專利名稱：太陽能匯聚利用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能利用領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種聚焦式太陽能利用裝置。
背景技術(shù)：
太陽能取之不盡，用之不竭，且不會產(chǎn)生任何污染，是最理想的可再生能源。太陽能的應(yīng)用存在著巨大發(fā)展的廣闊的空間和無限可能性，但是目前太陽能利用技術(shù)的現(xiàn)狀遠遠無法達到商業(yè)應(yīng)用水平。
對太陽能的應(yīng)用技術(shù)研究在許多方面都在進行，但存在一個基本的困難那就是太陽光的能量密度太低，即使晴天太陽垂直照射時，太陽光的最大能量密度值也僅每平方米一千瓦左右。這一基本事實極大地限制了太陽能利用技術(shù)的發(fā)展。
例如在不聚焦太陽光的情況下直接利用太陽光能的技術(shù)包括通過太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)換為電能，由于目前太陽能電池的造價仍然太高，發(fā)電效率也只有百分之十五左右，這樣一平方米太陽能電池板的峰值功率大約只有一百五十瓦，一年只能提供約二百度的電能，算下來其電能單位成本為火電的十倍，過高的電價使該項技術(shù)根本無法進入真正的商業(yè)應(yīng)用。
再例如將太陽光能直接轉(zhuǎn)換為熱能方面的技術(shù)，是將太陽能轉(zhuǎn)換為熱水、熱蒸氣或其他熱熔融體。如太陽能低溫應(yīng)用方面已日漸廣泛的真空管熱水器，盡管目前太陽能真空管的造價已經(jīng)很便宜，但是由于太陽光的能量密度太低，太陽光直接照射在真空管上，即使在夏天也只能產(chǎn)生八、九十度的熱水，冬天只能產(chǎn)生四、五十度的熱水，這樣的水溫除了家庭淋浴外，幾乎不能作其他應(yīng)用。而據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計，100度以上、240度以下的用熱占人類能源消耗總量的百分之五十。所以，要想為太陽能的光熱應(yīng)用找到廣闊的市場，就必須提高太陽能利用技術(shù)的產(chǎn)熱溫度，使之可以達到250度甚至更高。
既然問題的關(guān)鍵是太陽光的能量密度太低而難以利用，用聚光鏡聚焦太陽光能，把太陽光能量密度提高若干倍后再行后續(xù)利用應(yīng)該是可行的途徑，但是許多年來，國內(nèi)外許多專家設(shè)計了不同的聚光裝置希望能夠解決這個問題，但迄今為止，沒有一個聚光裝置能夠推廣得到大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用。其中，最大的技術(shù)經(jīng)濟障礙就是源于為使聚光鏡獲得盡可能高的太陽能聚光比，聚光鏡必須追蹤太陽的運動，而這又極大地增加了整個裝置系統(tǒng)的運行成本。
太陽光聚焦利用方面，歷史上有人利用光的折射原理及折射式透鏡制成折射式聚光器，或輔以平面鏡組裝成太陽能高溫爐。顯然，玻璃透鏡太重，制造工藝復雜，造價高，很難做得很大。所以，折射式聚光器長期沒有發(fā)展。上世紀70年代，國際上有人研制大型平面化的聚光鏡-菲涅耳透鏡，試圖用于制作太陽能聚光集熱器。菲涅耳透鏡重量輕，價格比較低，也有點聚焦和線聚焦之分，一般由有機玻璃或其它透明塑料制成，也有用玻璃制作的，主要用于聚光太陽電池發(fā)電系統(tǒng)，但結(jié)果都不大理想。
迄今為止，較為流行的太陽光聚焦利用裝置都為反射鏡式的，這些裝置中除了聚光反射鏡式外還包括吸收器和跟蹤系統(tǒng)，目前大致有三類即槽式聚光裝置、塔式聚光裝置和盤式聚光裝置。(1)槽式聚光裝置又稱為槽式線聚焦系統(tǒng)。該系統(tǒng)裝置是利用拋物柱面的槽式反射鏡將陽光聚焦到管狀的接收器上，將管內(nèi)傳熱工質(zhì)加熱，可以獲得中溫工質(zhì)，在換熱器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，推動常規(guī)汽輪機發(fā)電。該裝置需要進行一維跟蹤。(2)塔式聚光裝置又稱為塔式聚焦系統(tǒng)。塔式太陽能熱電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括許多由平面反射鏡或曲面反射鏡組成、彼此獨立地跟蹤太陽的定日鏡，這些定日鏡在計算機控制下將陽光都反射聚集到一個固定在高塔頂部的接收器上，接收器中工質(zhì)可以達到很高的溫度，獲得很大的能量。該類裝置可以獲得高溫，但要對每面定日鏡都要裝備多維跟蹤設(shè)備，跟蹤設(shè)備的機械部件和電子部件過于復雜、可靠性太低，此外要將大規(guī)模的工質(zhì)或換能設(shè)備裝到高塔頂部，基建投資大、操作維修運行費用也很高。(3)盤式聚光裝置又稱為碟式聚焦系統(tǒng)、斯特林系統(tǒng)。碟式聚焦系統(tǒng)采用拋物面反射鏡組成，接收器在拋物面的焦點上，接收器內(nèi)的傳熱工質(zhì)被加熱到750℃左右，驅(qū)動發(fā)動機進行發(fā)電。該類裝置可以獲得高溫，但也要進行二維跟蹤。
上述三類裝置還有一個共同的特點，就是都要通過轉(zhuǎn)動反射鏡來跟蹤太陽。而太陽能的平均能量密度只有700W/m2左右，如果要獲得一百萬瓦的太陽能，需要大約一千五百平方米的聚光鏡來聚光，即需要約一百五十面單位面積為十平方米的聚光鏡來聚光，每一面反射鏡都需要一套獨立的跟蹤控制裝置來跟蹤太陽。而這些裝置要在室外運行，經(jīng)常受到風雨的侵蝕，必須至少承受八級以上的大風，在風中鏡子上所承受的作用力是很大的，通過杠桿原理計算可知，這種作用力將在支撐點或支撐軸上放大幾十倍，具有相當大的破壞作用，而要想使整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行數(shù)年，其機械支撐轉(zhuǎn)動部分必須十分堅固。這樣，一套有使用價值的跟蹤設(shè)備包括機械和電控及其他的配套系統(tǒng)，整個太陽光跟蹤系統(tǒng)的造價將十分昂貴，在經(jīng)濟上往往得不償失。即使這樣，其機械乃至電控系統(tǒng)還需要進一步考慮到其運行和維修問題假定平均每一套跟蹤控制系統(tǒng)可以穩(wěn)定工作三年，即三年出一次故障，需要維修一次。(對一個機械系統(tǒng)來講這已經(jīng)是高要求，而有些類似裝置甚至在一場大風過后，就出現(xiàn)無法正常工作的現(xiàn)象。)上述一百五十套跟蹤設(shè)備是彼此獨立的，平均下來，每個星期都會有一套裝置出現(xiàn)故障，需要維修。這將給業(yè)界帶來極大的不便，三、五年之后由于不可避免地出現(xiàn)機械老化和風雨侵蝕、生銹等現(xiàn)象，這些系統(tǒng)的故障率將會直線上升、維修和保養(yǎng)工作將會消耗大量的人力物力，對生產(chǎn)者和使用者來講都是難以承受的。
此外，上述傳統(tǒng)裝置在太陽能利用中分別存在能量的利用點分散、生產(chǎn)出的高品位能源需要再匯聚，增加了技術(shù)復雜性，穩(wěn)定運行困難，投資成本高，運行維護成本高等問題。綜合利用成本遠高于燃燒煤炭、石油、天然氣等現(xiàn)有能源。傳統(tǒng)裝置無法滿足低成本、大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的要求。
目前，這類通過轉(zhuǎn)動聚光鏡來跟蹤太陽的技術(shù)方案普遍存在上述問題且一直未能得到解決，造成百十年來太陽能聚光跟蹤技術(shù)遲遲無法商業(yè)化。為了根本解決上述問題，業(yè)界一些技術(shù)方案希圖徹底地放棄聚光鏡跟蹤太陽轉(zhuǎn)動的技術(shù)路線，例如中國專利96192811.5的專利技術(shù)文件公開了一種高效線聚焦非跟蹤式太陽能集能器，與以往的接收器從線聚光鏡的焦線延長到焦線以外的延長線上的結(jié)構(gòu)略有不同，該裝置在線聚焦非跟蹤式集能器的聚光鏡焦線的兩端各增加一片與焦線垂直并與聚光鏡兩端相聯(lián)接的側(cè)反光板，以使集能器和接收器的長度均能縮短。顯然這種技術(shù)改進只能適應(yīng)于小規(guī)模低溫(≤200℃)利用，因此對于工業(yè)化產(chǎn)能沒有意義。業(yè)界還有一些目的為簡化跟蹤控制、提高太陽能收集效率的技術(shù)方案如中國專利96192811.5，該專利采用了源自美國專利5,289,356的曲面反射鏡作為主太陽能收集器，采用美國專利5,274,497揭示的曲面反射聚焦鏡作為副太陽能收集器，將副太陽能收集器置于主太陽能收集器的接近1/2曲率半徑位置上并在副太陽能收集器縱向上附設(shè)容納傳能流體的導管，據(jù)稱該裝置能獲得意想不到的效果。但是，該裝置仍然必須保留精密的跟蹤控制系統(tǒng)，而且在聚集光能方面，該裝置實際上僅相當普通的一面線聚焦反射鏡，只對太陽光能進行了一次匯聚，最后進入傳能流體導管的光能密度不可能顯著增加，因此，在大幅提高聚集光能密度和推進太陽能裝置商業(yè)化方面意義不大。

發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有太陽能利用技術(shù)的上述不足和缺點，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是要提供一種可以大幅提高太陽光聚集密度、能量的轉(zhuǎn)換/利用點集中、太陽光跟蹤機構(gòu)更簡化、裝置整體的機械可靠性更高、投資及運行成本更低、滿足商業(yè)化生產(chǎn)要求的太陽能匯聚利用裝置。
為此，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種太陽能匯聚利用裝置，該裝置包括采集太陽光并將之匯聚為光斑的拋物面采光鏡，該裝置還包括太陽光收集器、太陽能貯存轉(zhuǎn)換設(shè)備、太陽光跟蹤設(shè)備，其中太陽光跟蹤設(shè)備包括執(zhí)行機械部件與光電控制部件，其中太陽光收集器包括能夠?qū)⒐獍咿D(zhuǎn)換成為近似平行的光束再定向發(fā)射出去的光線導向器、以及將光線導向器射出的近似平行光束加以接收并匯聚到太陽能貯存轉(zhuǎn)換設(shè)備中的曲面匯聚鏡；而光線導向器包括能對光線進行點聚焦的導向鏡，該導向鏡焦點與采光鏡的焦點重合。每面拋物面采光鏡上設(shè)有一付光線導向器，而多個拋物面采光鏡上的光線導向器基本數(shù)量平均地對應(yīng)一個曲面匯聚鏡。其中，某些拋物面采光鏡上的光線導向器或者長期持續(xù)地共用同一個曲面匯聚鏡，或者根據(jù)日光、季節(jié)、天候等情況，這些光線導向器變換地共用幾個相互鄰近的曲面匯聚鏡，但總體和實質(zhì)上來說，仍然為多個光線導向器平均共用一個曲面匯聚鏡的搭配應(yīng)用情況。本發(fā)明的裝置利用了一個簡單的光學原理——即能對光線進行點聚焦的鏡體，能將置于其焦點位置的光線經(jīng)過折射或反射再變成平行光束發(fā)射出去——將通常的太陽光收集器改造成為一個包括光線導向器與曲面匯聚鏡的結(jié)構(gòu)光線導向器將能量以光能形式傳遞出去并經(jīng)過曲面匯聚鏡二次匯聚。首先，由于本發(fā)明的上述改進，多個光線導向器可以共同指向、共同使用同一個曲面匯聚鏡，而曲面匯聚鏡進而將多個拋物面采光鏡及光線導向器轉(zhuǎn)射來的一次聚集光線再次匯聚起來，這種太陽光的二級乃至多級匯聚，即將多個大面積采光鏡初次匯聚陽光通過光線導向器再次平行匯集到曲面匯聚鏡中，通過曲面匯聚鏡的二次聚焦再導入到太陽能貯存轉(zhuǎn)換設(shè)備上相對狹小、固定的利用空間中，使太陽光的光能匯聚密度遠高于傳統(tǒng)的盤式/槽式乃至塔式聚光裝置所達到的光能匯聚密度，從而能在太陽能貯存轉(zhuǎn)換設(shè)備上作高能量密度的吸收或轉(zhuǎn)換，因而本發(fā)明裝置所能得到的太陽光能密度大大提高，保證在最終的太陽輻射能接收裝換工質(zhì)能夠被加熱達到的適于大規(guī)模工業(yè)及商業(yè)利用所需要的高溫，且由于其高匯聚比可將受能介質(zhì)加熱到很高的溫度，可實現(xiàn)大規(guī)模高溫蓄能，增加了熱能利用裝置的年平均工作小時數(shù)，提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟性。
其次，本發(fā)明裝置采用曲面匯聚鏡將多個拋物面采光鏡及光線導向器轉(zhuǎn)射來的一次聚集光線再次匯聚這種結(jié)構(gòu)，其實質(zhì)為在能量匯聚過程中，將經(jīng)過初次聚集的能量采用光能的形式進行傳遞，較之傳統(tǒng)的采用熔融體、氣體、液體、電線等能量傳遞技術(shù)方式大大降低了能量集中過程中能量傳遞的復雜性、費用和損耗。
其三，由于本發(fā)明裝置的二次聚焦的結(jié)構(gòu)特點，其光能量的轉(zhuǎn)換/利用點-太陽能貯存轉(zhuǎn)換設(shè)備可以被建在地面上而不需要建立在高塔之上，且一次采光、二次傳遞及后續(xù)光能匯聚環(huán)節(jié)均可以布置在地面上，相對于傳統(tǒng)的塔式聚光裝置必須將太陽能貯存轉(zhuǎn)換設(shè)備建筑在高塔上，具有投資及運行維護成本更低的優(yōu)點。
其四，由于二次聚焦的結(jié)構(gòu)特點，本發(fā)明裝置中的多個太陽能采光鏡通過導向鏡對準曲面匯聚鏡非常容易，跟蹤精度要求很低，因而可設(shè)計單組跟蹤設(shè)備同時控制多個太陽能采光鏡，多個太陽能采光鏡同步跟蹤太陽光，相對于傳統(tǒng)的塔式聚光裝置的多鏡多維跟蹤設(shè)備來說，控制系統(tǒng)大大簡化。
其五，在太陽光收集器環(huán)節(jié)，相對傳統(tǒng)的盤式/槽式聚光二種傳統(tǒng)的太陽能裝置而言，本發(fā)明的裝置的太陽能貯存轉(zhuǎn)換設(shè)備是被建在地面上而非采光鏡之上，跟蹤設(shè)備的執(zhí)行機械部件無需荷載太陽能貯存轉(zhuǎn)換裝置及其內(nèi)裝的工質(zhì)，大大降低了跟蹤設(shè)備中執(zhí)行機械部件的強度要求，裝置整體以及太陽光跟蹤機構(gòu)的機械可靠性大幅提高，安裝維護方便，運行控制簡單，能夠滿足大規(guī)模、工業(yè)化需要。
本發(fā)明實施例中的光線導向器是能聚焦光線的凹面反射鏡，其還可以是由凸透鏡與平面反射鏡構(gòu)成的鏡片組，其中凹面反射鏡或凸透鏡的焦點與上述拋物面采光鏡的焦點相重合。本發(fā)明的導向鏡還可以是任何能聚焦光線的光學系統(tǒng)，這樣的光學系統(tǒng)具有將置于其焦點位置的光線經(jīng)過折射或反射再變成平行光束發(fā)射出去的能力，因此它不限于上述具體實施例中的方式和結(jié)構(gòu)。
為了獲得盡可能大的光能聚集密度，必須使光線導向器對于拋物面采光鏡的采光面積的遮蔽最小化，同時為了使光線導向器中轉(zhuǎn)向發(fā)射出去的平行光束的散射角度最小化、射程最大化，陣列中能夠無干擾、無遮掩地排列的拋物面采光鏡和/或光線導向器的數(shù)量最大化，經(jīng)過一定的理論計算和試驗，本發(fā)明的光線導向器在采光鏡上的陽光投影面積與采光鏡鏡口面積之比小于1.5％，導向鏡在拋物面采光鏡上的陽光投影面積是該采光鏡鏡口面積的0.1％～1.5％。相應(yīng)地，在保證拋物面鏡的聚光性能條件下，拋物面采光鏡和/或?qū)蜱R和/或曲面匯聚鏡是完整無缺的拋物旋轉(zhuǎn)面式反射聚光鏡，或拋物面采光鏡和/或?qū)蜱R和/或曲面匯聚鏡是拋物旋轉(zhuǎn)面式反射聚光鏡的有效部分如弓形部分、扇形部分、切去弓形留下的曲面部分、切去扇形留下的曲面部分、半曲面；其中采光鏡的焦距與其鏡口直徑之比(焦徑比)介于0.55～1.1之間，導向鏡的焦徑比介于0.1～0.3之間；本發(fā)明的拋物面采光鏡和/或曲面匯聚鏡還可以是某些非對稱曲面的反射聚光鏡的整體或其截取有效部分。
本發(fā)明的裝置可以構(gòu)成某種裝置陣列系統(tǒng)，以期更高程度地實現(xiàn)太陽光跟蹤設(shè)備的簡化，本發(fā)明具體實施例中，多面的曲面匯聚鏡的鏡軸為南北朝向且沿東西向呈并排緊鄰布置；多面導向鏡的鏡軸也順南北向地布置并水平指向成排的曲面匯聚鏡組；相應(yīng)地，排成陣列的多面采光鏡、在南北向上為等高度安裝而在東西向上為直線等高排列。為使陣列中南北向布置的導向鏡數(shù)量最大化，指向同一曲面匯聚鏡的、同一平面高度、南北向前后不同位置上的導向鏡之間采取水平偏讓的方式排列；或者排成陣列的多面所述采光鏡在南北向上為階梯高度安裝而在東西向上為直線等高排列，指向同一曲面匯聚鏡的、在南北向前后不同位置上的導向鏡之間采取水平偏讓兼階梯抬高偏讓的方式排列。此外不排除在南北向上直線、階梯排列，以抬高偏讓的方式在不同平面高度安裝排列采光鏡。為了簡化太陽光跟蹤設(shè)備這一目的，本發(fā)明還可以根據(jù)裝置被安裝地點的具體地形、條件，對拋物面采光鏡采取其他的排列陣型，例如菱形排列、梯形排列、三角形排列等。如上所述，本發(fā)明裝置中同一曲面匯聚鏡所對應(yīng)的多個采光鏡可排列成若干行組，單行組聚光鏡可匯聚幾十平方米以上陽光。經(jīng)過檢索與調(diào)查證實目前的光學反射鏡制造工藝水平能夠達到制造本發(fā)明裝置各方面的要求，而且，本發(fā)明的裝置大規(guī)模的應(yīng)用后，在制造業(yè)及光學鍍膜技術(shù)進一步數(shù)字化的基礎(chǔ)上，光學反射鏡的聚焦精度還將進一步提高，本發(fā)明裝置相應(yīng)的造價還會得到進一步的降低。初步估算大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用時，按照發(fā)電投資核算，將略高于目前的燃煤電站的投資，維護、運行成本將低于常規(guī)電站。綜合成本有望接近或低于常規(guī)電站的生產(chǎn)成本。如果反光鏡的制造工藝及安裝運行水平進一步提高，單組聚光面積可進一步增大。
目前的材料加工技術(shù)已非常成熟，材料、工藝和精度能滿足拋物鏡面的加工的要求、同時鍍膜技術(shù)也得到飛速的發(fā)展，就目前的技術(shù)已能保證反射鏡的反射率大于99％以上。在現(xiàn)有技術(shù)支持下拋物鏡等旋轉(zhuǎn)曲面反射鏡可在短時間內(nèi)將能夠達到生產(chǎn)成熟，滿足系統(tǒng)需要?，F(xiàn)有技術(shù)也可保證系統(tǒng)的現(xiàn)場安裝。
作為簡化的跟蹤控制設(shè)備系統(tǒng)，本發(fā)明實施例中的執(zhí)行機械部件包括動力裝置、剛性的直桿形傳動器、以及各拋物面采光鏡的鏡口仰視角控制機構(gòu)，一根直桿形傳動器同時與同一直列中的各拋物面采光鏡的鏡口東西仰視角控制機構(gòu)相耦合；執(zhí)行機械部件還包括液壓驅(qū)動器、以及各拋物面采光鏡的鏡口仰視角控制液壓支柱，一套液壓驅(qū)動器分別與同一行中的各拋物面采光鏡的鏡口南北仰視角控制液壓支柱相聯(lián)通。由于多面采光鏡在南北向和/或東西向上能排列成直行列，上述結(jié)構(gòu)的跟蹤控制設(shè)備系統(tǒng)就能采用一根直桿形傳動器例如直齒條就可同時控制同一行或列中的各拋物面采光鏡的鏡口仰視角控制齒輪，當然直桿形傳動器與鏡口仰視角控制機構(gòu)也可采用液壓連通控制裝置。這樣可以令排列在同一行上的5～50面拋物面采光鏡共同使用一套本發(fā)明裝置的執(zhí)行機械部件和光電控制部件，太陽光跟蹤設(shè)備的軟件以及硬件的規(guī)模和復雜程度大大降低，可靠性能大幅上升，運行、維修費用能降低到合理程度，為大規(guī)模商業(yè)化運作奠定了堅實的基礎(chǔ)。
本發(fā)明裝置的光線導向器被鉸接在導向器支桿上，該導向器支桿下部與采光鏡或采光鏡盆架間為固定連接；該光線導向器包括東西朝向的轉(zhuǎn)軸、被該轉(zhuǎn)軸鉸接在導向器支桿上的鏡架、以及驅(qū)動該鏡架繞該轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動機構(gòu)；該鏡架具有保證導向鏡焦點與采光鏡焦點重合的結(jié)構(gòu)和尺寸。具體而言，鏡架固定在一個切割成長弓狀的拋物面導向鏡的兩端形成“∏”形結(jié)構(gòu)，“∏”形結(jié)構(gòu)兩臂設(shè)有配合轉(zhuǎn)軸的軸孔，該軸孔中心線通過導向鏡與采光鏡的重合焦點，從而保證不論拋物面導向鏡的俯仰視角如何變化，導向鏡焦點與采光鏡焦點始終能夠重合在一塊；而實際中是始終保持導向鏡的鏡軸基本水平地指向某一曲面匯聚鏡的鏡口。相應(yīng)地，本發(fā)明裝置的光電控制部件連接并控制多根直桿形傳動器和多套液壓驅(qū)動器和多個轉(zhuǎn)動機構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)可以保證高效低成本地實現(xiàn)自動微調(diào)光線導向器與拋物面采光鏡以及與曲面匯聚鏡的對準程度。由于太陽的運行軌跡已被精確掌握，在計算機技術(shù)控制下，跟蹤裝置的執(zhí)行機構(gòu)在精確的反饋下系統(tǒng)誤差可得到有效控制，從而保證執(zhí)行機構(gòu)的動作準確性非常高，滿足系統(tǒng)的要求。
為了增加光線導向器的光束集中程度，減少由于鏡面質(zhì)量限制產(chǎn)生的光束發(fā)散，本發(fā)明的反射式導向鏡構(gòu)成的光線導向器還進一步包括設(shè)在采光鏡與導向鏡的重合焦點之前光路上的凸透鏡環(huán)和/或設(shè)在該重合焦點到導向鏡鏡體間光路上的凹透鏡環(huán)。這樣可將入射到導向鏡來的或出射向曲面匯聚鏡的、偏離角度較大的的散射光線的方向角修正到形成平行光束的方向上。
本發(fā)明的裝置屬于高溫利用太陽能的裝置類型，為此，本發(fā)明裝置中的或本發(fā)明裝置構(gòu)造而成的系統(tǒng)中的太陽能貯存轉(zhuǎn)換設(shè)備為多層保溫的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)對應(yīng)多個曲面匯聚鏡且其上開設(shè)有接收曲面匯聚鏡的匯聚光線的直徑略大于曲面匯聚鏡焦斑的受光孔，其最深部殼層內(nèi)容納有貯能和/或換能工質(zhì)；所述的貯能和/或換能工質(zhì)為熔融鹽、水、汽、冶煉原料或光電池。上述結(jié)構(gòu)類似于黑體結(jié)構(gòu)，有利于保溫及采取各種能源方式高效地利用所聚集得到的太陽光能源。
由于每個曲面匯聚鏡匯聚了多個采光鏡的太陽光，其對應(yīng)最大采光面積可能達到數(shù)十平方米以上。研究資料表明，水蒸氣被加熱到3000K以上就會分解為氫氣和氧氣。如果該系統(tǒng)高匯聚比的光線能夠?qū)⒛透邷亟橘|(zhì)加熱到3000K以上，然后將水蒸汽通入介質(zhì)內(nèi)部，使水蒸汽被加熱到分解溫度。在熱能利用的同時可直接制出大量的氫氣。氫能屬于高品位能源，能夠穩(wěn)定存儲，且臨界壓力低，容易液化，使用方便。在這種方式下，該系統(tǒng)的利用將具有更廣闊的前景。

圖1為本發(fā)明實施例的整體光路原理示意圖。
圖2為本發(fā)明實施例中拋物面采光鏡及光線導向器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明實施例中拋物面采光鏡及其執(zhí)行機械部件的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為圖3的A-A階梯剖視示意圖。
圖5為本發(fā)明實施例多行采光鏡陣列的光路示意圖。
圖6為采用本發(fā)明裝置的太陽能鍋爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實施方式實施例如圖1所示一種太陽能匯聚利用裝置，該裝置包括采集太陽光并將之匯聚為光斑的拋物面采光鏡1，該裝置還包括太陽光收集器、太陽能貯存轉(zhuǎn)換設(shè)備、太陽光跟蹤設(shè)備，其中太陽光跟蹤設(shè)備包括執(zhí)行機械部件與光電控制部件，而太陽光收集器包括能夠?qū)⒐獍咿D(zhuǎn)換成為平行光束再定向發(fā)射出去的光線導向器2、以及將光線導向器2射出的平行光束加以接收并匯聚到太陽能貯存轉(zhuǎn)換設(shè)備3中的曲面匯聚鏡4。
如圖2、3、4所示本實施例的光線導向器2包括能聚焦光線的反射式導向鏡2-1，其中導向鏡2-1的焦點與拋物面采光鏡1的焦點相重合。每面拋物面采光鏡1上設(shè)有一付光線導向器2；在本實施例中，拋物面采光鏡1是較大直徑旋轉(zhuǎn)拋物面式反射鏡切去弓形留下的曲面部分，光線導向鏡2-1是較小直徑的旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡上截取得到的弓形部分或半曲面，曲面匯聚鏡4是直徑最大的旋轉(zhuǎn)拋物面式反射鏡上截取得到的曲面部分。本實施例的光線導向器2及其導向鏡2-1的陽光投影面積是拋物面采光鏡1的鏡口面積的1％和0.8％。
本發(fā)明裝置的光線導向器2俯角可調(diào)地安裝在一根南北向的導向器支桿5頂端，具體地說光線導向器2是被鉸接在導向器支桿5上，該導向器支桿5下部與采光鏡盆架間為固定或鉸接連接；該光線導向器2包括東西朝向的轉(zhuǎn)軸6、被該轉(zhuǎn)軸6鉸接在導向器支桿5上的鏡架7、以及驅(qū)動該鏡架7繞該轉(zhuǎn)軸6轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動機構(gòu)(未詳示)；該鏡架7具有保證導向鏡2-1焦點與采光鏡1焦點重合的結(jié)構(gòu)和尺寸，具體結(jié)構(gòu)為鏡架7固定在一個切割而成的拋物面弓狀導向鏡2-1的兩端并形成“∏”形結(jié)構(gòu)，“∏”形結(jié)構(gòu)兩臂設(shè)有配合轉(zhuǎn)軸6的軸孔(未詳示)，該軸孔及轉(zhuǎn)軸6的中心線通過導向鏡2-1與采光鏡1的重合焦點，從而保證不論拋物面導向鏡2-1的俯仰視角如何變化，導向鏡2-1焦點與采光鏡1焦點始終能夠重合在一塊；而實際中是采用跟蹤設(shè)備所采用的技術(shù)對轉(zhuǎn)動機構(gòu)實行包括水平方位的高精度控制，始終保持導向鏡2-1的鏡軸基本水平地指向某一曲面匯聚鏡4的鏡口。
以北回歸線及以北為例，在該區(qū)域太陽的南北向仰視角常年偏向南面，我們設(shè)計的采光鏡1焦距為采光鏡1開口半徑的0.2～1.5倍之間時，根據(jù)跟蹤設(shè)備的結(jié)構(gòu)分析，其焦距最大不能超過采光鏡1中心到跟蹤設(shè)備半園齒輪的外邊緣(參圖3)。在緯度較高的區(qū)域，采光鏡1在冬季使用時，光線導向器2的反射光可能會被自身采光鏡1遮擋。為解決以上問題，將采光鏡1設(shè)計為如圖2所示的形式。即去除旋轉(zhuǎn)拋物面采光鏡1的部分面積。具體去除面積的大小將根據(jù)采光鏡1的焦距、反射精度、采光裝置所處的地理位置及采光反射裝置的布置方式?jīng)Q定。
對于光線導向器2的設(shè)計首先要考慮光線導向鏡2-1的溫度升高的問題，主要指導向鏡2-1的受光面積和散熱面積。為保證在不加裝冷卻裝置的情況下正常工作、并使光線導向器2在采光鏡1上的投影最小，其基本形狀是由采光鏡1最高點與采光鏡1轉(zhuǎn)動軸的形成的軸平面切割除去旋轉(zhuǎn)拋物面導向鏡2下部而得到。
同時還要根據(jù)裝置系統(tǒng)安裝地區(qū)的緯度和采光鏡的最大反射夾角設(shè)計光線導向鏡2-1拋物面的具體形狀。偏離赤道越遠光線導向鏡2-1的焦徑比越小。
事實上采光鏡1的大小以及反射精度對光線匯聚的影響很大因為實際采光鏡1反射光線在焦點處形成的是一個圓形焦斑，即部分光線有一個擴散角，從而使光線導向器2射出的光束具有一個擴散角。光線的發(fā)散程度決定單個曲面匯聚鏡4匯聚光束的多少，是一個關(guān)鍵因素。
由計算得知光線導向鏡2-1反射精度越高，發(fā)散程度越小。在光線導向鏡2-1某些區(qū)域反射出來的光線的發(fā)散程度出現(xiàn)最大化。由計算還可得知光線導向鏡2-1開口半徑越大，反射偏離越小，散熱面積越大。但是光線導向鏡2-1半徑越大其遮擋采光鏡1的入射光面積越大。其反射的水平光束截面積越大，同一水平高度單組可布置的采光鏡就越少，在實際裝置中將根據(jù)以上條件進行優(yōu)化選擇。
當導向鏡2-1出來的水平光束的平行度達不到要求時，還可利用光學透鏡進行平行精度補償包括在采光鏡1與導向鏡2-1的重合焦點之前光路上設(shè)置凸透鏡環(huán)2-2(當然還可在該重合焦點到導向鏡2-1鏡體間光路上設(shè)置凹透鏡環(huán))，以期使散射光線的虛焦點修正到焦斑區(qū)域，或?qū)⑾蛲馍⑸涔饩€向光束內(nèi)部偏轉(zhuǎn)，將入射到導向鏡來的或出射向曲面匯聚鏡的、偏離角度較大的散射光線的方向角修正到形成平行光束的方向上，從而達到精度補償?shù)哪康模灰陨戏绞侥苓_到將焦斑半徑縮小一半的效果。
如圖3、4所示本發(fā)明裝置上執(zhí)行機械部件包括動力裝置(未詳示)、剛性的直桿形傳動器10、以及各拋物面采光鏡的鏡口南北向的仰視角控制機構(gòu)11，一根直桿形傳動器10同時與同一直列中的各拋物面采光鏡的鏡口仰視角控制機構(gòu)11相耦合；執(zhí)行機械部件還包括液壓驅(qū)動器(未詳示)、以及各拋物面采光鏡的鏡口東西向的仰視角控制液壓支柱12，一套液壓驅(qū)動器分別與同一行中的各拋物面采光鏡的鏡口仰視角控制液壓支柱12，相聯(lián)通。具體而言，采光鏡1及其盆架8和跟蹤設(shè)備的執(zhí)行機械部件均裝設(shè)在采光鏡1的支承結(jié)構(gòu)9上，過盆架8直徑的兩點垂直固定有半圓齒輪圈13，盆架8通過與半圓齒輪圈13軸心同心的盆架支承軸9-2鉸接在支承結(jié)構(gòu)9上；采光鏡1的支承結(jié)構(gòu)9的一端被鉸接支撐在固定支承端9-1，支承結(jié)構(gòu)9的另一端被支撐在液壓支柱12上。由于多面采光鏡1在南北向和/或東西向上能排列成直行列，跟蹤控制設(shè)備系統(tǒng)就能采用一根直桿形傳動器10例如直齒條就可同時控制同一行或列中的各拋物面采光鏡1的鏡口東西向仰視角控制齒輪11，直齒條10帶動同一排多個采光鏡1的齒輪11同步轉(zhuǎn)動，齒輪11帶動半圓齒輪圈13轉(zhuǎn)動，半圓齒輪圈13帶動采光鏡1跟蹤當日太陽東西向仰視角的變化。當然直桿形傳動器10與鏡口仰視角控制機構(gòu)11也可采用液壓連通控制裝置。另外，一套液壓驅(qū)動器分別與同一行中的各采光鏡1的鏡口仰視角控制液壓支柱12相聯(lián)通，同時或分別驅(qū)動采光鏡1的鏡口南北向仰視角控制液壓支柱12，通過調(diào)整跟蹤設(shè)備的液壓支柱12高度，就可改變支承結(jié)構(gòu)9的南北向角度即采光鏡1鏡口南北向的仰視角。跟蹤太陽在一年內(nèi)不同季節(jié)的南北向仰視角的變化。通過以上調(diào)整，保證太陽光始終與采光鏡1的主軸平行入射到采光鏡1的表面。由于該裝置將多個跟蹤設(shè)備連接為一體作同步調(diào)整，可簡化控制系統(tǒng)，減少執(zhí)行機構(gòu)的數(shù)量，從而提高裝置的可靠性。降低運行、維修費用到合理程度。
本發(fā)明實施例的太陽光跟蹤設(shè)備工作原理為根據(jù)目前已經(jīng)精確掌握的太陽運轉(zhuǎn)軌跡，結(jié)合計算機技術(shù)的應(yīng)用，可實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)行程的準確預(yù)知調(diào)整。采用激光數(shù)碼測控裝置進行反饋調(diào)整，可及時了解由于溫度或機械等原因造成的調(diào)整誤差，并及時處理。由于跟蹤設(shè)備按照光學要求工作，因此其與轉(zhuǎn)動有關(guān)的部件加工、安裝精度要求很高。但由于機構(gòu)部件的轉(zhuǎn)動和運動非常緩慢，各采光鏡的受風面積不大，因此對該機構(gòu)的機械強度要求不高。部分材料可使用鋁合金或塑料以降低制造成本、減輕荷載、提高可靠性。
如圖5所示本實施例中每面拋物面采光鏡上設(shè)有一付光線導向器2，而多個拋物面采光鏡上的光線導向器2共用一個所述的曲面匯聚鏡4。
3面曲面匯聚鏡4的鏡軸為南北朝向且沿東西向呈并排緊鄰布置；多面導向鏡2-1的鏡軸也順南北向地布置并水平指向成排的曲面匯聚鏡組4；相應(yīng)地，排成陣列的多面采光鏡1(未詳示)在南北向上為等高度安裝而在東西向上為直線等高排列，指向同一曲面匯聚鏡4的、但距離不同的導向鏡2-1之間采取水平偏讓的方式排列。
圖5中，多個拋物面采光鏡1(以各自的導向鏡2-1表示)共用3個曲面匯聚鏡，分別向3個曲面匯聚鏡發(fā)出平行光束，其中可有某些光線導向器2隨機地向相鄰行列的曲面匯聚鏡4發(fā)出平行光束。
而曲面匯聚鏡4采用固定布置，每個曲面匯聚鏡4為兩側(cè)邊平直的拋物面反射鏡的有效聚光部分，以便所有曲面匯聚鏡4之間無間隙布置，曲面匯聚鏡4覆蓋平行光束區(qū)域。用方框20表示對應(yīng)某個曲面匯聚鏡4的某組導向鏡2-1。該組中的光線導向鏡2-1反射的光束雖接近于平行光，但仍有一個擴散角度，這些準平行光束19經(jīng)曲面匯聚鏡4反射后匯聚到一個焦點(未詳示)上，焦點位置將固定不變。以該焦點位置可以進一步定位太陽能貯存轉(zhuǎn)換設(shè)備3的受光孔。該孔面積的大小將由反射精度所決定。最終實現(xiàn)將經(jīng)過匯聚的、高能量的輻射陽光由小的受光孔引入一個固定的能量吸收空間。
本發(fā)明裝置系統(tǒng)的主要工作目的是使到達曲面匯聚鏡4時單位面積的平行光束數(shù)量最大。這就必須對采光鏡1進行合理的布置。我們按照如圖5所示的方式進行了采光鏡1的南北向布置。該布置方式可使同一水平高度上沿南北向布置多個采光鏡，在保證具有一定擴散角的準平行光束19不被遮擋的前提下，采光鏡1布置數(shù)量的多少受到以下方面因素的制約首先受到其安裝當?shù)厮幘暥扔绊?，當采光鏡1形狀等因素相同的情況下，離赤道線越遠沿南北向所能夠布置的采光鏡1越少。同理，當采光鏡1和導向鏡2-1及曲面匯聚鏡4的反射精度越低，其布置的數(shù)量越少。在相同的情況下不同的年運行時間也會有同樣的影響。冬季運行時間越短，需要滿足南北向仰視角的角度越小，其能夠布置數(shù)量越多。
在反射精度滿足要求等情況下，采光鏡1還可以在不同的水平高度上梯級布置，即按照以上所述在同一水平面完成采光鏡1在最大的南北長度上的布置后，再逐個在原采光鏡1緊后更高的階梯平面上重復布置更高的采光鏡1。這樣就可沿南北向更大的范圍布置采光鏡1。使得目標區(qū)域單位面積的平行光束數(shù)量更大，使得熱力系統(tǒng)得到更大范圍的太陽能。從而有效的提高單一熱力系統(tǒng)的容量。在熱能利用系統(tǒng)中容量的提高也意味著熱能利用效率的提高。在發(fā)電系統(tǒng)中也意味著機組發(fā)電效率的提高。
如圖1、5所示太陽能貯存轉(zhuǎn)換設(shè)備3為多層保溫的結(jié)構(gòu)(未詳示)，該結(jié)構(gòu)對應(yīng)多個所述曲面匯聚鏡4，且其上開設(shè)有接收曲面匯聚鏡4的匯聚光線的、直徑略大于曲面匯聚鏡4焦斑的受光孔(未詳示)，若干的曲面匯聚鏡4向太陽能貯存轉(zhuǎn)換設(shè)備3的受光孔發(fā)射出高度會聚的太陽光能，在其最深部殼層內(nèi)容納有空氣的工質(zhì)來接收/貯存太陽光能。每個曲面匯聚鏡4對應(yīng)一部分導入空間，將所有的空間連為一體就可形成一個太陽光能利用通道。根據(jù)熱學原理，當通道表面積遠遠大于光線入口面積時，陽光在此通道內(nèi)的換熱接近于黑體換熱，太陽光能的利用率將得到很大提高。
當單組布置較多的采光鏡1時，曲面匯聚鏡4需要反射很大能量的太陽光，空氣可能不足以冷卻鏡面達到安全工作溫度，這樣曲面匯聚鏡4可能需要加裝冷卻系統(tǒng)。當然由于曲面匯聚鏡4采取無間隙固定布置直列，其冷卻系統(tǒng)的加裝將不會太復雜。
鍋爐入口連接蓄熱通道14，出口安裝引風機15。當引風機15運行后空氣經(jīng)蓄熱通道14進入鍋爐系統(tǒng)，鍋爐系統(tǒng)內(nèi)布置有受熱面16；在流經(jīng)蓄熱通道14的過程中被加熱到設(shè)計溫度的工質(zhì)空氣流經(jīng)鍋爐受熱面16將爐管17中的水加熱成設(shè)計壓力下的飽和蒸汽、或過飽和蒸汽，工質(zhì)蒸汽又推動配套的發(fā)電汽輪機組18，根據(jù)實際需要該鍋爐還可設(shè)計成為一般工業(yè)鍋爐、采暖鍋爐。
該太陽能鍋爐系統(tǒng)熱能利用效率的評估如下太陽能鍋爐系統(tǒng)的能量損失包括以下部分采光反射鏡加工精度誤差帶來的反射誤差損失，初步估計為0.2％。
采光反射鏡的反射率帶來的損失，初步估計為1％。
聚光反射鏡加工精度誤差帶來的反射誤差損失，初步估計為0.2％。
聚光反射鏡的反射率帶來的損失，初步估計為1％。
聚光導入鏡的反射率帶來的損失，初步估計為0.2％。
鍋爐及蓄熱通道的散熱損失將≤0.5％。
引風機排出的空氣溫度高于環(huán)境溫度40℃時熱損失為1％光系統(tǒng)損失為1-99.8％×99％×99.8％×99％＝2.38％太陽能鍋爐的熱效率為100-2.38-0.5-1＝96.12％該結(jié)果僅僅是對該系統(tǒng)的初步估算，如果各種技術(shù)支持高于預(yù)想其利用效率將高于以上估算，反之則低于以上估算。其中排空氣溫度可實現(xiàn)略高于環(huán)境溫度的水平。
該太陽能匯聚蓄熱鍋爐系統(tǒng)在熱力發(fā)電方面的應(yīng)用及經(jīng)濟性評估以太陽能鍋爐配套一臺100MW發(fā)電汽輪機組為例進行說明現(xiàn)有100MW汽輪發(fā)電機組額定負荷的設(shè)計效率高于40％，結(jié)合以上鍋爐損失機組的發(fā)電效率初步定為40％。
對應(yīng)的太陽能采集輻射能為100/40％＝250 MW當日照平均量為0.8kw/m2h時所需的采光面積為250000/0.8＝312400m2當按照全年單日最大采光量設(shè)計機組24小時發(fā)電，負荷率為100％，日照時間為12小時，所需的采光面積為312400×2＝624800m2≈62萬m2當日照時間為3000小時時，機組年運行小時數(shù)為6000小時，平均負荷為70％時，年發(fā)電量為6000×100000×70％＝4.2億kw.h系統(tǒng)投資評估說明由于太陽能發(fā)電較常規(guī)火力發(fā)電減少了燃料的裝卸、輸送、固體燃料的制粉、燃燒、空氣預(yù)熱、除塵、灰渣排放、污染物處理等大型設(shè)備以及鍋爐廠房、煙囪、碼頭等大規(guī)模土建工程，按照現(xiàn)有電站投資比例分析，太陽能電站除去光系統(tǒng)的設(shè)備場地投資，其它方面的投資將只有現(xiàn)有電站投資的1/3左右。即1600元(人民幣)/kw，由上節(jié)計算得知每千瓦對應(yīng)于一個6m2的采光鏡，下表為每kw裝機的投資估算，該估算存在一定的誤差，但有一定的參考價值。
從以上估算可看出，太陽能電站建設(shè)投資高于常規(guī)電站的。運行維護成本主要受各反射鏡的影響，當平均使用壽命為5年時，年平均成本為￥420元/kw。其它檢修及維護及人工成本將低于常規(guī)電站￥250元/kw。初步估算為￥130元/kw由以上估算知每kw裝機年發(fā)電量為4200kw.h，去除2.5％左右的廠用電，約為4100kw.h。按照目前的上網(wǎng)電價￥0.35元/kw.h計算，利稅為￥880元，由于大部分國家均有清潔能源使用的稅收優(yōu)惠政策，投資收益有望高于常規(guī)電站。同時其環(huán)境效益及社會效益將更加巨大。
權(quán)利要求
1.一種太陽能匯聚利用裝置，該裝置包括采集太陽光并將之匯聚為光斑的曲面采光鏡(1)，該裝置還包括太陽光收集器、太陽能貯存轉(zhuǎn)換設(shè)備(3)、太陽光跟蹤設(shè)備，其中太陽光跟蹤設(shè)備包括執(zhí)行機械部件與光電控制部件，其特征在于所述的太陽光收集器包括能夠?qū)⑺龉獍咿D(zhuǎn)換成為近似平行的光束再定向發(fā)射出去的光線導向器(2)、以及將所述光線導向器(2)射出的近似平行光束加以接收并匯聚到所述的太陽能貯存轉(zhuǎn)換設(shè)備(3)中的曲面匯聚鏡(4)；所述的光線導向器(2)包括能對光線進行點聚焦的導向鏡(2-1)，所述曲面采光鏡(1)的焦點與所述導向鏡(2-1)的焦點重合。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能匯聚利用裝置，其特征在于每面所述的曲面采光鏡(1)上設(shè)有一付光線導向器(2)，而多個曲面采光鏡(1)上的光線導向器(2)共用一個所述的曲面匯聚鏡(4)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的太陽能匯聚利用裝置，其特征在于所述光線導向器(2)在所述采光鏡(1)上的陽光投影面積與采光鏡(1)鏡口面積之比小于1.5％，所述導向鏡(2-1)在所述采光鏡(1)上的陽光投影面積是該采光鏡(1)鏡口面積的0.1％～1.5％。
4.如權(quán)利要求3所述的太陽能匯聚利用裝置，其特征在于所述的曲面采光鏡(1)和/或?qū)蜱R(2-1)和/或曲面匯聚鏡(4)是完整無缺的旋轉(zhuǎn)拋物面式反射聚光鏡，或所述的曲面采光鏡(1)和/或?qū)蜱R(2-1)和/或曲面匯聚鏡(4)是旋轉(zhuǎn)拋物面式反射聚光鏡的有效聚光部分；其中所述采光鏡(1)的焦距與其鏡口直徑之比(焦徑比)介于0.55～1.1之間，導向鏡(2-1)的焦徑比介于0.1～0.3之間。
5.如權(quán)利要求4所述的太陽能匯聚利用裝置，其特征在于多面所述曲面匯聚鏡(4)的鏡軸為南北朝向且沿東西向呈并排緊鄰布置；多面所述導向鏡(2-1)的鏡軸也順南北向地布置并水平指向成排的曲面匯聚鏡組；相應(yīng)地，排成陣列的多面所述采光鏡(1)在南北向上為等高度安裝而在東西向上為直線等高排列，指向同一曲面匯聚鏡(4)的、同一平面高度南北向前后不同位置上的導向鏡(2-1)之間采取水平偏讓的方式排列，或者排成陣列的多面所述采光鏡(1)在南北向上為階梯高度安裝而在東西向上為直線等高排列，指向同一曲面匯聚鏡(4)的、在南北向前后不同位置上的導向鏡(2-1)之間采取水平偏讓兼階梯抬高偏讓的方式排列。
6.如權(quán)利要求5所述的太陽能匯聚利用裝置，其特征在于所述的跟蹤裝置執(zhí)行機械部件包括動力裝置、剛性的直桿形傳動器(10)、以及各采光鏡(1)的鏡口仰視角控制機構(gòu)；一根直桿形傳動器(10)同時與同一直列中的各采光鏡(1)的鏡口東西向仰視角控制機構(gòu)相耦合；所述的執(zhí)行機械部件還包括液壓驅(qū)動器、以及各采光鏡(1)的鏡口仰視角控制液壓支柱(12)；一套液壓驅(qū)動器分別與同一行中的各拋物面采光鏡的鏡口南北仰視角控制液壓支柱(12)相聯(lián)通。
7.如權(quán)利要求6所述的太陽能匯聚利用裝置，其特征在于所述光線導向器(2)被鉸接在導向器支桿(5)上，該導向器支桿(5)下部與采光鏡(1)或采光鏡盆架(8)間為固定連接；該光線導向器(2)包括東西朝向的轉(zhuǎn)軸(6)、被該轉(zhuǎn)軸鉸接在導向器支桿上的鏡架(7)、以及驅(qū)動該鏡架(7)繞該轉(zhuǎn)軸(6)轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動機構(gòu)；所述鏡架(7)具有保證導向鏡(2-1)焦點與采光鏡(1)焦點重合的結(jié)構(gòu)和尺寸。
8.如權(quán)利要求7所述的太陽能匯聚利用裝置，其特征在于所述的光電控制部件連接并控制一或多根所述直桿形傳動器(10)和一或多套所述液壓驅(qū)動器和一或多個所述轉(zhuǎn)動機構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述的太陽能匯聚利用，其特征在于所述反射式導向鏡(2-1)構(gòu)成的光線導向器(2)還進一步包括設(shè)在采光鏡(1)與導向鏡(2-1)的重合焦點之前光路上的凸透鏡環(huán)(2-2)和/或設(shè)在該重合焦點到導向鏡(2-1)鏡體間光路上的凹透鏡環(huán)。
10.一種采用如權(quán)利要求1所述的聚焦式太陽能利用裝置的系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用由曲面采光鏡(1)，太陽光收集器、太陽能貯存轉(zhuǎn)換設(shè)備(3)、太陽光跟蹤設(shè)備構(gòu)成的裝置，其中太陽光收集器包括能夠?qū)⑺龉獍咿D(zhuǎn)換成為近似平行的光束再定向發(fā)射出去的光線導向器(2)、以及將所述光線導向器(2)射出的近似平行光束加以接收并匯聚到所述的太陽能貯存轉(zhuǎn)換設(shè)備(3)中的曲面匯聚鏡(4)，其特征在于所述的太陽能貯存轉(zhuǎn)換設(shè)備(3)為多層保溫的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)對應(yīng)多個所述曲面匯聚鏡(4)，且其上開設(shè)有接收曲面匯聚鏡(4)的匯聚光線的受光孔，其最深部殼層內(nèi)容納有貯能和/或換能工質(zhì)；所述的貯能和/或換能工質(zhì)為熔融鹽、水、汽、冶煉原料或光電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能匯聚利用裝置，該裝置包括采集太陽光并將之匯聚為光斑的曲面采光鏡、太陽光收集器、太陽能貯存轉(zhuǎn)換設(shè)備、太陽光跟蹤設(shè)備，其中太陽光跟蹤設(shè)備包括執(zhí)行機械部件與光電控制部件，其中太陽光收集器包括能夠?qū)⒐獍咿D(zhuǎn)換成為近似平行的光束再定向發(fā)射出去的光線導向器、以及將光線導向器射出的近似平行光束加以接收并匯聚到太陽能貯存轉(zhuǎn)換設(shè)備中的曲面匯聚鏡；而光線導向器包括能對光線進行點聚焦的導向鏡。本發(fā)明提供一種可以大幅提高太陽光聚集密度、能量的轉(zhuǎn)換/利用點集中、太陽光跟蹤機構(gòu)更簡化、裝置整體的機械可靠性更高、投資及運行成本更低的太陽能匯聚利用裝置。
文檔編號F24J2/18GK1580667SQ20031011198
公開日2005年2月16日 申請日期2003年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者趙小峰 申請人:趙小峰