[实用新型]太阳能利用装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能利用装置。

背景技术

太阳能是最重要的可再生能源，但太阳辐射的能流密度很低，约1千瓦每平米。如果直接转化成热能，工质温度较低，仅能产生热水用于洗澡，用途有限。平板太阳能电池可安装在屋顶，不占地，抗风能力强，因此寿命长，可达二十五年。但由于材料工艺等原因同样造价高昂。平板太阳能电池发电成本要远远高于沼气发电、风能发电和传统的水电煤电，甚至高出煤电十倍以上。

采用反射聚光装置提高太阳能的能流密度是降低成本的一种有效手段。非跟踪的反射聚光装置的聚光比很低，考虑到反射聚光装置无法利用散射光，而许多地区的散射光能量比例可能会达30％～50％，因此应用价值较低。带跟踪系统的反射聚光装置主要由聚光器、接收器和跟踪系统，支架等几大部分组成。目前反射聚光装置主要有三种：碟式聚光器(parabolic dishconcentrator)、塔式聚光器(solar tower concentrator)、槽式聚光器(parabolic throughconcentrator)。

碟式聚光器采用旋转抛物面的碟形反射镜制造复杂，跟踪系统是两维的，较昂贵。由于碟式聚光器很难做成大尺寸，只能适合小规模应用。

塔式聚光器定日镜跟踪装置需要多套两维跟踪系统，较昂贵。占用大量土地资源，比较适合建在在沙漠荒山。

槽式聚光器以线聚焦代替了点聚焦，并且聚焦的接收器管线随着柱状抛物面反射镜一起跟踪太阳而运动。跟踪系统是一维的，较简单。缺点是，由于焦线长达数十米，抗风能力很弱。

综上所述，要达到一定的聚光比，必须使用跟踪装置。而要使大面积的反射镜做跟踪运动就比较困难，由少数支点支撑，绕支点旋转，支架受力条件非常恶劣。因此支架底板以及跟踪系统造价高昂，抗风能力差，如遇到强风很容易毁坏，几乎无法安装在屋顶，占地巨大。

对上述聚光器分析可知，如果能够固定反射镜，则原有系统将分成两部分，面积庞大的反射镜由于完全固定，受力从单一的可旋转的支点变成多个固定支点甚至固定边、固定面，受力情况大大改善。可以采用简单的结构，造价低不易损坏，甚至还可以当屋顶使用。而另一部分，迎风面积很小的接收器运动追踪阳光，风力等载荷很小，也不易损坏，对支架和跟踪系统的要求也降低了。就可以达到降低造价，提高寿命的目的。

固定反射镜而使接收器追踪反射的汇聚光是解决上述问题的一种有效途径，过去也有专家学者对固定反射镜也做过一些探索。如有文献(抛物面反射镜对倾斜入射光的聚光作用徐任学，太阳能学报，1985.4第6卷第2期；倾斜入射光引起旋转抛物面反射镜的散焦，徐任学，太阳能学报，1990.4第11卷第4期)分析了倾斜入射光射入抛物面时的散焦状况。中国专利申请CN1361397公开了一种超大面积太阳能聚光跟踪装置，其采用固定反射面结构，平移运动接收器，跟踪聚焦线。然而这类现有装置固定反射镜后，阳光势必会以倾斜的角度入射，造成散焦，图1为采用光线跟踪算法数值模拟的这种结果。图1中，入射光为平行光，为更清楚地观察，图中省去了入射光线。如图1中所示，阳光以23.5度斜射在某一弧度较深的反射面，反射光线并未聚焦于某一点上，而是在一个区域内。即光线已经散焦，从图中还可看出由于散焦程度严重，聚光比很低，这意味着低品位的能源和昂贵的大面积的接收器。聚光比是非常重要的，因为几乎所有的反射聚光器都无法聚焦太阳光中的散射光线。而在多云多雾多尘的某些地区，这些散射光线的能量甚至可以占到总辐射能量的50％。而此时接收器如果是太阳能电池板只能接收单面辐射，即本身也会遮挡一部分光线的话，则即使聚光比为3，接收的能量也仅和同样面积的非聚光电池板相当。这还未考虑反射器跟踪机构支架的造价。这也是目前绝大多数槽式聚光器采用反射器和接收器同步转动跟踪太阳的原因。这样阳光可以会聚在焦点上，其理论上的聚光比为无穷大。

因此固定反射镜必须有效地减轻散焦的程度，达到所需的聚光比。

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