CN217004947U - 一种封闭式太阳能线性聚光装置及其阵列 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种封闭式太阳能线性聚光装置及其阵列，由不少于两个的线性聚光单元串联拼接组成，所述线性聚光单元包括封闭结构、线性聚光装置和线性接收装置，其特征在于，所述线性聚光装置和所述线性接收装置布置于所述封闭结构内部，所述线性接收装置位于所述聚光装置汇聚的焦线处，所述线性聚光反射镜和所述接收装置的轴向方向与所述封闭结构的轴向方向平行。由于聚光反射镜与接收装置的相对位置是固定的，因此对设计和安装精度要求不高；其次聚光装置位于封闭结构中，所需承载的抗风能力要求下降，支撑结构材料用量大幅减少。该装置能够低成本地进行高精度聚光，分布式或集中式布置均可，适合大规模推广应用。

Description

一种封闭式太阳能线性聚光装置及其阵列

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能线性聚光装置，尤其涉及一种封闭式太阳能线性聚光装置及其阵列。

背景技术

太阳辐射的能流密度较低时，为降低成本，对太阳光进行汇聚应用是一种可行的方式，目前市场上的太阳能聚光装置有槽式、菲涅尔式和塔式三种形式，随着市场竞争的激烈化，技术日渐成熟，如何降低系统成本成为竞争的关键因素，成本降低困难的大部分原因是材料费比较昂贵。太阳能聚光装置寿命一般要求20年以上，长期处于室外敞开环境，支撑结构和跟踪结构需要克服一定风载，具有较优的抗风能力，因此支撑结构的材料用量难以下降；另一方面由于聚光集热装置要求较高的聚光精度，因此设备结构精度要求较高，并且对土地平整度要求也高，施工安装成本居高不下。

GlassPoint公司开发了封闭空间内部的槽式技术，将多个阵列的槽式集热器布置在一个封闭的玻璃房内，但是该技术中的玻璃房尺寸巨大，造价高昂，虽然降低了支撑结构的用钢量，但是整体成本还是没有达到商业化的程度。

如何能够低成本地进行高精度聚光是目前亟需解决的问题，因此，开发出一种聚光精度高，安装简便，选材便宜且用量少的聚光装置，能够有效解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于寻找一种能够低成本进行高精度聚光的太阳能线性聚光装置，借鉴GlassPoint公司方案，进一步吸收农业大棚结构的优点，充分优化设计选择最佳结构，能够大幅度降低聚光系统的总体成本，在光伏、光热或者光伏光热复合应用领域均可应用，对于太阳能大规模产业化推广具有很强的实用价值。

本实用新型提供了一种封闭式太阳能线性聚光装置，由不少于两个的线性聚光单元串联拼接组成，所述线性聚光单元包括封闭结构、线性聚光装置和线性接收装置，其特征在于，所述封闭结构包括线性布置的若干支撑骨架、透明盖板和密封构件，所述透明盖板倾斜向阳布置，所述密封构件与所述透明盖板在所述支撑骨架的支撑作用下共同形成密封空腔，所述封闭结构整体位置固定；所述密封空腔内外基本没有气体交换或者气体交换量很小，所述封闭空腔内处于密封或相对密封的情况，再加上所述封闭结构整体位置固定，所以虽然该结构材料使用量很少但能够提供足够的机械强度和密封性，类似农业大棚一样可以在雨、雪、冰雹、大风、沙尘等恶劣自然条件下，确保密封结构内部环境适宜太阳能聚光应用。

进一步地，所述线性聚光装置和所述线性接收装置布置于所述封闭结构内部，所述线性聚光装置包括不少于两轴朝向向阳面的线性聚光反射镜；所述线性接收装置在所述透明盖板的下部位置固定安装，所述线性接收装置位于所述线性聚光装置汇聚的焦线处，所述线性聚光反射镜和所述线性接收装置的轴向方向与所述封闭结构的轴向方向平行；所述不少于两轴的线性聚光反射镜通过位置和/或角度的变化跟踪太阳位置的变化，将入射太阳光反射汇聚到所述线性接收装置处。每轴的所述线性聚光反射镜由若干组单镜条沿密封结构轴向串联拼接而成；所述线性聚光反射镜及所述线性接收装置均位于所述封闭结构内部，基本处于无风环境中，不需要考虑抗风强度，能够极大幅度地减少材料使用量，大幅降低建设成本；同时，密封或相对密封的环境中灰尘很少，反射镜片能够长期处于洁净高反射率状态，可以基本不需要清洁维护，能够显著减少工作量降低运行成本。

进一步地，所述封闭结构底部布置有预制件，所述预制件为混凝土预制件或发泡材料预制件，在起到密封作用的同时，还可以起到配重基础的作用，确保所述封闭式太阳能线性聚光装置安装稳固，减少或取消额外的安装基础施工。

进一步地，所述预制件内部布置有线性保温储存通道，所述线性保温储存通道的轴向方向与所述封闭结构的轴向方向平行，所述线性保温储存通道内布置储热介质，所述储热介质为水、融熔盐或相变储热材料，这些储热介质同时还可以作为基础配重增加系统的稳固性。

优选地，所述线性保温储存通道为圆形。

进一步地，所述线性接收装置为线性光伏接收装置或线性光伏光热一体化接收装置或线性光热接收装置。

优选地，所述线性聚光装置为线性菲涅尔式聚光装置。

进一步地，所述封闭式太阳能线性聚光装置内布置的所述线性接收装置数量为一根，所述线性接收装置由若干接收单元串联组成，为控制系统总体材料使用量，所述封闭式太阳能线性聚光装置的截光口径(截光宽度)不宜过大，截光宽度一般不超过6米，优选不超过3.6米，因此仅布置一根线性接收器即可满足使用需求，结构简单便捷，安装便利。

优选地，所述透明盖板为透明玻璃板，优选为透明钢化玻璃板，透明度好，耐磨损强度高，而且具有一定的耐温性，可以耐受靠近接收器附近位置的较高温度，同时材料来源广泛价格较低。

优选地，所述密封构件为帆布或塑料薄膜或金属薄板或非金属薄板或上述材料的部分或全部组合，这些材料常见而普通，价格较低，组合而成的类似农业大棚结构，强度较高却材料用量很少，能够充分降低系统成本。

进一步地，所述线性聚光反射镜由位于下部的支撑物和位于上部的反射率薄膜构成。

优选地，所述支撑物为空心或发泡轻体材料，所述反射率薄膜为高反射铝薄板或镀铝或镀银的有机薄膜，例如镀铝或镀银的pet/pp/pc等塑料薄膜，其中镀膜方式优选前反射镀层加保护性薄膜。

优选地，所述线性聚光装置东西向布置，也就是所述封闭式太阳能线性聚光装置的轴线为东西方向；这种布置方式在高纬度地区能够使全年四季的聚光效率更加均衡，改变传统南北轴线性聚光装置冬季聚光效率低，夏季聚光效率高的情况。

进一步地，所述透明盖板在倾斜方向上的拼接数量不多于三块，优选地，所述拼接数量为一块，便于施工的同时，结构也更加稳定。

优选地，所述封闭式太阳能线性聚光装置在屋面安装或在地面安装或架空安装，能够适应广泛的应用环境，不仅适合大规模布置，还适合分布式布置，能够更好地解决家庭或工业园区的绿色用能问题。

本实用新型还提供一种封闭式太阳能线性聚光装置及其阵列，包括平行布置的多个所述的封闭式太阳能线性聚光装置，能够利用更多的太阳光进行较大规模的太阳光汇聚利用。

由以上技术方案可知，本实施例采用封闭结构使线性聚光接收装置处于防雨雪灰尘、空气流动性较小的环境内，所述线性聚光装置和所述线性接收装置位置相对固定，对安装精度要求降低，又因为封闭结构内基本无风，支撑骨架的材料用量也大幅度减小，因此能够大幅度降低系统成本，能够进行光伏电力输出和/或光热热水/蒸汽输出，在光伏、光热或者光伏光热复合应用领域均可应用，对太阳能大规模产业化推广具有很强的实用价值。

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为封闭式太阳能线性聚光装置截面结构简图。

图2为封闭式太阳能线性聚光装置工作原理图。

图3为布置于屋顶上的封闭式太阳能线性聚光装置。

图4为封闭式太阳能线性聚光装置阵列布置图。

图中，0为封闭式太阳能线性聚光装置；1为封闭结构；11为透明盖板；12为支撑骨架；13为密封构件；2为线性聚光装置；21为第一线性聚光反射镜；22为第二聚光反射镜；23为第三聚光反射镜；3为线性接收装置；4为预制件，41为预制件本体；42为线性保温储存通道；A、B为方向，A为西，B为东。

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。

实施例一

图1示出了封闭式太阳能线性聚光装置截面结构简图，如图1所示，由不少于两个的线性聚光单元串联拼接组成，所述线性聚光单元包括封闭结构1、线性聚光装置2和线性接收装置3，所述线性聚光装置2和所述线性接收装置3布置于所述封闭结构1内部，所述封闭结构1整体位置固定。所述封闭结构包括线性布置的若干支撑骨架12、透明盖板11以及密封构件13。所述透明盖板11倾斜向阳布置，以北半球为例，所述透明盖板11倾斜向南布置，所述透明盖板11为透明玻璃板，优选为透明钢化玻璃板，透明度好，耐磨损强度高，而且具有一定的耐温性，可以耐受靠近所述线性接收器3附近位置的较高温度，同时材料来源广泛价格较低。所述透明盖板11在倾斜方向上的拼接数量不多于三块，优选地，所述拼接数量为一块，便于施工的同时，结构也更加稳定；所述密封构件13为帆布或各种塑料薄膜或金属非金属薄板或上述材料的部分或全部组合，这些材料常见而普通，价格较低，所述封闭结构1类似农业大棚结构，强度较高却材料用量很少，能够充分降低系统成本。所述密封构件13与所述透明盖板11在所述支撑骨架12的支撑作用下共同形成密封空腔。所述密封空腔内外基本没有气体交换或者气体交换量很小，所述密封空腔内处于密封或相对密封的情况，再加上所述封闭结构1整体位置固定，所以虽然所述封闭结构1材料使用量很少但能够提供足够的机械强度和密封性，可以在雨、雪、冰雹、大风、沙尘等恶劣自然条件下，确保封闭结构内部环境适宜太阳能聚光应用。

进一步地，所述支撑骨架12为金属框架，优选为薄壁钢管或薄壁铝合金型材，由于所述线性聚光反射镜处于灰尘极少的封闭或相对封闭的空间结构中，基本不需清扫，对所述线性聚光反射镜镜面耐磨性能要求不高；同时空气流动速度很低，所述线性聚光反射镜结构基本只受重力，不需要进行抗风能力的设计，因此可以选择用料很少的空心或轻体材料结构。

进一步地，所述封闭结构底部布置有预制件4，所述预制件4为混凝土预制件或发泡材料预制件，在起到密封作用的同时，还可以起到配重基础的作用，确保所述封闭式太阳能线性聚光装置安装稳固，减少或取消额外的安装基础施工。所述预制件4包括预制件本体41和布置在预制件内部的线性保温储存通道42，所述线性保温储存通道42的轴向方向与所述封闭结构1的轴向方向平行，所述线性保温储存通道42内布置储热介质，所述储热介质为水、融熔盐或相变储热材料，这些储热介质同时还可以作为基础配重增加系统的稳固性。优选地，所述线性保温储存通道42为圆形。

所述线性聚光装置2和所述线性接收装置3布置于所述封闭结构的内部，优选地，所述线性聚光装置2靠背阴面布置。所述线性聚光装置2为线性菲涅尔式聚光装置，优选为东西轴倾斜向阳布置的线性菲涅尔式聚光装置，全年聚光效率均衡，克服了传统南北轴线性聚光装置冬季聚光效率低，夏季聚光效率高的不均衡问题。所述线性聚光装置2包括不少于两轴朝向向阳面的线性聚光反射镜，例如包括第一线性聚光反射镜、第二聚光反射镜和第三聚光反射镜，所述线性聚光反射镜用以反射汇聚太阳光；优选地，以北半球为例，所述线性聚光反射镜镜面朝向南面。所述线性聚光反射镜由位于下部的支撑物和位于上部的反射率薄膜构成；优选地，所述支撑物为空心或发泡轻体材料，所述反射率薄膜为高反射铝薄板或镀铝或镀银的有机薄膜，例如镀铝或镀银的pet/pp/pc等塑料薄膜，其中镀膜方式优选为前反射镀层加保护性薄膜，例如首先将高反射金属层镀在塑料基膜表面，然后再加镀一层透明保护膜(例如有机硅保护膜)，使用时将该透明保护膜一面对着太阳，光线不需要透过基材塑料薄膜就能被金属高反射层反射，不但反射率更高，而且可以有效保护塑料基膜不受阳光照射损伤，延长使用寿命。

所述线性接收装置3在所述透明盖板11的下部位置固定安装，不需要移动，牢固可靠成本低，所述线性接收装置3位于所述线性聚光装置2汇聚的焦线处，所述线性聚光反射镜2和所述线性接收装置3的轴向方向与所述封闭结构1的轴向方向平行；所述不少于两轴的线性聚光反射镜通过位置和/或角度的变化跟踪太阳位置的变化，将入射太阳光反射汇聚到所述线性接收装置3处。每轴的所述线性聚光反射镜由若干组单镜条沿封闭结构轴向串联拼接而成；所述线性聚光装置2及所述线性接收装置3均位于所述封闭结构1内部，基本处于无风环境中，不需要考虑抗风强度，能够极大幅度地减少材料使用量，大幅降低建设成本，并且采用滑动或转动方式改变所述线性聚光反射镜的位置和/或角度进行聚光跟踪时，也不需要抵抗风压带来的力量，只需克服反射镜自身的重力作用即可，能够大大简化跟踪驱动系统的结构设计及减少材料使用；同时，密封或相对密封的环境中灰尘很少，反射镜片能够长期处于洁净高反射率状态，可以基本不需要清洁维护，大大减少运行维护工作量，降低运行成本。

优选地，所述封闭式太阳能线性聚光装置0内布置的所述线性接收装置3数量为一根，所述线性接收装置3由若干接收单元串联组成，为控制系统总体材料使用量，所述封闭式太阳能线性聚光装置0的截光口径(截光宽度)不宜过大，截光宽度不超过6米，优选地不超过3.6米，因此仅布置一根线性接收器即可满足使用需求，结构简单便捷，安装便利。

实施例一工作原理

图2为封闭式太阳能线性聚光装置工作原理图。如图2所示，太阳光平行照射在所述线性聚光装置2的第一聚光反射镜21、第二聚光反射镜22以及第三聚光反射镜23上，所述聚光反射镜将入射太阳光反射汇聚到所述线性接收装置3上，所述线性接收装置3为线性光伏接收装置或线性光伏光热一体化接收装置或线性光热接收装置。

可以用于光伏发电和/或光热集热，具体应用时可以根据用户的需求进行选择使用。当所述线性接收装置3为线性光伏接收装置时，优选为管状光伏接收器，所述线性光伏接收装置还包括维持光伏电池高效工作的散热通道，用于维持光伏电池的工作温度；当所述线性接收装置3为线性光伏光热一体化接收装置时，优选为管状光伏光热一体化接收装置；当所述线性接收装置3为线性光热接收装置时，优选为集热管或真空集热管。所述线性接收装置进行光伏发电和/或光热集热后，会有热量进行输出，所述线性保温储存通道42与所述线性接收装置的散热通道或线性光热接收装置串联连接，将热流体储存到所述线性保温储存通道42，所述线性保温储存通道42的储热容量可以储存1-3天的热流体。所述热流体可以用于生产生活使用。

实施例二

图3为布置于屋顶上的封闭式太阳能线性聚光装置。如图3所示，所述封闭式太阳能线性聚光装置0布置于房屋屋顶上，由于所述封闭式太阳能线性聚光装置0中的所述线性聚光装置2和所述线性接收装置3均位于封闭结构中，基本处于空气流动比较弱的环境中，抗风能力要求较弱，因此材料用量大幅度减小，所以所述封闭式太阳能线性聚光装置0对房屋屋顶的承载力要求不高，适用于已建和新建民房和厂房，可以为住户提供电力和/或生产生活用水。为减少线性聚光系统的端部损失，所述封闭式太阳能线性聚光装置0的轴向长度一般不短于6米，优选60米甚至更长。所述封闭式太阳能线性聚光装置0用料少，重量轻，可以在屋顶安装，具体实施时，也可以在地面安装或者架空安装，当采取架空安装方式时，下方可以进行正常的农牧业生产，因此，所述封闭式太阳能线性聚光装置0能够适应广泛的安装环境，适用范围广。

实施例四

图4为封闭式太阳能线性聚光装置阵列布置图。如图4所示，所述多个平行布置的封闭式太阳能线性聚光装置0组成封闭式太阳能线性聚光装置阵列。以北半球为例，A为西，B为东，所述线性聚光装置东西向布置，也就是所述封闭式太阳能线性聚光装置0的轴线为东西方向；这种布置方式在高纬度地区能够使全年四季的聚光效率更加均衡，改变传统南北轴线性聚光装置冬季聚光效率低，夏季聚光效率高的情况。所述透明盖板向阳倾斜布置，例如在北半球时，所述透明盖板倾斜向南布置，所述线性聚光装置通过位置和/或角度的调整变化跟踪太阳高度角变化，将入射太阳光反射汇聚到所述的单根线性接收装置处，跟踪方式可以是单轴线性聚光反射镜沿各自轴线的旋转或滑动，具体实现方式此处不一一列举，能够实施对太阳光高度角跟踪的跟踪方式均落入本实用新型的保护范围内。

所述封闭式太阳能线性聚光装置及其阵列，可以分布式布置应用于需求不大的场景，也可以大规模集中式布置应用于需求较大的场景，应用场景灵活多变，能够更大范围地满足客户的需求。

具体实施时，所述封闭式太阳能线性聚光装置及其阵列可以用于多场景，可分布式或集中式布置于地面、屋顶或者架空安装，由于线性接收器和线性聚光器位置相对固定，因此对于地面平整度的要求相对于光热电站来说要低；另外，即使在对安装精度的要求不高的情况下，也很容易实现较好的聚光精度。另外由于所述线性聚光装置和线性接收装置均位于棚式结构的封闭结构内，不需要进行抗风能力的设计，因此，所述线性聚光装置和所述线性接收装置的材料用量大幅度减少，成本也会大幅度降低；另外由于所述线性聚光装置和所述线性接收装置长期处于封闭环境中，不与外界灰尘直接接触，因此所述线性聚光装置和所述线性接收装置易于维护，无需频繁进行镜面清洗，在非雨季只需要小频次对所述透明盖板进行擦拭，在雨季无需进行清洗维护。所述封闭式太阳能线性聚光装置及其阵列可以进行多种能源形式的输出，电力和热水可以单独输出也可以混合输出，另外自带储热空间，无需单独设置储热装置，节约储能费用。

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 (13)

1.一种封闭式太阳能线性聚光装置，由不少于两个的线性聚光单元串联拼接组成，所述线性聚光单元包括封闭结构、线性聚光装置和线性接收装置，其特征在于，所述封闭结构包括线性布置的若干支撑骨架、透明盖板和密封构件，所述透明盖板倾斜向阳布置，所述密封构件与所述透明盖板在所述支撑骨架的支撑作用下共同形成密封空腔，所述封闭结构整体位置固定；

所述线性聚光装置和所述线性接收装置布置于所述封闭结构内部，所述线性聚光装置包括不少于两轴朝向向阳面的线性聚光反射镜；所述线性接收装置在所述透明盖板的下部位置固定安装，所述线性接收装置位于所述线性聚光装置汇聚的焦线处，所述线性聚光反射镜和所述线性接收装置的轴向方向与所述封闭结构的轴向方向平行；所述不少于两轴的线性聚光反射镜通过位置和/或角度的变化跟踪太阳位置变化，将入射太阳光反射汇聚到所述线性接收装置处。

2.根据权利要求1所述的一种封闭式太阳能线性聚光装置，其特征在于，所述封闭结构底部布置有预制件，所述预制件为混凝土预制件或发泡材料预制件。

3.根据权利要求2所述的一种封闭式太阳能线性聚光装置，其特征在于，所述预制件内部布置有线性保温储存通道，所述线性保温储存通道的轴向方向与所述封闭结构的轴向方向平行，所述线性保温储存通道内布置储热介质，所述储热介质为水、融熔盐或相变储热材料。

4.根据权利要求1所述的一种封闭式太阳能线性聚光装置，其特征在于，所述线性接收装置为线性光伏接收装置或线性光伏光热一体化接收装置或线性光热接收装置。

5.根据权利要求4所述的一种封闭式太阳能线性聚光装置，其特征在于，所述封闭式太阳能线性聚光装置内布置的所述线性接收装置数量为一根，所述线性接收装置由若干接收单元串联组成。

6.根据权利要求1所述的一种封闭式太阳能线性聚光装置，其特征在于，所述透明盖板为透明玻璃板。

7.根据权利要求1所述的一种封闭式太阳能线性聚光装置，其特征在于，所述密封构件为帆布或塑料薄膜或金属薄板或非金属薄板或上述材料的部分或全部组合。

8.根据权利要求1所述的一种封闭式太阳能线性聚光装置，其特征在于，所述线性聚光反射镜由位于下部的支撑物和位于上部的反射率薄膜构成。

9.根据权利要求8所述的一种封闭式太阳能线性聚光装置，其特征在于，所述支撑物为空心或发泡轻体材料，所述反射率薄膜为高反射铝薄板或镀铝或镀银的有机薄膜。

10.根据权利要求1所述的一种封闭式太阳能线性聚光装置，其特征在于，所述线性聚光装置东西向布置。

11.根据权利要求1所述的一种封闭式太阳能线性聚光装置，其特征在于，所述透明盖板在倾斜方向上的拼接数量不多于三块。

12.根据权利要求1所述的一种封闭式太阳能线性聚光装置，其特征在于，所述封闭式太阳能线性聚光装置在屋面安装或在地面安装或架空安装。

13.一种封闭式太阳能线性聚光装置阵列，其特征在于，所述阵列包括平行布置的多个如权利要求1-12任一项所述的封闭式太阳能线性聚光装置。

Images