[实用新型]透射式线聚焦太阳能集热系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新型的太阳能集热系统，具体涉及可用于发电、制冷、供热的一种免外部跟踪的透射式线聚焦太阳能集热系统。

背景技术

由于能源危机和环境污染的缘故，各国政府对可再生能源的重视程度与日俱增。与此相呼应，太阳能光伏发电近年来取得了飞速的发展。然而到目前为止，由于光伏发电的成本仍然较高，多是靠政府的补贴来支持的，从而导致其大规模的应用受到限制。与此同时，聚光式太阳能热发电(CSP)目前在国际上引起了相当程度的关注。相对其它可再生能源技术而言，太阳能热发电具有一系列的优势。其最为突出的优势是，在发电成本上远远低于光伏发电。CSP聚光系统可进一步区分为点聚焦系统和线聚焦系统。点聚焦系统将太阳光聚集到一个中央吸热器上，塔式、碟式斯特林发电系统都属于点聚焦系统；而线聚交系统则把光线聚集到一个线性的吸热管上，槽式系统属于线聚焦系统。

目前，各种形式的反射式和透射式太阳能聚光系统层出不穷，但其共同的特征就是都需要使用单轴或双轴的自动跟踪系统。尽管自动跟踪太阳的轨迹在技术上已经不是什么难题，然而其高昂的成本和由恶劣的室外工作环境所造成的系统可靠性等方面的问题却在某种程度上阻碍了聚光式太阳能发电(包括CPV和CSP)的发展。许多年前，研究人员曾设计出复合抛物面聚光器(CPC)，其最主要的目的就是为了避免对太阳的跟踪。然而，CPC每天接收太阳光的有效时间很短，另外，在反射式太阳能聚光器结构中入射光与反射光位于聚光体的同一侧，造成反射效率不足等问题。

地球以大约每小时15°的角速度绕极轴由西向东自转，同时还绕太阳公转。这就导致了在一天当中，太阳光的方向和强度随着时间不断地改变。自动跟踪系统就是为了保证在一天的绝大多数时间当中，太阳光能够垂直地入射到聚光体的表面，从而最大限度地利用太阳光所携带的能量。自动跟踪系统通常是由光传感器，信号处理+自动控制(通常由单片机来实现)，以及驱动装置等组成。虽然技术上已经没有难点，但系统可靠性，系统寿命，以及成本等一直都是难以解决的问题。

就目前太阳能行业的情况来看，大型太阳能热发电系统普遍采用反射式聚光镜将太阳的能量高度聚集，从而将传热/储热介质的温度大大升高，而透镜则大多使用在CPV系统当中。使用透射式聚光体结构的好处之一就是光源(即太阳)和吸热装置分别位于聚光体的两侧，避免了在反射式太阳能聚光器结构中反射效率不足等问题。此外，随着材料科学的不断进步，制造透镜所需的材料(例如PMMA)成本已经变得非常低廉，而其在恶劣环境下抗老化的能力则不断提高，已经成为很有竞争力的聚光技术。

在各类菲涅尔透镜当中，线性曲面式菲涅尔透镜具有其独特的优势，这些优势可以概括如下：a.光学效率高(近90％)；b.对太阳入射角度的精度要求低于一般的菲涅尔透镜；c.因而对自动跟踪系统的精度要求相对较低(单轴跟踪即可)。

大型太阳能热发电系统所面临的挑战是，通常需要征用大片的土地，对环境的影响需要评估，需要建设庞大的电力传输系统，灵活性差，投资规模非常巨大等等。因此，克服上述缺陷，将太阳能热发电、热利用系统小型化，独立化，分布化是进一步推广太阳能利用的重要手段之一。

发明内容

本实用新型目的是提供一种透射式线聚焦太阳能集热系统，具有结构简单实用，系统模块化，免外部跟踪，但仍然能够最大限度地吸收，利用太阳光所携带能量的优点。

该系统由以下几个主要部分组成：

太阳能采集装置，由多个线性曲面式菲涅尔透镜组成，位于每个金属吸热管前端，透镜呈曲面长条形，每个透镜的宽度在150毫米至200毫米之间，透镜与透镜之间保持一定的距离，透镜对入射太阳光进行聚焦，聚焦后所形成的光斑为条状，聚焦比为20～25倍；

太阳能热量吸收装置，用于吸收太阳能热量，位于每个线性曲面式菲涅尔透镜后端，对应于每个线性曲面式菲涅尔透镜，在其聚焦的直线上，配置相应的金属吸热管，相对于每一面透镜，都有一段金属吸热管与之相配合，金属吸热管表面涂有吸收涂层，每一面透镜的金属吸热管全部串联在一起组成一套太阳能热量吸收装置，该装置有一个入口和一个出口，导热介质在循环泵的作用下进入吸收装置的入口端，经过金属吸热管被加热后的介质随后经过出口端被输送到能量使用单元；

内置自动跟踪装置，用于带动线性曲面式菲涅尔透镜在壳体内部对太阳光进行单轴跟踪，透镜以金属吸热管为轴做轴向旋转；

机壳，太阳能采集装置，太阳能热量吸收装置，自动跟踪装置和有关部件均位于其中，形成一个独立的模块或单元。所述的金属吸热管两侧的壳体上设有太阳能电池片。