一种新型碟式太阳能光热系统及其安装方法与流程

本发明涉及太阳能光热系统工程技术领域，尤其是涉及一种新型碟式太阳能光热系统及其安装方法。

背景技术：

当今世界上大多国家非常重视太阳能光热的利用，我们国家十三五规划中已经列入重点发展产业之一。目前太阳能光热系统结构主要有塔式、槽式、碟式和菲湼尔式，都是应用了几百年前已有的应用光学原理，前面两种方式应用占最大量，尤以槽式最多，它们优势在于可以大规模化发热发电，通过会聚阳光加热导热介质传输到传统发电设备发电，但是总的光效利用不高，也不适合小型化分布式利用。

碟式太阳能光热系统光效利用最好，优点是可以小型分布式利用且采用斯特林式发电机来发电。参看图1，目前碟式太阳能光热发电大多采用一次性反射聚光的方式，即釆用凹型抛物曲线面把太阳光反射会聚到焦点上，斯特林式发电机组100的集热器正好处于焦点位置，斯特林式发电机组小的1000W有几十公斤，大的几十KW有几百公斤以上，反射碟组件200直径小的几米几百公斤重，大的有十几米以上一百多吨重，一个庞大斯特林式发电机组100要靠支臂300固定在反光焦点位置上稳定运行，在结构体系设计上也存在很多困难，并且能够生产制造高品质斯特林发电机组的厂家太少，大规模的采用碟式太阳能光热系统建设发电站尚有许多技术难题；其次，斯特林式发电机组的集热器内部储热能介质被聚焦后阳光照射升温很高，可达上千度高温，若是将集热器固定安装在反射碟组件200上，导热管连接在集热器上将随时跟反射碟组件200转动，没有任何金属管或高分子材料管能承载流动高温介质不停折弯摆动，这是十分危险又不可靠的。

可见，当前解决利用碟式太阳能光热系统高效热能大规模使用的方案还很困难，怎样发明创造一种新型碟式太阳能光热系统，其能够具备各种优点、淘汰缺点，更多利用太阳光能高效转换成热能，不仅能大型化发热发电，又能小型化分布式使用，降低成本才是我们真正的研究方向。

技术实现要素：

为了解决上述现有问题，本发明提供了一种新型碟式太阳能光热系统，该系统是集成了 当前世界上应用的工程塔式、槽式、碟式等几种太阳能光热系统的优点，结构体系更好，发电、发热成本更低。

本发明的技术方案为：一种新型碟式太阳能光热系统，包括主反射镜总成、第二反射镜、集热器总成、双轴太阳能跟踪装置、导热管和稳立于地面的支柱，所述支柱上端连接双轴太阳能跟踪装置，所述集热器总成和主反射镜总成分别设置在双轴太阳能跟踪装置上方，集热器总成固定在主反射镜总成中间凹底下方，所述第二反射镜通过支杆与主反射镜总成连接，主反射镜总成在双轴太阳能跟踪装置上时刻跟踪太阳轨道运行时所会聚的光全部反射到第二反射镜凸面上，第二反射镜汇聚反射的光斑全部落在集热器总成的集热头上，所述导热管一部分与所述集热器总成内部连接，所述导热管另一部分向下穿过双轴太阳能跟踪装置与集热器总成连接的位置并穿过所述支柱的中心孔不随主反射镜总成的转动而移动。

所述双轴太阳能跟踪装置为X、Y双轴太阳能跟踪装置，所述集热器总成设置在双轴太阳能跟踪装置的X方向底座上方，主反射镜设置在双轴太阳能跟踪装置的Y方向底座上。

所述集热器总成集热头为球型头部，是一个能高效吸收热能、表面低反光率的容器，其内部有高温传导流动介质，把热能通过导热管传输出去。

所述集热器总成可以是斯特林式发电机组系统，当聚光热能照射到其热头区域的集热器总成，通过控制集热器总成内部导热管内导热介质的流动速度，控制温度达到斯特林机发电需要的范围，使斯特林发电机正常发电。

所述集热器总成的集热头中心设计安装在双轴太阳能跟踪装置的Y方向轴线上，主反射镜总成的准线中轴垂直于双轴太阳能跟踪装置的Y方向轴线并通过集热器总成的集热头中心，当主反射镜总成任何时刻跟踪太阳轨道运行时，此设计保证了主反射镜总成会聚的光全部反射到第二反射镜凸面设计区域内，第二反射镜会聚反射的光斑全部落在集热器总成集热头表面设计区域位置上，更多的利用太阳光能。

所述集热器总成与双轴太阳能跟踪装置的X方向底座以及支柱三者通过螺栓连接为一整体，确保整体固定不动，以保证导热管固定不随主反射镜总成的转动而移动。

所述主反射镜总成的反射面为凹型抛物线曲面或凹型球面曲面，其表面镀有高反光率耐高温硬膜，主反射镜总成的反射面可以是一件反射镜构成或由多件单元反射镜组成的反射曲面。

进一步地，本发明还提供了一种新型碟式太阳能光热系统的安装方法，包括以下步骤：

a、将设有X方向底座和Y方向底座的双轴太阳能跟踪装置安装在稳定立于地面的支柱上端，集热器总成通过螺栓连接在X方向底座上方，主反射镜总成安装在Y方向底座上，第二反射镜通过支杆安装在主反射镜总成上方，第二反射镜的凸面朝向主反射镜总成；

b、集热器总成的集热头其球型头部球中心F设计安装在双轴太阳能跟踪装置的Y方向轴线上，主反射镜总成的准线中轴H垂直于双轴太阳能跟踪装置的Y方向轴线并通过集热器总成的球型头部中心F，当主反射镜总成碟架任何时刻跟踪太阳轨道运行时，保证主反射镜总成会聚的光全部反射到第二反射镜凸面设计区域内，第二反射镜会聚反射的光斑全部落在集热器总成球型头部的表面设计区域位置上；

c、将导热管的一部分与集热器总成连接，另一部分向下穿过双轴太阳能跟踪装置的X方向底座和支柱的中心内孔与外部固定连接，导热管不因主反射镜总成实时跟踪太阳转动而移动。

所述的集热器总成与双轴太阳能跟踪装置的X方向底座、与支柱三者通过螺栓连接为一整体。

本发明的有益效果为：

1、本发明通过设计导热管一部分与集热器总成内部连接，另一部分向下穿过双轴太阳能跟踪装置与集热器总成连接的位置并穿过支柱的中心孔不随主反射镜总成的转动而移动，导热管为固定式安装，确保了导热管的使用可靠性，使得碟式太阳能光热系统整个结构体系更安全；

2、本发明把主反射镜总成会聚光线反射到第二反射镜凸面上，通过第二反射镜凸面再次把光线会聚反射到主反射镜总成反射碟架中心通孔下方固定安装不变动位置的集热器总成集热头上，第二反射镜直径不大、质轻，它替代了一次反射原理结构非常重的斯特林式发电机及带有冷却系统的安装位置，结构非常简单，重量、应力等方面设计完全简化了；

3、集热器总成固定在立于地面的支柱上端，集热器总成集热头是处于主反射镜总成运动至任何位置时阳光会聚到第二反射镜的光再次会聚反射的焦点上，不同于一次反射原理，由于集热器总成不再是由巨大支臂固定在主反射镜总成上，所以主反射镜总成跟踪运动时有更好的稳定性、安全性，系统结构设计简化，集热器总成的冷却系统、电子系统的管道电线等安装连接更为方便，日后检测维护更容易，发电机系统发电时的振动对整体反射镜跟踪运动时没有任何影响。

4、光线经过主反射镜总成、汇聚反射到第二反射镜表面、第二反射镜再反射汇聚形成焦点，第二反射会聚焦点处放置集热器总成，通过其内部导热流体介质把热能传输出去，可以单台碟式太阳能发热系统进行热能交换使用，进入家居生活，民用市场；也可以多台碟式太阳能光热系统串联并联起来供应高热流应用于大型发电站；使用我们新的发明创造完全改变了当前世界上碟式太阳能光热系统不便于建设大型发电站项目的状况。

附图说明

图1为现在碟式太阳能光热系统使用一次反射原理示意图；

图2为本发明新型碟式太阳能光热系统的结构示意图；

图3为图2I部放大示意图；

图4为本发明新型碟式太阳能光热系统热能应用示意图；

图5为本发明新型碟式太阳能光热系统发电应用示意图；

图6为本发明新型碟式太阳能光热系统集群连接热能应用示意图。

图中，1、主反射镜总成；2、第二反射镜；3、集热器总成；31、球形头部；4、双轴太阳能跟踪装置；41、X方向底座；42、Y方向底座；5、支柱；6、导热管；7、支杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

如图2、图3所示，一种新型碟式太阳能光热系统，它包括有主反射镜总成1，第二反射镜2、集热器总成3，双轴太阳能跟踪装置4、支柱5和导热管6，支柱5稳立于地面上，支柱5上端连接双轴太阳能跟踪装置4，集热器总成3和主反射镜总成1分别设置在双轴太阳能跟踪装置4上方，第二反射镜2通过支杆与主反射镜总成1连接，导热管6一部分与集热器总成3内部连接，另一部分向下穿过双轴太阳能跟踪装置4与集热器总成3连接的位置并穿过支柱5的中心孔不随主反射镜总成的转动而移动。

主反射镜总成1包括碟架及形成于碟架表面的反射面，反射面是抛物线绕着准线中轴H旋转形成的凹型曲面或凹型球面曲面，表面镀有高反光率耐高温硬膜，所形成的反射面可以是一件大型反射镜构成也可以是由多件单元反射镜组成反射曲面，必须逐件调整每件单元主反射镜使其组成的主反射镜总成1反射面所反射的太阳光会聚到第二反射镜2的凸表面。

第二反射镜2是凸面对应朝向主反射镜总成1反射面，用至少3根支杆7固定在主反射镜总成1碟架上，并且同主反射镜总成1准线中轴H同轴放置，第二反射镜2表面镀高反射率耐高温硬膜；放在设计位置上延主反射镜准线中轴H轴线相对主反射镜总成1前后移动调整第二反射镜2，使会聚光斑始终落到设计位置集热器总成3的集热头。主反射镜总成在双 轴太阳能跟踪装置上时刻跟踪太阳轨道运行时所会聚的光全部反射到第二反射镜上，第二反射镜汇聚反射的光斑全部落在集热器总成的集热头上。

双轴太阳能跟踪装置4包括一体连接的X方向底座41和Y方向底座42，支柱5上端连接X方向底座，集热器总成3是用螺栓安装固定在X方向底座上方，主反射镜总成1的碟架是连接在Y方向底座上；具体地，集热器总成3与X方向底座41以及支柱5三者经过螺栓连接为一整体，确保了集热器总成3以及导热管6的安装稳定性，集热器总成3固定安装在主反射镜总成碟架中心孔凹底下方。

集热器总成的集热头为球型头部31，其是一个能高效吸收热能，表面低反光率的容器，其内部有高温传导流动介质，热量通过导热管6传输出去；集热器总成3的球型头部31中心F设计安装在X、Y双轴跟踪器组件4的Y方向运动轴线上。主反射镜总成1的准线中轴H垂直于X、Y双轴跟踪器组件4的Y方向运动轴线并通过集热器总成3的球型头部31中心F；当主反射镜总成1碟架任何时刻跟踪太阳轨道运行时，保证它会聚的光全部反射到第二反射镜2凸面设计区域内，第二反射镜2会聚反射的光斑落在集热器总成3的球型头部31表面设计区域位置上。

本发明新型碟式太阳能光热系统的热能应用如图4所示，集热器总成3受高温加热，内部循环导热流体介质吸热后通过导热管导流出至储热塔/储水塔/烘干炉等，利用导出的高温，用于发电、用于家庭热水、烘干箱等等。

本发明新型碟式太阳能光热系统的电能应用如图5所示，当聚光热能照射到其集热头区域，通过控制内部导热管内导热介质的流动速度，控制温度达到斯特林机发电需要的范围，使斯特林发电机正常发电；输入输出的导热管6和斯特林发电机身上的所有管线，包括冷却水管，高压输入输出电线、温度控制电线等，都是向下穿过过X、Y双轴跟踪器组件的X方向底座和支柱的中心内孔，与外部任何连接和固定不会因为反射镜总成1实时跟踪太阳转动而移动。

本发明新型太阳能光热系统集群连接热能应用如图6所示，按照图4所述方式把每个新型碟式太阳能光热系统通过导热管串联/并联后，大量足够热能通过高温热导流介质经导热管传输到发电站或其它供热设备使用，可以达到大规模化供热发电。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围内。