一种基于单臂设计的太阳能复合平面聚光系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于单臂设计的太阳能复合平面聚光系统，包括单臂聚光面、太阳能真空管，太阳能真空管包括吸收内管、隔热外管，吸收内管设置在隔热外管内，太阳能真空管设置在单臂聚光面底部；本发明专利技术利用单臂设计的太阳能复合平面聚光系统会聚太阳直散辐射能，真空管作为吸收体进行光/热能量的转换，本发明专利技术聚光系统不仅以较低的经济成本收获较高的集热效率，还实现了对太阳能的“季节选择性”，延长了聚光系统的平均工作时间，具有较好的工业应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单臂设计的太阳能复合平面聚光系统


[0001]本专利技术属于太阳能利用
，特别涉及一种基于单臂设计的太阳能复合平面聚光系统。

技术介绍

[0002]随着人类社会需求的加大，现如今的传统能源已经满足不了生存需求，太阳能作为一种新兴能源，它的可利用率高、存量大、可再生等优势可带来良好的经济效益。且与常规能源相比，太阳能在收集和运输方面所造成的二次消耗和污染较小。然而，尽管到达地球表面太阳辐射能的总量巨大，约为人类能量消耗总和的一万倍，但由于其能量密度不高，直接进行利用往往难以满足工农业用能需求。因此太阳能的有效收集和高效利用一直是一个十分活跃的研究课题。
[0003]非成像复合抛物面聚光系统具有系统静态运行、运行时间可调、聚集直散辐射等优点，例如常见有腔体吸收系统、量子点荧光聚光系统、V型槽式聚光系统、线性菲涅耳透镜式聚光系统等，但传统复合抛物面聚光系统也存在吸收体上能量分布的均匀性低、夏季过热风险高、聚光条件受限多等问题。

技术实现思路

[0004]为了解决常规太阳能聚光系统在运行时存在的问题，本专利技术基于几何光学中的非成像光学理论及边缘光线原理构建了一种基于单臂设计的太阳能复合平面聚光系统，改善了非成像聚光系统吸收体表面能量分布的均匀性、提高了太阳辐射能收集的空间调配性、消除了传统聚光系统南边面形拦截光线导致不能聚光的现象、保证了聚光系统稳定运行，使收集太阳能的特性与建筑物功能性用热需求相契合，继而实现建筑节能。
[0005]本专利技术技术方案如下：一种基于单臂设计的太阳能复合平面聚光系统，包括单臂聚光面1、太阳能真空管2，太阳能真空管2包括吸收内管2
‑
1、隔热外管2
‑
2，吸收内管2
‑
1设置在隔热外管2
‑
2内，太阳能真空管2设置在单臂聚光面1底部。
[0006]所述单臂聚光面1底部为“W”型，“W”型的一侧设置聚光面，聚光面由多个等长平面聚光面组成；本专利技术单臂设计的太阳能复合平面聚光系统采用去除利用率较低的南边聚光面的方式，改善了聚光系统的聚光性能，相较于传统的太阳能聚光系统可在更高的经济效益下得到更好的聚光效果，此外，聚光系统沿长度方向东西放置又为其提供了更好的环境适应性和更高的采光场利用率，这有利于拓宽太阳能聚光系统的工业应用场景。
[0007]所述基于单臂设计的太阳能复合平面聚光系统，还包括真空管支架3、聚光面支架4，太阳能真空管2放置在真空管支架3上，单臂聚光面1设置在聚光面支架4上，太阳能真空管2设置在单臂聚光面1底部“W”型上，利于聚光。
[0008]本专利技术单臂聚光面是由多个全等平面组成，当太阳光线入射角在聚光系统接收半角角度范围内时，基于边缘光线原理所会聚的太阳光线通过单臂聚光面反射到达太阳能真
空管的吸收内管表面，再通过真空管进行换热，从而实现太阳能聚光系统的光热转换。
[0009]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：1、静态高效收集辐射能本专利技术利用边缘光线理论，聚光系统在接收半角之内静态高效收集太阳辐射能，无需附加高精度的跟踪技术，降低了聚光系统的构建难度，拓展了聚光系统的工业应用范围。
[0010]2、实现对太阳能的“时空调配”由于冬季太阳高度角较小，传统聚光系统存在聚光效率低的问题，本专利技术的单臂设计即通过去除南边聚光面的方式可使得聚光系统在冬季也能接收到太阳光线，避免了聚光系统集热效率降低的问题，更好地契合人们的季节用热需求。在季节上使聚光系统具有“选择性”收集太阳辐射能的特性，实现了对太阳辐射能的“时空调配”。
[0011]3、年度采光量提升本专利技术基于地区典型气象年数据，可提高单位光口面积内平均每年所会聚的太阳辐射能，使得收集太阳能的特性与建筑物功能性用热需求相契合，有利于提高集成系统的转换效率。
[0012]4、延长聚光时长针对外界环境对传统聚光系统的影响性高这一问题，本专利技术的太阳能聚光系统可根据不同地区纬度改变面型的接收半角，更好地适应不同纬度下外部环境的变化，即使入射光线超过聚光面最大可接收角，也有部分光线能够到达吸收体上，使聚光系统能够不间断运行，从而提高聚光系统平均工作时长。
[0013]5、聚光比灵活可调本专利技术针对传统聚光系统采光口宽度固定这一限制做出改变，其宽度能够随太阳入射角度的变化而改变，这使得聚光系统几何聚光比可在一定范围内灵活可调，加强了聚光系统的聚光适应性。
[0014]6、提高聚光面利用效率本专利技术针对传统聚光系统聚光面拦截光照导致不能聚光问题，通过去除南边面形结构，避免聚光系统南边面形在更多的时间内得不到有效利用的问题，从而提高聚光系统整体聚光性能。
[0015]7、避免聚光面加速老化本专利技术避免了传统聚光系统在太阳光线从一定角度入射时，部分聚光面不能接受太阳辐射能的问题，从而控制温度上升速度，保护其不受热应力破坏，避免聚光面加速老化，提高了使用寿命。
[0016]8、加强聚光系统换热效果本专利技术的聚光系统采用单臂设计，减小了工作时的热损耗，而且吸收体表面的能流分布与管内传热工质受热升温更匹配，可获得更大的对流传热系数，有利于提升聚光系统的换热性能。
[0017]9、改善吸收体表面能量分布的均匀性传统聚光系统能量分布较为集中，会导致局部过热使得元件破坏，本专利技术可有效改善吸收体能量分布的峰值，吸收体表面能流密度分布的规律更适合其高效的进行能量转
换，更有益于非成像聚光集成系统的长期稳定运行。
[0018]10、减少聚光系统间隙损失太阳能真空管的真空夹层内部无聚光系统将导致聚光系统反射后部分光线从真空夹层中逃逸，本专利技术优化设计的反射面结构，使得真空夹层的存在也不会导致光学损失，从而提高光学效率。
[0019]11、聚光等长面互换性高由于本专利技术的单臂聚光面采用等长处理，由多个等长平面组合而成，相较于传统抛物聚光面，降低了元件生产、制造、运输成本，利于整体系统的组装，并且在维修替换过程中，等长面结构便于拆卸再组装，提高聚光系统的经济效益。
[0020]12、经济效益高本专利技术总体聚光系统随行件少，结构简易且稳定，只利用传统聚光系统约一半的构件就能够达到理想的聚光效果，无需复杂的跟踪技术，经济成本低，具有良好的工程应用潜力。
[0021]13、提高采光场的利用率本专利技术聚光系统采用东西轴向摆放、水平放置，根据光线入射角设定倾角，能够有效消除彼此之间的遮阴现象，提升聚光效果，增强采光场利用率，为太阳能聚光系统的工程应用提供了可行的借鉴。
附图说明
[0022]图1是实施例1聚光系统的单臂聚光面和太阳能真空管的结构示意图；图2是实施例1聚光系统的立体结构示意图；图3是实施例1聚集来自采光口垂直入射光线的示意图；图4是实施例1聚集来自采光口倾斜入射光线的示意图；图中：1为单臂聚光面；2为太阳能真空管，2
‑
1为吸收内管，2
‑
2为隔热外管；3为真空管支架；4为聚光面支架；5为太阳光线。
实施方式
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单臂设计的太阳能复合平面聚光系统，其特征在于，包括单臂聚光面（1）、太阳能真空管（2），太阳能真空管（2）包括吸收内管（2
‑
1）、隔热外管（2
‑
2），吸收内管（2
‑
1）设置在隔热外管（2
‑
2）内，太阳能真空管（2）设置在单臂聚光面（1）底部。2.根据权利要求1所述基于单臂设计的太阳能复合平面聚光系统，其特征在于，所述单臂聚光面（1）底部为“W”型，“...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈飞，李嘉跃，施健鹏，陈俊，张恒，桂青华，周宇锐，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：