基于聚光定日镜阵列的塔式太阳能收集系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于聚光定日镜阵列的塔式太阳能收集系统，主要包括，由采光模块单元组成的采光阵列以及负责太阳能收集的太阳能收集塔。整个采光阵列呈方形分布、太阳能收集塔位于阵列中央。每个采光模块单元结构相同，均由n*n块采光镜面组成。三个电机控制单元中所有采光镜面的转动。采光镜面为方形凹面镜，其焦点上方有一小凹面镜，将汇聚的光线转换为平行光并反射到其底部中心的平面镜处。该平面镜可以将光线反射到采光镜面侧上方的平面反射镜上。该反射镜由电机控制可做两轴转动，以保证将光线准确反射到太阳能收集窗口上。整个系统通过采光镜面的对日跟踪、反射镜面的联动，最终达到高效率的对太阳能予以收集的目的。

The solar collection system focusing heliostat array based on

The invention relates to a solar energy collection system, focusing heliostat array based on including lighting arrays composed of lighting module and is responsible for the collection of solar energy solar energy collection tower. The whole lighting array is square, and the solar collector tower is in the center of the array. Each lighting module unit has the same structure, and is composed of n*n block lighting mirror surface. The rotation of all the lighting mirrors in three motor control units. The lighting mirror is a square concave mirror with a small concave mirror above its focus. It converts the convergent light into parallel light and reflects it into the plane mirror at the center of the bottom. The flat mirror can reflect light on the plane mirror above the lighting mirror side. The mirror is controlled by the motor and can be rotated by two axes to ensure that the light is accurately reflected on the solar collector window. The whole system through the lighting mirror of the day tracking, reflecting mirror linkage, and ultimately to achieve high efficiency of solar energy collection purposes.

【技术实现步骤摘要】
基于聚光定日镜阵列的塔式太阳能收集系统
本专利技术涉及一种塔式太阳能收集系统，特别涉及一种由聚光定日镜进行采光并能够对太阳实时跟踪、通过多次反射完成对太阳能的收集的塔式太阳能收集系统。
技术介绍
传统的化石能源存在环境污染、资源枯竭、不可再生等诸多问题。大力发展清洁、低碳的新能源产业已成为当今世界各国的共识。而太阳能的开发利用可以有效地解决全球的能源问题及由其导致的环境问题。对太阳能的收集利用目前主要包括三类系统：塔式太阳能收集系统、碟式太阳能收集系统以及槽式太阳能收集系统。三种系统都有各自的优点及缺点，都不能够很好的处理太阳能收集效率、系统制造成本以及规模化建设的平衡关系。传统塔式太阳能收集系统采用的是一次反射，采光阵列中的每块采光镜面均直接将太阳光线反射到收集塔的太阳能收集窗口处。系统工作过程中，并不是每块镜面都正面朝向太阳的，太阳能利用效率较低。对于大型的传统塔式太阳能收集系统，往往需要建造很高的太阳能收集塔以收集较远采光镜面反射来的太阳光线。传统的碟式太阳能收集系统一般规模较小，是由一个个互相独立的采光镜面构成的。每一个采光镜面均有自己独立的太阳跟踪装置和太阳能收集系统。对于规模化的太阳能利用工程而言，无论从建造成本、工作管理、日常维护还是系统的可靠性的角度来看，传统的碟式太阳能收集系统都是不能胜任的。传统的槽式太阳能收集系统为线聚焦形式，采光效率较低。另外大规模的槽式系统必须有很长的集热管，这会带来极大的能量损失。采光槽过长，相应的集热管也很长，导致系统的抗风能力较弱。如上所述，传统的太阳能收集系统在系统的太阳能收集效率、成本的控制以及抗风能力上都乏善可陈。
技术实现思路
针对上述现有系统存在的各种问题，本专利技术提供了一种基于聚光定日镜阵列的塔式太阳能收集系统试图予以解决。其采光镜面为深度较小的方碟形镜面，聚光比较高、镜面抗风能力好。镜面通过两轴转动实现对太阳的定位跟踪，其转动中心位于镜面上方，从而镜面结构的中心较低、防风能力好。通过几级镜面的多次反射可以有效压低光线最终进入太阳能收集窗口的入射高度，从而降低太阳能收集塔的建造高度。另外，通过模块化建设可以有效提高系统的运行可靠性、方便系统维护管理、降低整体制造成本。本专利技术的技术方案是：一种基于聚光定日镜阵列的塔式太阳能收集系统，包括采光模块阵列以及太阳能收集塔。具体的，上述采光模块阵列由若干结构相同的采光模块单元组成，每个模块单元呈正方形，整个阵列也呈正方形分布。其中，每个采光模块单元均由n*n块采光镜面组成。太阳能收集塔主要负责整个系统的太阳能集中收集工作，塔上有上下两个太阳能收集窗口。作为优选，采光镜面均为方形碟式镜面，其反射面为抛物线凹面、俯视呈方形。采用该类型的镜面可以方便整个采光阵列的镜面布置，方便镜面间的拼接和安装。可以减少整个采光阵列镜面间的间隙，提高采光效率。作为优选，每个模块单元设置三台电机，通过电机转动控制主副线的拉动，以实现模块单元内采光镜面的统一转动。其中，横向配置两台电机，分别控制横向两条主线的拉放。纵向配置一台电机，通过线轮控制镜面纵向的转动。通过对采光镜面转动的统一控制，方便了系统的管理和维护，而且降低了成本。作为优选，采光镜面深度较小、形制扁平、镜面面积较小，从而减小了其迎风面，提高了镜面的抗风能力。作为优选，采光镜面的转动中心位于其焦点上方，可有效降低整个镜面的重心，提高其抗风能力。作为优选，本太阳能收集系统只建设一座太阳能收集塔，用以统一集中收集太阳能。这较好的实现了控制成本以及方便维护、管理的目的。作为优选，太阳能收集塔上设有两个太阳能收集窗口，可以分别收集近端及远端采光镜面采集到的太阳能。此外，在其中一个太阳能收集窗口发生故障时，另一个太阳能收集窗口可以很好的担负起太阳能的收集工作，提高了系统的可靠性。一种基于聚光定日镜阵列及收集塔的太阳能收集方法，具体步骤包括：太阳位置跟踪系统通过太阳位置传感器判断太阳当前方位，通过控制横纵向三台电机的转动分别带动模块单元横向两条主线及纵向的一条主线的移动。三条主线则分别带动每个采光镜面的副线对采光镜面进行拉动，从而保证各个采光镜面对太阳全天候的、实时的对准。完成采光镜面对太阳的跟踪对准后，太阳光经采光镜面汇聚反射后来到位于采光镜面焦点上方的反射凹面镜处进行第二次反射。之后太阳光线再经采光镜面底部反射平面镜的反射来到可转动双面反射镜处。通过控制电路对两个微型电机的转动控制，双面镜转过适当的角度后将来射光线最终反射到太阳能收集塔上的太阳能收集窗口处，完成整个太阳能的收集过程。本专利技术的有益效果是：本太阳能收集系统的采光端使用的是具有光线汇聚能力的碟式镜面，相较传统塔式太阳能收集系统，聚光比更高，提高了系统的太阳能收集效率。另外，采光镜面呈方形，可以有效地减小相邻采光镜面间的空隙，提高采光效率。本太阳能收集系统的采光镜面均可以实现对太阳的实时对准，每时每刻都正面朝向太阳，以最大限度的采集太阳光线。由于采光镜面时刻正对太阳，一次反射不能够完成对太阳光线的收集，所以本系统采用多镜面联动多次反射的方式实现对太阳光线的收集。通过多次反射的方式收集太阳能可以有效的减少系统中导光管道的使用，极大的降低了系统的制造成本。本太阳能收集系统采用多次反射的方式传导太阳光线、收集太阳能，可以通过反射镜面的角度调整有效的压低射入太阳能收集窗口的光线的高度，从而可以降低太阳能收集塔的设计高度。本太阳能收集系统可结合汽轮机、斯特林发动机等，实现清洁、高效、低成本的太阳能发电。附图说明图1为本太阳能收集系统的整体结构示意图。图2为本太阳能收集系统的光线传导示意图。图3为系统有无三级反射镜面时，收集塔所需设计高度的对比示意图。图4为不同位置和角度的情况下采光镜面通过三级反射镜面进行光线传输的示意图。图5为单个采光单元镜面的结构示意图。图6为采光镜面转动部的结构示意图。图7为采光单元模块及传动系统的结构示意图。图8为方形碟式聚光凹面镜的制作流程示意图。具体实施方式如图1所示为本太阳能收集系统的整体结构示意图。整个太阳能收集系统的中心为太阳能收集塔1，四周为采光模块单元形成的阵列3。本系统按功能可划分为，太阳位置双轴全天跟踪控制系统、光线采集部以及光线收集装置三大部分。首先，太阳位置双轴全天跟踪控制系统包括太阳光线位置传感器、控制电路以及传动机构。系统启动后，太阳跟踪控制系统首先开始运行。通过太阳光线位置传感器可以得到此时太阳的实时方位，控制系统得到方位数据后通过电路控制采光模块单元4中的电机404~406进行相应的动作。电机404转动后、转轴403随之发生转动，转轴403的转动进而带动纵向主线506发生移动。纵向主线506通过拉动纵向副线从而使传动轴5042发生转动，以此最终带动采光镜面发生绕横向轴线的转动。电机405、406分别通过传动线与模块单元4中的所有采光镜面5相连接。电机405、406均通过导向轮402实现对每行采光镜面的串联，以达到统一控制各行横向主线507的目的。电机405、406发生转动后，横向传动主线507随之发生移动。横向主线507在每块采光镜面5的上方通过主副结合点505分别与各镜面的横向副线相连。两条横向传动主线507相互平行、运动方向相反，其运动使横向两条副线分别对采光镜面传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于聚光定日镜阵列的塔式太阳能收集系统，包括：采光镜面阵列，太阳能收集塔；其特征在于：所述采光镜面阵列由若干结构相同的采光模块单元构成；所述太阳能收集塔，其上设置有高低两个太阳能收集窗口。

【技术特征摘要】
1.一种基于聚光定日镜阵列的塔式太阳能收集系统，包括：采光镜面阵列，太阳能收集塔；其特征在于：所述采光镜面阵列由若干结构相同的采光模块单元构成；所述太阳能收集塔，其上设置有高低两个太阳能收集窗口。2.根据权利要求1所述的一种基于聚光定日镜阵列的塔式太阳能收集系统，其特征在于：所述采光模块单元均由n行n列、共n*n个采光镜面组成；每个采光镜面结构相同；所述采光模块单元相邻两侧共安装有三台电机，通过三台电机的控制，模块单元内的采光镜面均能实现对太阳的双轴全天跟踪。3.根据权利要求1所述的一种基于聚光定日镜阵列的塔式太阳能收集系统，其特征在于：所述采光模块单元的传动方式为分级传动，其横向的两个电机分别连接两根横向主线并为其提供动力、纵向的一个电机连接并带动纵向主传动线；各个镜面单元再通过副线与主传动线相连，从而通过主传动线的拉动实现镜面的转动。4.根据权利要求2所述的一种基于聚光定日镜阵列的塔式太阳能收集系统，其特征在于：所述采光镜面均为方形的碟式镜面；其制作过程为：取碟式镜面、沿其内接正方形的方向进行切割即可得到方形碟式镜面。5.根据权利要求3所述的一种基于聚光定日镜阵列的塔式太阳能收集系统，其特征在于：所述横向主线分别朝相反的方向运动，每个采光镜面均通过两条副线与两主线相连；两条副线的一端分别固定于主线上不同的两点，另一端分别与采光镜面支架的左右两端连接；所述纵向主线通过线轮与纵向副线相连接。6.根据权利要求4所述的一种基于聚光定日镜阵列的塔式太阳能收集系统，其特征在于：所述采光镜面的焦点上方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张先锋，
申请(专利权)人：张先锋，
类型：发明
国别省市：四川,51