[发明专利]一种紧凑型跟踪式复合聚光太阳能集热系统

说明书

本发明涉及一种紧凑型跟踪式复合聚光太阳能集热系统，包括若干个平行排布的聚光集热单元、连接各聚光集热单元的跟踪传动装置以及支架。所述聚光集热单元为由复合聚光装置、集热装置组成的密封腔体结构；所述跟踪传动装置可采用天文跟踪或光电跟踪。本发明通过优化设计CPC，实现其与菲涅尔透镜的高效集成，提高复合聚光装置的紧凑性与光学性能，并降低对跟踪精度的要求；将复合聚光装置与集热装置封接形成密闭保温室，有效地减少与外界环境的热交换，提高集热效率；本发明设计的紧凑型跟踪式复合聚光太阳能集热系统便于与建筑物集成，可根据实际需要进行串并联，提高系统集热温度和集热量，满足中低温（100~200℃）热利用需求。

技术领域

本发明涉及太阳能光热利用领域，特别地，涉及一种紧凑型跟踪式复合聚光太阳能集热系统，应用于太阳能中低温（100~200℃）热利用领域。

背景技术

能源是人类社会发展以及赖以生存的基础，随着人类社会的不断进步，对能源的消耗日益增加，以化石能源为代表的不可再生能源面临枯竭问题，因此发展利用可再生能源具有十分重要的意义。太阳能具有来源广泛、清洁无污染、取之不尽用之不竭的特点，合理地利用太阳能，能获得巨大的经济和社会效益。太阳能低温热利用，如太阳能热水器已实现了商业化应用。太阳能中低温（100~200℃）热利用目前仍处于试验阶段。开发适宜与建筑集成的紧凑型太阳能中低温热利用系统是目前研究的重要方向之一。菲涅尔透镜具有体积小、重量轻、成本低、对光的高汇聚等特点，有望用于紧凑型聚光集热器。但目前大多数基于线性菲涅尔透镜的太阳能集热器通常焦距较长，结构尺寸较大，不适宜与建筑集成；另外，集热器接收角十分有限，约为1°，当入射光线超过接收角时，聚光效率急剧下降，这意味着必须采用高精度的跟踪系统，以确保高效工作。申请号为201810966767.8的中国专利公开了一种菲涅尔透镜式太阳能集热器，将太阳光线汇聚到小范围内后采用复合抛物面二次聚光，但由于是免跟踪类太阳能集热器，全天有效工作时间短，太阳能利用率低。申请号为201710655928.7的中国专利公开了一种可移动的线性菲涅尔透镜-CPC聚光式太阳能集热器，该装置根据太阳纬度位置的变化调整菲涅尔透镜，延长了全年集热时间，但年平均集热效率不高（尽管移动菲涅尔透镜，将光线汇聚到集热管，但由于光线非垂直入射到菲涅尔透镜时的光学效率不高，进而影响了集热效率）；同时，由于菲涅尔透镜采用滑动设计，腔体内无法形成有效密封，造成热损失增加，也会降低集热效率。专利号为201120038022.9的实用新型专利提出了一种跟踪式菲涅尔透镜的太阳能集热器，采用连续跟踪能有效地提高光学效率和集热时间，但是该装置需配置高精度的跟踪系统，运行成本较高，且多组集热器安装时占地较大，不利于与建筑集成。另外，上述几种菲涅透镜尔太阳能集热器仅针对单个集热器进行了优化，在实际应用中，一般是由多组集热器组成集热系统，需要对多组集热器单元进行集成设计，使系统兼具结构紧凑、运行成本低、聚光-集热时间长、集热温度和效率高等特点。

综上所述，如何提高菲涅尔透镜式太阳能集热器系统的集热温度，提升其光学-集热效率以及结构紧凑性，同时对跟踪精度要求低，是推进太阳能中温热利用的一项重要举措。

发明内容

本发明的目的在于解决现有跟踪型菲涅尔透镜式太阳能集热系统结构庞大、光学-集热效率不高、跟踪精度要求苛刻的问题，提供一种紧凑型跟踪式菲涅尔透镜-CPC复合聚光太阳能集热系统。该系统由多组复合聚光型太阳能集热器组成。太阳能集热器采用线性菲涅尔透镜和复合抛物面聚光器（CPC）集成设计，线性菲涅尔透镜作为一级聚光器，CPC作为二级聚光器。通过CPC的优化设计，提升复合聚光器的有效接收角，降低跟踪精度；同时通过菲涅尔透镜优化设计，降低复合聚光器高度，提高其结构紧凑性。此外，全天通过对太阳光线间歇跟踪，延长有效运行时间并提高聚光-集热效率，实现100~200℃高效集热。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种紧凑型跟踪式复合聚光太阳能集热系统，包括若干个平行排布的聚光集热单元、连接各聚光集热单元的跟踪传动装置以及支架；