[發明專利]免追蹤太陽能聚光系統

在審

• 申請號: 202011560855.1
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112665201A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 肖君;曹云;韓利峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: F24S23/30
• 分類號: F24S23/30;F24S23/70;F24S10/70
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 楊東明;鄭眾琳

本發明公開了一種免追蹤太陽能聚光系統，包括一次聚光單元和聚熱部；一次聚光單元包括若干個依次拼接并環繞聚熱部設置的透射聚光鏡，光線透過透射聚光鏡聚焦形成聚焦區域，聚焦區域隨太陽入射角的變化而偏移所經過的路徑形成焦平面，若干個透射聚光鏡對應的焦平面均經過聚熱部。在任意時刻的太陽光照射下，總能有至少一個透射聚光鏡的聚焦區域經過聚熱部。因此在聚熱部不產生移動的情況下，也始終有透過透射聚光鏡的光線能夠直接聚集在聚熱部上，從而大大提高聚焦至聚熱部上的光斑的能流密度和聚光比，使聚光比的大小能夠滿足太陽能光熱發電等太陽能高溫利用場景，擴大免追蹤太陽能聚光系統的適用范圍。

技術領域

本發明屬于太陽能聚光領域，特別涉及一種免追蹤太陽能聚光系統。

背景技術

相較于光伏發電的平價上網，居高不下的聚光成本成為現階段制約太陽能光熱發電商業化進程的關鍵技術瓶頸。如何提高效率，并大規模降低成本，是太陽能光熱發電的發展趨勢和方向。太陽能聚光器是光熱發電站的關鍵部件，其成本占電站總成本的40％以上。太陽能聚光器一般為大型的玻璃反射鏡，為了便于加工制作，通常采用拼接聚光型結構。由于太陽光的入射角度隨時間不斷變化，所以聚光器需配置一維或二維的自動跟蹤系統。但跟蹤系統不僅使太陽能聚光系統整體變得復雜，增加了太陽能聚光系統初始投資和自耗電，而且由于故障點的增加，還增加了后期的運行和維護成本。因此大規模降低太陽能光熱發電成本的重要途徑之一就是發展無機械運動裝置的免跟蹤太陽能聚光器。

目前免跟蹤太陽能聚光器主要集中在太陽能中低溫利用領域，最常見的太陽能免跟蹤利用形式是平板集熱器和真空管集熱器，可以產生供居民使用的熱水，但它們并不聚集太陽光，即聚光比為1，因此嚴格來講它們只是集熱器而不是聚光器。美國科學家Winston于1965年首次提出一種復合拋物面聚光器(compound parabolic concentrator，CPC)，是真正意義上的免跟蹤聚光器。CPC是以邊緣光線原理為依據來進行設計的一種非成像的聚光器，對開口接收角范圍內的入射光線進行匯聚，具有“光陷阱”作用。它在實際應用中不需要跟蹤系統，或者僅需做季節性調整即可，這樣就省掉了復雜的機械運動機構，不僅大大節約了成本，同時降低了維護費用。但現階段CPC聚光器的缺點是聚光比較小，進行季節性調整的CPC聚光器的聚光比能達到10，而一般固定在地面的CPC聚光器的聚光比在3左右。這導致CPC聚光器主要應用在太陽能中低溫利用領域，如居民和工業熱水、建筑供熱、太陽灶等。但對于太陽能光熱發電而言，系統溫度需要大于300℃，聚光比一般應大于50，因此單一的CPC雖然能實現免跟蹤但并不滿足太陽能光熱發電的需求。

發明內容

本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中免追蹤太陽能聚光器聚光比小的缺陷，提供一種免追蹤太陽能聚光系統。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題：

一種免追蹤太陽能聚光系統，所述免追蹤太陽能聚光系統包括一次聚光單元和聚熱部；

所述一次聚光單元包括若干個透射聚光鏡，若干個所述透射聚光鏡依次拼接并環繞所述聚熱部設置，光線透過所述透射聚光鏡聚焦形成聚焦區域，所述聚焦區域隨太陽入射角的變化而偏移所經過的路徑形成焦平面，若干個所述透射聚光鏡對應的所述焦平面均經過所述聚熱部。

在本方案中，若干個透射聚光鏡的焦平面均經過聚熱部，即任意一個透射聚光鏡某一時刻的聚焦區域能夠經過聚熱部。由于若干個透射聚光鏡環繞聚熱部設置，因此若干個透射聚光鏡在同時刻的太陽光照射下所形成的聚焦區域不會重合，從而若干個透射聚光鏡的聚焦區域是在不同時刻的太陽光照射下分別經過聚熱部，以保證在任意時刻的太陽光照射下，總能有至少一個透射聚光鏡的聚焦區域經過聚熱部。因此在聚熱部不產生移動的情況下，也始終有透過透射聚光鏡的光線能夠直接聚集在聚熱部上，從而大大提高聚焦至聚熱部上的光斑的能流密度和聚光比，使聚光比的大小能夠滿足太陽能光熱發電等太陽能高溫利用場景，擴大免追蹤太陽能聚光系統的適用范圍。

較佳地，所述透射聚光鏡為平板線性菲涅爾透鏡，所述透射聚光鏡的焦線形成所述聚焦區域。