[發明專利]基于聚光定日鏡陣列的塔式太陽能收集系統

在審

• 申請號: 201610314480.8
• 申請日: 2016-05-13
• 公開（公告）號: CN107368097A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 張先鋒
• 申請（專利權）人: 張先鋒
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種塔式太陽能收集系統，特別涉及一種由聚光定日鏡進行采光并能夠對太陽實時跟蹤、通過多次反射完成對太陽能的收集的塔式太陽能收集系統。

背景技術

傳統的化石能源存在環境污染、資源枯竭、不可再生等諸多問題。大力發展清潔、低碳的新能源產業已成為當今世界各國的共識。而太陽能的開發利用可以有效地解決全球的能源問題及由其導致的環境問題。

對太陽能的收集利用目前主要包括三類系統：塔式太陽能收集系統、碟式太陽能收集系統以及槽式太陽能收集系統。三種系統都有各自的優點及缺點，都不能夠很好的處理太陽能收集效率、系統制造成本以及規模化建設的平衡關系。

傳統塔式太陽能收集系統采用的是一次反射，采光陣列中的每塊采光鏡面均直接將太陽光線反射到收集塔的太陽能收集窗口處。系統工作過程中，并不是每塊鏡面都正面朝向太陽的，太陽能利用效率較低。對于大型的傳統塔式太陽能收集系統，往往需要建造很高的太陽能收集塔以收集較遠采光鏡面反射來的太陽光線。

傳統的碟式太陽能收集系統一般規模較小，是由一個個互相獨立的采光鏡面構成的。每一個采光鏡面均有自己獨立的太陽跟蹤裝置和太陽能收集系統。對于規模化的太陽能利用工程而言，無論從建造成本、工作管理、日常維護還是系統的可靠性的角度來看，傳統的碟式太陽能收集系統都是不能勝任的。

傳統的槽式太陽能收集系統為線聚焦形式，采光效率較低。另外大規模的槽式系統必須有很長的集熱管，這會帶來極大的能量損失。采光槽過長，相應的集熱管也很長，導致系統的抗風能力較弱。

如上所述，傳統的太陽能收集系統在系統的太陽能收集效率、成本的控制以及抗風能力上都乏善可陳。

發明內容

針對上述現有系統存在的各種問題，本發明提供了一種基于聚光定日鏡陣列的塔式太陽能收集系統試圖予以解決。其采光鏡面為深度較小的方碟形鏡面，聚光比較高、鏡面抗風能力好。鏡面通過兩軸轉動實現對太陽的定位跟蹤，其轉動中心位于鏡面上方，從而鏡面結構的中心較低、防風能力好。通過幾級鏡面的多次反射可以有效壓低光線最終進入太陽能收集窗口的入射高度，從而降低太陽能收集塔的建造高度。另外，通過模塊化建設可以有效提高系統的運行可靠性、方便系統維護管理、降低整體制造成本。

本發明的技術方案是：一種基于聚光定日鏡陣列的塔式太陽能收集系統，包括采光模塊陣列以及太陽能收集塔。

具體的，上述采光模塊陣列由若干結構相同的采光模塊單元組成，每個模塊單元呈正方形，整個陣列也呈正方形分布。其中，每個采光模塊單元均由n*n塊采光鏡面組成。太陽能收集塔主要負責整個系統的太陽能集中收集工作，塔上有上下兩個太陽能收集窗口。

作為優選，采光鏡面均為方形碟式鏡面，其反射面為拋物線凹面、俯視呈方形。采用該類型的鏡面可以方便整個采光陣列的鏡面布置，方便鏡面間的拼接和安裝。可以減少整個采光陣列鏡面間的間隙，提高采光效率。

作為優選，每個模塊單元設置三臺電機，通過電機轉動控制主副線的拉動，以實現模塊單元內采光鏡面的統一轉動。其中，橫向配置兩臺電機，分別控制橫向兩條主線的拉放。縱向配置一臺電機，通過線輪控制鏡面縱向的轉動。通過對采光鏡面轉動的統一控制，方便了系統的管理和維護，而且降低了成本。

作為優選，采光鏡面深度較小、形制扁平、鏡面面積較小，從而減小了其迎風面，提高了鏡面的抗風能力。

作為優選，采光鏡面的轉動中心位于其焦點上方，可有效降低整個鏡面的重心，提高其抗風能力。

作為優選，本太陽能收集系統只建設一座太陽能收集塔，用以統一集中收集太陽能。這較好的實現了控制成本以及方便維護、管理的目的。

作為優選，太陽能收集塔上設有兩個太陽能收集窗口，可以分別收集近端及遠端采光鏡面采集到的太陽能。此外，在其中一個太陽能收集窗口發生故障時，另一個太陽能收集窗口可以很好的擔負起太陽能的收集工作，提高了系統的可靠性。

一種基于聚光定日鏡陣列及收集塔的太陽能收集方法，具體步驟包括：

太陽位置跟蹤系統通過太陽位置傳感器判斷太陽當前方位，通過控制橫縱向三臺電機的轉動分別帶動模塊單元橫向兩條主線及縱向的一條主線的移動。三條主線則分別帶動每個采光鏡面的副線對采光鏡面進行拉動，從而保證各個采光鏡面對太陽全天候的、實時的對準。