碟式斯特林光热发电集热器、系统及提高热吸收率的方法与流程

本发明涉及光热发电技术领域，尤其涉及一种碟式斯特林光热发电集热器、包括该集热器的碟式斯特林光热发电系统，以及提高该碟式斯特林光热发电系统热吸收率的方法。

背景技术：

太阳能发电主要有光伏和光热两种方式，光伏发电是利用半导体材料的光伏特性直接将太阳能转化为电能，而光热发电是利用光热转换材料将太阳能转化为热能加热工质，通过工质做功获得机械能进而转化为电能。

目前光热发电技术按照采集方式可分为槽式、菲涅尔式、塔式和碟式四种光热发电系统。其中碟式斯特林光热发电系统是目前光热转换效率最高的技术，主要由碟式聚光器、斯特林发动机、发电机和发电控制系统组成。

碟式斯特林光热发电系统的核心部件是斯特林系统，斯特林系统的光热转换效率又取决于机头前端的集热器效率及斯特林发动机工作效率。在斯特林发动机工作效率一定的情况下，集热器的效率尤为重要。

传统集热器主要有两种形式：(1)包覆型集热器，采用石墨类、金属类材料包覆式紧贴或贴近斯特林发动机的机头，通过石墨、金属材料的高导热率实现集热功能。其中石墨类材料吸收率高、导热性能好，但是与机头金属材料的热膨胀系数差距较大，若是紧贴合方式则在剧烈温度变化时会产生较大热应力，导致石墨类材料碎裂，因此该形式实用性较差；若是有一定间隙的紧贴式，则由直接导热变为对流导热，并且向外散热很大，影响集热能力。而金属类材料的反射率较高，对提高斯特林发动机头热吸收率的效果有限。(2)盘管式集热器，采用高温合金盘管，以花瓣形式包覆在斯特林发动机头处，该方式受热均匀，导热好，但是成本高、吸收率低，且由于盘管壁很薄极易发生烧蚀损坏。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种结构简单、导热均匀，且能够有效减少散热率的碟式斯特林光热发电集热器，提高太阳能的转换利用率。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种碟式斯特林光热发电集热器，包括空腔体，所述空腔体的一端套设于发动机机头，另一端设有光线入射口；所述空腔体的空腔壁至少包括由内到外依次设置的内金属层、隔热层和外金属层；

所述空腔体的空腔为球形空腔或者椭圆空腔。

优选地，所述光线入射口的表面积小于所述空腔的内表面积的20％。

优选地，所述内金属层和外金属层的材料为镍基合金、铜基合金或铁基合金。

优选地，所述隔热层的材料为石棉、气凝胶、泡沫、陶瓷的一种或几种。

优选地，所述内金属层的内表面作黑化处理。

本发明还提供了一种碟式斯特林光热发电系统，包括上述任一种碟式斯特林光热发电集热器。

本发明还提供了一种提高上述碟式斯特林光热发电系统的热吸收率的方法，调整碟式聚光器的曲率，使所述碟式聚光器边缘反射的光线形成的焦点位于发电机的机头前侧。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的碟式斯特林光热发电集热器，包括空腔体，所述空腔体的一端套设于发动机机头，另一端设有光线入射口；所述空腔体的空腔壁至少包括由内到外依次设置的内金属层、隔热层和外金属层，且所述空腔体的空腔为球形空腔或者椭圆空腔。使光线能够在空腔内多次反射，有效减少热量损失，使发动机机头受热均匀。

附图说明

图1是本发明实施例一碟式斯特林光热发电集热器的剖视示意图；

图2是本发明实施例一碟式斯特林光热发电系统结构示意图；

图3是本发明实施例二碟式斯特林光热发电集热器的剖视示意图。

图中：1：空腔体；11：内金属层；12：隔热层；13：外金属层；14：空腔；2：发动机机头；3：光线；4：碟式聚光器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供的碟式斯特林光热发电集热器，包括空腔体1，该空腔体1的一端套设于发电机的机头2，即发动机机头2伸入空腔体1的空腔14内，空腔体1的另一端设有光线入射口15，该光线入射口15与空腔14连通，使光线3能够进入空腔14内，并在空腔14内经过多次反射，提高空腔14内的温度。

为了进一步提高热辐射率，减少热量损失，优选地，空腔体1的空腔14为球形空腔。更优选地，光线入射口15的表面积小空腔14内表面积的20％，内金属层11的内表面作黑化处理，具体地，可以采用碳化法或高辐射率涂层涂敷法进行转化处理。

进一步地，空腔体1的空腔壁为夹层结构，该夹层结构由内到外依次为内金属层11、隔热层12和外金属层13，提高集空腔体1的结构强度，同时提高该空腔体1的保温性能。

具体地，内金属层11和外金属层13由镍基合金、铜基合金或铁基合金材料制成；隔热层12的材料为石棉、气凝胶、泡沫、陶瓷的一种或几种。

本实施例的碟式斯特林光热发电集热器，采用近似理想黑体的空腔体结构，光线3能够在空腔14内多次反射，有效减少热量损失，使发动机机头2受热均匀，将发动机机头2的吸热率由20-30％提高到60-75％，能够满足800度以上的工作温度。

如图2所示，本发明还提供了一种包括上述倾任一种碟式斯特林光热发电集热器的碟式斯特林光热发电系统，其中，集热器套设于所述发动机机头2，使发动机机头2的吸热率由20-30％提高到60-75％，能够满足800度以上的工作温度，提高太阳能的转换利用率。

优选地，集热器的空腔体1的固定端(光线入射口相对的另一端)紧箍在发动机机头2，并且固定端与发动机机头2之间设有隔热材料，进一步减少热损失，具体的隔热材料可以石棉、气凝胶、泡沫等隔热材料。

需要说明的是，该碟式斯特林光热发电系统的其它部分为现有结构，在此不再赘述。

为了进一步的提高发动机机头2的吸热效率，使发动机机头2受热更均匀，本发明还提供了一种提高碟式斯特林光热发电系统热吸收率的方法，具体地如图1和图2所示，采用偏心式聚光线路，即调整碟式聚光器4的曲率，将碟式聚光器反射并进入空腔14的最边缘的光线3的焦点位于发动机机头2的前侧(以动机机头2与光线入射口15)。

实施例二

如图3所示，本实施例二与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：空腔14为椭圆空腔。

综上所述，本发明提供的碟式斯特林光热发电集热器，采用近似理想黑体的空腔体结构，光线在空腔内多次反射，有效减少热量损失，发动机机头受热均匀，将发动机机2的吸热率由20-30％提高到60-75％，能够满足800度以上的工作温度。

需要说明的是，本发明中采用球形或椭圆形空腔仅是优选的实施例，采用不同曲率的弧面拼合，甚至其它形状的空腔，其与本发明的区别仅是反射效率不同，也并未脱离本发明技术方案的本质。

还需要说明的是，本发明中空腔壁的结构也可以采用两层结构，例如，从内向外依次是内金属层和隔热层。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。