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Title:
LINEAR FRESNEL LIGHT CONDENSATION DEVICE WITH HIGH MULTIPLYING POWER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/127317
Kind Code:
A1
Abstract:
A linear Fresnel light condensation device (1, 101, 102, 103) with a high multiplying power comprises a reflector field (2), and a receiving device (3). The reflector field (2) comprises a plurality of arrays of one-dimensional linear convergence reflector strips (4); the linear receiving device (3) is arranged parallel to the reflector strip (4), and is arranged with a secondary optical light condensation device inside, the height value of the receiving device (3) exceeds half of the width value of the field, so as to obtain a high primary convergence light condensation multiplying power and a high secondary convergence light condensation multiplying power, thereby implementing a high total convergence light condensation multiplying power. High multiplying power light condensation in low cost can be achieved, and at the same time the severe problem such as low light condensation efficiency caused by the extinction, the tolerance rate and the shielding rate and the problem of inconvenience in repair and maintenance of the device are solved.

Inventors:
LIU YANG (CN)
WANG QINGBAO (CN)
Application Number:
PCT/CN2013/071799
Publication Date:
September 06, 2013
Filing Date:
February 22, 2013
Export Citation:
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Assignee:
BEIJING TERASOLAR ENERGY TECHNOLOGIES CO LTD (CN)
International Classes:
G02B19/00; F24S10/40; F24S10/70; F24S23/70; F24S23/79; G02B7/182; H01L31/042
Foreign References:
CN202018534U2011-10-26
CN102290462A2011-12-21
US7858875B22010-12-28
US20090038608A12009-02-12
US20090229264A12009-09-17
US20100031991A12010-02-11
CN201616788U2010-10-27
Other References:
See also references of EP 2821835A4
Attorney, Agent or Firm:
E-TONE INTELLECTUAL PROPERTY FIRM (CN)
北京亿腾知识产权代理事务所 (CN)
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Claims:
权 利 要 求 书

1. 一种高倍率线性菲涅尔聚光装置, 包括反射镜镜场、 接收装置, 其 特征在于:反射镜镜场( 2 )包括多个阵列的一维线性汇聚反射镜镜条( 4 ); 线性接收装置 ( 3) 平行于反射镜镜条(4) 布置, 且内部布置有二次光学 聚光装置, 接收装置 ( 3) 的高度值超过镜场宽度值的一半。

2. 根据权利要求 1所述的一种高倍率线性菲涅尔聚光装置, 其特征在 于: 所述反射镜镜场 (2) 的一维线性的汇聚反射镜镜条(4) 为柱面汇聚 反射镜镜条, 反射镜镜条列数为 4列 -10列。

3. 根据权利要求 1所述的一种高倍率线性菲涅尔聚光装置, 其特征在 于: 所述接收装置 ( 3) 的高度值为镜场宽度值的 0.55-0.85倍。

4. 根据权利要求 1所述的一种高倍率线性菲涅尔聚光装置, 其特征在 于: 所述反射镜镜条( 4 )的转轴轴心位置在垂直于线性接收装置的截面内 呈对称的凹型曲线布置。

5. 根据权利要求 4所述的一种高倍率线性菲涅尔聚光装置, 其特征在 于: 所述反射镜镜条(4) 的转轴轴心位置在垂直于线性接收装置 (2) 的 截面内呈对称的凹型曲线拟合为两段直线。

6. 根据权利要求 1所述的一种高倍率线性菲涅尔聚光装置, 其特征在 于: 所述反射镜镜条(4) 所处位置越接近接收装置 ( 3) 正下方的中心位 置, 其对应的反射镜镜条(4) 的宽度越宽。

7. 根据权利要求 1所述的一种高倍率线性菲涅尔聚光装置, 其特征在 于: 所述接收装置 ( 3) 包括线性布置的集热器。

8. 根据权利要求 7所述的一种高倍率线性菲涅尔聚光装置, 其特征在 于: 所述接收装置 ( 3) 为 U型集热器 ( 6) 。

9. 根据权利要求 7所述的一种高倍率线性菲涅尔聚光装置, 其特征在 于: 所述线性集热器包括玻璃套管 (7) 、 内层吸收管 (8) 和二次光学聚 光装置。

10. 根据权利要求 1所述的一种高倍率线性菲涅尔聚光装置, 其特征在 于: 在反射镜镜场的下底部设置维护检修空间, 至少部分所述维护检修空 间 ( 10)距离地面高度大于等于 1.5米。

11. 根据权利要求 1所述的一种高倍率线性菲涅尔聚光装置, 其特征在 于: 所述接收装置 ( 3) 包括线性布置的太阳能电池组。

Description:
一种高倍率线性菲涅尔聚光装置

技术领域

本发明涉及一种太阳能聚光装置, 特别是涉及一种高倍率线性菲涅尔 聚光装置。

背景技术

太阳能作为一种洁净、 环保的能源, 长期以来人们一直致力于对其的 开发和利用。 特别是近年来, 由于油价的不断攀升和对环境保护要求的提 高, 以及大气二氧化碳排放量的限制, 各国更加努力地开展了太阳能利用 方面的研究,特别是对如何更高效地获得和利 用太阳能投入了更多的精力。

太阳能光热发电是实现大功率发电、替代常规 能源的最为经济的手段之 一, 太阳能光热发电的三种方式各自优势缺点非常 明显, 如: 塔式效率高, 但一次性投入大; 槽式成本低, 但相对塔式和碟式效率低; 碟式单机可标 准化生产, 但规模很难做大。

聚光光伏( CPV )是指将汇聚后的太阳光通过高转化效率的光 电池直 接转换为电能的技术, 聚光光伏也是实现低成本太阳能发电的一种选 择, 聚光方式中菲涅尔阵列方案也是其一。

线性菲涅尔太阳能聚光装置主要包括线性菲涅 尔反射镜镜条系统及接 收装置, 该线性菲涅尔反射镜镜条系统包括线性反射镜 镜条场, 该线性反 射镜镜条场由多个并排平行设置的反射镜镜条 组成, 同时这些反射镜镜条 可通过跟踪装置驱动以跟踪太阳的运动, 持续保证将入射光反射到接收装 置。 这些反射镜镜条反射的太阳光被集中射向设置 于这些反射镜镜条上方 的接收装置内, 通过该接收装置将太阳能转化为热能或电能。 通常一个接 收装置可设置在多个反射镜镜条之间, 以便接收该多个反射镜镜条反射的 太阳光。

目前的线性菲涅尔太阳能聚光系统中, 菲涅尔镜场水平直线地布置, 贴近基础面如地面, 带来一些不便的因素: 1、 通常而言贴近地面的灰尘 污染比较多; 2、 一定时间后菲涅尔镜场的反射镜镜条面灰尘增 厚, 严重减 少了反射镜镜条的反射能力, 需要较短周期的定期清洗, 同时因为菲涅尔 镜场紧密排列布置于地面之上, 操作人员并不方便清洗, 只有将反射镜镜 条转动到垂直位置, 操作人员从反射镜镜条之间的缝隙中进入进行 操作, 如此反射镜镜条的宽度必须很宽,例如 2米,如此才能有足够检修宽度(大 约具有 2m的检修空间); 反射镜镜条宽度尺寸较大, 所需强度提高, 制作 成本很难下降; 3、 反射镜镜条常见为平板反射镜设计, 方便加工, 但跟踪 精度无法保证, 接收装置的接收宽度大于平板反射镜镜条的宽 度; 为了获 得菲涅尔镜场的布置对称和更少的端部损失效 应 (汇聚的光线偏出接收器 的轴向过多), 目前的镜场一般采用南北布置, 如此需要跟踪的范围较宽, 例如正负 80度,因此反射镜镜场特别是镜场边缘的反射 镜条的容差率很 小 (或所需的接收装置的宽度很宽) , 且接收装置被布置的超出镜场平面 的高度低于本组镜场宽度的一半, 一般为本组镜场宽度的 1/4左右; 为获 得更高的聚光倍数和更好的容差率以及降低成 本, 反射镜镜场宽度很宽, 反射镜镜条的转轴数目众多, 成本高、 可靠性差 4、 反射镜镜场水平直线 布置, 反射镜镜条在跟踪的过程中, 特别是每列反射镜镜场的边缘反射镜 镜条之间的遮光率很严重 (前反射镜镜条的背部遮挡了后反射镜镜条反 射 来的光线), 降低了反射镜镜条的聚光效率; 5、 反射镜镜场直接布置于地 面之上, 占地面积较大, 土地利用率不高, 浪费了土地资源; 6、 普遍存在 聚光倍数较低(太阳光垂直入射时反射镜镜条 受光总宽度与吸收管宽度或 直径之比一般为 30-60倍左右)导致的热效率低的问题。

因此如何提高菲涅尔的反射镜场的聚光倍数、 聚光效率及可靠性, 克 服检修和维护不便, 降低建设成本和提高场地利用率等问题, 成为线性菲 涅尔聚光技术的重大课题。

发明内容

本发明的目的主要在于解决如下问题: 1、聚光倍数较低导致的热效率、 热参数低的问题; 2、 引起聚光装置聚光效率不高的空气粉尘污染、 容差率 低和遮挡严重的问题; 3、 聚光装置检修和维护的不便问题; 4、 聚光装置 占地面积大, 土地利用率不高的问题; 5、 其它一些影响成本及可靠性的问 题。

为解决上述问题, 本发明提供了一种高倍率线性菲涅尔聚光装置 , 包 括反射镜镜场、 接收装置, 其特征在于: 反射镜镜场包括多个阵列的一维 线性汇聚反射镜镜条; 线性接收装置平行于反射镜镜条布置, 各反射镜镜 条( 4 )的转轴轴心位置在垂直于线性接收装置的截 内呈对称的凹型曲线 布置; 接收装置的高度值超过镜场宽度值的一半 (接收装置的高度值定义 为接收装置位置与多轴平行布置的反射镜镜条 轴线的平均高度差) 。 如此 可以获得较高的一次汇聚聚光倍率及二次汇聚 聚光倍率, 进而实现高倍率 的总汇聚聚光倍率。

在进一步的实施方式中, 所述反射镜镜场的一维线性的汇聚反射镜镜 条为柱面汇聚反射镜镜条, 反射镜镜条列数为 4列 -10列, 反射镜镜场跟 踪过程中各反射镜镜条具有相同转动角度, 减少转轴数量, 降低成本、 提 高可靠性和跟踪精度。

在进一步的实施方式中, 所述接收装置的高度值为镜场宽度值的 0. 55-0. 85倍。

优选地, 所述反射镜镜场的垂直于线性接收装置的截面 内反射镜镜条 转轴轴心位置呈曲线布置, 以获得较少的遮光率。

优选地, 每个单元的反射镜镜场中, 所述反射镜镜条的转轴轴心位置 在垂直于线性接收装置的截面内呈对称的凹型 曲线布置。

在进一步的实施方式中, 所述反射镜镜条的宽度不一致, 所述反射镜 镜条所处位置越接近接收装置正下方的中心位 置, 其对应的反射镜镜条的 宽度越宽, 以使各反射镜镜条获得相近的容差率, 并减少反射镜镜条数量。

优选地, 所述反射镜镜条的转轴轴心位置在垂直于线性 接收装置的截 面内呈对称的凹型曲线拟合为两段直线; 两段直线为所形成的夹角小于 180° 的内凹对称分布的直线布置, 左右分别使用连杆式多列联动, 减化结 构, 降低成本。

进一步的实施方式中, 在反射镜镜场的下底部设置维护检修空间, 人 员及装备通过此空间接近反射镜列等装置机构 , 进行安装调试、 清洁维修 等工作。 在进一步的实施方式中, 所述菲涅尔聚光装置可以应用于光伏领域, 所述接收装置包括线性布置的太阳能电池组。

在此应用方式中, 线性布置的太阳能电池组沿线性焦线平行的方 向上 设置的二次光学聚光装置为复合抛物聚光器装 置(CPC ) , 对焦线方向的光 线进行一定的汇聚, 形成沿焦线方向排布的间断准二维聚光接收。

在进一步的实施方式中, 所述菲涅尔聚光装置可以应用于光热领域时, 所述接收装置包括线性布置的集热器。

在进一步的实施方式中, 所述接收装置为 U型集热器, 实现从同一端 方向输入和输出, 减少反射镜镜场内的干管长度, 减少聚光装置的整体成 本; 且每个 U型集热器出口处安装温控阀, 通过检测出口介质的温度, 控 制流量的大小, 保持稳定温度的传热介质输出和运行安全。

优选地, 所述线性集热器包括玻璃套管、 内层吸收管和二次光学聚光 装置, 其中二次光学聚光装置具体实施为复合抛物聚 光器装置 (CPC ) 。

在进一步的实施方式中, 所述玻璃套管和内层吸收管形成的空间保持 真空状态,以减少集热器内部的对流热损失且 保护内层吸收管的吸收涂层, 延长使用寿命。

优选地, 所述玻璃套管和内层吸收管形成的空间内通过 连续或间歇抽 气, 保持动态真空状态。

在进一步的实施方式中, 所述内层吸热管内部的传热介质输出端的温 度高于 32 0 °C , 低于 55 0 °C。

优选地, 所述内层吸热管内部的传热介质输出端的温度 高于 35 0 °C , 低于 450 °C ; 获得高倍的菲涅尔的聚光倍率的同时, 获得高效的集热器接 收效率, 降低因追求高温度带来的高辐射损失问题。

在进一步的实施方式中, 在反射镜镜场的下底部设置维护检修空间, 至少部分所述维护检修空间距离地面高度大于 等于 1 . 5米。

在进一步的实施方式中, 所述维护检修空间可以综合利用, 例如, 可 作为停车场或粮食、 蔬菜、 花卉基地或建筑屋顶等等。

附图说明

下面将参照附图对本发明的具体实施方案进行 更详细的说明, 在附图 中:

图 1是本发明的高倍率线性菲涅尔聚光装置的阵 布置示意图; 图 2是本发明的高倍率线性菲涅尔聚光装置的入 光线夹角示意图; 图 3是本发明的一种实施例的高倍率线性菲涅尔 光装置整体结构布 置示意图;

图 4是本发明的一种实施例的反射镜镜场结构布 示意图;

图 5是本发明的单个反射镜镜条的横截面结构示 图;

图 6是本发明的接收装置为光伏太阳能电池组的 构布置示意图; 图 7是本发明的实施例的接收装置结构示意图;

图 8是本发明的实施例的接收装置横截面结构示 图。

具体实施方式

图 1是本发明实施例的高倍率线性菲涅尔聚光装 的阵列布置示意 图。 如图 1所示, 高倍率线性菲涅尔聚光装置的阵列由多个菲涅 尔聚光装 置单元阵列布置, 例如聚光装置单元 1 01、 聚光装置单元 1 02和聚光装置 单元 1 03。 每个菲涅尔聚光装置单元主要包括架高布置的 反射镜镜场 2和 接收装置 3。 反射镜镜场 2包括多个阵列的一维线性汇聚反射镜镜条。 反 射镜镜场 2由多列平行布置的反射镜镜条 4组成。 每个单元的反射镜镜场 2中, 所述反射镜镜条的转轴轴心位置在垂直于线性 接收装置的截面内呈 对称的凹型曲线布置, 在实现镜条紧密排列的同时可以减少或完全避 免反 射镜镜场 2内部阵列布置的多个反射镜镜条 4之间的相互遮挡损失以获得 较少的遮光率。 在一个例子中, 为了筒化跟踪驱动模式, 反射镜镜条的转 轴轴心位置在垂直于线性接收装置的截面内呈 对称的凹型曲线拟合为两段 直线; 两段直线为所形成的夹角小于 1 8 0° 的内凹对称分布的直线布置, 左右分别使用连杆式多列联动, 减化结构, 降低成本。 如图 1所示, 将原 布置于凹形的曲线同侧上的反射镜镜条 4 , 例如反射镜镜条 4-1、反射镜镜 条 4- 3和反射镜镜条 4-5 , 拟合布置于同一条直线上,且每片反射镜镜条 4 之下布置有联动连杆 1 1 , 以实现连杆方式的多反射镜镜条 4联动, 减化结 构, 降低成本。 为提高反射镜镜场 2的机械强度, 在反射镜镜场 2下部设 置拱形支撑结构 1 2 , 用于支撑反射镜镜场 2。 多列反射镜镜条 4的宽度不一致, 其中反射镜镜场 2中间位置布置的 反射镜镜条 4-5较两边布置的反射镜镜条 4-1和反射镜镜条 4-3的宽度要 宽, 即每列反射镜镜场 2内部布置的反射镜镜条 4的宽度与其布置在镜场 内的位置有关, 所处位置越接近接收装置 3正下方的中心位置, 其对应的 反射镜镜条 4的宽度越宽, 在使各反射镜镜条 4获得相近的光学容差能力 的同时, 减少反射镜镜条数量; 反射镜镜条 4的宽度不宜制作过大, 在节 省材料和空间的同时, 也能提高反射镜镜条 4的反射镜精度; 因本设计的 反射镜镜条 4的面型为柱面, 具有一定的汇聚能力, 同时反射镜镜场 2的 一定布置, 例如南北布置, 所需跟踪角度的范围较宽, 且能在绕自身的旋 转轴 5旋转的过程中,存在欠焦和过焦现象,在保 一定的高容差角度后, 反射镜镜条 4的宽度与接收装置 3的开口相当, 或者更宽, 也能将不同时 刻的太阳光反射至相同的空间内, 并且还有足够的容差角度, 如此可以可 靠地获得更高的聚光倍数, 获得更好的传热介质温度, 降低装置的所需强 度, 减少建设成本。 实际操作中, 反射镜镜场 2设置为平板反射镜镜条和 特殊柱面的反射镜镜条, 在获得较好的反射镜镜条聚光的同时, 可以有效 地控制降低成本。

接收装置 3平行于反射镜镜条布置, 并且布置在反射镜镜场 2的焦线 位置。 接收装置 3的高度值超过镜场宽度值的一半; 其中, 接收装置的高 度值定义为接收装置位置与多轴平行布置的反 射镜镜条轴线的平均高度之 差; 目前常见的常规线性菲涅尔聚光系统接收装置 高度一般在镜场宽度的 一半以下, 常见为 1 /4左右, 其汇聚至接收装置的光线夹角较大, 一般为 95。 至 125。 ; 在本发明实施例中, 接收装置 3较常规菲涅尔聚光系统的 接收装置位置要高,例如接收装置的高度值为 镜场宽度值的 0. 55-0. 85倍, 优选为二者比值 0. 6-0. 8倍, 因此汇聚入射至接收装置的入射光线夹角较 小(见图 1-2 ) , 例如 60。 -80° ; 又因为构成太阳能镜场的各反射镜镜条 可以为具有一维汇聚能力的柱面汇聚反射镜镜 条, 且其到达接收装置位置 的汇聚光像随入射光线角度的变化从过聚焦到 欠聚焦周期逐渐变化, 但接 收装置高度处于 Q. 55-0. 85倍宽度时, 相同宽度的汇聚反射镜条具有相对 较小的平均光像宽度, 能获得相对较高的一次汇聚聚光倍率 (一次汇聚聚 光倍率是指各条柱面汇聚反射镜的宽度之和与 汇聚于接收装置接收口的光 线宽度之比) 。

接收装置 3内布置二次光学聚光装置, 因接收装置的高度值超过镜场 宽度值的一半, 可获得小角度的入射光线夹角入射至二次光学 聚光装置效 果; 而二次光学聚光装置所形成的光线汇聚能力与 射入光线的夹角有直接 关系, 入射光线夹角越小, 二次光学聚光装置的二次汇聚聚光倍率越高, 特别是夹角小于 90度后, 其汇聚能力上升更多。整体线性菲涅尔聚光装 置 的总汇聚聚光倍率为光线垂直入射时每个菲涅 尔聚光装置单元的反射镜镜 条受光总宽度与集热器内部布置的吸收管直径 或光伏电池轴向上的宽度之 比, 在本例中总汇聚聚光倍率等于一次聚光倍率与 二次光学聚光装置的二 的同时实现较高的汇聚倍数。 例如采用非常经济的反射镜镜条列数, 例如 4列 -6列, 完成至少 1 00以上的聚光倍率的太阳光汇聚, 当反射镜的列数 为 6列 -1 0列时, 最高汇聚倍数可至 1 80-200倍以上, 并还能保持较高的 跟踪角度容差值,可靠而实用。相比而言, 目前较为流行的 Compac t L i near Fre sne l Ref l ec tor (CLFR) 技术中,普遍采用具有多于 12列的反射镜列数, 跟踪精度不易控制, 另外还造成相邻反射镜镜条之间的遮光率增大 , 或为 获得较少遮光率带来土地面积使用率的下降; 且多列模式下带来过多的安 装、 维护、 维修、 运行成本的增大, 即便如此该现有技术的光线聚光倍率 仍不算高 (一般在 30-60倍) , 整体经济性明显不足。

该菲涅尔聚光装置可以应用于光热领域, 接收装置 3为线性集热器, 如图 1所示, 接收装置 3包括单个平行布置于反射镜镜场的集热器; 为获 得较高聚光倍率, 反射镜镜场 2包括至少 6列反射镜阵列; 优选地, 接收 装置的高度值为镜场宽度值的 0. 6-0. 8倍, 对应反射镜两个端边反射光线 与接收器位置形成的夹角为 64° -80° 。 一个实际例子为, 单列聚光装置 单元开口为 15m, 集热器布置于 1 0. 5m高, 按照上述布置方式并行布置的 多列反射镜镜条将太阳光汇聚于包含二次光学 的集热器内部布置的吸收管 表面, 在保证反射镜镜条具备较宽的的跟踪角度容差 率的同时, 吸收管还 可以获得 1 00-2 00倍的聚光倍率, 优选为, 聚光倍率 1 20- 1 5 0倍; 实际例 子中, 聚光装置单元中吸收管外径为 1 00匪, 聚光倍率为 1 20倍, 内部的 传热介质的输出端温度可以控制在 350 °C -550 °C之间, 优选地, 所述内层 吸热管内部的传热介质输出端的温度高于 35 0 °C ,低于 450 °C ; 获得高倍的 菲涅尔聚光倍率的同时, 获得高效的集热器接收效率, 降低因追求高温度 带来的高辐射损失问题。

在一个例子中, 在反射镜镜场的下底部设置维护检修空间, 至少部分 所述维护检修空间 1 0距离地面高度大于等于 1. 5米;以方便工作人员在镜 场下方或后下方对反射镜镜场 2检查和维修, 当从下方对镜面进行清洁维 护时, 镜条角度调整为竖立或偏向下方。 另外如此的设计还可以将反射镜 镜场 2相对远离地面, 起到防潮湿和防灰尘的效果; 一定程度减少尘埃层 对太阳光线的消光效应; 维护检修空间 1 0之下还可以设计成停车场或粮 食、 花卉种植基地, 而且该菲涅尔聚光装置还可以布置于建筑屋顶 等等, 充分利用日益紧张的宝贵土地资源。

该菲涅尔聚光装置也可以应用于光伏领域, 此时接收装置 3包括线性 布置的太阳能电池组, 将反射汇聚的光转化成电能输出, 线性布置的太阳 能电池组沿线性焦线平行的方向上可进一步设 置复合抛物聚光器装置 ( CPC ) , 不需要在此维度内进行主动跟踪, 即可对焦线方向的光线进行一 定的汇聚, 形成沿焦线方向排布的间断准二维聚光接收。

本菲涅尔聚光装置的离地一定高度的维护检修 空间 1 0的设计、反射镜 镜场 2各轴心的凹型曲线布置设计、 反射镜镜条 4的柱面设计, 较之传统 的菲涅尔镜场水平直线地布置于地面上, 具有很多优点: 例如, 减少了贴 近地面的灰尘扰动比较多, 且潮气较重的弊端, 太阳光线避开尘埃层直接 入射菲涅尔镜场和接收装置, 减少消光效应, 提高聚光效率; 避开尘埃层, 具有更长的清洗周期,操作人员在定期清洗时 轻松方便,且操作环境优越, 在反射镜镜场 2底下的阴凉区进行轻松的巡检及维护清洗; 故而反射镜镜 条 4宽度(清洗时, 反射镜镜条垂直布置, 镜条宽度略小于每列镜条之间 的缝隙宽度) 无需考虑清洗人员进入反射镜镜条之间缝隙宽 度, 可设计的 较宽, 因此所需制作成本下降; 反射镜镜条 4设置成柱面汇聚结构, 较之 平板反射镜镜条, 具有一定的汇聚能力, 在所需大范围跟踪角度时, 只需 反射镜镜条完成欠焦和过焦即可, 反射镜镜条 4的宽度可以与接收装置 3 的宽度相近, 甚至宽很多, 尺寸范围较宽, 具有更高的聚光倍数和更好的 容差率。

图 2是高倍率线性菲涅尔聚光装置的入射光线夹 示意图; 如图 2所 示, 反射镜镜条的转轴轴心位置在垂直于线性接收 装置的截面内呈对称的 凹型曲线布置, 各反射镜条轴心位置的平均高度为反射镜镜条 高度, 如线 D所示; 接收装置的高度值为接收装置位置与多轴平行 布置的反射镜镜条 轴线的平均高度之差, 如线 E所示; 镜场宽度为光线垂直入射时每个反射 镜镜条阵列受光宽度的总和 (包括反射镜镜条与反射镜镜条之间的缝隙漏 光宽度) , 如线 F所示; 入射光线夹角为该反射镜镜场单元的最外两端 部 反射镜镜条 4-1和反射镜镜条 4-10的外边缘入射至接收装置的反射光线与 接收装置所形成, 如角度 α , 优选为 60° -80。 ; 线性菲涅尔聚光光装置 的接收装置的高度值为镜场宽度值的 0. 55-0. 85倍, 优选二者比值为 0. 6-0. 8倍; 总汇聚聚光倍率的定义为光线垂直入射时每个 菲涅尔聚光装 置单元的反射镜镜条受光总宽度与集热器内部 布置的吸收管直径或光伏电 池轴向上的宽度之比, 在本例中总汇聚聚光倍率等于一次聚光倍率与 二次 光学聚光装置的二次聚光倍率的乘积。

图 3是高倍率线性菲涅尔聚光装置整体结构布置 意图。如图 3所示, 菲涅尔聚光装置整体结构 1 , 主要包括反射镜镜场 2和接收装置 3;反射镜 镜场 2由平行布置的反射镜镜条 4组成, 多个反射镜镜条 4例如反射镜镜 条 4-1、 反射镜镜条 4-3和反射镜镜条 4-5东西方向上规律阵列布置, 反 射镜镜条 4的面型可为柱面, 且能绕自身的旋转轴 5旋转, 不同时刻的太 阳光反射至相同的空间内; 多个反射镜镜条 4-1、 反射镜镜条 4-3和反射 镜镜条 4-5能将太阳光反射汇聚于相同的空间内, 形成共同的焦线; 在反 射镜镜场 2的焦线位置布置接收装置 3 , 接收装置 3可由多个相邻平行布 置的 U型集热器 6组成。

图 4是反射镜镜场结构布置示意图。 如图 4所示, 反射镜镜场 2包括 多个反射镜镜条 4 ,例如反射镜镜条 4-1、反射镜镜条 4-3、反射镜镜条 4-5、 反射镜镜条 4-6、 反射镜镜条 4-8和反射镜镜条 4-1 Q , 按照规律布置后将 太阳光线汇聚于接收装置 3附近(汇聚点位置, 图中没有标示) , 反射镜 镜条 4-1 ,反射镜镜条 4-3 ,反射镜镜条 4-5所处的位置为太阳光某时刻入 射时分别处于正常反射光的位置状态; 实际操作中, 同一时刻的任何不同 位置的反射镜镜条 4对应将太阳光线, 完成汇聚光线于接收装置 3附近的 所处的位置状态都不相同。

此外, 反射镜镜场 2内的反射镜镜条 4的宽度随着位置不同宽度不一 致,越靠近接收装置 3正下方布置的反射镜镜条 4的镜宽宽度越宽。例如, 反射镜镜条 4-5宽度大于反射镜镜条 4-1的宽度。

为了实现多个反射镜镜条 4的连杆方式的统一联动, 将原本按照曲线 A布置的反射镜镜场拟合成两条直线, 直线 B和直线 C , 分两组独立地由连 杆 11统一跟踪。图 4右边示意了反射镜镜场 2的非工作状态,即清洗状态。 当反射镜镜场 2的反射表面不清洁, 且某天不适宜跟踪获取太阳能时, 开 启清洗模式, 将反射镜镜场 2内的反射镜镜条例如反射镜镜条 4-6、 反射 镜镜条 4-8和反射镜镜条 4-10 , 改变其位置为近似垂直的状态, 对其进行 清洗。

图 5是单个反射镜镜条的横截面结构示意图。 图 5示意了反射镜镜条 4和接收装置 3的部分结构。 在图中, 反射镜镜条 4的反射镜面为柱面, 且该图示意出了 -75° , 0 , 75° 的三种太阳光线入射时反射镜镜条 4对应 于三个不同的反射镜状态, 分别为 I , I I , I I I。 反射镜镜条 4绕自身的旋 转轴 5旋转。 反射镜镜条 4的面型为柱面, 具有一定的汇聚能力, 同时反 射镜镜场 2的南北方向布置, 所需跟踪角度的范围较宽, 且能在绕自身的 旋转轴 5旋转的过程中, 存在欠焦 ( I I I反射镜状态对应虚线示意) 和过 焦 ( I反射镜状态对应粗实线示意) 现象, 在保证一定的高容差角度后, 反射镜镜条的宽度与接收装置 3的开口相当, 甚至可以更宽, 也能将不同 时刻的太阳光反射至接收装置 3的空间内,如此可以获得更高的聚光倍数, 获得更好的传热介质温度, 降低装置的所需强度, 减少建设成本。

图 6是接收装置为光伏太阳能电池组的结构布置 意图。如图 6所示, 为了方便描述将光伏太阳能电池组的结构旋转 为正面示意。 太阳能电池组 由多个串联成线性布置的光伏电池 15组成,布置于菲涅尔太阳能聚集装置 的线性焦线位置上, 线性布置的太阳能电池组周边布置两种复合抛 物聚光 器装置 (CPC ) 9 , 分别为沿线性焦线平行方向设置和阵列的复合 抛物聚光 器装置 (CPC ) 9-1 , 对线性焦线垂直方向的光线进行一定的汇聚; 沿线性 焦线的垂直方向 (径向) 上设置且沿线性焦线平行方向阵列的复合抛物 聚 光器装置(CPC ) 9-2 ; 太阳光线入射至复合抛物聚光器装置(CPC ) 9-2后, 经反射至布置于复合抛物聚光器装置( CPC ) 9底部光伏电池 15 , 如此可以 实现增加线性焦线垂直方向上的容差性能, 同时可以减少在线性焦线平行 方向上接收光伏电池的数目, 提高聚光倍数和利用效率, 且形成沿焦线方 向排布的间断准二维聚光接收; 多个复合抛物聚光器装置( CPC )开口位置 可以设置高透过率薄玻璃 16进行封盖,与光伏电池 15形成密闭空间腔体, 保护复合抛物聚光器装置(CPC ) 9的反射涂层, 保证其使用效率和提高其 使用寿命。

图 7是接收装置结构示意图。 如图 7所示, 接收装置 3为线性集热器 6结构, 包括玻璃套管 7、 内层吸收管 8和二次光学聚光装置。 二次光学聚 光装置例如为复合抛物聚光器装置 (CPC ) 9。 在实施的运行中相邻的集热 器 6可以相互连通, 形成 U型的集热器 6整体, 实现进出口在同一端。 每 个 U型的集热器 6可设置有温控阀 14 , 运行稳定可靠, 实现筒单; 通过温 控阀 14检测出口温度,通过温度控制流量的大小, 持一定恒定温度的传 热介质输出和运行安全。 U型集热器 6的内层吸收管 8内部为传热介质, 具有良好的吸收涂层的内层吸收管 8布置于玻璃套管 7内, 两者形成的内 部空间保持真空状态, 或通过连续或间歇抽气, 保持动态真空状态, 以减 少 U型的集热器内部的对流热损失且保护内层吸 管 8的吸收涂层, 延长 使用寿命。 为了提高太阳光线的接收能力, 增大接收装置 3的容差性、 获 得更高的聚光倍率和更好的光线接收的均匀性 , 在集热器 6装置的内部布 置复合抛物聚光器装置 (CPC ) 9 , 提高光学聚光倍率的同时, 起到均匀内 层吸热管管壁受热均温作用。

图 8是本发明的实施例的接收装置横截面结构示 图。 如图 8所示, 接收装置包括玻璃套管 7、 复合抛物聚光器装置(CPC ) 9和内层吸收管 8 ; 复合抛物聚光器装置(CPC ) 9和吸收管 8上下平行布置于玻璃套管 7内部; 其中吸收管 8为独立的吸收管,实施一端输入和另一端输 传热介质模式。

显而易见, 在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下, 在此描述的 本发明可以有许多变化。 因此, 所有对于本领域技术人员来说显而易见的 改变, 都应包括在本权利要求书所涵盖的范围之内。 本发明所要求保护的 范围仅由所述的权利要求书进行限定。