[发明专利]免跟踪球透镜阵列发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能免跟踪球透镜阵列发电系统。

背景技术

太阳能热发电是光伏发电技术以外的另一有很大发展潜力的太阳能发电技术。它是通过反射镜或透镜聚焦太阳光产生高温高热，加热工作介质如导热油或熔盐将热量传导给蓄水的热交换罐，通过热交换产生高温高压的水蒸汽来驱动涡轮机发电。聚焦阳光只能利用直射辐射，需跟踪太阳，点聚焦可获得高温，但要进行二维跟踪；线聚焦可获得中温，只需要进行一维跟踪。目前只有槽式系统实现了商业化，塔式系统、碟式系统仍处于示范阶段。无论是传统的抛物面槽式系统还是新型的有二级反光镜的菲涅尔系统，都属于线性聚光系统。菲涅尔系统的独特之处在于其平面反光镜可以成排控制，且能追踪太阳。太阳光线将被聚集到位于反光区上方有高效择光涂层的中央吸热管上。该系统所需的部件通常是廉价的标准部件，在全世界范围内都可以获得，保证附加值的高地方份额，从而使这项技术与其它竞争技术相比更具优势。另外，菲涅尔技术对风荷载并不敏感。槽式系统聚焦的管线是随着反射镜一起跟踪太阳而运动，即无法实现固定目标下的跟踪，导致机械的笨重，抗风能力较差，且热损耗较大的缺点。点聚焦碟式系统代表性案例一美国SES公司的碟式-斯特林热机太阳能发电系统，光热转换效率高达85％左右，在三类系统中位居首位，使用灵活，既可以作为分布式系统单独供电，也可以并入电网发电。缺点是：造价昂贵、且需要二维跟踪太阳。

众所周知，太阳能聚热发电和聚光光伏，其跟踪系统占据了很大一部分的成本。长久的运行必然出现故障和损坏！若能不跟踪太阳也能获得点聚焦阳光，系统成本下降的空间和运行的故障率也会大大下降。根据球透镜聚光的特性，曾经有两人为一种新型的不需跟踪太阳聚光的方法申请了专利，其中一位是在1983年07月12日申请的，文件号或名称为US4392482A；另一位是鄙人在2008年05月20日申请的，发明名称为：免跟踪球透镜阵列集热系统。免跟踪聚光的构想是美好的，但要做成产品，近30年前的设计方案和本人2008年提交的专利材料都无法实现！确切的说连最基本的几大技术问题都未涉及或思考过，如：1、球透镜下方的集热器采用中空还是真空呢？若采用真空的工艺上怎么实现！2、管路中的导热介质直接用水，即使球透镜聚焦的光斑能使水产生高温蒸汽，管路能承受蒸汽的高压吗！3、连接每个集热器的绝热管，采用什么材料和如何将其高效率的焊接组装。确切的说没有现成方法和工艺可以实现！若这些技术难题无法解决甚至未思考过，再美好的构想也仅仅是纸上谈兵！

通过做简易的实验和太阳能公司的工程师的探讨交流，其中的工艺和技术难题逐渐显现出来！针对问题，通过长久的思索其中的问题是可以得到解决的，至少在理论上和工艺上是可以实现的。因此，有必要对改进型的免跟踪球透镜阵列发电系统作全面细致的阐述且申请专利。

有机导热油的实际使用温度是320℃，当温度达到370℃以上就开始炭化，有时会严重阻塞循环系统管线。采用高温熔盐作为热载体具有以下优点：(1)熔盐传热系数高，热稳定性高和质量传递速度快，(2)通过不同熔点和沸点无机盐的混合可以得到不同温度要求的高温热载体。氯化盐的稳定性好、沸点高，非常适合未来太阳能热发电的高温热载体。

球透镜中加入氧化铅可提高球透镜的折射率，即光斑的焦距越贴近球面，获得较高的聚光比。通过喷砂或氢氟酸溶蚀的方法，可以给球透镜所需的局部表面做成粗糙的印迹，通过“印迹”即可给球透镜与“支架柱”和“真空集热器”的焊接找准对接点，从而实现精准位的焊接组装。选用直径越小的球透镜其耗材和体积越小，但太小了设置相应的真空集热器就越难，且聚光比也不够。若太大了其耗材和体积将随着直径增大倍数的二次方递增，考虑综合因素采用6-10cm的球透镜组成一阵列聚光较适宜，这样即可获得所需的聚光倍数，又能在耗材和成本上达到一个平衡！

若干个直径约6-10cm的球透镜需靠支架才能组成一阵，采用三角形或梯形的空心钢架作为支架的支撑基座，根据球透镜直径的长度，在支架上间隔略大于一个球透镜的距离，焊接一个支柱用于支撑固定球透镜，支柱上端为空心构造，空腔内供插入玻璃柱芯用于与球透镜的熔接。