[發(fā)明專利]太陽(yáng)能梯級(jí)集熱系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910689312.0
• 申請(qǐng)日: 2019-07-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110388757B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈國(guó)斌;曹云;王建強(qiáng);袁曉鳳;姜?jiǎng)P華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所
• 主分類號(hào): F24S10/40
• 分類號(hào): F24S10/40;F24S23/30;F24S23/71;F24S25/70;F24S50/20;F24S60/30;F24S80/00
• 代理公司: 上海弼興律師事務(wù)所 31283
• 代理人: 薛琦;楊東明

本發(fā)明公開(kāi)了一種太陽(yáng)能梯級(jí)集熱系統(tǒng)，包括工質(zhì)和至少兩個(gè)集熱段，每個(gè)集熱段中包括至少一個(gè)聚光集熱模塊，工質(zhì)經(jīng)各個(gè)集熱段依次加熱。本發(fā)明中，中溫集熱段選用基于菲涅爾式鏡場(chǎng)的聚光集熱模塊，高溫集熱段選用基于碟式鏡場(chǎng)的聚光集熱模塊，通過(guò)該方式耦合得到的太陽(yáng)能梯級(jí)集熱系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的槽式太陽(yáng)能系統(tǒng)相比，可在集熱器熱損相同或更低的條件下，提高熔鹽的出口溫度；與塔式太陽(yáng)能系統(tǒng)相比，可在相同熔鹽出口溫度的條件下，提高鏡場(chǎng)的系統(tǒng)效率，并且降低鏡場(chǎng)的建造成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)，尤其涉及一種太陽(yáng)能梯級(jí)集熱系統(tǒng)。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能系統(tǒng)包括工質(zhì)和聚光集熱模塊，其中，聚光集熱模塊包括聚光器和集熱器。聚光器的作用是將來(lái)自太陽(yáng)的平行光線進(jìn)行聚焦。在聚光過(guò)程中，將能量密度較低的太陽(yáng)輻射能匯聚到集熱器內(nèi)很小的接受表面上，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行工質(zhì)從低品位的熱能轉(zhuǎn)化為高品位的熱能。集熱器的作用是將聚光器反射聚焦的光線從輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，使得流經(jīng)集熱器的工質(zhì)升溫。

按照聚光器反射聚焦在集熱器上的光斑形狀可分為線聚焦聚光器與點(diǎn)聚焦聚光器。典型的線聚焦聚光器有槽式與菲涅爾式，槽式聚光器鏡面形狀為拋物面，菲涅爾式聚光器為平面鏡陣列；典型的點(diǎn)聚焦聚光器有塔式與碟式。塔式聚光器的形狀為近似為平面鏡的定日鏡陣列，碟式聚光器的形狀為旋轉(zhuǎn)拋物面。

由于線聚焦的聚光器相對(duì)于點(diǎn)聚焦的聚光器而言聚光比偏小，意味著為了提高工質(zhì)的輸出溫度，需要更多的集熱器接收面積，通常采用增加聚光器與集熱器的長(zhǎng)度的方式，但是工質(zhì)(如熔鹽)在高溫條件下，其對(duì)應(yīng)的集熱器的熱損增加，具體表現(xiàn)在，當(dāng)工質(zhì)的溫度升高后，集熱器的輻射熱損隨集熱器內(nèi)工質(zhì)溫度的增加，將以與環(huán)境溫差的指數(shù)規(guī)律增加，造成太陽(yáng)能系統(tǒng)中鏡場(chǎng)的系統(tǒng)效率降低。反之，由于點(diǎn)聚焦的聚光器相對(duì)于線聚焦的聚光器能將更多的能量密度低的太陽(yáng)輻射能匯聚到更小的面積上，達(dá)到相同高溫條件下，接收面積較小，因此工質(zhì)在高溫條件下對(duì)應(yīng)的集熱器的熱損較小，鏡場(chǎng)的系統(tǒng)的效率也會(huì)較高。

此外，在點(diǎn)聚焦的聚光器中，塔式聚光器由于需要建塔，經(jīng)濟(jì)成本較高，并且需要考慮太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)引起的余弦效率，造成聚光系統(tǒng)的光學(xué)效率降低；相比較而言，碟式聚光器的聚光比大，系統(tǒng)效率高，但是，受制于其焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)造成吸熱器不斷移動(dòng)，通常不適合串聯(lián)與并聯(lián)；由于支撐系統(tǒng)的承載重量有限，鏡面面積不能設(shè)置太大，因此單個(gè)碟式聚光器進(jìn)行集熱的功率也通常較小。以上兩點(diǎn)使得傳統(tǒng)碟式系統(tǒng)不能用于大規(guī)模的光熱電站。

在基于線聚焦的太陽(yáng)能系統(tǒng)中，菲涅爾式太陽(yáng)能系統(tǒng)相較槽式系統(tǒng)的建設(shè)成本相對(duì)更低；此外，由于菲涅爾式太陽(yáng)能系統(tǒng)的集熱器頂部使用保溫層，因此其集熱器的熱損也比槽式太陽(yáng)能系統(tǒng)的集熱器的熱損小，在對(duì)太陽(yáng)能系統(tǒng)進(jìn)行耦合時(shí)，基于線聚焦的太陽(yáng)能系統(tǒng)優(yōu)選菲涅爾式。基于點(diǎn)聚焦的太陽(yáng)能系統(tǒng)中，塔式太陽(yáng)能系統(tǒng)由于建造成本更高，因此在對(duì)太陽(yáng)能系統(tǒng)進(jìn)行耦合時(shí)，從經(jīng)濟(jì)性和鏡場(chǎng)的系統(tǒng)效率考慮，基于點(diǎn)聚焦的太陽(yáng)能系統(tǒng)優(yōu)選碟式太陽(yáng)能系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決上述的技術(shù)問(wèn)題，提供一種太陽(yáng)能梯級(jí)集熱系統(tǒng)。

本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的：

一種太陽(yáng)能梯級(jí)集熱系統(tǒng)，包括工質(zhì)，其特點(diǎn)在于，所述太陽(yáng)能梯級(jí)集熱系統(tǒng)包括至少兩個(gè)集熱段，每個(gè)所述集熱段包括至少一個(gè)聚光集熱模塊；所述集熱段包括中溫集熱段和高溫集熱段，所述工質(zhì)依次經(jīng)所述中溫集熱段和所述高溫集熱段加熱；所述聚光集熱模塊包括聚光器，所述中溫集熱段的聚光集熱模塊的聚光器均采用菲涅爾式聚光器，所述高溫集熱段的聚光集熱模塊的聚光器均采用碟式聚光器。

由于中溫集熱段集熱器中工質(zhì)的溫度相對(duì)較低，因此菲涅爾式聚光器對(duì)應(yīng)的集熱器的熱損小；而高溫集熱段中采用點(diǎn)聚焦的碟式聚光器對(duì)工質(zhì)加熱，由于碟式聚光器的聚光比大，其對(duì)應(yīng)的集熱器的熱損小，由于減少了集熱器的熱損，因此提高了耦合后的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的集熱效率；由于碟式系統(tǒng)不用考慮余弦效率，因此提高了系統(tǒng)的光學(xué)效率。通過(guò)以上兩者，整體提升了太陽(yáng)能梯級(jí)集熱系統(tǒng)的整個(gè)鏡場(chǎng)的系統(tǒng)效率。