CN102734952B - 太阳能聚光装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种太阳能聚光装置及系统，属于太阳能技术领域。解决了现有的太阳能聚光装置的跟踪装置额外消耗材料和能源，容易失灵或损坏的技术问题。该太阳能聚光装置，包括沿东西向放置的两个半球面反射镜，其中西侧的反射镜的中心轴与竖直方向呈15°-30°夹角，且向西倾斜；东侧的反射镜的中心轴与竖直方向呈15°-30°夹角，且向东倾斜；包括固定于所述两个反射镜底部的横拉杆，所述横拉杆两端装有轴承槽轮，所述轴承槽轮通过钢绳与绞盘相连。该太阳能聚光系统包括多个上述太阳能聚光装置，所述多个太阳能聚光装置沿南北方向排列；及东.中.西定点调经纬度跟踪装置，本发明应用于改进太阳能光伏.光热.及复聚光系统。
Description
技术领域
本发明属于太阳能技术领域，具体涉及一种太阳能聚光装置及系统。
背景技术
随着科技技术的不断发展，太阳能作为一种绿色能源，已经被越来越广泛的采用。目前的太阳能集热器都是呈平板型，以增大受照的面积，并且为了更有效的接收阳光，还设有跟踪装置，随着太阳的不停移动，不断调节集热器的角度，使集热器始终保持被阳光直射。
本发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术至少存在以下问题：
跟踪装置会额外消耗材料和能源，并且每天都要不停的运转，时间一长容易失灵或损坏，从而影响太阳能集热器的正常工作。
发明内容
本发明实施例提供了一种太阳能聚光装置及系统，解决了现有的太阳能聚光装置的跟踪装置额外消耗材料和能源，容易失灵或损坏的技术问题。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
该太阳能聚光装置，包括沿东西向放置的两个半球面反射镜，其中西侧的反射镜的中心轴与竖直方向呈15°-30°夹角，且向西倾斜；东侧的反射镜的中心轴与竖直方向呈15°-30°夹角，且向东倾斜；包括固定于所述两个反射镜底部的横拉杆，所述横拉杆两端装有轴承槽轮，所述轴承槽轮通过钢绳与绞盘相连。
该太阳能聚光系统包括多个上述太阳能聚光装置，所述多个太阳能聚光装置沿南北方向排列；所述太阳能聚光装置设有东、中、西定点经度调节装置。
与现有技术相比，本发明所提供的上述技术方案具有如下优点：
半球面的反射镜可以将照射在其镜面上的阳光反射并聚焦于一点，在该半球形的内部形成焦斑，而无论阳光的角度如何，均可形成焦斑，所以均可达到良好的聚光效果。其中由两个半球面反射镜组合聚光，东侧的反射镜主要用于上午，西侧的反射镜主要用于下午，又因为随着从早到晚阳光经度角的变化，焦斑位置的变化很小，所以无需跟踪装置时时调整反射镜的受照角度，而只需要利用绞盘和钢绳使聚光镜(或聚光系统中的n组聚光镜)南北转动，根据不同季节阳光纬度角的变化，将太阳能聚光装置南北向的角度，每年调整四次或者两次即可。
即便要跟踪太阳，只需东.西.中定三个点4个小时调节一次，一天三次就可全天侯圆满聚光，因此，本发明提供的太阳能聚光装置,解决了现有的太阳能聚光装置的跟踪装置额外消耗材料和能源，容易失灵或损坏的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例1所提供的太阳能聚光装置的结构示意图；
图2为本发明的实施例1所提供的太阳能聚光装置的另一结构示意图；
图3为本发明的实施例所提供的太阳能聚光装置的焦斑位置的示意图；
图4为本发明的实施例所提供的太阳能聚光装置的聚光原理的示意图；
图5为本发明的实施例所提供的太阳能聚光装置的满聚光与缺聚光原理的示意图；
图6为本发明的实施例所提供的太阳能聚光装置各时段聚光角度的示意图；
图7为本发明的实施例2所提供的太阳能聚光装置的结构示意图；
图8为本发明的实施例3所提供的太阳能聚光装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，本发明实施例所提供的包括沿东西向放置的两个半球面反射镜1，其中西侧的反射镜1的中心轴与竖直方向呈15°夹角，且向西倾斜；东侧的反射镜1的中心轴与竖直方向呈15°夹角，且向东倾斜；还包括固定于两个反射镜1底部的横拉杆2，横拉杆2两端装有轴承槽轮21，轴承槽轮21通过钢绳与绞盘相连。
半球面的反射镜可以将照射在其镜面上的阳光反射并聚焦于一点，在该半球形的内部形成焦斑，而无论阳光的角度如何，均可形成焦斑，所以均可达到良好的聚光效果。其中由两个半球面反射镜组合聚光，东侧的反射镜主要用于上午，西侧的反射镜主要用于下午，又因为随着从早到晚阳光经度角的变化，焦斑位置的变化很小，所以无需跟踪装置时时调整反射镜的受照角度，而只需要利用绞盘和钢绳使聚光镜南北转动，根据不同季节阳光纬度角的变化，将太阳能聚光装置南北向的角度，每年调整四次或者两次即可。因此，本发明提供的太阳能聚光装置解决了现有的太阳能聚光装置的跟踪装置额外消耗材料和能源，容易失灵或损坏的技术问题。
进一步，还包括固定于所述两个反射镜中部的南、北横拉杆及换季升缩杆,所述换季升缩杆上转轴连接北部横拉杆,下转轴连接地面支点。上、下横拉杆用螺栓固定在反射镜纬度线60°孔上。升缩杆也可用于调节反光镜的南北向角度，以适应不同季节阳光纬度角的变化。
本发明实施例中，两个反射镜1的外壁通过螺钉3固定，且两个反射镜1的外壁3之间安装有套环4，套环4通过钢绳与绞盘相连。利用绞盘和钢绳拉动套环，配合横拉杆2共同调节太阳能聚光装置南北向的角度，可以更加简便、精确的调整太阳能聚光装置的纬角度。
如图2所示，本发明实施例为太阳能光伏系统，两个反射镜1内安装有电池板5，并且反射镜1上开设有预留孔11，电池板5的输出线6通过预留孔11连接至外部电路7。反射镜1用不锈钢或其它材料一次冲压成型，直径1600mm(或其他大小的直径，在此不受限制)半球制成银色聚光镜，平边环宽30mm。半球面反射镜的直径为1600mm，电池板3为弧形，电池板5与半球面反射镜1的镜面之间的距离为388.5mm。
如图3所示，外圆直径1600mm，为半球面反射镜；内圆800mm，为焦斑所在位置，电池板直经是823mm,也就是制作电池板的依据和安装位置，此球底射线焦班高388.5mm，焦班直径188mm，聚焦点设计在直径的四分之一处，有效最大反光弧是圆周的三分之一(120°)，超过120°处的反射光聚不到焦点上。
如图4所示，有效最大聚光弧是120°，装在半球180°的反射镜里，剩下反射镜60°，阳光在反射镜里旋转60°还是满聚光。本反射镜设计聚焦135°角的阳光，(或者也可以保:也包括聚焦180度角阳光)，阳光在反射镜中心轴外30°运转是满聚光，从中心轴外30°至中心轴外67.5°运转是缺聚光，即从直径1384mm、面积1.504m2圆满聚光,逐步降至两弧面0.9m2缺聚光。
如图5所示，从东侧反射镜海平线上7.5°角开始，至142.5°角结束，聚光面积0.6m×1.384＝0.8m2，中间经历了缺聚光——满聚光——缺聚光。西侧反射镜是满聚光示意图，指反射镜中心轴外各30°角，此60°角阳光运行4-5小时都是满聚光，动态光环的经度直径1384mm、纬度直径1384mm、面积1.504m2。
如图6所示，以春秋季为例，聚光起始角度为7.5°至172.5°，时间为6:30-17:30，经度有效光径为最小600mm、最大1384mm，聚光面积0.8m2-1.504m2。东面镜从6:30-8:30单镜聚光两小时；从8:30-15:30双镜共同聚光七个小时；西面镜从15:30-17:30单镜聚光两小时。
焦班位置设计在反射镜直径的四分之一处，焦班直径设计为反射镜直径的3.1416％,焦班直径是50.26mm；有效最大聚光弧度是120°，正常情况下太阳每小时经度运行15°，用180°的半球镜聚光：反射镜中心轴外各30°都是满聚光，满聚光历时4-5小时，31°-90°慢慢缺聚光，历时6-11小时。
具体的，电池板聚光40倍，焦班直径188mm，平面焦班直径194mm；温度120-188℃。电池板直径823mm。电池板成形：经度135°，弧长969.6mm，弦长765m，弧高250mm；纬度55°，弧宽395mm，弦宽380mm，弧高42mm。对应反射镜中心轴外45°射线四脚，安装电池板脚架的4颗螺母在中心轴外45°环形圈上，直径585mm，螺母弦距415mm，电池板安装在距镜面388.5mm处。反射镜上方呈开放式，不用盖子，便于电池板散热。电路从反射镜上方88°处预留孔输出，连接到输电线路上，供配使用。
双镜日聚焦阳光10-16小时，20m2/h-30m2/h，根据太阳能聚光装置方阵规模及晶硅电池板光伏转化率发出相应电力。
电池芯片板散热系统采用自然通风散热，在反射镜纬度正中72.5°定为中点，开设直径240mm的两个对流孔。在反射镜经度正中45°定为中点，开设两个150mm对流孔，用于东西风对流散热。
自然风、水循环散热系统：再装配与电池板形状一致并贴为一体的水循环散热器，由双层3mm钢板制成，水循环散热器中空18mm。外板直径818mm，每度7.138mm，弧长963mm，弦长750mm，弧宽392mm，弦宽370mm，弧高50mm。内层板直径776mm，每度6.7718，弧长914mm，弦长720mm，弧宽372mm，弦宽320mm，弧高40mm。上脚架环形圈直径540mm，脚长418.5mm，板面距镜面388.5mm。边缘加18mm钢条焊接而成，在所述中心轴外15°侧边打孔焊接供水空螺杆，高压软管连通锅炉或保温水箱下部；在中心轴另一侧66°处打孔焊接空螺杆，高压软管连通热水蒸汽管至锅炉或保温水箱中上部。
把两反射镜和直径190mm、断面直径20mm的胶环，以及直径200mm、断面20mm的钢圈再套旋转套环，用4颗螺栓紧固密封在双镜心轴外75°预留的4个孔上，使双镜组成顶角150°的等腰三角形，横拉杆连接双镜底部。安装好电池板及其配件，连通供水管及输电线。
安装南北向绞盘、钢绳组：先稳固六根绞盘立柱在地面上为一组，主绞盘安装在中立柱830mm高处，东、西两边次绞盘立柱距中立柱1200mm、高300mm，在100mm高处安装次绞盘。主绞盘钢绳锁定两个半球面反射镜套环，钢绳夹锁定间距1880mm，钢绳移动140mm时，双反射镜在外套环内转动，角度变化10°，两边次绞盘钢绳锁定横拉杆跟着主绞盘稍有运动。横拉杆轴距2400mm，双反射镜行距4000mm，间距1880mm。
用壁厚25#、长2500mm的镀锌管，在两端50mm处装上钢绳槽轮，中心轴外810mm处各打1个孔，双螺母、双胶垫、双钢垫连接双半球面和横拉杆，南北纬变角度时，三条主次绞盘钢绳可手动或电动南北运动，双半球面在地面或屋顶上南北滚动阻力小，自卸重量于地面，因此换季变纬、钢绞迂回、定点、轻松自如。
利用绞盘钢绳组或升缩杆调节太阳能聚光装置：霜降日向南调16°；雨水日调至安装角度；谷雨日向北调23.5°，处署日调至安装角度。如此每年调节四次，聚焦天空全方位射入的所有阳光。双镜联合聚光10-16小时，日聚焦阳光24m2/h-至36m2/h。
本发明解决了现有的太阳能聚光装置的跟踪装置额外消耗材料和能源，容易失灵或损坏的技术问题；相比于平板光伏、平面集热稀释板面50％阳光，本发明还具有更好的聚光效果。
本发明提供的半球面聚光光伏系统：以镜面65％的阳光聚焦到19.15％的弧形电池板上，减少了80.85％的电池板用量，获得比平板光伏效率更高的光伏电能。电池板接到直径188mm的动态焦班，温度是阳光的四倍，时间从日出至日落，日聚阳光20m2/h-30m2/h。
实施例2：
本实施例与实施例1基本相同，其不同点在于：如图7所示，本实施例为太阳能光热系统，两个反射镜1内安装有蒸汽产生器8，并且反射镜1上开设有预留孔，蒸汽产生器8接有高压软管；高压软管通过预留孔连接至输蒸汽管道和水循环系统,或蒸汽锅炉。
具体的，反射镜用直径1660mm的玻璃或有机玻璃平盖密封，使太阳能聚光装置在真空状态下工作。
蒸汽产生器直径800mm，由两层5mm厚的钢板冲压成型，中空15mm，缘边加15mm宽的钢条焊接而成；外层板经度135°，每度6.98mm，弧长942mm，弦长745mm，弧高245mm；纬度48°，弧宽335mm，弦宽328mm，弧高33.6mm。内层钢板直径754mm，每度6.5799mm，经度135°，弧长888mm，弦长680mm，弧高220mm；纬度48°，弧宽315.8mm，弦宽305mm，弧高30mm。预焊四个螺母于蒸汽产生器中心轴外45°环形圈上，口径575mm，螺母弦距405mm，蒸汽产生器安装在距镜面400mm处。
在蒸汽产生器中心轴下15°侧边打孔焊接供水空螺杆，接高压软管，从反射镜底向上15°的预留孔密封输出，接入水循环系统，在中心轴上66°侧边打孔焊接输蒸汽空螺杆、接高压软管，从反射镜斜上方88°处预留孔密封连接到输蒸汽管道上至蒸汽锅炉上部调节使用，把规模光热镜组产出的高温蒸汽，输入中央贮热能设备或蒸汽锅炉上部调节供汽轮机发电或工农业使用热能。农村及住宅小区用热能，把高温蒸汽输入有排汽孔的球形保温水箱上部，从水箱上部供100℃-90℃的温水沐浴和保暖，从下部连通太阳能聚光装置的供水系统，补给软化处理的自来水。
本系统以镜面65％的聚光面聚焦1600-2500℃高温至蒸气产生器上，双镜日聚光10-16小时，聚光24m2/h-36m2/h。
本实施例提供的双半球面聚光光热系统，可聚焦天空射入的所有阳光，以镜面65％聚光面、以普照25℃-45℃的阳光，获得1500℃-2500℃高温热能，与锅炉对接使用、减少开采和排放。聚光设备坡度15°-30°；总高1050mm，水位线400mm-750mm，造形整洁大方，可解决高层住宅供热水不到底和小城镇房顶杂乱现象。每户只需屋面3.8m2，例如115m2户形的可供30层楼的住户90℃热水一供到底。
实施例3：
本实施例与实施例1基本相同，其不同点在于：如图8所示，本实施例为复聚光系统，两个反射镜1内安装有锥形的复聚光器9，复聚光器9内部设有横直各三片反光隔板，且反射镜上开设有预留孔，锥形的复聚光器9的顶端接有聚光导线，聚光导线通过预留孔连接至贮能设备。
具体的，半球面反射镜用有机玻璃冲压以直径2300mm、弧度88°成形，弧口径1600mm、弧高320mm、平边环宽30mm的凸罩以使反射镜在密封真空状态下工作。
复聚光器用不锈钢做成定置复聚75°角射入阳光，聚焦五小时焦班的锥形复聚光器，接焦口径530mm，高500mm，锥镜内横直各等分130mm装三片反光隔板，反光隔板上端适合锥形，下端适合直径800mm的弧形。在中心轴外45°、直径575mm环形圈上120°等分处焊三个锣母。复聚动态焦班直径50mm聚焦于5mm，复聚光100倍升温10倍，温度达到20000℃-25000℃。
复聚光系统可在反射镜上使用，或从锥顶口径5mm处接聚光导线，从反射镜上方88°预留孔密封输出，汇入中央贮能设备内。复聚光可供冶炼、切割、光伏、光热发电，工农业用热能，还可根据材料耐温幅度聚光。
实施例4：
本发明实施例还提供一种太阳能聚光系统，包括多个上述实施例1-3中任一种太阳能聚光装置，所述多个太阳能聚光装置沿南北方向排列，向南排列镜间距1680mm,行距2500mm。每个太阳能聚光装置设有东、中、西定点经度调节装置，三个定点为:东边30度、正中90度、西边150度，根据从早到晚阳光的角度，一天调三次经度角。
向南面排列镜,日聚阳光9-12小时,每面镜日聚12m2/h-18m2,/h,所述向南面排列镜内任意安装光伏；光热；复聚光系统,所述向南排列镜,在纬中线距中60°处打2个孔,南北两条横杆紧固锁定间距1680mm,下一行距2500mm,所述换季升缩杆上转轴连接北面横杆,下转轴连接地面支点,可手动或汽动调纬度。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种太阳能聚光装置，其特征在于：包括沿东西向放置的两个半球面反射镜，其中
西侧的反射镜的中心轴与竖直方向呈15°-30°夹角，且向西倾斜；
东侧的反射镜的中心轴与竖直方向呈15°-30°夹角，且向东倾斜；
包括固定于所述两个反射镜底部的横拉杆，所述横拉杆两端装有轴承槽轮，所述轴承槽轮通过钢绳与绞盘相连。
2.根据权利要求1所述的太阳能聚光装置，其特征在于：还包括固定于所述两个反射镜中部的南、北横拉杆及换季升缩杆,所述换季升缩杆上转轴连接北部横拉杆,下转轴连接地面支点，所述换季升缩杆用于调节反光镜的南北向角度，以适应不同季节阳光纬度角的变化。
3.根据权利要求1所述的太阳能聚光装置，其特征在于：所述两个反射镜的外壁通过螺钉固定，且所述两个反射镜的外壁之间安装有套环，所述套环通过钢绳与绞盘相连。
4.根据权利要求1所述的太阳能聚光装置，其特征在于：所述反射镜内安装有电池板。
5.根据权利要求4所述的太阳能聚光装置，其特征在于：所述半球面反射镜的直径为1600mm；
所述电池板为弧形，所述电池板与所述半球面反射镜的镜面之间的距离为388.5-400mm,所述电池板直径是反射镜直径的50％-51.4375％。
6.根据权利要求5所述的太阳能聚光装置，其特征在于：所述反射镜上开设有预留孔，所述电池板的输出线通过所述预留孔连接至外部电路。
7.根据权利要求1所述的太阳能聚光装置，其特征在于：所述反射镜内安装有蒸汽产生器。
8.根据权利要求7所述的太阳能聚光装置，其特征在于：所述半球面反射镜的直径为1600mm；
所述蒸汽产生器为弧形，所述蒸汽产生器与所述半球面反射镜的镜面之间的距离为388.5-400mm,所述蒸汽产生器直径是反射镜直径的50％-51.4375％。
9.根据权利要求7所述的太阳能聚光装置，其特征在于：所述反射镜上开设有预留孔，所述蒸汽产生器接有高压软管；
所述高压软管通过所述预留孔连接至贮蒸汽管道和水循环系统/或蒸汽锅炉。
10.一种太阳能聚光系统，其特征在于：包括多个权利要求1-9任一项所述的太阳能聚光装置，所述多个太阳能聚光装置沿南北方向排列；所述太阳能聚光装置设有东、中、西定点经度调节装置。
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