均匀聚焦式太阳能收集系统技术方案

本发明专利技术提供了一种均匀聚焦式太阳能收集系统，包括汇聚器和集热器，汇聚器包括安装面呈凹槽形的镜架和平面反光镜复合体，平面反光镜复合体包括平面反光镜Ⅰ和平面反光镜Ⅱ，平面反光镜Ⅰ和平面反光镜Ⅱ铰接形成合叶结构，平面反光镜Ⅰ和平面反光镜Ⅱ之间的夹角α为１６０°～１８０°，平面反光镜复合体的铰接轴与镜架的轴线垂直；所述集热器设置在汇聚器光线汇聚区内；平面反光镜复合体形成长方形反射光斑，使平行于汇聚器对称轴入射的光线准确汇聚于位于光线汇聚区内焦线上的集热管上，形成汇聚倍数均匀、且汇聚倍数可控的光斑，使其在不进行跟踪或者仅进行简易跟踪的情况下能够长时间全功率运行，而且，采用平面镜成本低、制造难度小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种太阳能收集装置，特别涉及一种具有消除一维跟踪系统光线斜射 而导致焦线侧移的、可以采用一套驱动控制系统实现平面二维拓展的均勻聚焦式太阳能接 收装置。
技术介绍
太阳能作为一种新能源，取之不尽，用之不竭，同时由于太阳能是一种洁净的能 源，在开发利用时，不会产生废渣、废水、废气、也没有噪音，更不会影响生态平衡，绝对不会 造成污染和公害，因此在高倡环保的今天，广为被人们所青睐。太阳能的开发利用已具有 一段时间，为了获得更多的能量，更高的系统运行温度，目前中高温太阳能系统，均采用反 光镜汇聚收集太阳能，反光镜大多采用抛物面形的曲面镜，或者由抛物面、渐开线曲面等多 个曲面复合的反光镜组合而，其中目前以槽式系统最为典型，最具有市场规模，商业化程度 最高。目前大规模聚焦式太阳能收集系统，为了解决跟踪太阳过程中光斑丢失的问题，必 须采用成本较高的高精度的，并且配备复杂控制算法在内的伺服控制系统对其进行跟踪控 制；目前世界上通用的太阳能跟踪系统大都需要根据安放点的经纬度等信息计算一年中的 每一天的不同时刻太阳所在的角度等信息存储到PLC、单片机或电脑等控制系统中，也就是 靠根据天体运动规律计算太阳位置以实现跟踪，该种控制策略称为天文模型跟踪策略，采 用天文模型控制的系统，需要当地的经纬度数据和准确时间等信息，甚至镜片阵列安装的 具体角度等参数都会很大程度上影响系统运行，安装前需要采集大量数据，一旦安装，就不 便移动或装拆，每次移动完就必须重新设定数据和调整各个参数；而且该种控制策略常常 被一年中太阳日变化的影响所困扰，难以解决；采用实时传感器等控制策略的跟踪系统，常 常由于复杂的天气因素等而跑飞，可靠性受到挑战；高精度跟踪系统原理、电路、技术、设备 都很复杂，非专业人士不能够随便操作，大大增加了精确跟踪的成本和技术难度；同时，采 用连续曲面镜作为汇聚器的反射镜面，必须采用大规模精准模具进行加工制造，生产难度 和成本都较高，而且易损坏，不容易维护，为了提高强度，增加庞大的辅助机构。跟踪模式一般分为一维跟踪和二维跟踪模式，从单体角度讲，二维跟踪可以收集 更多能量，可是从大规模镜场角度看，不再具有很大的优势了，而且成本高，难度大；一维跟 踪模式，存在早、晚或者冬、夏阳光斜射时，阵列端部光斑移出集热器和存在无光斑区(称为 端部光斑侧移)，而降低系统收集能力，特别是较短的阵列，端部光斑侧移影响更大。针对上述不足，需探索一种新的槽式CSP太阳能接收装置，使其在保留原有功能 的基础上，改善和克服上述缺点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种槽式CSP太阳能接收装置，使其避免采用大片连续曲 面镜作为汇聚器，大大降低汇聚器的制作成本；同时，优化设计汇聚器与集热器相对参数， 只需采用简易跟踪，甚至不跟踪的情况下即可实现太阳能接收装置长时间的全功率运行，避免采用复杂昂贵的高精度复杂控制算法的伺服跟踪系统，增强该太阳能收集系统的普适 性，降低制作难度和成本。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的一种均勻聚焦式太阳能收集系统，包 括汇聚器和集热器，所述汇聚器包括安装面呈凹槽形的镜架、设置在镜架上的平面反光镜 复合体，平面反光镜复合体包括平面反光镜I和平面反光镜II，平面反光镜I和平面反光 镜II沿铰接轴铰接形成合叶结构，平面反光镜I和平面反光镜II之间的夹角α为160° 180°，平面反光镜复合体的铰接轴与镜架的轴线垂直；所述集热器设置在汇聚器光线汇聚 区内。进一步，所述平面反光镜复合体为至少两个，对称设置在镜架上形成反光镜阵 列；进一步，所述镜架的安装面为抛物面形或由两平面组合而成的V字形； 进一步，所述集热器为表面设置光能转换吸收层的集热管，集热管的轴线与汇聚器光 线汇聚区的焦线重合，集热管外设置一端开口的透明真空桶； 进一步，所述集热管为至少两个，且其轴线互相平行设置；进一步，过平面反光镜复合体的铰接轴两端与集热管的轴线相垂直、且与集热管表面 相切的两条直线形成的夹角β为0. 1度 23. 5度；进一步，还包括跟踪系统，所述跟踪系统包括配置同轴光电编码器的驱动电机、与驱动 电机相连的一级减速机、通过传动轴与一级减速机相连的二级减速机、与二级减速机相连 的三级涡轮减速机和主传动轴，三级涡轮减速机通过摇臂与主传动轴相连。本专利技术的有益效果在于第一，本专利技术的均勻聚焦式太阳能收集系统，与传统的太阳能收集系统相比，汇聚器采 用了多个平面反光镜复合体组合而成，而每个平面反光镜复合体形成均勻的长条形反射光 斑，使平行于汇聚器对称轴入射的光线准确汇聚到集热器上，形成汇聚倍数均勻且受控的 汇聚光斑，为对汇聚倍数敏感的太阳能电池板提供一款较理想的汇聚反射器，也有利于光 热转换的集热管长期可靠工作；第二，集热器尺寸、平面反光镜复合体的尺寸以及他们之间的相对位置等参数都可以 根据需要进行系统化设计优化，特别是根据实际工况需要，可以设计夹角β为0.1度 23. 5度之间，实现太阳入射方位角在变化的时候，即使偏离汇聚器对称轴平面一定角度，仍 然可以使汇聚器反射太阳光入射到集热器上，继续接收太阳能，从而能够保证本专利技术的均 勻聚焦式太阳能收集系统在不进行跟踪或者仅进行简易跟踪的情况下能够长时间全功率 运行，消除或者大大降低了跟踪系统的控制难度，节约了控制成本，提高了运行效率；第三，由于本专利技术的太阳能收集系统采用平面反光镜复合体进行太阳能汇聚，相对传 统太阳能的汇聚器采用连续曲面镜而言，本专利技术采用普通平面镜排列，形成近似曲面反光 镜汇聚器，避免采用制作曲面镜模具，大大降低了汇聚器的生产成本；同时，大大降低了施 工过程中的技术难度和工艺成本。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述； 附图1为实施例1的结构示意图；附图2为实施例2的结构示意附图3为平面反光镜复合体2的结构示意附图4为实施例1的平面反光镜复合体2在镜架1上的分布结构附图5为集热器示意附图6为本专利技术跟踪系统的传动机构示意图。具体实施例方式附图1为实施例1的结构示意图；附图2为实施例2的结构示意图；附图3为平 面反光镜复合体2的结构示意图；附图4为实施例1的平面反光镜复合体2在镜架1上的 分布结构图；附图5为集热器示意图；附图6为本专利技术跟踪系统的传动机构示意图。如图 所示一种均勻聚焦式太阳能收集系统，包括汇聚器和集热器，所述汇聚器包括呈凹槽形的 镜架1、设置在镜架1上的平面反光镜复合体2，平面反光镜复合体2包括平面反光镜I 21 和平面反光镜II 22，平面反光镜I 21和平面反光镜II 22沿铰接轴23铰接形成合叶结构， 平面反光镜I 21和平面反光镜II 22之间的夹角α为160° 180°，平面反光镜复合体 2的铰接轴23与镜架1的轴线垂直；所述集热器设置在汇聚器光线汇聚区内。实施例1，本实施例的均勻聚焦式太阳能收集系统，包括汇聚器和集热器，所述汇聚器包括安装 面呈抛物面形的镜架1和设置在镜架1上的平面反光镜复合体2，平面反光镜复合体2包括 平面反光镜I 21和平面反光镜II 22，平面反光镜I 21和平面反光镜II 22沿铰接轴23铰 接形成合叶结构，具体分布情况为(如说明书附图4所示):镜架1沿轴向的中间部分平面反 光镜复合体的平面反光镜I 21和平面反光镜II 22本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种均匀聚焦式太阳能收集系统，包括汇聚器和集热器，其特征在于：所述汇聚器包括安装面呈凹槽形的镜架（１）和设置在镜架（１）上的平面反光镜复合体（２），平面反光镜复合体（２）包括平面反光镜Ⅰ（２１）和平面反光镜Ⅱ（２２），平面反光镜Ⅰ（２１）和平面反光镜Ⅱ（２２）沿铰接轴（２３）铰接形成合叶结构，平面反光镜Ⅰ（２１）和平面反光镜Ⅱ（２２）之间的夹角α为１６０°～１８０°，平面反光镜复合体（２）的铰接轴（２３）与镜架（１）的轴线垂直；所述集热器设置在汇聚器光线汇聚区内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠双，李伟，徐英振，王海龙，
申请(专利权)人：李忠双，
类型：发明
国别省市：15[]