[发明专利]一种碟式太阳能集热系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种碟式太阳能集热系统，主要用于各种工业过程，商业和民用建筑供热，空调制冷，及发电等方面。

背景技术

在塔式发电系统中，通常采用双轴跟踪的镜面场，即所谓定日镜，将光线集中聚焦在位于塔中心顶部位置的接收装置中。该接收装置利用导热介质（导热油或熔融盐）所携带的热量产生蒸汽来推动汽轮机组发电。除了热传导之外，导热介质还提供能量储存功能。槽式系统使用抛物线或U型聚光器使太阳光线沿着接收器的焦线聚焦，在焦线上放置接收管，只需单轴跟踪。被加热的介质（导热介质或水/蒸汽）携带所采集到的热能，通过蒸汽发生器产生蒸汽从而带动汽轮发电机组发电。

碟式聚焦系统通常包含一个形状类似于卫星接收天线的点聚焦采集装置，一个接收装置，还有一个位于聚光器焦点位置上的热引擎/发电机，引擎通常为斯特林机。就碟式聚光系统而言，其反射面通常由抛物线旋转而得到。碟式聚光系统的优点是：通过对太阳运动轨迹进行跟踪，使得入射光总是垂直入射。由于是点聚焦，因而聚焦比高，可获得很高的温度，转换效率在三种聚焦方式中最高。碟式聚光系统的缺点是，焦点随着太阳的运动而变化，由于接收器在焦点处，因此将随着焦点的移动而同步移动，不便于光热利用。

这一特性带来一系列的问题：首先，接收装置的几何尺寸将受到限制。因为接收器尺寸过大势必会对阳光造成遮挡，减小聚光镜的有效接收面积，降低集热效率。其次，接收装置的重量也必须严格控制，因为如果该装置重量过重，势必极大地增加驱动系统的负担。第三，由于接收装置的位置不固定，各种管道连接变得相当困难，不利于组成阵列式结构，因此也就不适合大规模的工业化太阳能热利用。最后，同样由于接收装置的位置不固定，所以很难将集热器所收集到的能量传递到其它地方加以利用。

各种焦点固定的聚光式反射镜（例如塔式系统中的定日镜），虽然其焦点固定但存在余弦效应。而碟式聚光镜，虽然没有余弦效应，但其焦点随着太阳的运动而变化。为了解决这一问题，使得接收装置的位置固定，研究者们提出了许多不同的解决方案，包括将反射镜面设计成双向可变曲率，使用高次曲面反射镜，采用夏季和冬季两面不同的聚光镜，整个聚光镜围绕焦点运动，还有利用调节螺丝对聚光镜的曲率和仰角进行调节等方案。这些方案都或多或少地取得了较好的效果，但也同时存在一些不足。例如申请号为200910132985.2，名称为“可调聚焦比的碟式定焦装置”的专利申请，其吸热器为球形，光线只在球的法线处与球表面垂直，影响了对太阳光能的吸收效果。

发明内容

本发明的目的是克服原有技术的不足之处，而提供了一种新型的碟式聚光装置，保留其聚光镜时刻垂直于入射太阳光的特性，同时克服其焦点随太阳运动而变化的缺陷，并且不存在余弦效应。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该碟式太阳能集热系统由以下几个主要部分组成：

太阳能采集装置，用于太阳光的采集，由碟式聚光镜组成。该装置表面形状为旋转抛物面，表面反光材料可选用经阳极氧化处理的高纯铝，或其它反光材料。

热量吸收装置，由金属制成，其形状以金属螺旋形环管为佳。对该装置的要求是其位置必须固定（即不随太阳的移动而移动），该装置的表面涂有选择性吸收涂层。

自动跟踪装置，用于驱动碟式聚光镜对太阳运动轨迹进行双轴跟踪，保证聚光镜时刻垂直于入射太阳光，以达到最高的接收效率，并且设有光路调节器自动跟踪装置。

凸面（或凹面）反射镜，将经过碟式聚光镜反射后的汇聚光线变为一束平行光线并改变其方向。

光路调节器，用于光路的调节，主要由平面反射镜组成。

支架系统，用于支撑整个设备，包括太阳能采集装置，自动跟踪装置，光路调节器，和螺旋形吸热管等。

上述结构设计达到了本发明的目的。

上述发明中自动跟踪装置是通过对太阳的方位角和高度角分别进行跟踪来实现双轴跟踪的，碟式聚光镜在太阳光自动跟踪系统的控制下，其主光轴与入射太阳光始终保持平行。平行入射的太阳光经碟式聚光镜反射后，其所携带的能量集中在旋转抛物面的焦点上。

高度角-方位角跟踪又叫做地平坐标系双轴跟踪系统，在该系统中，方位轴是垂直于地平面的，俯仰轴则是平行于地平面的。工作时聚光镜绕方位轴转动改变方位角，绕俯仰轴转动改变高度角，使聚光镜与太阳光线垂直。在自动跟踪时，方位轴与俯仰轴的交点是固定不动的，而焦点则随着太阳的运动而变化，主光轴是连接这两点的一条直线。