太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置，在二维跟踪控制方式下，利用具有一定倾角的定向反射抛物镜，将点聚光器形成的聚光光线反射为固定传播方向的一次反射平行光线，再通过第一固定反射镜、第二固定反射镜和水平汇集反射镜的反射，将每个聚光跟踪定向反射单元形成的形成的聚光平等汇集到光热利用装置上。定向反射抛物镜的边沿不会对点聚光光线产生遮挡干涉；每个聚光跟踪定向反射单元的方位角跟踪电机和高度角跟踪电机的执行动作一致，可利用二维跟踪控制技术，实现对大面积太阳能进行聚光跟踪，并在水平方向进行定向汇集并加以利用，得到的聚光功率大；光热利用装置固定设置在地面上，建造和维护成本低，适用的纬度范围大。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及太阳能利用
，特别是涉及ー种对太阳能进行阵列跟踪聚光，以固定方式进行水平定向汇集的装置。
技术介绍
太阳能是一种清洁无污染的可再生能源，取之不尽，用之不竭，充分开发利用太阳能不仅可以节约日益枯竭的常规能源，缓解严峻的资源短缺问题，而且还可以減少污染，保护人类赖以生存的生态环境。在众多的太阳能利用技术中，利用太阳能产生的光热进行发电是比较有发展前景的利用方式之一。太阳能光热发电(Concentrated Solar Power,简称“CSP”)是ー种太阳能聚光热发电技术，依靠各种聚光镜面将太阳的直接辐射聚集，通过加热导热介质，再经过热交换产生高温蒸气，推动汽轮机发电。光热发电的最大优势，是可以通过热量储存实现持续发电，可以实现24小时发电，因为热的储存已经比较容易实现，因此其电力是可调度的，更符合电网的需求。CSP目前主流的几种技术路线都是按照太阳能采集方式来划分的，主要有槽式、塔式和碟式三类。槽式光热发电技术，是将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列，收集热量，烧水产生高温蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电。由于其聚热方式是线聚焦，因而存在效率问题，还有温度的控制、保温效率以及集热管太长的问题。集热管过长和需要介质传送热量，是这种技术路线的不足。塔式光热发电技术的聚光镜阵与塔顶的距离太远，有的镜子相距塔顶达到几公里远，且镜子既要跟踪太阳还要把聚光投射到塔顶，因此跟踪的命中率和准确度不太好解決，加上受自然气候的影响，跟踪的一致性和持续性也是个难题；每ー组镜面与塔顶之间的位置不同，因此每ー组镜面都需要ー套跟踪控制系统，使跟踪成本与维护成本非常高。同时还需要将接收塔建得足够高，才能接受到足够的聚光光线。碟式光热发电系统，是由许多镜子组成的抛物面反射镜组成，接收在抛物面的焦点上，接收器内的传热エ质被加热到750°C左右，驱动斯特林发动机进行发电。而斯特林发动机通常是安装在抛物面反射镜的前端，在跟踪过程中，抛物面反射镜和斯特林发动机都处在运动状态，使机构的复杂性提高，检修和维护成本加大；一组抛物面反射镜只能安装一台斯特林发动机，斯特林发动机的功率受到抛物面反射镜的面积限制。在公开号为CN101329112A，名称为“光漏斗聚光定向传光中央接收式高温太阳能集热系统”的对比文件中，采用了定向偏光器将聚焦型光漏斗的光线反射后，其出光方向指向中央接收器进行热能利用。其不足在于在高度角较低或纬度较高的地区使用时，聚焦型光漏斗和定向偏光器的边沿发生遮挡干涉，造成出光方向无法指向中央接收器，从而使太阳能利用效能严重下降。在公开号为CN1447058A，名称为“利用阳光进行室内照明的装置”的对比文件中，所述装置由两维跟踪器、安装在两维跟踪器上的聚光器、安装在聚光器上的二次反射器、安装在聚光器上的两维调节三次反射器、两维调节四次反射器、反射镜等组成。其特征在于聚光器将太阳直射光汇聚后，由二次反射器校正为平行光，两维调节反射器将光反射到固定地点。其不足在于每个聚光器形成的聚光光线至少需要4维的跟踪控制才可实现将光反射到固定地点，跟踪控制电机的数量过多，跟踪成本必然居高不下。
技术实现思路
为了克服上述技术中的缺点和不足，本技术提供一种太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置，在ニ维跟踪控制方式下，利用具有一定倾角的定向反射抛物镜，将点聚光器形成的聚光光线反射为固定传播方向的一次反射平行光线，再通过第一固定反射镜、第ニ固定反射镜和水平汇集反射镜的反射，将每个聚光跟踪定向反射単元形成的聚光平等汇集到光热利用装置上；定向反射抛物镜的边沿不会对点聚光光线产生遮挡干涉，不会对聚 光跟踪效果产生负面影响；每个聚光跟踪定向反射単元的方位角跟踪电机和高度角跟踪电机的执行动作一致，可利用ニ维跟踪控制技术，实现对大面积太阳能进行聚光跟踪，并在水平方向进行定向汇集并加以利用，得到的聚光功率更大；光热利用装置可以固定设置在地面上，建造和维护成本更低；适用的纬度范国大。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是本技术提供ー种太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置，包括聚光跟踪定向反射単元、水平汇集反射镜、光热利用装置；聚光跟踪定向反射単元的数量最少为一組。所述聚光跟踪定向反射单元包括固定框架机构、方位角运动机构、聚光定向反射运动机构、高度角跟踪聚光运动机构。固定框架机构包括互联框架、第一固定反射镜、第一反射镜支架、第二固定反射镜、第二反射镜支架、方位角跟踪电机、方位角跟踪主动齿轮、方位回转平台；所述互联框架上部设有方位回转平台、透光孔，方位回转平台以方位角回转轴线为旋转轴线，透光孔在方位角回转轴线侧面；第一固定反射镜安装在第一反射镜支架上，第一反射镜支架安装在互联框架上，位于透光孔正上方；方位角跟踪电机上装有方位角跟踪主动齿轮，方位角跟踪电机安装在互联框架上；第二反射镜支架上设有调节安装排孔；第二固定反射镜通过调节安装排孔安装在第二反射镜支架上，第二反射镜支架安装在互联框架下部透光孔的正下方；互联框架在水平内在纵向和横向通过联接可组成阵列。方位角运动机构包括方位回转体、高度角跟踪支撑架、高度角跟踪电机、蜗杆、蜗轮、高度角驱动轴、高度角主动齿轮；方位回转体上方设有高度角跟踪支撑架，高度角跟踪支撑架上设有高度角转轴孔，两个高度角转轴孔有相同的高度角转轴线；蜗杆安装在高度角跟踪电机上，高度角跟踪电机安装在高度角跟踪支撑架上，高度角驱动轴的两侧安装有高度角主动齿轮，中部安装有蜗轮，高度角驱动轴的两端安装在高度角跟踪支撑架上；蜗杆和蜗轮之间正常啮合；高度角跟踪电机转动吋，使蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮通过高度角驱动轴使高度角主动齿轮转动。聚光定向反射运动机构包括固定支架、定向反射抛物镜、抛物镜转轴、偏转从动齿轮、偏转主动齿轮、偏转电机；固定支架上端设有轴孔，轴孔与水平线之间的夹角为β，β>0 ;偏转主动齿轮安装在偏转电机上，偏转电机安装在固定支架上端；定向反射抛物镜上设有抛物镜转轴，抛物镜转轴上安装有偏转从动齿轮；抛物镜转轴安装在固定支架上端的轴孔内；偏转从动齿轮和偏转主动齿轮正常啮合；定向反射抛物镜的光学焦点位于焦点；轴孔和抛物镜转轴都以抛物镜轴线为轴线，抛物镜轴线通过焦点；偏转电机转动时，偏转从动齿轮带动偏转主动齿轮转动，从而带动定向反射抛物镜以抛物镜轴线为轴线转动。高度角跟踪聚光运动机构包括聚光器、聚光器支架、配重体、高度角跟踪齿轮、高度角跟踪轴；所述聚光器是ー种点聚光器，能将入射平行光线转换为点聚光光线，并从聚光输出ロ输出，汇聚在聚光点，聚光点位于聚光器外侧；聚光轴线与入射平行光线平行且通过聚光点；聚光器底部两侧设有聚光器支架，聚光器支架上各安装有配重体和高度角跟踪齿轮；聚光器支架上设有高度角跟踪轴，高度角跟踪轴线通过高度角跟踪轴；通过调整配重体，使高度角跟踪聚光运动机构的质心位于高度角跟踪轴上，实现质量平衡，使高度角跟踪电机的跟踪运动耗能更少；高度角跟踪轴线和聚光轴线垂直且交汇，聚光点位于交汇点上。方位回转体安装在互联框架上的方位回转平台内，方位角跟踪主动齿轮和方位回转体上的齿轮正常啮合；方位角跟踪电机转动时使方位角跟踪主动齿轮转动，使方位角运 动机构以方位角回转轴线进行水平转动。固定支架安装在互联框架上部中心位置；焦点位于高度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能聚光跟踪阵列水平定向汇集装置，包括：聚光跟踪定向反射单元（1000）、水平汇集反射镜（7）、光热利用装置（9）；所述聚光跟踪定向反射单元（1000）包括：固定框架机构（100）、方位角运动机构（400）、聚光定向反射运动机构（600）、高度角跟踪聚光运动机构（800）；所述固定框架机构（100）包括：互联框架（11）、第一固定反射镜（12）、第一反射镜支架（13）、第二固定反射镜（14）、第二反射镜支架（15）、方位角跟踪电机（24）、方位角跟踪主动齿轮（25）、方位回转平台（28）；方位角运动机构（400）包括：方位回转体（41）、高度角跟踪支撑架（42）、高度角跟踪电机（45）、蜗杆（46）、蜗轮（47）、高度角驱动轴（48）、高度角主动齿轮（49）；所述蜗杆（46）安装在高度角跟踪电机（45）上，高度角跟踪电机（45）安装在高度角跟踪支撑架（42）上，高度角驱动轴（48）的两侧安装有高度角主动齿轮（49），中部安装有蜗轮（47），高度角驱动轴（48）的两端安装在高度角跟踪支撑架（42）上；蜗杆（46）和蜗轮（47）之间正常啮合；聚光定向反射运动机构（600）包括：固定支架（61）、定向反射抛物镜（64）、抛物镜转轴（65）、偏转从动齿轮（66）、偏转主动齿轮（67）、偏转电机（68）；所述偏转主动齿轮（67）安装在偏转电机（68）上，偏转电机（68）安装在固定支架（61）上端；抛物镜转轴（65）上安装有偏转从动齿轮（66）；高度角跟踪聚光运动机构（800）包括：聚光器（81）、聚光器支架（83）、配重体（84）、高度角跟踪齿轮（85）、高度角跟踪轴（86）；所述聚光器（81）是一种点聚光器，聚光点（6）位于聚光器（81）外侧；聚光轴线（88）与入射平行光线（0）平行且通过聚光点（6）；聚光器（81）底部两侧设有聚光器支架（83）；高度角跟踪轴（86）安装在高度角跟踪支撑架（42）上的高度角转轴孔（43）内；高度角主动齿轮（49）和高度角跟踪齿轮（85）正常啮合；其特征在于：所述互联框架（11）上部设有方位回转平台（28）、透光孔（21），方位回转平台（28）以方位角回转轴线（29）为旋转轴线，透光孔（21）在方位角回转轴线（29）侧面；第一固定反射镜（12）安装在第一反射镜支架（13）上，第一反射镜支架（13）安装在互联框架（11）上，位于透光孔（21）正上方；第二反射镜支架（15）上设有调节安装排孔（16）；第二固定反射镜（14）通过调节安装排孔（16）安装在第二反射镜支架（15）上，第二反射镜支架（15）安装在互联框架（11）下部透光孔（21）的正下方；方位回转体（41）上方设有高度角跟踪支撑架（42），高度角跟踪支撑架（42）上设有高度角转轴孔（43），两个高度角转轴孔（43）有相同的高度角转轴线（44）；固定支架（61）上端设有轴孔（63），轴孔（63）与水平线（71）之间的夹角为β,？β>0；定向反射抛物镜（64）上设有抛物镜转轴（65）；抛物镜转轴（65）安装在固定支架（61）上端的轴孔（63）内；轴孔（63）和抛物镜转轴（65）都以抛物镜轴线（70）为轴线，抛物镜轴线（70）通过焦点（69）；聚光器支架（83）上各安装有配重体（84）；高度角跟踪聚光运动机构（800）的质心位于高度角跟踪轴（86）上；方位角运动机构（400）以方位角回转轴线（29）进行水平转动；聚光轴线（88）、高度角转轴线（44）和方位角回转轴线（29）交于一点，焦点（69）位于这个交点上，焦点（69）和聚光点（6）重合，且相对于互联框架（11）固定。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张德胜，屈瑞，
申请(专利权)人：张德胜，
类型：实用新型
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