太陽能集束聚光控制系統的製作方法

2023-05-28 09:26:41

專利名稱：太陽能集束聚光控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種太陽能集束聚光控制系統，廣泛應用於太陽能熱發電、太陽能空調、取暖、熱水等領域。
背景技術：
在太陽能熱利用領域，旋轉拋物面反射鏡一直是匯聚太陽光最有效的裝置，但是它的焦點是隨著反射鏡一起運動的。這就使接受器的尺寸和質量都受到限制，尺寸大了設計、製造、安裝精度有困難，若是槽式、塔式還會遮擋反射鏡，質量重了又會增加支撐杆的負荷；同時，集熱接受器處於運動狀態也不利於能量的導出和保溫的設計。為了解決這個問題，人們一直在努力發明一種焦點位置固定不動，僅通過反射鏡的跟蹤運動就能匯聚太陽 光的聚光器，提出各種不同思路的設計方案，有的已開發出產品並且成功地推廣應用。但這類反射鏡其實只能稱其為「準固定」，或低效能的固定，這類裝置雖然焦點固定，但是焦斑所在的平面，即焦平面卻是圍饒著焦點運動的，所以它們的性能不如真正的固定焦點式聚光反射鏡。最常見的就是一種圍焦點作方位——仰角跟蹤的太陽灶，它的方位調整軸是通過焦點的一條垂線，而仰調整軸是通過焦點的一條水平線，所以無論反射面怎樣運動焦點總是固定不變，但缺點是焦平面隨著反射面而運動，無法在接受器上形成固定的焦斑。在歷史上，正面跟蹤太陽的太陽能系統中，由於鏡陣和反射鏡具有MXN個控制點，設備投入的成本、設備總重量、抗風、沙塵暴等一系列問題，一直是困擾太陽能熱利用，特別是大型太陽能熱發電實現商業化的難點。有專家打破了傳統的採用方位角-仰角的太陽跟蹤方法，提出了採用自旋-仰角的跟蹤公式，用計算機控制系統實現了 MXN個控制單元簡化為M+N個控制單元，即MXN = M+N，在此發明提出之前，都沒有發現一個好的鏡陣聚焦方案，以至產生單位裝機投資大、熱發電成本高、光電轉換率低並無一超過30%，難以商業化推廣的蝶式、槽式、塔式聚能的太陽能熱發電廠。如該類技術中廣被應用的塔式技術，眾多的定日鏡圍繞中心塔而建立，佔地面積巨大；各個定日鏡需要單獨進行兩維控制，控制系統極其複雜；為了減少眾多定日鏡的餘弦效應，中心塔必須建得足夠高，投資過大。中國曾有在拋物面焦點安裝一面反射鏡，將聚合光反射穿過拋物面鏡底中央，於同軸處再用一面反射鏡反射向目標集熱器，中國專利申請號201010153222. 9。此法，控制一面鏡是容易的，但是，控制一面鏡就需2個電機，那麼，控制MXN個鏡陣的第二次反射的反射鏡就需要MXNX2個電機。而且，針對每一個反射鏡，又有的經、緯偏轉度各不相同的控制，這明顯是非常複雜的。

實用新型內容為了克服現有技術的不足，本實用新型提供一種太陽能集束聚光控制系統，將鏡陣焦點集束，實現控制點唯一，安裝和維護簡單、實用，可以使用單個集成線路代替複雜的計算機控制系統。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是[0007]本實用新型涉及一種太陽能集束聚光控制系統，其包括實時跟蹤太陽的鏡陣，以及接收集束光柱的太陽能集熱器；所述鏡陣具有M排XN列個聚光鏡單元，每個所述聚光鏡單元包括底部設有第一通孔的拋物面聚光鏡，以及設置在每個拋物面聚光鏡聚光焦點處並能夠將經拋物面聚光鏡聚合的太陽光平衡反射穿過第一通孔的第一反射鏡；在通過每個第一通孔的光路方向上，設有一個固定鏡片，MXN個固定鏡片具有共同的聚光焦點，在所述MXN個固定鏡片的聚光焦點處設有第二反射鏡，其能夠將經MXN個固定鏡片聚合的焦點光平衡反射形成集束光柱。優選的，所述MXN個固定鏡片為呈旋轉拋物面網狀分布的鏡片組件，且在所述旋轉拋物面的鏡片組件底部中央具有能夠通過所述集束光柱的通路。優選的，所述鏡片組件通過網狀支架與所述鏡陣固定連接。優選的，所述鏡片組件為呈層狀和網狀分布的MXN個固定鏡片。優選的，每個固定鏡片通過支柱連接至所述鏡陣的每個拋物面聚光鏡的下方。優選的，所述太陽能集熱器為固定不動，在所述集束光柱的光路方向上設有將集束光柱正面投射至太陽能集熱器的反光鏡，通過數控電機控制所述反光鏡的投射方向。優選的，所述太陽能集熱器設置在所述集束光柱的光路方向上。優選的，所述第一反射鏡通過支架固定在拋物面聚光鏡上，所述鏡陣設置在支架上，由數控電機控制跟蹤太陽。優選的，所述拋物面聚光鏡為能夠聚焦的有縫或有孔的旋轉拋物面，或者能夠聚焦的無縫或無孔的旋轉拋物面。優選的，所述第一反射鏡和第二反射鏡皆為微型凹面鏡。與現有技術相比，本實用新型有以下優點I、本實用新型的太陽能集束聚光控制系統佔地面積很小，與功率等級的增加僅呈線性變化；2、所有的反射鏡組成的鏡陣可由一個控制器進行集中控制，使控制系統非常筒單，日常維護也十分簡易，同時大大減少本身的能耗；3、不存在餘弦效應問題，不必建高塔，受熱器上的光斑僅與投射光束的直徑有關，設計很方便，保證整個受熱過程中受熱器上溫度恆定，讓太陽能使用範圍擴大；4、整個集束聚光控制系統造價為目前太陽能熱發電利用設備中最低的，可與核能相比，且無核電的隱患；5、解決了儲能問題，能做到全天候發電，避免了像風能、光伏發電對電網造成的大的衝擊。

圖I為本實用新型的太陽能集束聚光控制系統的鏡陣分布示意圖；圖2為本實用新型的太陽能集束聚光控制系統第一種實施方式的光路原理示意圖；圖3為本實用新型的太陽能集束聚光控制系統第二種實施方式的光路原理示意圖。、[0028]附圖標記1-拋物面聚光鏡；10_第一反射鏡；11_第一通孔；12_第一光柱；2-固定鏡片；20_支柱；3_鏡片組件；30_第二反射鏡；31_通路；32_第二光柱。
具體實施方式
為了便於本領域普通技術人員理解和實施本實用新型，
以下結合附圖及具體實施方式
對本實用新型作進一步的詳細描述。圖I所示為本實用新型的太陽能集束聚光控制系統的鏡陣分布示意圖，每個鏡陣由M排XN列個聚光鏡單元組成，整個鏡陣設置在支架上，由數控電機控制跟蹤太陽180°升、落翻轉，並隨季節變化，跟蹤太陽正面投射。下面詳細說明本實用新型的太陽能集束聚光控制系統的組成結構及聚光原理。請參閱圖2所示，為本實用新型的第一種實施方式的光路原理示意圖。太陽能集束聚光控制系統分為上下兩層。上層結構為圖I中的M排XN列個聚光鏡單元。每個聚光鏡單元具有一個拋物面聚光鏡I，拋物面聚光鏡I的底部中央設有一個第一通孔11，在每個拋物面聚光鏡I的聚光焦點處，設置一個微型第一反射鏡10，太陽光經拋物面聚光鏡I匯聚至第一反射鏡10，然後光能平衡反射穿過拋物面聚光鏡I的第一通孔11，形成第一光柱12。這樣，在整個鏡陣M排XN列個聚光鏡單元的背面，形成MXN個平行光柱12組成的光柱林。所述拋物面聚光鏡I為能夠聚焦的旋轉拋物面。可根據風暴、沙塵暴級別的需要，分為無縫或無孔拋物面鏡，以及有縫或有孔拋物面鏡，例如在有颶風、颱風、沙塵暴的地區，有縫或有孔的拋物面鏡可以起到卸力的作用。每個第一反射鏡10可通過支架焊接固定在每個拋物面聚光鏡I上，或者MXN個第一反射鏡10通過整體支架一同焊接在上述鏡陣上。在本實用新型其它實施方式中，也可採用其他方式固定。下層結構為MXN個反射鏡陣，由MXN個固定鏡片2呈旋轉拋物面網狀分布，並且固定鏡片2的設置方向使得能夠最終形成一個匯聚焦點，MXN個固定鏡片2可通過網狀支架共同設置在上述整個鏡陣下方，共同組成一個拋物面鏡片組件3，每個固定鏡片2對應設置在每個拋物面聚光鏡I的第一通孔11下方，即在通過每個第一通孔11的光路方向上，設置一個固定鏡片2，用於將經過第一通孔11的第一光柱12進行反射，所述拋物面鏡片組件3與鏡陣構成一體，以保證絕對同步跟蹤投射下來的第一光柱12。拋物面鏡片組件3的聚合焦點處設有一個微型第二反射鏡30，並且網狀拋物面鏡片組件3的底部中央具有一個第二通孔31，上層的MXN個平衡光柱12經拋物面鏡片組件3匯聚至第二反射鏡30後，反射通過底部通路31形成一條集束光柱——第二光柱32。拋物面鏡片組件3為能夠聚焦的曲面旋轉拋物面，其曲面弧度根據M和N的個數以及第二反射鏡30焦點的位置而定。每個第二反射鏡20通過支架與拋物面鏡片組件3固定連接，或直接固定在鏡陣上。在本實用新型其它實施方式中，也可採用其他方式固定連接。在本實用新型實施方式中，第一通孔11設置在拋物面聚光鏡I的底部中央；拋物面鏡片組件3底部中央保證具有能夠通過集束光柱32的通路31。在本實用新型其它實施方式中，第一通孔11和通路31的設置位置可根據需要或集熱器所在位置進行選擇。但若第一通孔11不設在底部中間，則第一反射鏡10需換成雙曲面或多曲面反射鏡。[0037]圖3所示為本實用新型太陽能集束聚光控制系統的另一實施方式。該實施方式中，與第一種實施方式的不同點為下層的MXN個固定鏡片2呈層狀和網狀分布，也就是將每個固定鏡片2通過一個支柱20連接至鏡陣的每個拋物面聚光鏡I的下方，使得MXN個固定鏡片2分布在不同層上，但始終保持MXN個固定鏡片2組成的鏡片組件能夠匯聚形成一個焦點，並且在該焦點處設置一個第二反射鏡30，將上層的MXN個平衡光柱12經MXN個固定鏡片2組成的鏡片組件3匯聚至第二反射鏡30後，反射形成一條集束光柱——第二光柱32。可在集束光柱32的光路方向上直接設置太陽能集熱器，單一的固定鏡片2可以方便日常維護。在本實用新型實施方式中，第一反射鏡10、第二反射鏡30皆為微型凹面鏡。本實用新型的整個太陽能集束聚光控制系統中，首先通過具有通孔的拋物面聚光鏡I和第一反射鏡10將太陽光集合成MXN個第一光柱12 ;然後米用MXN個固定鏡片2組成的鏡片組件，將MXN個第一光柱12匯聚形成一個焦點，用第二反射鏡30設置在焦點處， 反射形成一條集束光柱32。可在集束光柱32的光路方向上設置一個反光鏡(未圖不)，反光鏡可通過兩個微型數控電機進行控制，從而將這唯一的集束光柱32通過反光鏡按任意方向正面投射至太陽能集熱器，此時太陽能集熱器為固定不動，這樣即可實現MXN= I的集束聚光系統，即MXN個拋物面聚光鏡I僅採用一個控制單元實現太陽能聚光發電；當然也可在光柱32的下方直接安裝太陽能集熱器，使得太陽能集熱器跟隨整個鏡陣轉動。以上所述，僅是用以說明本實用新型的具體實施案例而已，並非用以限定本實用新型的可實施範圍，舉凡本領域熟練技術人員在未脫離本實用新型所指示的精神與原理下所完成的一切等效改變或修飾，仍應由本實用新型權利要求的範圍所覆蓋。
權利要求1.一種太陽能集束聚光控制系統，其包括實時跟蹤太陽的鏡陣，以及接收集束光柱的太陽能集熱器，其特徵在於，包括 所述鏡陣具有M排X N列個聚光鏡單元，每個所述聚光鏡單元包括底部設有第一通孔(11)的拋物面聚光鏡(I )，以及設置在每個拋物面聚光鏡(I)聚光焦點處並能夠將經拋物面聚光鏡(I)聚合的太陽光平衡反射穿過第一通孔(11)的第一反射鏡(10)； 在通過每個第一通孔(11)的光路方向上，設有一個固定鏡片(2),MXN個固定鏡片(2)具有共同的聚光焦點，在所述M XN個固定鏡片(2)的聚光焦點處設有第二反射鏡(20)，其能夠將經MXN個固定鏡片(2)聚合的焦點光平衡反射形成集束光柱。
2.如權利要求I所述的太陽能集束聚光控制系統，其特徵在於所述MXN個固定鏡片(2)為呈旋轉拋物面網狀分布的鏡片組件，且在所述旋轉拋物面的鏡片組件底部中央具有能夠通過所述集束光柱的通路(31)。
3.如權利要求2所述的太陽能集束聚光控制系統，其特徵在於所述鏡片組件通過網狀支架與所述鏡陣固定連接。
4.如權利要求2所述的太陽能集束聚光控制系統，其特徵在於所述鏡片組件為呈層狀和網狀分布的MXN個固定鏡片(2)。
5.如權利要求4所述的太陽能集束聚光控制系統，其特徵在於每個固定鏡片(2)通過支柱(20 )連接至所述鏡陣的每個拋物面聚光鏡(I)的下方。
6.如權利要求I所述的太陽能集束聚光控制系統，其特徵在於所述太陽能集熱器為固定不動，在所述集束光柱的光路方向上設有將集束光柱正面投射至太陽能集熱器的反光鏡。
7.如權利要求I所述的太陽能集束聚光控制系統，其特徵在於所述太陽能集熱器設置在所述集束光柱的光路方向上。
8.如權利要求I所述的太陽能集束聚光控制系統，其特徵在於所述第一反射鏡(10)通過支架固定在拋物面聚光鏡(I)上，所述鏡陣設置在支架上。
9.如權利要求I所述的太陽能集束聚光控制系統，其特徵在於所述拋物面聚光鏡(I)為能夠聚焦的有縫或有孔的旋轉拋物面，或者能夠聚焦的無縫或無孔的旋轉拋物面。
10.如權利要求I所述的太陽能集束聚光控制系統，其特徵在於所述第一反射鏡(10)和第二反射鏡(20)皆為微型凹面鏡。
專利摘要本實用新型涉及一種太陽能集束聚光控制系統，其包括實時跟蹤太陽的鏡陣，以及接收集束光柱的太陽能集熱器，鏡陣具有M排×N列個聚光鏡單元，每個聚光鏡單元包括一個底部設有第一通孔的拋物面聚光鏡以及第一反射鏡，在通過每個第一通孔的光路方向上設有一個固定鏡片，M×N個固定鏡片共同形成鏡片組件，且該鏡片組件具有共同的聚光焦點，在所述鏡片組件的聚光焦點處設有第二反射鏡，其能夠將經M×N個固定鏡片聚合的焦點光平衡反射形成集束光柱，投射至太陽能集熱器中。本實用新型的太陽能集束聚光控制系統將鏡陣焦點集束，能夠實現控制點唯一，並且安裝和維護簡單實用，可使用單個集成線路代替複雜的計算機控制系統。
文檔編號F24J2/10GK202419964SQ20112051116
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月9日 優先權日2011年12月9日
發明者陳展和 申請人:深圳市陽能科技有限公司