槽式太陽能綜合利用系統的製作方法

2023-10-19 06:01:32 1

專利名稱：槽式太陽能綜合利用系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及太陽能應用技術、斯特林發電動力系統等技術領域，是一種太陽能綜合利用系統。此外，還可以加裝燃氣動力系統，從而獲得利用太陽能和燃氣兩種能源動力互為補充地驅動斯特林發電系統發電。斯特林發電系統產生的熱能加熱冷卻水，可直接用於提供生活熱水或用於空調系統的製冷供熱；聚集的太陽光能通過光纖傳導，不經過轉換直接用於自然光照明。
背景技術：
太陽能已在光伏發電和槽式光熱發電、供熱系統和自然光照明方面有廣泛應用。目前的各種太陽能利用系統還不能把光熱發電、光熱供暖和自然光照明有機地結合在一起，還不能實現用最佳的結構形式組合和最先進的零部件技術來發揮最大的太陽能綜合利 用效率。例如，現有的槽式太陽能發電系統依然沿用傳統的先加熱水產生蒸汽、再推動蒸汽輪機發電的方式。並且，現有的槽式太陽能發電系統的拋物面反光鏡(如菲涅爾透鏡)的焦線隨太陽的移動而在空間移動，使得發電系統也要隨焦線在空間移動；如若加上供熱系統，輸水管路難以在空間大範圍移動，從而給設計、製造帶來難題。以上種種原因限制了槽式太陽能發電系統的應用。雖然槽式太陽能發電系統的一些示範項目已經成功運行，並已經初步具備商業化運作的特徵，但由於上述種種原因的限制，難以向更深層次的商業化運作和產業化發展。

實用新型內容本實用新型提供了一種新型的槽式太陽能綜合利用系統，以解決現有技術中存在的上述技術問題。為了實現上述目的，本實用新型採用了下述技術方案在一個實施例中，本實用新型的槽式太陽能綜合利用系統包括機身；太陽能接收和轉化裝置，所述太陽能接收和轉化裝置固定至所述機身，用於接收太陽光並將其轉化為熱能，並且所述太陽能接收和轉化裝置包括面鏡；發電系統，所述發電系統連接至所述太陽能接收和轉化裝置並固定至機身，利用太陽能接收和轉化裝置轉化出的熱能做功發電；旋轉驅動系統，所述旋轉驅動系統安裝在所述太陽能接收和轉化裝置的一端，用於驅動面鏡；和跟蹤傳動控制系統，所述跟蹤傳動控制系統安裝在所述太陽能接收和轉化裝置上，並通過太陽所處位置的光信號驅動所述旋轉驅動系統轉動，從而驅動所述面鏡轉動以便使所述太陽能接收和轉化裝置接收太陽光的能力最大化。優選地，所述太陽能接收和轉化裝置還包括高溫傳導管，所述面鏡通過固定支架與所述高溫傳導管連接成一體並圍繞高溫傳導管可同步旋轉地設置，其中所述面鏡的焦線位於高溫傳導管上。優選地，所述面鏡是菲涅爾透鏡。優選地，所述發電系統是斯特林發電系統，所述斯特林發電系統與所述高溫傳導管連接，利用高溫傳導管傳來的熱能做功發電。優選地，所述旋轉驅動系統驅動所述面鏡沿所述高溫傳導管的軸線旋轉。優選地，所述跟蹤傳動控制系統包括太陽一維跟蹤電器控制器、太陽跟蹤導向柱和多個光敏電阻，其中多個光敏電阻被設置在太陽跟蹤導向柱周圍；當所述多個光敏電阻接收的光強度出現差異時，所述太陽一維跟蹤控制器控制所述旋轉驅動系統帶動面鏡的轉動，直到所述多個光敏電阻的光強度一致。優選地，所述太陽跟蹤導向柱與 所述面鏡保持垂直並且穿過所述高溫傳導管。優選地，所述槽式太陽能綜合利用系統還包括燃氣系統，用於在光線不足時使發電系統繼續工作。優選地，所述槽式太陽能綜合利用系統還包括自然光照明系統。優選地，所述面鏡將太陽光導入光纖，並傳送至所述自然光照明系統。本實用新型與現有技術相比具有如下優點及效果I、改變了以往槽式發電系統中用加熱的蒸汽推動蒸汽輪機發電的方式，減少了這一轉換環節，直接利用光熱轉換的熱能推動斯特林發電系統發電；2、解決了現有槽式太陽能發電系統的面鏡(如菲涅爾透鏡)的焦線隨太陽的移動而在空間移動，使得發電系統也要隨焦線在空間移動的問題，從而可以在系統中加上供熱系統。3、自然光照明與光熱發電、供暖(製冷)結合，構成太陽能的全面綜合利用系統。
圖I是本實用新型的槽式太陽能綜合利用系統的優選的結構示意圖；圖2是本實用新型的槽式太陽能綜合利用系統的系統運動示意圖。附圖標記列表如下10、機身；12、中間支撐件；22、面鏡(透鏡或反光鏡)；24、高溫傳導管；26、支架；30、斯特林發電系統；40、冷卻水循環系統；50、燃氣系統；60、自然光照明系統；70、電力輸送系統；80、X軸旋轉驅動系統；100、跟蹤傳動控制系統；112、太陽一維跟蹤電器控制器；114、太陽跟蹤導向柱；116、光敏電阻；118、連接件。
具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型的槽式太陽能綜合利用系統作出詳細的說明。圖I示出了本實用新型的槽式太陽能綜合利用系統的優選實施例。該系統包括機身10、固定至機身10的太陽能接收和轉化裝置(包括面鏡22)、與太陽能接收和轉化裝置相連的發電系統30、安裝在太陽能接收和轉化裝置一端的X軸旋轉驅動系統80、以及安裝在太陽能接收和轉化裝置上的跟蹤傳動控制系統100。所述跟蹤傳動控制系統100包括與面鏡(透鏡或反光鏡)22垂直的太陽跟蹤導向柱114。所述太陽跟蹤導向柱114在X軸旋轉驅動系統80的驅動下和跟蹤傳動控制系統100的控制下，始終指向太陽的方向。其中，機身10作為整個槽式太陽能綜合利用系統的支架是固定不動的。太陽能接收和轉化裝置除兩端固定至機身10外，中間還藉助中間支撐件12的支撐。太陽能接收和轉化裝置包括面鏡(透鏡或反光鏡)22和高溫傳導管24 ;面鏡22通過固定支架26與高溫傳導管24連接成一體並一起固定至機身10。面鏡22優選為菲涅爾透鏡。菲涅爾透鏡在本領域中已有應用，在此不再詳述。發電系統30可以是斯特林發電系統。所述斯特林發電系統固定至機身10的端部並與高溫傳導管24連接。跟蹤傳動控制系統100包括太陽跟蹤導向柱114、安裝在太陽跟蹤導向柱114 一端上的太陽一維跟蹤電器控制器112、和安裝在太陽跟蹤導向柱114另一端並上下平行排列於太陽跟蹤導向柱114設置的一組光敏電阻116。跟蹤傳動控制系統100通過連接件118安裝在高溫傳導管24上。優選的，跟蹤傳動控制系統100通過連接件118安裝在與高溫傳導管同軸的旋轉聯接件上(圖中未示出)。優選的，連接件的材料可以是45號鋼。在本實施例中，旋轉驅動系統80是X軸旋轉驅動系統。跟蹤傳動控制系統100通過控制驅動X軸旋轉驅動系統80來實現面鏡24繞X軸的轉動。此外，如圖I所示，本實用新型的槽式太陽能綜合利用系統還包括冷卻水循環系統40、燃氣系統50、自然光照明系統60、以及連接到發電系統30的電力輸送系統70。例如，冷卻水循環系統40可以與斯特林發電系統聯接，用於冷卻斯特林發動機。燃氣系統50可 通過將燃氣管道固定在機身10，使噴嘴的火苗與光斑重合，從而連接至本系統。自然光照明系統60可以通過將光纖固定在機身10，使光纖的前端在光斑的範圍內，從而連接至本系統。如圖I所示，以高溫傳導管24的中心線為X軸，面鏡22構成以X軸為中心線的拋物面體或菲涅爾反光鏡的外周表面的一部分，並可繞高溫傳導管24旋轉。在太陽一維跟蹤電器控制器112 (見圖2)的控制下，X軸旋轉驅動系統80被驅動，使面鏡22以X軸為軸心旋轉，跟蹤太陽運動時仰角變化的軌跡，使聚焦的太陽光始終聚焦在沿X軸方向的高溫傳導管24上。此時，高溫傳導管24上會產生大量的熱量，所述熱量通過高溫傳導管24傳導到與高溫傳導管24的一端相連的斯特林發電系統30的前端，從而推動斯特林發電系統30做功發電(斯特林發電機/系統的工作原理是本領域技術人員公知的，因而本說明書中不再贅述)。斯特林發電系統30發出的電由電力輸送系統70輸送至需要的地方。同時，用於冷卻斯特林發電系統30的冷卻水循環系統40利用通過高溫傳導管24傳導到斯特林發電系統30的熱量將輸入的涼水進行加熱，輸出熱水用於提供生活熱水或供暖。在一些應用中，如果加上製冷系統，斯特林發電系統30還可以進行製冷。另外，自然光照明系統60(例如通過將光纖固定在機身10，使光纖的前端在光斑的範圍內)中的光纖及太陽光燈具將面鏡22聚集的太陽光直接傳導，用於室內、地下及海洋等地點的自然光照明。當陽光不足或夜晚時，整個槽式太陽能綜合利用系統自動切換到燃氣系統50，用燃燒燃氣產生的熱能驅動斯特林發電系統30繼續發電、供熱，以保證整個系統始終處於工作狀態。優選的，自動切換到燃氣系統50可利用不同的光強度完成。例如，晴天或陰天的光強度不同，在光敏電阻上產生的電信號強度不同，再由電器控制系統控制聯供系統進行太陽能系統與燃氣系統的切換。圖2為本實用新型專利的系統運動示意圖。當太陽跟蹤導向柱114垂直精確指向太陽時(即太陽光沿圖2所示Y向垂直入射面鏡)，照射到數個平行排列於導向柱114上排(或下排)(的光敏電阻116上的光強度一致，此時太陽一維跟蹤電器控制器112控制X軸旋轉驅動系統80保持不動。當太陽移動後，太陽跟蹤導向柱114產生的陰影會使平行排列於導向柱114上排(或下排)設置的一組光敏電阻中背向太陽光的光敏電阻接收到的太陽光照的光強度下降，與不在陰影區域的光敏電阻接收到的光強度之間產生差異。此時，太陽一維跟蹤電器控制器112會控制X軸旋轉驅動系統80，使之驅動包括面鏡22、高溫傳導管24和支撐太陽跟蹤導向柱114的連接件118在內的系統部件繞X軸旋轉，直到照射到數個平行排列於導向柱114上排(或下排)的光敏電阻116上的光強度一致，S卩，使太陽跟蹤導向柱114沿Y向重新垂直精確指向太陽。本實用新型的系統工作原理如下設太陽跟蹤導向柱114的中心軸線方向為Y向。如圖2所示，Y向穿過X軸且始終與面鏡22保持垂直；又因面鏡22的焦線(即，面鏡22的橫截面產生的焦點的集合)與X軸重合，當太陽跟蹤導向柱114沿Y向精確指向太陽時，面鏡22聚焦的太陽光照射在沿X軸排列(或環繞)於X軸的外輪廓表面的高溫傳導管24上(此時面鏡22的受光效率在一般情況下是最高的)。如前所述，照射在高溫傳導管24上的太陽光會產生大量的熱量，所述 熱量通過高溫傳導管24傳導到與高溫傳導管24的一端相連的斯特林發電系統30的前端，從而推動斯特林發電系統30做功發電，並分別通過冷卻水循環系統40和自然光照明系統60進行供熱和自然光照明。當太陽運動使得太陽跟蹤導向柱114沒有精確指向太陽(即太陽光沒有沿Y向垂直入射面鏡)時，在太陽一維跟蹤電器控制器112的控制下，X軸旋轉驅動系統80被驅動做正反向旋轉運動，直到照射到數個上下平行排列於導向柱114上排(或下排)的光敏電阻116上的光強度一致，也就是說使太陽跟蹤導向柱114沿Y向重新精確指向太陽。此外，太陽有一個自東向西的運動，使面鏡22的橫截面產生的焦點沿X軸會有一個橫向移動，但會始終聚焦在由面鏡22的橫截面產生的焦點的集合的焦線上，保證面鏡22做一維正反向旋轉運動就能使聚焦的太陽光始終照射在排列(或環繞)於X軸的外輪廓表面的高溫傳導管24上，並傳導到斯特林發電系統30的前端，推動斯特林發電系統30做功發電、供熱和自然光照明。工業實用性本實用新型中燃氣系統50所用的燃氣可以是天然氣、沼氣和氫氣等各種清潔能源，也可以是生物材料燃燒後產生的熱氣體。作為太陽能的補充能源，陰天或夜晚時可驅動系統發電、供熱。太陽能光熱發電與現有電網匹配性好、光電轉化效率高、發電連續穩定和調峰發電能力較強，發電設備生產過程綠色環保，不產生任何有毒物質，容易實現直接併網供電。本實用新型既能小規模分布式單獨應用，又能夠大規模陣列模塊化集成應用。適用於別墅或農村單戶居民使用，也可用於居民樓、寫字樓等建築。也可以用於構建大規模電站及集中供熱系統。太陽能作為取之不盡的綠色環保能源，不僅有益於人們的身體健康，節約大量電能和熱能，還減少因發電、供熱而對環境造成的汙染。本實用新型不局限於上述具體實施方式
，本領域的技術人員可以根據本實用新型的教導對本實用新型的槽式太陽能綜合利用系統作出各種修改和變化。所有這些修改和變化均應落在本實用新型的保護範圍之內，並且本實用新型的保護範圍應根據權利要求的內容加以確定。
權利要求1.一種槽式太陽能綜合利用系統，其特徵在於 機身； 太陽能接收和轉化裝置，所述太陽能接收和轉化裝置固定至所述機身，用於接收太陽光並將其轉化為熱能，並且所述太陽能接收和轉化裝置包括面鏡； 發電系統，所述發電系統連接至所述太陽能接收和轉化裝置並固定至機身，利用太陽能接收和轉化裝置轉化出的熱能做功發電； 旋轉驅動系統，所述旋轉驅動系統安裝在所述太陽能接收和轉化裝置的一端，用於驅動所述太陽能接收和轉化裝置；和 跟蹤傳動控制系統，所述跟蹤傳動控制系統安裝在所述太陽能接收和轉化裝置上，並通過太陽所處位置的光信號驅動所述旋轉驅動系統轉動，從而驅動所述面鏡轉動以便使所述太陽能接收和轉化裝置接收太陽光的能力最大化。
2.根據權利要求I所述的槽式太陽能綜合利用系統，其特徵在於， 所述太陽能接收和轉化裝置還包括高溫傳導管，所述面鏡通過固定支架與所述高溫傳導管連接成一體並圍繞高溫傳導管的軸線可同步旋轉地設置，其中所述面鏡的焦線位於高溫傳導管上。
3.根據權利要求2所述的槽式太陽能綜合利用系統，其特徵在於， 所述面鏡是菲涅爾透鏡。
4.根據權利要求3所述的槽式太陽能綜合利用系統，其特徵在於， 所述發電系統是斯特林發電系統，所述斯特林發電系統與所述高溫傳導管連接，利用高溫傳導管傳來的熱能做功發電。
5.根據權利要求4所述的槽式太陽能綜合利用系統，其特徵在於，所述旋轉驅動系統驅動所述面鏡沿所述高溫傳導管的軸線旋轉。
6.根據權利要求5所述的槽式太陽能綜合利用系統，其特徵在於， 所述跟蹤傳動控制系統包括太陽一維跟蹤電器控制器、太陽跟蹤導向柱和多個光敏電阻，其中多個光敏電阻被設置在太陽跟蹤導向柱周圍；當所述多個光敏電阻接收的光強度出現差異時，所述太陽一維跟蹤控制器控制所述旋轉驅動系統帶動面鏡的轉動，直到所述多個光敏電阻的光強度一致。
7.根據權利要求6所述的槽式太陽能綜合利用系統，其特徵在於， 所述太陽跟蹤導向柱與所述面鏡保持垂直並且穿過所述高溫傳導管。
8.根據權利要求1-7中任一權利要求所述的槽式太陽能綜合利用系統，其特徵在於， 所述槽式太陽能綜合利用系統還包括燃氣系統，用於在光線不足時使發電系統繼續工作。
9.根據權利要求1-7中任一權利要求所述的槽式太陽能綜合利用系統，其特徵在於， 所述槽式太陽能綜合利用系統還包括自然光照明系統。
10.根據權利要求9所述的槽式太陽能綜合利用系統，其特徵在於， 所述面鏡將太陽光導入光纖，並傳送至所述自然光照明系統。
專利摘要本實用新型公開了一種槽式太陽能綜合利用系統。所述系統包括機身；固定至機身的太陽能接收和轉化裝置，用於接收太陽光並將其轉化為熱能並且所述太陽能接收和轉化裝置包括面鏡；連接至太陽能接收和轉化裝置並固定至機身的發電系統，利用太陽能接收和轉化裝置轉化出的熱能做功發電；安裝在太陽能接收和轉化裝置一端的旋轉驅動系統，用於驅動面鏡；和安裝在太陽能接收和轉化裝置上並通過太陽所處位置的光信號驅動旋轉驅動系統轉動的跟蹤傳動控制系統，通過驅動太陽能接收和轉化裝置轉動使太陽能接收和轉化裝置接收太陽光的能力最大化。該系統還包括燃氣系統，用於在光線不足時使發電系統繼續工作；以及自然光照明系統和冷卻水循環系統，從而構成綜合的太陽能利用系統。
文檔編號F24J2/00GK202597006SQ20122002800
公開日2012年12月12日 申請日期2012年1月20日 優先權日2012年1月20日
發明者孟忠陽, 任前卯 申請人:孟忠陽, 任前卯