一種太陽能線性變焦單向跟蹤斯特林機發電系統的製作方法
2023-05-25 02:48:16 1
專利名稱：一種太陽能線性變焦單向跟蹤斯特林機發電系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及太陽能利用，特別是太陽能聚焦跟蹤焦點為直線的線性跟蹤以及
組成陣列跟蹤組成的斯特林發電機。
背景技術：
太陽能跟蹤主要由槽式、塔式和蝶式三種，由於槽式系統為單向跟蹤相對技術難 度比較低，同時由於太陽能選擇塗層以及真空管技術在100-400度的溫度區間具備產業化 生產能力，因而可以迅速的被批量生產，在國際上被最早的商業化應用的就是槽式系統。 太陽能槽式系統被推出後主要應用於太陽能熱發電系統，目前的一列槽式系統已 經發展到8*100*5米的圓柱體，由於其發展朝向大規模應用，因而沒有在其他的應用領域 得到很好的應用。 斯特林機發電系統主要是在蝶式太陽能系統中應用，但由於槽式太陽能跟蹤技術
的成熟和低成本，需要採用槽式的跟蹤技術與斯特林機發電機相結合的發電技術。 中國專利200710176966提供了一種組合的跟蹤系統，可以用於槽式、塔式結合的
跟蹤系統，其跟蹤的方式採用將焦點不動而太陽能鏡系統進行運動的方式，主要是採用在
地面上設置兩個軌道進行跟蹤，而槽式系統線聚焦系統，利用其線性軸與地球自傳軸平行
放置，因而可以採用一個方向的轉動實現跟蹤，但是該方案採用在地面上的轉動來實現槽
式跟蹤，顯然不能實現跟蹤，因而發明者在方案中進一步設置了俯仰跟蹤，這樣槽式系統就
不是單向跟蹤，而成為雙向的跟蹤，因而發明者沒有解決槽式單向跟蹤時焦線不運動的跟
蹤問題。該系統主要是應用於太陽能熱能的應用，沒有在斯特林發電機領域應用 本實用新型人在200610020352發明中公布了變焦跟蹤的太陽能利用系統，主要
採用盤式或十字型雙向跟蹤方式實現變焦跟蹤，但是該系統不是採用單向跟蹤。
發明內容本實用新型的目的就是提供一種太陽能線性變焦單向跟蹤斯特林發電機，採用多 個反射鏡、菲涅爾鏡、平面鏡等一個或一組太陽能線性聚焦光學鏡組成，將每一個鏡的轉軸 設置在一個太陽能線性聚焦光學鏡器件上，每一個太陽能光學鏡可以繞軸進行轉動，由於 斯特林發電機被設置在一個圓柱體區間內並且在地面或建築物上，在太陽能鏡運動時保持 不動，因而其焦距是變化的變焦跟蹤，斯特林發電機設置在圓柱體內就實現了聚焦跟蹤的 太陽能的利用。 本實用新型提供了其陣列結構，適合於不同規模的系統，同時也適合於大規模的
利用斯特林發電機。 具體發明內容如下 —種太陽能線性變焦單向跟蹤斯特林發電系統，包括至少一個斯特林發電機、至 少一組光學鏡其中每組光學鏡由至少一個太陽能線性聚焦光學鏡組成、為每組光學鏡提供 支撐的太陽能鏡支架、使太陽能線性聚焦光學鏡能跟蹤太陽運動的太陽能跟蹤裝置、動力驅動裝置、以及電子控制系統，其中每個太陽能線性聚焦光學鏡上設置有至少一個轉軸，每 組光學鏡的轉軸設置在太陽能鏡支架上，所述太陽能鏡支架與所述的太陽能跟蹤裝置相連 接，通過動力驅動裝置驅動太陽能跟蹤裝置使線性聚焦光學鏡進行運動，從而實現使每組 光學鏡的焦線始終保持在斯特林發電機所在的圓柱區域內。 根據需要可以選擇不同類型的支架系統，太陽能鏡支架可以選擇平面直線型或非
直線型的器件，這樣可以適合於任何的形式的太陽能鏡的使用，可以根據需要選擇適合的
太陽能鏡。當然優選於非直線型的支架，因為採用非直線的太陽能鏡支架可以為每組光學
鏡的運動提供更靈活和方便的支撐與運動軌跡，同時可以降低成本、提高跟蹤效率，非直線
型太陽能鏡支架通常可以選擇下列至少一種形狀的器件 A、拋物線型； B、弧形； C、或圓形器件； D、多邊形支架； E、複合拋物線型。 由於線聚焦系統不動，可以將任何的斯特林發電機設置在此區域內，甚至可以將
大重量的設備設置在焦線區域，在焦線與太陽能鏡的焦距範圍內，都可以設置斯特林發電
機，根據溫度與空間等要求，可以選擇任何不大於焦距的範圍設置斯特林發電機。 斯特林機設置在圓柱聚焦焦線區域內，並將斯特林機的太陽能吸收部分與太陽能
鏡相對，使得太陽光在跟蹤的過程中可以射入到斯特林機的太陽光吸收部位。 通過一個熱管傳熱系統，將熱能傳遞到斯特林機的吸熱部分，熱管的蒸發端設置
在線聚焦的焦線的部位，熱管的外部殼體上設置有太陽能選擇塗層，熱管的外部設置有真
空玻璃管。 所述跟蹤裝置包括由太陽能鏡支架、用於支撐整個系統的跟蹤支架、以及動力傳 輸機構，所述太陽能鏡支架設置在跟蹤支架上，所述動力傳輸裝置一端與驅動裝置進行連 接，至少另一端設置在轉軸上、太陽能鏡支架上或者太陽能鏡的邊框上。 其中當動力傳輸裝置(10)的另一端設置在太陽能線性聚焦光學鏡的轉軸上時， 轉軸與光學鏡固定連接，通過動力驅動裝置驅動傳輸裝置的齒輪或者鏈條或者鉸鏈機構， 使轉軸轉動，從而帶動太陽能線性聚焦光學鏡圍繞轉軸轉動；當動力傳輸裝置設置在太陽 能鏡支架上時，可以驅動太陽能鏡支架進行運動；當動力傳輸裝置設置直接設置在太陽能 線性聚焦光學鏡上時，可以直接驅動太陽能線性聚焦光學鏡進行運動。 任何通過動力驅動系統(6)驅動動力傳輸機構，都可以用於本實用新型的太陽能 跟蹤，所述的動力傳輸機構選擇下列之一 齒輪機構(10)、鏈條機構、渦輪蝸杆機構、鉸鏈 機構。 太陽能線性聚焦光學鏡的焦線選擇下列方式之一進行放置與地球自轉軸平行、 與地球自轉軸平行夾角最小、與地面平行、與水平面平行，優選為與地球自轉軸平行放置。 為了達到最優的單軸跟蹤，採用將線聚焦的軸線與地球自傳軸平行設置，同時採用將線聚 焦光學鏡以焦線為軸進行運動，取代太陽能鏡與焦線同時運動，實現了將焦線不運動的跟 蹤，這樣使得熱管技術等其他的斯特林發電機被應用於槽式系統，從而解決了槽式系統的 不足和應用限制。[0024] 在進行對太陽能的跟蹤過程中，可能出現跟蹤的誤差，或者部分的太陽光由於散
射等原因，經過第一次的太陽能光學鏡線聚焦後太陽光處於斯特林發電機之外的區域，為
了減少此部分的損失，採用了二次聚焦，即在斯特林發電機上設置一個二次聚焦的太陽能
鏡，將一次聚焦損失的太陽能光經二次聚焦後將太陽能光聚焦到斯特林發電機上，通常可
以選擇至少下列一種二次聚焦光學鏡(8)，在斯特林發電機或熱管蒸發端的周圍，還設置有
二次反射鏡，太陽能線性聚焦的光學鏡以及二次反射鏡選擇自下列至少一種 A、線性複合拋物面反射鏡； B、線性菲涅爾透鏡或反射鏡； C、線性凹、凸透鏡； D、線性拋物面反射鏡； E 、玻璃、金屬、非金屬的平面反射鏡。 可以將二次聚焦光學鏡設置在斯特林發電機上，與一次聚焦的太陽能鏡一起轉 動，這個樣一次和二次聚焦的太陽能鏡可以採用同一個跟蹤設備和驅動設備實現對太陽能 的二次聚焦，提高了太陽能利用的效率。 通過動力驅動系統(6)驅動動力傳輸機構(IO)，實現對太陽能的跟蹤，所採用的 動力驅動系統裝置，選自下列之一 A、機械驅動器件，優選為機械發條、彈簧、跟蹤； B、相變驅動裝置，採用密閉在一個空間的物質，隨著溫度的增大使其壓力的增大， 來推動運動機構，實現跟蹤； 上述A、B兩種跟蹤不需要耗費電能，成為無電驅動； C、利用電能帶動電機或液壓裝置驅動動力傳輸機構(10)來實現跟蹤； D、通過電或光的傳感器的信號，通過比較不同部位的太陽能轉化器件的電流、電
壓值和/或光亮度值，由計算機或單片機來調整電機(6)的運動實現的跟蹤； 上述C、 D兩種跟蹤需要耗費電能，成為耗電驅動。 為了便於使用，可以將該系統設置在不同的區域，既可以設置在地面，也可以設置 在建築物頂部，通常採用多個斯特林發電機(1)設置為一個陣列，每個陣列可以設置在一 個共同的平臺上或設置在一個地面和/或建築物的區域。其中至少有多個斯特林發電機 (1)設置為一個陣列，每個陣列由多組太陽能鏡、跟蹤系統、支架系統、斯特林發電機組成， 對同一排和/或同一列的斯特林發電機，共用一個動力驅動設備(6)。 至少有多個斯特林發電機設置為一個陣列，每個陣列由多組太陽能鏡、跟蹤系統、 支架系統、斯特林發電機組成，對同一排和/或同一列的斯特林發電機，共用一個動力驅動 設備，每個陣列可以設置在一個共同的平臺上或設置在一個地面和/或建築物的區域。 在每個陣列上設置多排、列斯特林發電機，每一個陣列上的每排或列斯特林發電 機通過熱管進行換熱。 本實用新型選擇的方案是實現本實用新型目的的優選方案，任何符合本實用新型
的原理的方案和技術、產品，都是本實用新型的保護範圍。 採用本實用新型的技術方案可以達到下列有益效果 1、可以減少器件的運動範圍，減少跟蹤的動力驅動部分的能耗，實現高效、高可 靠、低成本的跟蹤以及斯特林發電機的利用。[0044] 2、可以實現對大型的斯特林機的發電應用，極大的擴展了槽式太陽能利用的技術 與範圍，增強了應用的可靠性，提高了系統的載重量。 3、可以便於實現陣列的斯特林發電機利用，實現不同的太陽能產品的高效的大規 模的利用。 4、可以適合於小型區域及家庭的綜合利用。 5、適合於任何的形式的太陽能鏡的使用，可以根據需要選擇適合的太陽能鏡。
圖一是多拋物線反射鏡斯特林發電機系統側視圖 圖二是多玻璃反射鏡斯特林發電機系統圖 圖三是多菲涅爾反射鏡陣列跟蹤斯特林發電機系統圖 圖四是一組菲涅爾反射鏡陣列跟蹤斯特林發電機系統圖 圖中具體標號的含義如下 1 :斯特林發電機，2 :太陽能線聚焦光學鏡，3 :太陽能鏡支架，4 :跟蹤支架，5 :轉 軸，6 :動力驅動裝置(電機)，7 :齒輪，8 :二次太陽能反射鏡，9 :動力傳輸系統，10 :熱管傳 熱系統；
具體實施方式
實施例一 多拋物線反射鏡斯特林發電機系統 本圖為一個側視圖，太陽能鏡(2)為四個拋物面反射鏡(2)，斯特林發電機(1)設 置在玻璃管內，聚焦的太陽能光線可以進入到斯特林及中的吸收太陽能部分，拋物面鏡設 置在一個拋物線型的器件上，在每一個拋物線鏡上設置有一個軸，太陽能鏡可以沿著轉軸 (5)進行轉動，四個太陽能鏡通過不同的運動實現對太陽能的跟蹤，同時將太陽能光聚焦到 斯特林機上，四個拋物線鏡採用同一個驅動系統，傳遞機構為齒輪組，不同的太陽能鏡的齒 輪齒數不同，從而可以採用不同的轉速有驅動不同的太陽能鏡進行運動，實現對太陽能跟 蹤及利用；在金屬管道上還設置有二次反射鏡，二次反射鏡將一次聚焦的太陽能反射到斯 特林機上。 實施例二 多玻璃反射鏡斯特林發電機系統 如圖2所示，本例採用雙組玻璃反射鏡實現太陽能跟蹤，其中每一組太陽能鏡為2 個玻璃反射鏡，兩組玻璃反射鏡跟蹤系統串聯；斯特林發電機設置在線聚焦的焦線區域，通 過二次反射將太陽能聚集於斯特林機上，四個玻璃反射鏡固定在三個圓環型器件上，動力 驅動裝置為一個電機(6)，動力傳輸裝置為設置在圓環上的齒輪機構，電機通過齒輪機構驅 動設置在圓環上的齒輪，使得玻璃鏡在圓環上進行轉到，實現了對太陽能的跟蹤發電。 實施例三、多菲涅爾反射鏡陣列跟蹤斯特林發電機 如圖三所示，本案例為多鏡陣列跟蹤系統，採用四個菲涅爾反射鏡，動力驅動裝置 為一個電機，電機通過鏈條的動力傳輸設備驅動兩個設置在焦線轉軸上的齒輪，實現對2*2 陣列的太陽能跟蹤，太陽能的傳熱系統為熱管系統，熱管系統的蒸發端設置在線聚焦系統 的焦線區域，冷凝端設置在焦線區域外部並與斯特林機的吸熱部分相互連接，從而實現了 陣列的太陽能跟蹤斯特林發電機。[0060] 實施例四、 一組菲涅爾反射鏡陣列跟蹤斯特林發電機 如圖四所示，有三個菲涅爾鏡組成的一組太陽能鏡跟蹤系統，每個菲涅爾鏡設置 在兩個圓形的太陽能鏡支架上，每個菲涅爾鏡設置有兩個轉軸，動力部分為電機，通過電機 驅動三個齒輪組，分別實現對每一個菲涅爾的驅動，驅動部分的齒輪設置在菲涅爾鏡的轉 軸上，通過熱管系統實現太陽能的聚焦與傳熱，熱管的蒸發端設置在玻璃管道的內部，其冷 凝端設置在焦線區域外部並與斯特林機的吸熱部分相互連接，實現太陽能線性跟蹤與斯特 林機發電。 根據本實用新型的原理，可以實現其他的實施例，但是只要符合本實用新型的條 件，都屬於本實用新型的實施內容。
權利要求一種太陽能線性變焦單向跟蹤斯特林機發電系統，包括至少一個斯特林發電機、至少一組光學鏡其中每組光學鏡由至少一個太陽能線性聚焦光學鏡組成、為每組光學鏡提供支撐的太陽能鏡支架、使太陽能線性聚焦光學鏡能跟蹤太陽運動的太陽能跟蹤裝置、動力驅動裝置、以及電子控制系統，其特徵是每個太陽能線性聚焦光學鏡上設置有至少一個轉軸，每組光學鏡的轉軸設置在太陽能鏡支架上，所述太陽能鏡支架與所述的太陽能跟蹤裝置相連接，通過動力驅動裝置驅動太陽能跟蹤裝置使線性聚焦光學鏡進行運動，從而實現使每組光學鏡的焦線始終保持在斯特林發電機所在的圓柱區域內。
2. 根據權利要求1所述的太陽能線性變焦單向跟蹤斯特林機發電系統，其特徵是所 述的太陽能鏡支架為平面直線型或非直線型，非直線型太陽能鏡支架選擇下列至少一種形 狀的器件A、 拋物線型；B、 弧形；C、 圓形器件；D、 多邊形支架；E、 複合拋物線型。
3. 根據權利要求1、2所述的任一太陽能線性變焦單向跟蹤斯特林發電系統，其特徵 是斯特林機設置在圓柱膠焦線區域內，並將斯特林機的太陽能吸收部分與太陽能鏡相對， 使得太陽光在跟蹤的過程中可以射入到斯特林機的太陽光吸收部位。
4. 根據權利要求3所述太陽能線性變焦單向跟蹤斯特林發電系統，其特徵是通過一 個熱管傳熱系統，將熱能傳遞到斯特林機的吸熱部分，熱管的蒸發端設置在線聚焦的焦線 的部位，熱管的外部殼體上設置有太陽能選擇塗層，熱管的外部設置有真空玻璃管。
5. 根據權利要求1、2所述的任一太陽能線性變焦單向跟蹤斯特林發電系統，其特徵是所述跟蹤裝置包括用於支撐整個系統的跟蹤支架和動力傳輸機構，所述太陽能鏡支架 設置在跟蹤支架上，所述動力傳輸裝置一端與驅動裝置進行連接，至少另一端設置在轉軸 上、太陽能鏡支架上或者太陽能鏡的邊框上，所述動力傳輸機構選擇下列之一 齒輪機構、 鏈條機構、渦輪蝸杆機構、鉸鏈機構。
6. 根據權利要求1、2所述的任一太陽能線性變焦單向跟蹤斯特林發電系統，其特徵 是太陽能線性聚焦光學鏡的焦線選擇下列方式之一進行放置與地球自轉軸平行、與地 球自轉軸平行夾角最小、與地面平行、與水平面平行。
7. 根據權利要求1、2所述的任一太陽能線性變焦單向跟蹤斯特林發電系統，其特徵 是在斯特林發電機或熱管蒸發端的周圍，還設置有二次反射鏡，太陽能線性聚焦的光學鏡 以及二次反射鏡選擇自下列至少一種A、 線性複合拋物面反射鏡；B、 線性菲涅爾透鏡或反射鏡；C、 線性凹、凸透鏡；D、 線性拋物面反射鏡；E、 玻璃、金屬、非金屬的平面反射鏡。
8. 根據權利要求1、2所述的任一太陽能線性變焦單向跟蹤斯特林發電系統，其特徵 是所採用的動力驅動系統裝置，選自下列之一 A、 機械驅動器件，優選為機械發條、彈簧、跟蹤；B、 相變驅動裝置，採用密閉在一個空間的物質，隨著溫度的增大使其壓力的增大，來推 動運動機構，實現跟蹤；C、 利用電能帶動電機或液壓裝置驅動動力傳輸機構來實現跟蹤；D、 通過電或光的傳感器的信號，通過比較不同部位的太陽能轉化器件的電流、電壓值 和/或光亮度值，由計算機或單片機來調整電機的運動實現的跟蹤。
9. 根據權利要求1、2所述的任一太陽能線性變焦單向跟蹤斯特林發電系統，其特徵 是至少有多個斯特林發電機設置為一個陣列，每個陣列由多組太陽能鏡、跟蹤系統、支架系統、斯特林發電機組成，對同一排和/或同一列的斯特林發電機，共用一個動力驅動設 備，每個陣列可以設置在一個共同的平臺上或設置在一個地面和/或建築物的區域。
10. 根據權利要求10所述的太陽能線性變焦單向跟蹤斯特林發電系統，其特徵是在 每個陣列上設置多排、列斯特林發電機，每一個陣列上的每排或列斯特林發電機通過熱管 進行換熱。
專利摘要本實用新型公布了一種太陽能線性變焦單向跟蹤斯特林機發電系統，採用多個反射鏡、菲涅爾鏡、平面鏡等一個或一組太陽能線性聚焦光學鏡組成，將每一個鏡的轉軸設置在一個太陽能線性聚焦光學鏡器件上，每一個太陽能光學鏡可以繞軸進行轉動，由於斯特林發電機被設置在一個圓柱體區間內並且在地面或建築物上，在太陽能鏡運動時保持不動，因而其焦距是變化的變焦跟蹤，斯特林發電機設置在圓柱體內就實現了聚焦跟蹤的太陽能的利用。
文檔編號H02N6/00GK201504197SQ20092030147
公開日2010年6月9日 申請日期2009年3月22日 優先權日2009年3月22日
發明者李建民 申請人:北京智慧劍科技發展有限責任公司