[實用新型]碟式太陽能集熱系統

無效

• 申請號: 201120130513.6
• 申請日: 2011-04-28
• 公開（公告）號: CN202066219U
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 許駿;李占鋒
• 申請（專利權）人: 杭州天虹能源科技有限公司
• 主分類號: F24J2/10
• 分類號: F24J2/10;F24J2/24;F24J2/46;F24J2/40
• 代理公司: 杭州天欣專利事務所 33209
• 代理人: 陳紅

技術領域

本實用新型涉及一種碟式太陽能集熱系統，主要用于各種工業過程，商業和民用建筑供熱，空調制冷，及發電等方面。

背景技術

在塔式發電系統中，通常采用雙軸跟蹤的鏡面場，即所謂定日鏡，將光線集中聚焦在位于塔中心頂部位置的接收裝置中。該接收裝置利用導熱介質（導熱油或熔融鹽）所攜帶的熱量產生蒸汽來推動汽輪機組發電。除了熱傳導之外，導熱介質還提供能量儲存功能。槽式系統使用拋物線或U型聚光器使太陽光線沿著接收器的焦線聚焦，在焦線上放置接收管，只需單軸跟蹤。被加熱的介質（導熱介質或水/蒸汽）攜帶所采集到的熱能，通過蒸汽發生器產生蒸汽從而帶動汽輪發電機組發電。

碟式聚焦系統通常包含一個形狀類似于衛星接收天線的點聚焦采集裝置，一個接收裝置，還有一個位于聚光器焦點位置上的熱引擎/發電機，引擎通常為斯特林機。就碟式聚光系統而言，其反射面通常由拋物線旋轉而得到。碟式聚光系統的優點是：通過對太陽運動軌跡進行跟蹤，使得入射光總是垂直入射。由于是點聚焦，因而聚焦比高，可獲得很高的溫度，轉換效率在三種聚焦方式中最高。碟式聚光系統的缺點是，焦點隨著太陽的運動而變化，由于接收器在焦點處，因此將隨著焦點的移動而同步移動，不便于光熱利用。

這一特性帶來一系列的問題：首先，接收裝置的幾何尺寸將受到限制。因為接收器尺寸過大勢必會對陽光造成遮擋，減小聚光鏡的有效接收面積，降低集熱效率。其次，接收裝置的重量也必須嚴格控制，因為如果該裝置重量過重，勢必極大地增加驅動系統的負擔。第三，由于接收裝置的位置不固定，各種管道連接變得相當困難，不利于組成陣列式結構，因此也就不適合大規模的工業化太陽能熱利用。最后，同樣由于接收裝置的位置不固定，所以很難將集熱器所收集到的能量傳遞到其它地方加以利用。

各種焦點固定的聚光式反射鏡（例如塔式系統中的定日鏡），雖然其焦點固定但存在余弦效應。而碟式聚光鏡，雖然沒有余弦效應，但其焦點隨著太陽的運動而變化。為了解決這一問題，使得接收裝置的位置固定，研究者們提出了許多不同的解決方案，包括將反射鏡面設計成雙向可變曲率，使用高次曲面反射鏡，采用夏季和冬季兩面不同的聚光鏡，整個聚光鏡圍繞焦點運動，還有利用調節螺絲對聚光鏡的曲率和仰角進行調節等方案。這些方案都或多或少地取得了較好的效果，但也同時存在一些不足。例如申請號為200910132985.2，名稱為“可調聚焦比的碟式定焦裝置”的專利申請，其吸熱器為球形，光線只在球的法線處與球表面垂直，影響了對太陽光能的吸收效果。

實用新型內容

本實用新型的目的是克服原有技術的不足之處，而提供了一種新型的碟式聚光裝置，保留其聚光鏡時刻垂直于入射太陽光的特性，同時克服其焦點隨太陽運動而變化的缺陷，并且不存在余弦效應。

本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為：該碟式太陽能集熱系統由以下幾個主要部分組成：

太陽能采集裝置，用于太陽光的采集，由碟式聚光鏡組成。該裝置表面形狀為旋轉拋物面，表面反光材料可選用經陽極氧化處理的高純鋁，或其它反光材料。

熱量吸收裝置，由金屬制成，其形狀以金屬螺旋形環管為佳。對該裝置的要求是其位置必須固定（即不隨太陽的移動而移動），該裝置的表面涂有選擇性吸收涂層。

自動跟蹤裝置，用于驅動碟式聚光鏡對太陽運動軌跡進行雙軸跟蹤，保證聚光鏡時刻垂直于入射太陽光，以達到最高的接收效率，并且設有光路調節器自動跟蹤裝置。

凸面（或凹面）反射鏡，將經過碟式聚光鏡反射后的匯聚光線變為一束平行光線并改變其方向。

光路調節器，用于光路的調節，主要由平面反射鏡組成。

支架系統，用于支撐整個設備，包括太陽能采集裝置，自動跟蹤裝置，光路調節器，和螺旋形吸熱管等。

上述結構設計達到了本實用新型的目的。

上述實用新型中自動跟蹤裝置是通過對太陽的方位角和高度角分別進行跟蹤來實現雙軸跟蹤的，碟式聚光鏡在太陽光自動跟蹤系統的控制下，其主光軸與入射太陽光始終保持平行。平行入射的太陽光經碟式聚光鏡反射后，其所攜帶的能量集中在旋轉拋物面的焦點上。

高度角-方位角跟蹤又叫做地平坐標系雙軸跟蹤系統，在該系統中，方位軸是垂直于地平面的，俯仰軸則是平行于地平面的。工作時聚光鏡繞方位軸轉動改變方位角，繞俯仰軸轉動改變高度角，使聚光鏡與太陽光線垂直。在自動跟蹤時，方位軸與俯仰軸的交點是固定不動的，而焦點則隨著太陽的運動而變化，主光軸是連接這兩點的一條直線。