CN218821061U

CN218821061U - 一种分布式点聚焦光热系统

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Publication number: CN218821061U
Application number: CN202222698962.1U
Authority: CN
Inventors: 祝长宇
Original assignee: Beijing Zhongre Information Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Zhongre Information Technology Co ltd
Priority date: 2022-10-13
Filing date: 2022-10-13
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2032-10-13

Abstract

一种分布式点聚焦光热系统，包括用于收集太阳热能的多个太阳能集热装置、太阳能集热装置热工质以及太阳能集热装置的镜场；所述太阳能集热装置行列分布，即多个太阳能集热装置按照南北走向进行多行排列，按照东西走向进行多列排列，形成一个南北和东西分布的矩阵；太阳能集热装置的镜场是以太阳能集热装置在春分或者秋分中午12点形成的影子O点为中心形成的一个正方形镜场；所述太阳能集热装置的正方形镜场分为固定镜场区和变化镜场区两部分，本实用新型分布式点聚焦光热系统通过提高聚光镜的聚光效率，增加镜面面积和土地面积比例，提高土地的利用率，增加太阳能集热装置有效照射面积，有效提高光资源的利用率。

Description

一种分布式点聚焦光热系统

技术领域

本实用新型涉及塔式光热聚光技术领域，具体涉及一种分布式点聚焦光热系统。

背景技术

太阳能作为重要的可再生能源，资源充足、长寿、分布广泛、安全、清洁以及技术可靠的优点，开发利用太阳能可以显著减少环境污染，缓解能源危机，有望成为化石能源的重要替代能源。

太阳能光热聚光蓄热系统是光热资源中高温利用的一种，聚集的热量可以供蒸汽、发电等各种热需求应用。根据聚热方式的不同太阳能热发电技术可以分为塔式、槽式、蝶式和菲涅尔式。而塔式聚热系统以其集热效率高，热工转换效率高，系统综合效率高，成本降低空间大，合适大规模应用等优点而成为光热产业未来大规模应用的主要方向。太阳能塔式系统又称集中式聚光系统。它是在很大面积的场地上装有许多台大型太阳能反射镜，通常称为定日镜，每台都各自配有跟踪机构准确的将太阳光反射集中到一个高塔顶部的接受器上。接受器上的聚光倍率可超过1000倍。在这里把吸收的太阳光能转化成热能，再将热能传给工质。然而至今该项技术的发展仍受到诸多阻困，其原因主要有三点：一是定日镜跟踪成本过高；二是定日镜的镜场土地利用率低，无法实现大规模聚光；三是定日镜的底部遮挡严重，有效利用面积效率低；因此，目前的塔式太阳能光热系统聚热成本居高不下，离市场化要求仍有较大的距离。

发明内容

为了解决以上问题，本实用新型提出了一种分布式点聚焦光热系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题，本实用新型能够充分利用太阳能资源，实现最优配合。

为实现上述技术方案，本实用新型提供了一种分布式点聚焦光热系统，包括用于收集太阳热能的多个太阳能集热装置、在太阳能集热装置中循环的热工质以及太阳能集热装置的镜场；

所述太阳能集热装置行列分布，即多个太阳能集热装置按照南北走向进行多行排列，按照东西走向进行多列排列，形成一个南北和东西分布的矩阵；

所述太阳能集热装置的镜场是以太阳能集热装置在春分或者秋分中午12点形成的影子O点为中心形成的一个正方形镜场；

所述太阳能集热装置的正方形镜场分为固定镜场区和变化镜场区两部分；所述太阳能集热装置固定镜场位于靠近太阳能集热装置的镜场区域；所述太阳能集热装置变化镜场区位于远离太阳能集热装置的m排或者n列，其中m≥1，n≥1；

所述太阳能集热装置1变化镜场区的聚光镜4上设有动态跟踪系统。

进一步地，太阳能集热装置变化镜场区的聚光镜动态跟踪与该聚光镜相邻的四个太阳能集热装置，在这四个太阳能集热装置中选择一个太阳能集热装置，然后该聚光镜以最大聚光效率将太阳光聚集反射到选择的太阳能集热装置上。

进一步地，所述正方形镜场半长径r=0.5h·tanθ~3h·tanθ，其中h是太阳能集热装置的高度，θ是分布式点聚焦光热系统所在地的纬度；这样就组成了一个以太阳能集热装置在春分或者秋分正午时刻形成的影子O点为中心，2r为边长的正方形镜场。

进一步地，所述太阳能集热装置的镜场中安装有聚光镜，所述聚光镜以太阳能集热装置春分或者秋分中午12点形成的影子O点为中心进行分布。

进一步地，所述的聚光镜上设有双轴自动跟踪系统；所述双轴自动跟踪系统是自动跟踪太阳的方位角和高度角的变化，实现对日实时跟踪，时刻保持最大效率的将太阳光反射聚焦到太阳能集热装置上。

进一步地，所述太阳能集热装置的热工质是液体、气体或者相变工质。

进一步地，还包括与多个太阳能集热装置一一对应的太阳能集热装置安装架；所述太阳能集热装置安装架包括立柱、横梁、悬吊拉丝和地面拉丝；所述立柱固定在地面上，横梁安装固定在立柱的上部，横梁的两端分别通过悬吊拉丝固定在立柱的顶部；横梁靠近立柱的一端通过地面拉丝固定在地上，这样组装成太阳能集热装置的安装架；所述太阳能集热装置安装固定在所述太阳能集热装置安装架横梁远离立柱的一端。

进一步地，所述太阳能集热装置的热工质输入、输出管道分别沿太阳能集热装置的安装架的横梁和立柱与地面的总管道汇通。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优势：通过聚光镜的动态跟踪系统的设计和太阳能集热装置正方形镜场的合理设计，提高了聚光镜的镜面利用率，实现镜面面积和土地面积的比例1:2-1:3，提高了土地的利用率；另外通过太阳能集热装置安装架的设计，避免了太阳能集热装置底部的遮挡，提高太阳能集热装置有效照射面积。

附图说明

图1为本实用新型分布式点聚焦光热系统总体框架示意图。

图2为本实用新型的太阳能集热装置的镜场设计图。

图3为本实用新型太阳能集热装置的镜场结构示意图。

图4为本实用新型太阳能集热装置的镜场移动时间示意图。

图5为本实用新型不同时刻太阳能集热装置对应镜场示意图。

图6为本实用新型太阳能集热装置的安装架的结构示意图。

图中：1、太阳能集热装置；21、横梁；22、立柱；31、悬吊拉丝；32、地面拉丝；4、聚光镜；5、镜场。

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。本领域普通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，均属于本实用新型的保护范围。

请参考图1所示的本实用新型一种分布式点聚焦光热系统，包括：用于收集太阳热能的多个太阳能集热装置1，以及太阳能集热装置1热工质，所述热工质是蒸汽；所述太阳能集热装置1行列分布，即多个太阳能集热装置1按照南北走向进行多行排列，按照东西走向进行多列排列，形成一个南北和东西分布的矩阵；所述的每一个太阳能集热装置1都有一个自己的镜场5。

请参考图2中a和b图所示，太阳能集热装置的镜场5是以太阳能集热装置1在春分或者秋分正午时刻（中午12点）形成的影子O点为中心形成的一个正方形镜场5，所述正方形镜场5半长径r的确定与太阳能集热装置1的高度h和该系统所处的纬度θ有关，r=0.5h·tanθ~3h·tanθ。

请参考图2中c图所示，图中太阳能集热装置1所在的虚线范围就是该太阳能集热装置的镜场5，镜场是以O点为中心，2r为边长的正方形。

请参照图3所示，太阳能集热装置1所在的镜场5中安装有一组组聚光镜4，所述聚光镜4以太阳能集热装置1在春分或者秋分中午12点形成的影子O点为中心进行布局，O点这一点上的聚光镜4的镜面正好与太阳光垂直，然后其他的聚光镜4以O点为中心进行在南北和东西两个方向的进行布局，使所有的聚光镜4在实现聚光的前提下，聚光镜4的法线与太阳光线尽量平行，即聚光镜4的镜面尽量与太阳光垂直；另外相邻聚光镜4之间的距离要保证一个聚光镜不能在相邻的聚光镜上个留下阴影，也不能聚光到前面镜子的后背上。

为了确保聚光镜4最大效率的把阳光能够聚到太阳能集热装置1，所述聚光镜4设有对日的双轴自动跟踪系统，双轴自动跟踪系统是自动跟踪太阳的方位角和高度角的变化，实现对日实时跟踪，时刻保持镜面与太阳光尽量垂直，最大效率的将太阳光聚焦到自己服务的太阳能集热装置1上。

所述太阳能集热装置1的正方形镜场分为固定镜场区和变化镜场区两部分；所述太阳能集热装置1固定镜场位于靠近太阳能集热装置1的镜场区域；所述太阳能集热装置1变化镜场区位于远离太阳能集热装置1的m排或者n列，其中m≥1，n≥1。所述太阳能集热装置1变化镜场区的聚光镜4上设有动态跟踪系统，根据一天的不同时刻，太阳能集热装置1变化镜场区的聚光镜4动态跟踪与该聚光镜4相邻的四个太阳能集热装置，根据需要在这四个太阳能集热装置中选择一个实现自己最大聚光效率的太阳能集热装置，然后将太阳光聚集反射到该太阳能集热装置上。

本实用新型分布式点聚焦光热系统工作时，根据每日太阳东起西落，不同时刻，太阳能集热装置1在太阳下的影子位置是不同的，太阳能集热装置1的正方形镜场也是变化的；新的镜场以太阳能集热装置1新的影子O点为中心，太阳能集热装置1正下方与太阳能集热装置1影子O点的连线方向为新的半长径r方向形成的新正方形镜场；请参考图4所示，中午太阳光在正南方，每个太阳能集热装置1的镜场与相邻太阳能集热装置的中间为分界线形成的正方形镜场；上午太阳光在东方或者东方偏南方向，每列的太阳能集热装置1的影子向西边或西边偏北方向移动，太阳能集热装置1的镜场也随着向西边或西边偏北方向移动；下午太阳光在南边偏西或者西方的方向，每列的太阳能集热装置1的影子向东边偏北或东边移动，则太阳能集热装置1的镜场也随着向东边偏北或东边移动；在以上镜场变化时，相邻的太阳能集热装置变化镜场区的聚光镜4如果进入新正方形镜场，其通过动态跟踪系统更换为新正方形镜场对应的太阳能集热装置1，然后通过对日的双轴自动跟踪系统，将太阳光聚集反射到该太阳能集热装置1上。

以北京的某一天为例，不同时刻，太阳能集热装置1在太阳下的影子位置是不同的，太阳能集热装置1的正方形镜场也是变化的。请参考图5所示，A点为中午十二点太阳所在的位置，B点为下午某时刻太阳所在的位置，C点为上午某时刻太阳所在的位置，太阳在A点时，太阳能集热装置1的镜场如图5所示的以O点为中心的实线正方形；太阳在B点时，太阳能集热装置1的镜场如图5所示的实线正方形偏下的有部分重叠的以O₂点为中心的虚线正方形；太阳在C点时，太阳能集热装置1的镜场如图5所示的实线正方形偏上的有部分重叠的以O₁点为中心的虚线正方形；三个正方形相互重叠的部分是太阳能集热装置1的固定镜场区，实线正方形中的固定镜场区以外的部分为变化镜场区；实线正方形镜场外部的在两个虚线正方形镜场的范围内镜场是与阳能集热装置1相邻的太阳能集热装置的变化镜场区。

参考图6所示的本实用新型一种分布式点聚焦光热系统的还包括与多个太阳能集热装置1一一对应的太阳能集热装置安装架；所述太阳能集热装置安装架包括立柱22、横梁21、悬吊拉丝31和地面拉丝32。所述立柱22固定在地面上，横梁21安装固定在立柱22的上部，横梁21的两端分别通过悬吊拉丝31固定在立柱22的顶部；横梁21靠近立柱22的一端通过地面拉丝32固定在地上，这样组装成太阳能集热装置的安装架。所述太阳能集热装置1安装固定在所述太阳能集热装置安装架横梁21远离立柱22的一端。

进一步地，太阳能集热装置1热工质的输入、输出管道分别沿横梁21和立柱22与地面的总管道汇通。

本实用新型分布式光热系统具有以下有益效果：

1、通过聚光镜4动态跟踪系统的设计，消减余弦效应，解决了漂移问题，在上午和下午也能实现聚光镜的高效率工作，提高了聚光镜的镜面利用率，总体聚光效率能够提高25%以上；

2、通过太阳能集热装置1正方形的镜场5的合理设计，实现一个镜子不能在另外一个留下阴影，后面镜子照在前门的后背上档光，提高了土地的利用率，实现镜面面积和土地面积的比例1:2-1:3，相比于现在镜面面积和土地面积比例的1:5-1:6，提高了2倍以上；

3、太阳能集热装置1的安装架的设计，相比于现有太阳能集热装置1的支撑柱，本实用新型的太阳能集热装置1底部不在被遮挡，提高太阳能集热装置1有效照射面积；

4、本实用新型中采用液体、气体或者相变工质作为太阳能集热装置1的热介质，可以直接用于发电和供热，提高热利用效率。

需要说明的是，在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims

1.一种分布式点聚焦光热系统，其特征在于：包括用于收集太阳热能的多个太阳能集热装置、在太阳能集热装置中循环的热工质以及太阳能集热装置的镜场；

所述太阳能集热装置的镜场是以太阳能集热装置在春分或者秋分中午12点形成的影子O点为中心形成的一个正方形镜场，正方形镜场内安装有聚光镜；

所述太阳能集热装置变化镜场区的聚光镜上设有动态跟踪系统。

2.根据权利要求1所述的一种分布式点聚焦光热系统，其特征在于：太阳能集热装置变化镜场区的聚光镜动态跟踪与该聚光镜相邻的四个太阳能集热装置，在这四个太阳能集热装置中选择一个太阳能集热装置，然后该聚光镜以最大聚光效率将太阳光聚集反射到选择的太阳能集热装置上。

3.根据权利要求1所述的一种分布式点聚焦光热系统，其特征在于：所述正方形镜场半长径r=0.5h·tanθ~3h·tanθ，其中h是太阳能集热装置的高度，θ是分布式点聚焦光热系统所在地的纬度；这样就组成了一个以太阳能集热装置在春分或者秋分正午时刻形成的影子O点为中心，2r为边长的正方形镜场。

4.根据权利要求1所述的一种分布式点聚焦光热系统，其特征在于：所述太阳能集热装置的镜场中安装有聚光镜，所述聚光镜以太阳能集热装置春分或者秋分中午12点形成的影子O点为中心进行分布。

5.根据权利要求1所述的一种分布式点聚焦光热系统，其特征在于：所述的聚光镜上设有双轴自动跟踪系统；所述双轴自动跟踪系统是自动跟踪太阳的方位角和高度角的变化，实现对日实时跟踪，时刻保持最大效率的将太阳光反射聚焦到太阳能集热装置上。

6.根据权利要求1所述的一种分布式点聚焦光热系统，其特征在于：所述太阳能集热装置的热工质是液体、气体或者相变工质。

7.根据权利要求1所述的一种分布式点聚焦光热系统，其特征在于：还包括与多个太阳能集热装置一一对应的太阳能集热装置安装架；所述太阳能集热装置安装架包括立柱、横梁、悬吊拉丝和地面拉丝；所述立柱固定在地面上，横梁安装固定在立柱的上部，横梁的两端分别通过悬吊拉丝固定在立柱的顶部；横梁靠近立柱的一端通过地面拉丝固定在地上，这样组装成太阳能集热装置的安装架；所述太阳能集热装置安装固定在所述太阳能集热装置安装架横梁远离立柱的一端。

8.根据权利要求1或7所述的一种分布式点聚焦光热系统，其特征在于：太阳能集热装置的热工质输入、输出管道分别沿太阳能集热装置的安装架的横梁和立柱与地面的总管道汇通。