[发明专利]太阳能集束聚光控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能集束聚光控制系统，广泛应用于太阳能热发电、太阳能空调、取暖、热水等领域。

背景技术

在太阳能热利用领域，旋转抛物面反射镜一直是汇聚太阳光最有效的装置，但是它的焦点是随着反射镜一起运动的。这就使接受器的尺寸和质量都受到限制，尺寸大了设计、制造、安装精度有困难，若是槽式、塔式还会遮挡反射镜，质量重了又会增加支撑杆的负荷；同时，集热接受器处于运动状态也不利于能量的导出和保温的设计。为了解决这个问题，人们一直在努力发明一种焦点位置固定不动，仅通过反射镜的跟踪运动就能汇聚太阳光的聚光器，提出各种不同思路的设计方案，有的已开发出产品并且成功地推广应用。但这类反射镜其实只能称其为“准固定”，或低效能的固定，这类装置虽然焦点固定，但是焦斑所在的平面，即焦平面却是围饶着焦点运动的，所以它们的性能不如真正的固定焦点式聚光反射镜。最常见的就是一种围焦点作方位——仰角跟踪的太阳灶，它的方位调整轴是通过焦点的一条垂线，而仰调整轴是通过焦点的一条水平线，所以无论反射面怎样运动焦点总是固定不变，但缺点是焦平面随着反射面而运动，无法在接受器上形成固定的焦斑。

在历史上，正面跟踪太阳的太阳能系统中，由于镜阵和反射镜具有M×N个控制点，设备投入的成本、设备总重量、抗风、沙尘暴等一系列问题，一直是困扰太阳能热利用，特别是大型太阳能热发电实现商业化的难点。有专家打破了传统的采用方位角-仰角的太阳跟踪方法，提出了采用自旋-仰角的跟踪公式，用计算机控制系统实现了M×N个控制单元简化为M+N个控制单元，即M×N＝M+N，在此发明提出之前，都没有发现一个好的镜阵聚焦方案，以至产生单位装机投资大、热发电成本高、光电转换率低并无一超过30％，难以商业化推广的蝶式、槽式、塔式聚能的太阳能热发电厂。如该类技术中广被应用的塔式技术，众多的定日镜围绕中心塔而建立，占地面积巨大；各个定日镜需要单独进行两维控制，控制系统极其复杂；为了减少众多定日镜的余弦效应，中心塔必须建得足够高，投资过大。

中国曾有在抛物面焦点安装一面反射镜，将聚合光反射穿过抛物面镜底中央，于同轴处再用一面反射镜反射向目标集热器，中国专利申请号201010153222.9。此法，控制一面镜是容易的，但是，控制一面镜就需2个电机，那么，控制M×N个镜阵的第二次反射的反射镜就需要M×N×2个电机。而且，针对每一个反射镜，又有的经、纬偏转度各不相同的控制，这明显是非常复杂的。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种太阳能集束聚光控制系统，将镜阵焦点集束，实现控制点唯一，安装和维护简单、实用，可以使用单个集成线路代替复杂的计算机控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种太阳能集束聚光控制系统，其包括实时跟踪太阳的镜阵，以及接收集束光柱的太阳能集热器；

所述镜阵具有M排×N列个聚光镜单元，每个所述聚光镜单元包括一个底部设有第一通孔的抛物面聚光镜，以及设置在抛物面聚光镜聚光焦点处并能够将经抛物面聚光镜聚合的太阳光平衡反射穿过第一通孔的第一反射镜；

在通过第一通孔的每排光路方向上，设有一个底部具有第二通孔的抛物线型第一反射条，且每个第一反射条的聚光焦点处设有一个能够将经所述第一反射条聚合的焦点光平衡反射穿过第二通孔的第二反射镜；

在通过第二通孔的光路方向上，设有一个底部具有第三通孔的抛物线型第二反射条，且所述第二反射条的聚光焦点处，设有一个第三反射镜，其能够将经所述第三反射条聚合的焦点光平衡反射穿过第三通孔形成集束光柱。

优选的，所述太阳能集热器为固定不动，在所述集束光柱的光路方向上设有将集束光柱正面投射至太阳能集热器的反光镜，通过数控电机控制所述反光镜的投射方向。

优选的，所述太阳能集热器设置在所述集束光柱的光路方向上。

优选的，所述镜阵设置在支架上，由数控电机控制跟踪太阳。

优选的，所述第一反射镜通过支架固定在抛物面聚光镜上。

优选的，所述第一反射条通过支架固定在所述镜阵的下方，第二反射镜通过支架与第一反射条固定连接。

优选的，所述第二反射条通过支架固定在所述镜阵的下方，第三反射镜通过支架与第二反射条固定连接。

优选的，所述抛物面聚光镜为能够聚焦的有缝或有孔的旋转抛物面。

优选的，所述抛物面聚光镜为能够聚焦的无缝或无孔的旋转抛物面。

优选的，所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜皆为微型凹面镜。

与现有技术相比，本发明有以下优点：