射镜101可在第一模式和第二模式之间切换，以对光线进行调节，减少多列第一反射镜101进行光线调节时对供暖或供热效果的影响。本领域技术人员能够理解，所述可在第一模式和第二模式之间切换的第一反射镜101中的列数并不局限于此，所述列数可以根据具体的需要通过所述控制模块进行设置。

根据本实用新型的一个实施例，所述太阳能聚光集热装置110还包括光线追踪装置(图中未示出)，所述光线追踪装置与所述多列第一反射镜101 耦接，配置成可对太阳进行自动追踪，并根据追踪的太阳的方位调整所述多列第一反射镜101的角度，以确保能够将太阳光反射到所述第二反射镜102 或第三反射镜103。

图2示出了根据本实用新型一个实施例的太阳光线入射示意图。如图2 所示，多列第一反射镜101在所述水平支架104上均匀或者非均匀排布，所述第二反射镜102通过所述第一竖直支架105设置在所述多列第一反射镜101 的上方。图中向下的箭头表示入射到第一反射镜101的太阳光线(即入射光线)，向上的箭头表示经第一反射镜101反射的光线(即反射光线)。第一反射镜101具有大致朝向上方定向的反射面，从而将入射的太阳光朝着第二反射镜102反射。可以看出当太阳光线以平行方式入射时，经过第一反射镜 101的反射，所有光线将汇聚至第二反射镜102开口宽度的范围内。所述第三反射镜103的设置和反射原理与所述第二反射镜102类似，在此不再赘述。

根据本实用新型的一个实施例，其中所述第三反射镜103为平面反射镜或微弧镜。根据本实用新型的一个优选实施例，所述第三反射镜103靠近所述需要光线调节或光线补充的目标120设置。

本实用新型还涉及一种太阳能聚光集热和光线调节系统，如图1A和图 1B所示，所述太阳能聚光集热和光线调节系统100包括：待光线调节或光线补充的目标120和如上所述的太阳能聚光集热装置110。根据本实用新型的一个实施例，其中所述待光线调节或光线补充的目标120包括大棚、建筑物或设施。

图4示出了根据本实用新型一个实施例的经模拟优化后的太阳光束的示意图。为了保证经反射的光束能进入所述待光线调节或光线补充的目标120 进行调光或补光，利用solidworks和matlab软件对所述太阳能聚光集热和光线调节系统100的聚光、反射进行模拟和优化，经过优化后如图4所示，所述太阳能聚光集热装置110靠近所述待光线调节或光线补充的目标120侧的两列光束进入多列第一反射镜101后被反射至位于上方的第三反射镜103 中，经所述第三反射镜103再次反射后进入待光线调节或光线补充的目标120 例如大棚中。由于大棚前端为薄膜塑料，为了保证塑料不被光束烧灼，因此不采用微弧反射镜。如图4所示，通过模拟可以看出，经过二次反射的模拟光束可以很好分布于大棚内，达到补光效果。

综上所述，本实用新型提出了一种经过改造的线性菲涅尔式聚光集热系统，所述太阳能聚光集热和光线调节系统100的提出解决了现有技术中无法兼顾对需要进行光线调节的目标物调光、补光的问题，可以同时满足太阳光线调节和集热供热、供暖或发电的需求，既降低设备和系统的投资，又增加设施的功能。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种可用于光线调节的太阳能聚光集热装置，其特征在于，所述太阳能聚光集热装置包括：多列第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和集热器，

其中所述多列第一反射镜配置成可接收太阳光并反射太阳光，所述多列第一反射镜中的至少一列可在第一模式和第二模式之间切换，当处于第一模式时，所述至少一列第一反射镜将太阳光朝着所述第二反射镜反射；当处于第二模式时，所述至少一列第一反射镜将太阳光朝着所述第三反射镜反射；

所述第二反射镜在光学上配置成可接收经所述第一反射镜反射的太阳光，并进行二次反射到所述集热器；

所述第三反射镜在光学上配置成可接收经所述第一反射镜反射的太阳光，并进行二次反射到需要光线调节或光线补充的目标；

所述集热器配置成可接收经所述第二反射镜二次反射的太阳光并转化为热能。

2.根据权利要求1所述的可用于光线调节的太阳能聚光集热装置，其特征在于，所述太阳能聚光集热装置还包括控制模块，所述控制模块配置成可调整所述至少一列第一反射镜的数量和/或角度，使其处于第二模式以将接收的太阳光反射到所述第三反射镜。

3.根据权利要求1所述的可用于光线调节的太阳能聚光集热装置，其特征在于，其中所述多列第一反射镜中靠近所述需要光线调节或光线补充的目标一侧的2-4列第一反射镜可在第一模式和第二模式之间切换。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的可用于光线调节的太阳能聚光集热装置，其特征在于，所述太阳能聚光集热装置还包括光线追踪装置，所述光线追踪装置与所述多列第一反射镜耦接，配置成可对太阳进行自动追踪，并根据追踪的太阳的方位调整所述多列第一反射镜的角度，以将太阳光反射到所述第二反射镜或第三反射镜。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的可用于光线调节的太阳能聚光集热装置，其特征在于，其中所述第三反射镜为平面反射镜或微弧镜。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的可用于光线调节的太阳能聚光集热装置，其特征在于，其中所述第二反射镜设置在所述多列第一反射镜上方，所述第三反射镜设置在所述多列第一反射镜上方。

7.根据权利要求6所述的可用于光线调节的太阳能聚光集热装置，其特征在于，其中所述第三反射镜靠近所述需要光线调节或光线补充的目标设置。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的可用于光线调节的太阳能聚光集热装置，其特征在于，其中所述集热器按照一字型排布，所述集热器连接到待光线调节或光线补充的目标并提供热能。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的可用于光线调节的太阳能聚光集热装置，其特征在于，其中所述多列第一反射镜均匀或者非均匀排布。

10.根据权利要求2所述的可用于光线调节的太阳能聚光集热装置，其特征在于，所述控制模块配置成可根据光强、集热需求、光线调节或光线补充需求中的一个或多个调整所述至少一列第一反射镜的数量和角度，使其处于第二模式以将接收的太阳光反射到所述第三反射镜。

11.一种可用于光线调节的太阳能聚光集热系统，其特征在于，所述可用于光线调节的太阳能聚光集热系统包括：

待光线调节或光线补充的目标；和

如权利要求1-10中任一项所述的太阳能聚光集热装置。

12.根据权利要求11所述的可用于光线调节的太阳能聚光集热系统，其特征在于，所述待光线调节或光线补充的目标包括大棚或建筑物。

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