用于聚光太阳能发电系统的传感器装置和优化跟踪制造方法及图纸

一种用于跟踪太阳能收集器组件的传感器装置(1)，该传感器装置(1)包括壳体(2)，该壳体(2)包括倾斜传感器和摄像装置(13)；该传感器装置(1)包括阴影接收器(6)；该阴影接收器(6)被布置成并适配成接收太阳能系统的接收器管(R)的全阴影；其中，该摄像装置(13)和该阴影接收器(6)被布置成使得该摄像装置(13)可以感测接收器管在阴影接收器(6)上的全宽度的阴影。接收器管在阴影接收器(6)上的全宽度的阴影。接收器管在阴影接收器(6)上的全宽度的阴影。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于聚光太阳能发电系统的传感器装置和优化跟踪
[0001]本专利技术涉及用于利用聚集太阳能的系统跟踪太阳的系统和方法。表述聚光太阳能发电(“CSP”)通常用作针对该技术的通用术语。在这样的系统和方法中，通常借助于反射器将直接的太阳辐射聚焦至接收器或太阳能吸收器上。由于太阳的位置随时间改变，因此必须相应地调节系统部件的对准，即，必须使用系统来跟踪太阳。
[0002]CSP系统通过使用将入射阳光聚焦至吸收器上的聚焦反射器区域来聚焦直接的太阳辐射。反射器和吸收器彼此固定在适当位置中并且一起跟踪太阳。该系统以这样的方式经由反射器的大面积收集太阳能并且将该太阳能聚集至接收器的相对较小的面积上。例如，反射器或收集器将入射至60m2面积上的辐射聚集至1m2的接收器面积上。因此，可以借助于大收集器面积与小接收器面积的比率来实现低损耗和高温。
[0003]在所谓的太阳能场发电设备中，在分布在大面积上的许多吸收器或接收器中收集热量，然而例如，在太阳能塔式发电设备或抛物面发电设备中，借助于点聚集器将太阳辐射聚焦至焦点。所有这些系统在许多特征方面不同于例如直接太阳能系统或太阳能发电设备诸如光伏发电设备，以及不同于例如无需聚焦的太阳能热发电设备诸如热电设备。
[0004]本专利技术含义内的CSP系统特别地且优选地包括下述系统：该系统包括并联连接的一个或多个抛物面槽式收集器或菲涅耳收集器、所谓的线性聚光器。例如，在收集器阵列中，例如对诸如传热油或过热蒸汽的热传递介质进行加热。经加热的热传递介质随后被提供至例如涡轮机和发电机以用于生成电能。
[0005]图1中示例性示出抛物面槽式发电设备的系统。抛物面槽包括：线性抛物面反射器SP，其将光聚集至沿反射器的焦线定位的接收器上。接收器通常是定位在抛物面镜中间上方并且填充有工作流体的管。反射器在日照时间期间通过沿单个轴跟踪来跟随太阳。工作流体(例如，熔盐或油)在其流过接收器时被加热至150℃至400℃(油)或200℃至550℃(熔盐)。热流体可以用于许多目的。通常，工作流体用管道输送至热机，热机使用热能来驱动机器或生成电，或者工作流体用管道输送至热能存储装置(TES)。
[0006]抛物面槽是在一个维度上是直的而在其他两个维度上弯曲为抛物面的例如衬有抛光金属镜的一种类型的太阳能集热器。平行于镜的对称平面进入该镜的阳光沿焦线聚焦，并且因此聚集在接收器管上，该接收器管在其焦线处沿槽的长度延伸并且包含旨在加热的流体。
[0007]抛物面槽通常在南北轴线上对准，并且随着太阳每天在天空中移动而旋转以跟踪太阳。抛物面槽式聚光器具有简单的几何形状，但是针对相同的接收角，即，针对系统对各种误差的总体容差相同，抛物面槽聚光器的聚集度为理论最大值的约1/3。然而，现有系统由于容差而遭受次优跟踪，例如，在抛物面槽的整体构造中以及在跟踪系统的动力传动系内以及由于次优跟踪算法和/或跟踪传感器装置的情况下。
[0008]抛物面槽由多个太阳能收集器模块(SCM)——也被称为太阳能收集器元件(SCE)——制成，太阳能收集器模块固定在一起以作为一个太阳能收集器组件(SCA)SP移动。SCM可以具有高达16米或更多的长度。大约几十个或更多的SCM使每个SCA高达例如160米或甚至200米的长度。每个SCA都是独立跟踪的抛物面槽。
[0009]SCM可以被制成为单片抛物面镜或与多个以平行排的较小镜组装在一起。此外，存在V型抛物线槽，其由两个镜制成并且以朝向彼此的角度放置。
[0010]如所示出的，抛物面槽收集器SP将阳光So聚焦至吸收管上或沿焦线延伸的所谓接收器R上(参见，右图示)。在吸收管中，聚集的太阳辐射被转化为热量并且向循环热传递介质散布。然后，热介质穿过管道(太阳能场管道)以用于进一步使用或能量生成(转化)，如上面提及的。出于成本原因，抛物面槽通常仅单轴地跟踪太阳。因此，抛物面槽沿南北方向布置并且在一天的过程期间跟踪太阳或仅根据太阳高度倾斜。这在图2中示意性地示出。该系统以及本文进一步描述的其他SP或SCM等可以有利地与本专利技术一起使用或作为本专利技术的一部分使用。
[0011]抛物面槽或抛物面槽式镜具有基本上以抛物面方式配置的截面，优选地在垂直于槽轴线的截面中。这种形状的镜具有下述特性：平行于其对称轴入射的所有光线通过抛物面的焦点来反射(参见图1中的右图示)。该几何原理适用于抛物面(槽式)镜，该抛物面(槽式)镜使用包括反射表面(镜)的抛物面区域，以将入射阳光聚集在焦点上，或者在抛物面槽式镜的情况下聚集在焦线上。聚焦的阳光能量被沿焦点或焦线安装的所谓接收器吸收，并且例如转化为热量，用于进一步的能量转换。已知的抛物面槽式镜基本上包括：被称为反射器的槽状镜或曲面镜(或一起形成槽的多个镜)；被称为接收器的吸收管；以及支承结构或支承基部。
[0012]太阳能收集器组件(SCA)——也被称为抛物面槽SP——的太阳能收集器模块(SCM)当从抛物面槽纵轴的截面看时通常仅形成抛物面槽的一半，并且可能在该槽的最深点处留下间隙。在这种情况下，优选地，例如所谓的扭转管的梁可以在该点(截面的)处沿槽的纵向轴线延伸。这可以例如从根据图3a、图3b、图3c、图3d和图3e的图示中推断出。该梁与SCA的支承结构或导向矩阵紧密连接并且可以形成SCA的支承结构或导向矩阵的一部分。优选地，该梁平行于枢转轴线延伸，该枢转轴线又优选地沿槽的最深点延伸并且槽可以沿该最深点枢转以实现朝向太阳的最佳定向。已知总体设计的替选实施方式。例如，可能不存在如上面提及的梁或扭转管，而仅在形成SCA的SCM之间的槽的最深点处存在间隙。此外，甚至可能不存在间隙，而抛物面槽可能在其最深点处闭合。本文对本专利技术的讨论包括先前描述的设计，但不限于此。
[0013]由于太阳辐射到相对较小的接收器区域上的聚集，因此需要精确对准和聚焦太阳辐射。另外的标准是太阳位置的变化，并且因此，根据时间和太阳高度的太阳辐射的入射角的变化。因此，需要用于跟随太阳的跟踪装置以及聚集太阳能的系统。在这方面，通常使用计算出的太阳位置作为实际值。然而，这导致实践中的问题。
[0014]特别地，实际的太阳辐射可能偏离预期作为计算出的太阳位置的结果的太阳辐射。这种偏差不是天文学上引起的，而是例如由于太阳辐射在具有很大温度差异的空气层处的光折射。此外，由于下述发生与预先计算或可计算的辐射路径的偏差：构建系统期间的结构不准确；操作过程中产生的结构不准确，例如基部移动；以及由驱动器磨损引起的结构不准确；以及由于在记录实际位置时由感觉困难产生的不准确。
[0015]因此，系统的部件必须满足许多要求。例如，保持反射器和/或接收器的下部结构对于反射器和/或接收器的准确定位很重要。因此，必须满足对尺寸准确度、耐候性、风荷载、接地和重量的高要求。跟踪系统或者不连续或连续的跟踪还必须满足关于启动准确度、
保持准确度、能量消耗、针对故障的保护和策略遵守的需求。系统部件特别是下部结构和跟踪装置的系统部件对于上面提及的跟踪中的结构不准确度特别重要。
[0016]为了减弱或消除上面体积的和另外的关于跟踪的问题本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于跟踪太阳能收集器组件的传感器装置，所述传感器装置包括壳体；所述壳体包括倾斜传感器和摄像装置；所述传感器装置包括阴影接收器；所述阴影接收器被布置和适配成接收太阳能系统的接收器管的全阴影；其中，所述摄像装置和所述阴影接收器被布置成使得所述摄像装置能够感测所述接收器管的在所述阴影接收器上的全宽度的阴影。2.根据前述权利要求所述的传感器装置，其中，所述传感器装置被适配成允许将所述传感器装置安装在抛物面槽式镜的顶点区域中，并且接收所述接收器管的阴影。3.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述传感器装置被适配成使得允许将所述传感器装置在所述抛物面槽式镜的所述抛物面槽外部的顶点区域中安装至所述抛物面槽的支承结构，或者安装在所述抛物面槽式镜内至支承所述接收器管的支承结构。4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述传感器装置包括至少一个侧屏蔽件、优选地包括两个侧屏蔽件，其中，所述侧屏蔽件优选地沿至少所述壳体的整个长度和/或高度延伸，并且其中，所述侧屏蔽件与所述壳体间隔开。5.根据前述权利要求所述的传感器装置，其中，所述侧屏蔽件借助于至少一个间隔件与所述壳体间隔开，其中，优选地，所述间隔件由具有低热导率的耐热材料制成或包括具有低热导性的耐热材料。6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述侧屏蔽件包括至少三个狭缝、优选地包括五个狭缝、以及优选地包括七个狭缝。7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述摄像装置与所述阴影接收器成一定角度定位，所述角度优选小于90
°
，并且优选为约45
°
。8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述传感器壳体包括用于冷却和/或加热所述摄像装置和/或所述倾斜传感器和/或相关联的电子部件的装置。9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述传感器壳体包括铜板，所述铜板优选用于将热量传导至所述摄像装置和/或所述倾斜传感器和/或相关联的电子部件，并且其中，所述传感器壳体包括用于将热量从所述摄像装置和/或所述倾斜传感器和/或相关联的电子部件消散的结构。10.根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置，其中，所述壳体包括主载体，所述摄像装置和所述倾斜传感器被安装到所述主载体上。11.一种用于调节太阳能收集器组件(SCA)以跟踪太阳的方法，所述组件包括根据前述方面中任一方面所述的传感器装置，所述方法包括下述步骤：机械地调节所述传感器装置与CSP系统；以及热调节所述传感器装置与所述CSP系统。12.根据前述方法权利要求中任一项所述的用于调节聚光太阳能发电系统的方法，所述方法包括下述步骤：将所述传感器装置安装至太阳能收集器组件(SCA)，优选安装在所述抛物面槽式镜的顶点附近，以能够接收所述接收器管的全宽度的阴影，更优选地，在抛物面槽外部将所述传感器装置安装至所述支承结构，或者在所述抛物面槽内安装至支承所述接收器管的支承结构；调节所述SCA，使得所述接收器管的阴影以其全宽度被所述传感器的阴影接收器接收；使用所述传感器装置中包含的测斜仪传感器来测量倾斜度值；以及使用所
述传感器装置中包含的所述摄像装置获取并存储时间和全宽度阴影的图片。13.根据前述方法权利要求中任一项所述的用于调节SCA的方法，所述方法包括下述步骤：调节所述SCA，使得所述接收器管的阴影沿所述阴影接收器移动，同时感测由所述传感器的阴影接收器接收到的所述阴影并且感测角位置数据；以及存储由所述摄像装置和所述倾斜传感器获得的数据以及关联的时间数据，以及所述方法包括下述步骤：存储信息，所述信息包括对在所述阴影接收器上接收到的第一阴影部分的第一感测；对阴影中心的感测；以及对在所述阴影接收器上接收到的最后阴影部分连同由所述测斜仪感测到的关联角位置、由所述摄像装置拍摄的所述阴影的图片和关联时间的感测。14.根据前述方法权利要求中任一项所述的用于调节SCA的方法，其中，感测由所述SCA加热的加热液体的温度，并且其中，基于用于在一天的过程期间收集太阳能的包括110
°
和250
°
的给定角位置范围，以角步长接近在110
°
、145
°
、180<...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢卡斯，
申请(专利权)人：坎布拉斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：