[实用新型]菲涅耳透射聚光式太阳能高温集热装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种菲涅耳透射聚光式太阳能高温集热装置。菲涅耳透射聚光式太阳能高温集热装置是一种利用多个聚光器与真空管结合组成，以实现高密度聚集太阳光并产生高温热能的太阳能利用装置。属太阳能聚光与太阳能中高温集热技术领域。

背景技术

当前在可再生能源利用方面,太阳能热发电在世界上得到最多的关注。高效的太阳能光热和光电转换的实现，太阳能聚光系统是必不可少的。目前，太阳能聚光发电系统主要有槽式、线性菲涅耳型、塔式和碟式等。其中，更为推广使用的中高温线聚焦太阳能集热器有二维抛物槽反射线聚焦(亦称槽式聚光器)和菲涅耳反射式线聚光两类。前者的优点是只需一维跟踪太阳，控制简单，并且可以将太阳光聚集到较小区域，利于利用真空管产生高温热能；缺点是真空管接收器为了跟踪太阳，在一天之内必须作大幅度的运动，不利于与地面储能用能系统连接。后者真空管接收器不需要运动，利于与地面储能用能系统连接；但是菲涅耳反射聚光装置的每一块反射镜都存在余弦效应，不能将太阳光聚集在很小区域，且需独立跟踪太阳，控制过程复杂。

以上两种装置的聚光原理均是通过反射镜面将太阳光反射至真空管接收器上并产生高温热能。由于真空管接收器在抛物面的上方，因此，真空管一般会在抛物面上留下阴影，从而阻挡了部分太阳光的采集。其次，对于高纬度地区或太阳高度角较小的冬季，不管聚光器如何放置，太阳光在大多时候都是倾斜入射至聚光器上，此时太阳光线在装置中的运行路线变长，加大了系统对跟踪精度的要求。另外，由于太阳能接收器(真空管)在抛物面的上方，其所处的热损失环境更为恶劣，会经历风吹雨淋，并与天空产生辐射换热，从而降低了装置的能量转换效率。

本发明利用菲涅耳透射聚光与二次反射聚光的原理，对入射到圆柱面菲涅耳透镜表面的光线分别处理，实现将太阳能光汇聚于真空管接收器上。其中，部分未汇聚到真空管上的光线，经二次聚光器再反射到真空管接收器上实现聚焦。本发明的优点是真空管接收器安装在圆柱面菲涅耳透镜的下方，不容易受到风沙和雨水的侵蚀，极大的改善了真空管的工作环境；另外，添加二次聚光装置，降低了系统对跟踪精度的要求。

发明内容

菲涅耳透射聚光式太阳能高温集热装置将入射到圆柱面菲涅耳透镜表面的太阳光汇聚成线性光源，并在二次聚光器的配合下将更多的光线聚集到真空管接收器上，将光能转化为高温热能。同时，该装置的随动支撑系统在太阳能跟踪器的指示下，通过驱动电机使其带动圆柱面菲涅耳透镜跟随太阳在天空的位置转动，实现圆柱面菲涅耳透镜的上端总是正对着太阳光入射方向，从而达到收集太阳光的最大化。因此本装置可以应用于对太阳能的收集，并转化为高温热能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：菲涅耳透射聚光式太阳能高温集热装置主要包含以下结构：一体化成型的圆柱面菲涅耳透镜(2)，真空管接收器(5)，二次聚光器(6)，菲涅耳聚光器平衡系统以及随动支撑系统(3)和支撑整个系统的定位支架(4)。其中，通过对随动支撑系统(3)的尺寸设计，使真空管接收器(5)和二次聚光器(6)能够完全平衡圆柱面菲涅耳透镜(2)在转动过程中造成的扭矩；同时也可以通过添加独立的平衡杆(8)平衡系统转动过程中的扭矩。

它们的连接关系如下，圆柱面菲涅耳透镜(2)顶端正对太阳光方向，通过随动支撑系统(3)进行定位支撑；且随动支撑系统(3)的下端连接有真空管接收器(5)和二次聚光器(6)，用于平衡圆柱面菲涅耳透镜的重心位置；真空管接收器(5)置于二次聚光器(6)中，二次聚光器(6)的开口方向正对菲涅耳透射式聚光器(2)的轴向对称中心；真空管接收器(5)和二次聚光器(6)与随动支撑系统(3)的下端刚性连接。旋转中心处设置有旋转轴(7)的随动支撑系统(3)通过转动轴(7)与定位支架(4)柔性连接。太阳光跟踪器安装在圆柱面菲涅耳透镜(2)的正上端，在太阳光跟踪器的指引下，由电机驱动随动支撑系统围绕转动轴(7)的轴线转动，使圆柱面菲涅耳透镜(2)和二次聚光器(6)可以及时跟踪太阳，保证圆柱面菲涅耳透镜(2)的轴向对称中心始终正对太阳光入射方向；在转动过程中装置的重心轴线始终能够保证与转动轴(7)的轴线位置重合，实现系统工作的稳定性。

当太阳光入射时，菲涅耳透射式聚光器(2)透射聚光，并将光线汇集至真空管接收器(5)上；部分偏离真空管接收器(5)上的光线进入到二次聚光器(6)中，并通过二次聚光器(6)的反射再次将光线汇集至真空管接收器(5)上。真空管接收器(5)将所收集到的太阳光转化为热能，经工质输送给用户。