[实用新型]聚光集热式太阳能发电装置

说明书

本实用新型涉及一种太阳能的收集利用装置，确切地说，涉及一种聚光集热式的太阳能发电的供热和联合装置。

太阳能是地球上唯一的永不枯竭的能源。据科学估算，太阳每年射向地球的总能量约为1.3×10²¹千卡，其中约30％被大气反射回宇宙空间，23％被大气吸收，其余47％，即约6.1×10²⁰千卡到达地球的陆地和海洋表面，它大体上相当于地球上所贮藏的矿物燃料和铀燃料总量的12.5倍！这是有待开发的巨大的能量！随着地球上各种矿物燃料的日益开掘而减少，人们早就开始全力以赴寻求开发新能源，而太阳能因其取之不尽、用之不竭，便成为各国科学家研究的焦点之一。这些年来，已经在太阳能的收集、转换、储存、转送以及实际应用上取得了不少进展。根据有关资料介绍，利用人造的盐水池来收集太阳幅射能进行发电的太阳池实验发电站已在以色列的死海附近建成运行，可以发电150千瓦。而由集热装置、热传输系统、蓄热和热交换系统和汽轮机发电系统组成的利用太阳能的热力发电实验电站更在美国、法国、日本和意大利、西班牙等许多国家相继建成和试运行，最大功率已达一万千瓦，但是这两种太阳能发电方式都立足于采用兰金循环的热电站，图1是这种电站主要组件的示意图。设备投资巨大、能量转换通过工质先转变为热能再转变为动能，进而发电效率太低。所以许多科学家们在这两种太阳能发电上继续钻研攻关。但是，具有直接吸收光能而产生电动势进行光电转换的太阳电池逐渐吸引了越来越多的科学家和工程师们的关注。早在五十年代，光电转换设备就主要作为电源用在太空卫星上，近年来，又逐步在计算机、电子钟表、收音机、照相机以及小型充电器方面，朝民用和更大的范围内开拓。由于光电转换器件价格昂贵、制造精细，极少在民用发电设备方面应用。进入八十年代以来，随着太阳电池的制造改进，成本降低和器件能量转换效率的提高，又由于世界上能源需求逐年上升，而矿物能源的天然储备日趋紧张而涨价，因此，如何更加有效、经济地利用太阳能来发电的课题，再次提到人们的议事日程上。

本实用新型的目的是提供一种利用太阳能作为能源的高效、低成本的发电设备。

本实用新型是一种聚光集热式太阳能发电和供热的装置，是由聚光集能器、减速器、驱动电机、光电跟踪器组成的自动跟踪聚光集能器和直接进行光电转换的发电装置两部分所构成。其特点是由太阳能电池偶件、蓄电池、逆变器和自动开关构成光电转换的发电装置。

由于本实用新型不必将太阳能转变成热能再转变成动能，可以不受卡诺循环的限制。本实用新型只靠阳光照射直接产生电能，可以利用太阳的漫射幅射，设备组成简单、重量轻，不需工质，无热无气，无放射性，使用安全，单位质量就有相当大的功率输出，可以用于小型或大型发电，特别适宜偏僻地区缺电而有充裕阳光资源的地方安装使用。设备小型化后还可用作野外工作队、微波无人工作站或航标灯、塔等的照明或工作用电的电源，大型设备则可用于向市电网联网供电。

图1是采用兰金循环的动力装置示意图。图中1是冷凝器，2是泵，3是蒸发器（锅炉），4是透平，5是发电机。

图2是本实用新型的设备组成配置图。图中6是聚光集能器，7是减速器，8是驱巨动电机，9是光电跟踪器，10是光电池偶件，11是蓄中池，12是逆变器，13是自功开关。由于太能光的能量密度低，为了有效地应用，采用弧面玻璃镜制成聚光集能器6，将太阳幅射能集中到其焦点上，这样可以使接收器表面的单位面积幅射强度增加到数倍至一万倍。并且，用光电跟踪器9控制驱动电机8和减速器7组成的自动定向跟踪装置，能保证聚光集能器的弧面镜的光轴始终指向太阳，还能在日落以后自动返回到早晨日出时的最佳工作位置。这里的减速器的转速极低，平均每小时转动15°左右。故采用摆线减速器或蜗  轮减速器，工作磨损小寿命长。光电池偶件10是由装在集能器焦点上的太阳电池10’与其背部的换热器10”组成，换热器10”的作用是把射到光电偶件的太阳能除一部分转换成电能以外，余的被换热器吸收利用作为生活用热水供给能量。这样一方面尽量提高太阳电池的转换效率和装置的总能转换效率，接近或达到太阳电池的最大应用强度，而器件温度则降到其许可范围内。光电池偶件的性能价格比是本实用新型的实用化关键，现在可以采用美国市场的民用产品＃24998  SOLOR  CHARGER面积为121／2″×61／2，其价格为39.95元／片，已可以被用户所接受。随着技术进步，太阳光电池的性价比还要降低，有利于本实用新型的进一步改进和推广应用。再用线路将换能后的电动势向蓄电池11充电，此时，可以直接引出直流电馈出，也可再经逆变器12转换成50HZ，220V或60HZ，110V的工频交流电经自动开关13输出供电。自动开关13在功率过载或外线路故障的情况下能自动切断电源。为防止连续阴雨天，没有日照的情况下，本实用新型无法供电，该装置的供电可与市电网联网供电以调剂余缺和高峰用电。本实用新型的发电装置都可以与自动跟踪聚光集能器安装在一个金属框架上，形成一个整体设备，便于野外工作队或无人值守站使用。光电跟踪器与逆变器等器件可采用固态组件，以减少体积和降低成本，提高标准化，集成化程度。考虑到太阳的自然光照强度会有不同变化，集能器的有效面积应是光电池最大允许接受光强的集光面积的1－2倍。在光电换能器超过其许可转换容量的极限时，将使光电跟踪器稍微偏离跟踪的光轴位置而保持在最大允用值范围内。而当光照减弱时又能自动地跟踪回归到光轴位置，使装置保持其最大输出负荷。