低成本太阳能跟踪聚光发电方法技术

低成本太阳能跟踪聚光发电方法，属于太阳利用领域，涉及太阳能聚光热发电与聚光光伏发电及太阳能聚光热利用，通过各环节的技术突破实现太阳能发电整体低成本方案。包括：通过平行连杆机构加补偿机构低成本控制反射镜阵列跟踪聚光；在蒸发与冷凝的热管循环中增加逆止阀的动力热管传热；容器式热力蒸发升压替代给水泵使热力发电循环可以自由选择工质高效率全封闭运行；简单直线电机式热磁流体发电方法可以使热力升压式发电循环效率更高而成本更低以及太阳能电池背板热管散热聚光发电等。低成本的整体解决方案将推动太阳能被广泛使用，各环节的技术突破将在各自领域的节能发挥重要作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳利用领域，涉及太阳能聚光热发电与太阳能聚光热利用 及光伏电池聚光发电的高效散热方法。
技术介绍
目前太阳能发电与热利用技术发展比较快，太阳能热利用领域太阳能低 温热水器发展很快但中高温领域因技术成本高应用很少。太阳能发电主要包 括太阳能光伏发电(太阳能电池)与太阳能热发电两种，但是共同的问题依 然是发电成本很高。前者晶体硅的原材料成本难以突破，后者无论是碟式反 射镜聚光或槽式反射镜聚光还是塔式平面反射镜聚光，普遍的思路是单个集 热装置大型化，每个反射镜采用独立的跟踪控制系统，结果复杂笨重的集热 系统对于能流密度很低的太阳能总是难以降低发电成本。目前太阳能热发电采用的热力机组因无法实现大容量高参数热效率都偏 低，采用斯特林循环的热力系统有较高的发电效率，可是其内部气体工质密 封等一些技术问题目前仍然解决不好不能普遍使用造价很高。太阳能高倍聚 光电池有教高的发电效率但是制造工艺复杂成本较高，普通晶硅电池可以采 用低倍聚光但是其随聚光温度升高而发电效率下降，采用冷却水系统给电池 降温效果比较差，很少有应用。无论太阳能跟踪聚光方面还是太阳能热力发电方面或太阳能电池，尽管 各自有不断的技术进步，太阳能发电成本在逐年下降，但是总的特点依然是 高成本高投资，与普通电力成本相差甚远，单方面局部的技术突破很难使太 阳能发电成本大幅度降低，需要探索更有效的整体解决方案。总之，目前太阳能技术离全社会迫切希望解决能源与环境压力要求的可 全面推广的低成本需求还有很远的距离。
技术实现思路
木专利技术的目的以低成本太阳能聚光热发电为主要目的，从太阳能聚光、 传热与发电几个方面的技术突破采用整体的解决方案大幅度降低太阳能利用 成本。本专利技术的技术方案为实现大幅度降低太阳能热发电成本，本专利技术提出 连杆连动式跟踪聚光方法、动力热管循环及热力升压式热力循环发电方法及 直线电机式热磁流体发电方法等，具体描述如下一、 一种连杆连动式跟踪反射聚光方法，由反射镜、反射镜支撑架及控制 与驱动装置等组成太阳能跟踪系统使光线经反射后总是聚集于接收器，各反 射镜增加跟踪补偿机构，通过平行连杆机构互相连接统一跟踪光线偏转。由 于反射镜的跟踪聚光规律导致每个反射镜的二维偏转角度变化各不相同，每 个反射镜采用补偿机构是为了满足平行连杆机构统一控制反射镜阵列跟踪光 线偏转，实现跟踪聚光。补偿办法是利用光学最基本的反射规律，即入射光与反射光及法线(经过 镜面反射点垂直于镜面的直线)总是在同一平面内，且法线总是入射光与反 射光的角平分线。按照这个规律补偿机构采用角平分线原理，所谓的角平分 线原理是指跟踪摇杆偏转保持与光线平行并通过传动件或传动机构带动反射 镜偏转，使跟踪摇杆所在直线与跟踪摇杆偏转基点到接收器连线的两个角平 分线之一保持垂直于反射镜面(因为两个相交直线有两个互相垂直的角平分 线，其中只有-个符合条件)，将跟踪摇杆直接做为平行连杆机构的平行摇杆 或者与平行连杆机构以其它方式连接。这样，连杆机构控制跟踪摇杆与太阳 光线保持平行，就可以使反射光线始终沿目标线方向指向接收器。而所有各 反射镜的与太阳光线保持平行的跟踪摇杆必然是同步平行的，因此将跟踪摇 杆直接做为平行连杆机构的摇杆或者以与平行连杆机构以其它方式连接可以 实现跟踪聚光。因为跟踪的目的是使反射光线的方向固定指向接受器，当反射光方向保持 固定时，法线的偏转速度也就是镜面偏转速度必然是入射光偏转速度的1/2。 因此角平分线原理的实质是平面1/2速度机构原理，即镜面偏转速度是太阳光线偏转速度的1/2，也就是与光线保持平行的跟踪摇杆与反射镜偏转速度满足 1/2关系，前提是它们的转轴满足平面机构的条件。反射镜可以直接由指向接收器的立轴支撑，也可以由横轴支撑或者采用其 它支撑方式，有多种补偿机构町实现角平分线原理，例如a) 对称的连杆滑快机构，角平分线摇杆与反射镜垂直固定连接；b) 等腰三角形连杆滑块或滑轮机构；c) 外切对称的齿轮副机构；d) 内切齿轮l/2速度机构；e) 凸轮机构或凸轮连杆机构；f) 链轮机构或链轮弹簧机构，包扩链条式、皮带式、绳缆式及其它柔性 拉动传动机构。补偿机构除了采用角平分线原理外，也可以采用其它的补偿原理，例如， 至少在理论上可以采用凸轮机构，平行连杆机构带动凸轮转动补偿跟踪偏差 控制反射镜偏转，但是凸轮补偿方式使跟踪系统变的复杂而影响控制精度与 系统成本。反射镜可以采用平面或凹面或者槽面，反射镜面为整体连续或由较小的平 面镜组合而成，以进一步增加聚光倍率。而用于低倍聚光的太阳能电池发电 时， 一套控制系统还可以控制多组阵列对应的多个聚光点，以降低控制成本。连杆连动式跟踪反射聚光方法可以用于太阳能高温热利用、太阳能热发 电、太阳能聚光电池发电以及各种太阳能聚光集热系统，另外也可以用于太 空望远镜等光学系统。二、 一种动力热管循环系统，简称动力热管，采用分离式管路循环的结构， 加热器(对动力热管吸热端的通称)的入口与出口分别与冷凝器(对动力热 管放热端的通称)的出口和入口连接构成工质的管路循环结构，工质从加热 器吸收热量蒸发后流向冷凝器并且输出热量冷凝，在冷凝器到加热器的回流 管路上装有可反向逆止的止逆阀(包括逆止阀或者电动控制的电磁阀及电动 阀等，这里通称为止逆阀)，整个循环回路中填充部分工质，排除空气全密封。加热器加热工作时内部压力上升，逆止阀反向逆止关闭，可确保加热器产生足够的压力将工质蒸发并送到冷凝器内，因此称为动力热管，当加热器 内工质蒸发完后压力逐渐降低，最终逆止阀前冷凝工质推动逆止阀正向导通 回流到加热器，接着开始新的循环。热管的共同特点是利用工质的蒸发与冷凝高效传热，被称为传热领域的 超导，普通热管须增加毛细孔材料的管芯保证冷凝后工质回流，功率小成 本高，使用领域有限。动力热管最大特点是可产生强大的循环动力，有利于 大功率的热管高效传热，甚至可以增加汽轮机发电。三、 为实现太阳能热发电的小机组或微型机组实现高参数连续运行，这里在前述动力热管的基础上提出一种热力升压式热力循环方法，不用给水 泵，通过加热提升液体工质压力，采用容积式升压器取代升压泵(一般称给 水泵)，升压器内工质由热力循环系统内的蒸汽加热或由其它热源加热，通过 阀门控制工质的进出并满足以下循环工作过程-a. 补充工质，低压液体工质进入升压器；b. 升压，当补水完成后升压器封闭开始加热升压；C.输出工质，当压力升高达到输出压力时，升压器向循环系统输出高压 液体工质；d. 减压，当输出工质完成后升压器开始排汽减压；e. 再补充工质，当压力减小到输入压力时新的低压液体工质进入升压器，开始新的热力升压过程。 热力升压式热力循环方法可以用于各种热力工程与热力发电，如果工质通 过蒸发与冷凝传热，其实质是一种可连续工作的动力热管。四、 一般情况，电动机和发电机是可以做到可逆的，即电动机可以用 来发电，发电机可以用来做电动机，只是有的需要增加一些辅助措施满足控 制需要，最典型的是同步电机。 一种更简单高效率的发电方法是热功转换装 置采用热力直线电机式磁流体发电机，采用直线直流电机或直线交流电机原 理的定子线圈结构，导电流体通过导磁管路高速通过定子线圈产生的磁场，使定子线圈输出感应直流电或交流电。直线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连杆连动式跟踪反射聚光方法，由反射镜、反射镜支撑架及控制与驱动装置等组成太阳能跟踪系统使光线经反射后总是聚集于接收器，用于太阳能低成本聚光热发电及电池聚光发电及其它聚光领域，其特征是：各反射镜增加跟踪补偿机构，并且通过平行连杆机构互相连接统一跟踪光线偏转。

【技术特征摘要】
CN 2007-12-4 200710195620.5;CN 2007-12-29 200710301、一种连杆连动式跟踪反射聚光方法，由反射镜、反射镜支撑架及控制与驱动装置等组成太阳能跟踪系统使光线经反射后总是聚集于接收器，用于太阳能低成本聚光热发电及电池聚光发电及其它聚光领域，其特征是各反射镜增加跟踪补偿机构，并且通过平行连杆机构互相连接统一跟踪光线偏转。2、 如权利要求1所述的连杆连动式跟踪反射聚光方法，其特征是平行连杆 机构的平行摇杆悬挂于扭杆上， 一端与连杆铰接，连杆与扭杆保持平行，通过扭 杆扭转与连杆拉动使平行摇杆另一端二维偏转。3、 如权利要求1所述的连杆连动式跟踪反射聚光方法，其特征是补偿机构 采用角平分线原理，所谓的角平分线原理是指跟踪摇杆偏转保持与光线平行并通 过传动件或传动机构带动反射镜偏转，使跟踪摇杆所在直线与跟踪摇杆偏转基点 到接收器连线的两个角平分线之一保持垂直于反射镜面，将跟踪摇杆直接做为平 行连杆机构的平行摇杆或者与平行连杆机构以其它方式连接。4、 如权利要求3所述的连杆连动式跟踪反射聚光方法，其特征是反射镜由 直接由指向接收器的立轴支撑或者由横轴支撑或者采用其它支撑轴方式，采用以 下机构之一实现角平分线原理，(1) 对称的连杆滑快机构，角平分线摇杆与反射镜垂直固定连接；(2) 等腰三角形连杆滑块或滑轮机构；(3) 外切对称的齿轮副机构；(4) 内切齿轮l/2速度机构；(5) 凸轮机构或凸轮连杆机构；(6) 链轮机构或链轮弹簧机构，包扩链条式、皮带式、绳缆式及其它柔性 拉动传动机构。5、 如权利要求1所述的连杆连动式跟踪反射聚光方法，其特征是反射镜阵 列布置在一个整体统一偏转的，偏转轴为立轴或横轴的支撑架上，控制系统控制 整体支撑架跟踪光线同步偏转。6、 一种动力热管循环系统，工质从加热器吸收热量蒸发后进入冷凝器输出热 量冷凝，然后回流到加热器再次被加热蒸发循环工作，用于太阳能低成本聚光热发电及其它热力过程，其特征是采用管路循环的结构，在冷凝器到加热器的回 流管路上至少采取以下两种措施之一，1) 装有止逆阀；2) 在冷凝器位置较低时装有两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉良，
申请(专利权)人：张玉良，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]