本實(shí)用新型涉及太陽能熱利用領(lǐng)域，特別涉及一種用于太陽能塔式熱利用的聚光定日鏡。

背景技術(shù)：

太陽能資源是本世紀(jì)能源問題的重要解決方案。太陽能熱發(fā)電有別于太陽能電池發(fā)電，具備廉價的儲能優(yōu)勢，電力輸出能力穩(wěn)定，在太陽能資源大規(guī)模利用方面有其獨(dú)特優(yōu)勢。太陽能熱發(fā)電主要有槽式、塔式、菲涅爾式和蝶式四種。其中塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)利用數(shù)量龐大的定日鏡將太陽光反射到高塔上的吸熱器，加熱工質(zhì)，將光能轉(zhuǎn)化為熱能。用于塔式太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域的工質(zhì)主要由熔鹽、水、空氣(CO₂)等物質(zhì)，工質(zhì)帶出的熱量可以通過汽輪機(jī)及配套的熱工系統(tǒng)、電力系統(tǒng)，被轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)太陽能從光到電的轉(zhuǎn)化，也可以在其他熱利用領(lǐng)域被直接利用。

定日鏡在塔式太陽能熱利用系統(tǒng)中起到將光照反射匯聚到吸熱器的功能，是系統(tǒng)的重要組成部分。定日鏡可以根據(jù)太陽的方位、吸熱塔的相對位置，確定本身的姿態(tài)，將太陽光有效反射到吸熱塔指定位置。

定日鏡的主要組成部分包括：反射鏡面、支架結(jié)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、立柱和基礎(chǔ)。

單個定日鏡的關(guān)鍵參數(shù)包括反射面積、承載風(fēng)壓、面型精度。反射面積越大，單位面積所需控制驅(qū)動設(shè)備的數(shù)量越少，但承載載荷增大，對驅(qū)動和支撐結(jié)構(gòu)的要求更高，目前在本領(lǐng)域定日鏡面積從2m²-178m²不等均有生產(chǎn)；承載風(fēng)壓越大，說明定日鏡可以承受更大的風(fēng)載，在一定的自然環(huán)境條件下工作時間更長，發(fā)電量更大；面型精度更好，說明更多的反射光線可以投射到指定方向，光學(xué)效率更高，光斑質(zhì)量越好。

太陽能熱利用系統(tǒng)的鏡場是由數(shù)目龐大的定日鏡按照一定規(guī)律排布而成。為保證足夠高的光學(xué)效率需要確保前后排定日鏡不互相遮擋，前后排定日鏡應(yīng)保持合理間距。定日鏡在追日過程中，鏡面會以支撐點(diǎn)為中心自由旋轉(zhuǎn)，占地面積為以立柱為中心的定日鏡外接圓形，定日鏡左右間距不宜太短。

目前市場上的定日鏡大多為多面子鏡通過精密加工拼接成一面定日鏡，形狀主要為正方形或近似正方形的矩形。這種定日鏡組裝工藝復(fù)雜，在風(fēng)力作用下會發(fā)生左右激振，另外由于前后遮擋，鏡場光學(xué)效率較低，矩形定日鏡外接圓尺寸偏大，單位定日鏡占地面積大，對應(yīng)總鏡場占地面積較大，鏡場成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有定日鏡光學(xué)效率較低、鏡場占地面積大的缺陷，從而提供一種六邊形的光斑可調(diào)的新型定日鏡。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種用于太陽能塔式熱利用的聚光定日鏡，包括：反射鏡1、反射鏡支撐件13、桁架4、桁架固定器9、液壓驅(qū)動系統(tǒng)、萬向節(jié)11、立柱2以及控制器5；其中，

所述反射鏡1的背面與所述反射鏡支撐件13連接在一起，形成聚光定日鏡的子鏡；所述桁架4連接在所述桁架固定器9上，多個桁架4從位于中心處的所述桁架固定器9向外輻射，形成傘形支撐；多個聚光定日鏡的子鏡固定連接在成傘形支撐的桁架4上；所述桁架固定器9與所述萬向節(jié)11的一端固定連接，所述萬向節(jié)11的另一端與所述立柱2固定連接，使得定日鏡能夠在水平和俯仰兩個維度自由轉(zhuǎn)動；所述液壓驅(qū)動系統(tǒng)包括液壓推桿，所述液壓推桿中的一支的一端連接在所述立柱2上，另一端連接在所述桁架4上，另一支的一端連接在所述萬向節(jié)11上，另一端連接在所述桁架4上；所述控制器5用于控制所述液壓驅(qū)動系統(tǒng)；所述立柱2立在地面上。

上述技術(shù)方案中，多個聚光定日鏡的子鏡拼接在一起，形成聚光定日鏡的鏡面，所述聚光定日鏡的鏡面的形狀為正六邊形。

上述技術(shù)方案中，所述反射鏡1的形狀為一直角梯形。

上述技術(shù)方案中，在一塊所述反射鏡1上連接有多個所述反射鏡支撐件13，這些反射鏡支撐件13在所述反射鏡1上采用非均勻布置的排布方式，即靠近定日鏡中心一側(cè)，所述反射鏡支撐件13排布較疏松，遠(yuǎn)離定日鏡中心一側(cè)，所述反射鏡支撐件13排布較密集。

上述技術(shù)方案中，所述桁架4的上方安裝有能調(diào)節(jié)固定高度的雙頭螺柱17；所述反射鏡支撐件13與所述桁架4連接時，雙頭螺柱17的螺栓與一中間金屬片16固定連接；所述中間金屬片16兩端開孔，通過摩擦型螺栓與兩側(cè)的反射鏡支撐件13連接。

上述技術(shù)方案中，多個聚光定日鏡的子鏡拼接在一起，形成聚光定日鏡的鏡面；所述聚光定日鏡的鏡面為一微凹的反射面，通過調(diào)節(jié)所述雙頭螺柱17的高度能夠調(diào)節(jié)定日鏡鏡面的面形，從而調(diào)節(jié)所述微凹的反射面的焦距。

上述技術(shù)方案中，所述反射鏡支撐件13為矩形管，其兩側(cè)伸出金屬薄板，在所述金屬薄板上開有能夠補(bǔ)償定日鏡子鏡安裝誤差的橢圓孔。

上述技術(shù)方案中，所述桁架4為平面桁架，與所述桁架固定器9有上下兩個固定點(diǎn)；所述桁架4有兩種類型，長桁架與短桁架；其中，長桁架布置在外接圓半徑，短桁架布置在內(nèi)切圓半徑。

上述技術(shù)方案中，所述桁架固定器9為圓臺形，其上下兩個面筋板伸出部分用于固定所述桁架4，上方固定板較大，下方固定板較小，中間由筋板固定。

上述技術(shù)方案中，所述萬向節(jié)11有兩個軸，分別為萬向節(jié)A軸15、萬向節(jié)B軸14；所述液壓驅(qū)動系統(tǒng)中所包含的液壓推桿至少有兩支，分別為第一液壓推桿8、第二液壓推桿6；其中的所述第一液壓推桿8用于控制所述萬向節(jié)A軸15的轉(zhuǎn)動，其一端固定在萬向節(jié)A軸15上，另一端固定在所述桁架4上；所述第二液壓推桿6用于控制萬向節(jié)B軸14的轉(zhuǎn)動，其一端固定在所述立柱2上，另一端固定在所述桁架4上。

上述技術(shù)方案中，所述第二液壓推桿6通過萬向節(jié)或球連接將其一端固定在所述桁架4上。

上述技術(shù)方案中，所述控制器5通過對所述液壓驅(qū)動系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)定日鏡的反射面方向。

上述技術(shù)方案中，所述控制器5還包含無線接收發(fā)射模塊，用于與全鏡場的控制器互聯(lián)。

上述技術(shù)方案中，所述控制器5和液壓驅(qū)動系統(tǒng)的供電由固定在桁架固定器9上的六邊形太陽能電池板提供。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本實(shí)用新型的用于太陽能塔式熱利用的聚光定日鏡的鏡面形狀為六邊形，較現(xiàn)有技術(shù)中最為常見的矩形定日鏡，無論是在占地面積、遮擋效率、鏡場光學(xué)效率上都有所改善；

2、本實(shí)用新型的用于太陽能塔式熱利用的聚光定日鏡采用接近三角形的直角梯形玻璃，可以由矩形玻璃原料切割而成，幾乎無邊角料，成本較低；且直角梯形近似三角形，由于三角形穩(wěn)定性更高，所以這一形狀也有利于定日鏡反射面形狀的精確調(diào)整和保持；

3、本實(shí)用新型的用于太陽能塔式熱利用的聚光定日鏡的背面與反射鏡支撐件粘接，靠近定日鏡中心反射鏡支撐件分布更疏松，遠(yuǎn)離定日鏡中心反射鏡支撐見分布更緊密，可以保證反射鏡承受的風(fēng)載荷重力載荷更均勻的傳遞到桁架上，變形更小；

4、本實(shí)用新型的用于太陽能塔式熱利用的聚光定日鏡的桁架結(jié)構(gòu)為輻射傘形支撐，其重量主要集中在定日鏡中間部分，固有振動頻率更高，集中在結(jié)構(gòu)中心。這使得在風(fēng)力作用下，定日鏡的振動類型更穩(wěn)定。

5、本實(shí)用新型的用于太陽能塔式熱利用的聚光定日鏡能夠調(diào)節(jié)定日鏡鏡面面型，從而調(diào)節(jié)定日鏡焦距，使得聚光效果更好。

7、本實(shí)用新型的用于太陽能塔式熱利用的聚光定日鏡的桁架結(jié)構(gòu)采用太陽能電池直接供電，無線電信息傳輸。大幅減少光場三網(wǎng)鋪設(shè)費(fèi)用。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的用于太陽能塔式熱利用的聚光定日鏡的正面圖；

圖2是本實(shí)用新型的用于太陽能塔式熱利用的聚光定日鏡的背面圖；

圖3是本實(shí)用新型的用于太陽能塔式熱利用的聚光定日鏡中背面部分的放大示意圖；

圖4是玻璃加工示意圖；

圖5是本實(shí)用新型的用于太陽能塔式熱利用的聚光定日鏡中子鏡粘接方式的示意圖；

圖6是本實(shí)用新型的用于太陽能塔式熱利用的聚光定日鏡中子鏡與桁架固定連接的示意圖；

圖7是本實(shí)用新型的用于太陽能塔式熱利用的聚光定日鏡中桁架與桁架固定裝置的連接示意圖；

圖8是本實(shí)用新型的用于太陽能塔式熱利用的聚光定日鏡中萬向節(jié)的示意圖；

圖9是本實(shí)用新型的用于太陽能塔式熱利用的聚光定日鏡中第一液壓推桿的固定方式的示意圖；

圖10是本實(shí)用新型的用于太陽能塔式熱利用的聚光定日鏡中第二液壓推桿與桁架的連接示意圖；

圖11是本實(shí)用新型的用于太陽能塔式熱利用的聚光定日鏡中第二液壓推桿與立柱的連接示意圖；

圖12是本實(shí)用新型的用于太陽能塔式熱利用的聚光定日鏡中的太陽能電池板的安裝示意圖；

圖13是正六邊形定日鏡與正方形定日鏡占地面積比較圖；

圖14是正六邊形定日鏡與正方形定日鏡遮擋效率比較圖。

圖面說明

1 反射鏡 2 立柱

3 太陽能電池板 4 桁架

5 控制器 6 第二液壓推桿

7 第二液壓推桿立柱固定萬向節(jié) 8 第一液壓推桿

9 桁架固定器 10 第二液壓推桿固定萬向節(jié)

11 萬向節(jié) 12 第一液壓推桿桁架固定器

13 反射鏡支撐件 14 萬向節(jié)B軸

15 萬向節(jié)A軸 16 中間金屬片

17 雙頭螺柱

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。

參考圖1、圖2和圖3，本實(shí)用新型的用于太陽能塔式熱利用的聚光定日鏡用于跟隨太陽方位，將入射太陽光反射并聚焦在吸熱器上，其包括：反射鏡1、反射鏡支撐件13、桁架4、桁架固定器9、液壓驅(qū)動系統(tǒng)、萬向節(jié)11、立柱2以及控制器5；其中，所述反射鏡1的背面與反射鏡支撐件13連接在一起，形成聚光定日鏡的子鏡；所述桁架4連接在桁架固定器9上，多個桁架4從位于中心處的桁架固定器9向外輻射，形成傘形支撐；多個聚光定日鏡的子鏡固定連接在成傘形支撐的桁架4上；所述桁架固定器9與所述萬向節(jié)11的一端固定連接，所述萬向節(jié)11的另一端與立柱2固定連接，使得定日鏡能夠在水平和俯仰兩個維度自由轉(zhuǎn)動；所述液壓驅(qū)動系統(tǒng)包括液壓推桿、液壓站，所述液壓推桿中的一支的一端連接在立柱2上，另一端連接在桁架4上，另一支的一端連接在萬向節(jié)上，另一端連接在桁架上；所述控制器5用于控制液壓驅(qū)動系統(tǒng)；所述立柱2立在地面上。

下面對聚光定日鏡中的各個部件做進(jìn)一步的說明。

所述反射鏡1的形狀為一直角梯形，該直角梯形另外兩角的角度分別為60°和120°。如圖4所示，反射鏡1的這一形狀使得其在做玻璃切割加工時不會產(chǎn)生邊角廢料，成本較低。此直角梯形近似三角形，由于三角形穩(wěn)定性更高，所以反射鏡1的這一形狀也有利于定日鏡反射面形狀的精確調(diào)整和保持。

參考圖5，反射鏡支撐件13以膠粘接的方式固定在反射鏡1的背面。在圖5所示的實(shí)施例中，反射鏡支撐件13為矩形管，但在實(shí)際使用中不限于此，在其他實(shí)施例中還可以使用角鋼或其他型材作為反射鏡支撐件。結(jié)合圖1可以看出，在一塊反射鏡1上粘接有多個反射鏡支撐件13，這些反射鏡支撐件13在反射鏡1上采用非均勻布置的排布方式，即靠近定日鏡中心(直角梯形短邊)一側(cè)，反射鏡支撐件13排布較疏松，遠(yuǎn)離定日鏡中心(直角梯形長邊)一側(cè)，反射鏡支撐件13排布較密集。這一排布方式可以保證反射鏡1承受的風(fēng)載荷重力載荷更均勻的傳遞到桁架4上，使得整個定日鏡的變形更小。

所述反射鏡1與反射鏡支撐件13連接在一起，形成聚光定日鏡的子鏡。多個聚光定日鏡的子鏡拼接在一起，形成正六邊形的聚光定日鏡鏡面。在圖1-圖3所示的實(shí)施例中，聚光定日鏡的子鏡共有12片，由這12片子鏡共同組成一個微凹的反射面。在其他實(shí)施例中，子鏡的數(shù)目可以根據(jù)其他因素而變化，如玻璃的加工難度、邊角料、桁架的數(shù)目、支承方式等。作為一種優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式，在圖1-圖3所示的實(shí)施例中，定日鏡鏡面的形狀為正六邊形。但不限于此，定日鏡鏡面的形狀還可以為其他非正六邊形。

定日鏡子鏡的反射鏡支撐件13與桁架4連接。在圖5所示實(shí)施例中，作為反射鏡支撐件13的矩形管的兩側(cè)伸出金屬薄板，這一金屬薄板上開有橢圓孔。圖6為反射鏡支撐件13與桁架4的連接示意圖，如圖所示，桁架4的上方安裝有可調(diào)節(jié)固定高度的雙頭螺柱17，螺栓與中間金屬片16固定連接。中間金屬片16兩端開孔，用于與兩側(cè)的反射鏡支撐件13的金屬薄板連接。之前提到，反射鏡支撐件13兩側(cè)的金屬薄板上開有橢圓孔，該橢圓孔能夠補(bǔ)償定日鏡子鏡的安裝誤差。中間金屬片16兩端的孔與金屬薄板上的橢圓孔使用摩擦型螺栓連接。

定日鏡鏡面非平面。光熱發(fā)電系統(tǒng)的鏡場由數(shù)目龐大的定日鏡組成，這些定日鏡按照圓弧交錯方式布置。為了實(shí)現(xiàn)最佳的聚焦效果，按照距離吸熱塔位置的不同，定日鏡應(yīng)該有不同的焦距，從而應(yīng)當(dāng)有不同的定日鏡面型。因此在定日鏡安裝過程中，針對不同布置方位的定日鏡，需要分別計(jì)算出該定日鏡的目標(biāo)面型所對應(yīng)的雙頭螺柱高度，然后通過調(diào)節(jié)桁架4上的雙頭螺柱17的高度，使鏡面面型達(dá)到目標(biāo)值。

桁架固定器9為圓臺形，上下兩個面筋板伸出部分用于固定桁架4，上方固定板較大，下方固定板較小，中間由筋板固定。

圖7(a)和圖7(b)為桁架4與桁架固定器9的連接示意圖。桁架4為平面桁架，與桁架固定器9有上下兩個固定點(diǎn)。桁架有兩種類型，長桁架與短桁架；其中，長桁架布置在外接圓半徑，短桁架布置在內(nèi)切圓半徑。其中長桁架固定點(diǎn)布置兩個螺栓，短桁架固定點(diǎn)布置一個螺栓。

在圖7所示的實(shí)施例中，桁架4由矩形管焊接制作成型，但不限于此，在其他實(shí)施例中也可以使用角鋼、工字鋼等型材。

如圖8所示，萬向節(jié)11有兩個軸，分別為萬向節(jié)A軸15、萬向節(jié)B軸14；與之相對應(yīng)的，作為一種優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式，所述液壓驅(qū)動系統(tǒng)中所包含的液壓推桿共有兩支，分別為第一液壓推桿8、第二液壓推桿6；其中的第一液壓推桿8用于控制萬向節(jié)A軸15的轉(zhuǎn)動，如圖9所示，其一端固定在萬向節(jié)A軸(15)上，另一端通過第一液壓推桿桁架固定器12固定在桁架4上。第二液壓推桿6用于控制萬向節(jié)B軸14的轉(zhuǎn)動，如圖10和圖11所示，其一端通過第二液壓推桿立柱固定萬向節(jié)7固定在立柱2上，另一端通過第二液壓推桿固定萬向節(jié)10固定在桁架4上。雖然在上述實(shí)施例中，液壓推桿在桁架4上的固定點(diǎn)采用萬向節(jié)固定，但不限于此，也可以使用球連接。在其它實(shí)施例中，所述液壓驅(qū)動系統(tǒng)中的液壓推桿的數(shù)目也可不限于兩支，如三支或更多，但至少應(yīng)保證有一支液壓推桿作用在萬向節(jié)A軸15或萬向節(jié)B軸14上。

控制器5能夠?qū)崿F(xiàn)對液壓驅(qū)動系統(tǒng)的控制。在定日鏡工作過程中，隨著太陽方位的變化，為了實(shí)現(xiàn)最佳的太陽光聚焦效果，需要對定日鏡的反射面方向進(jìn)行調(diào)整，定日鏡反射面的方向可由控制器5控制液壓驅(qū)動系統(tǒng)調(diào)節(jié)。通過控制器的計(jì)算，在不同時刻，調(diào)節(jié)液壓推桿的行程，使反射面將近似平行的入射太陽光反射到指定位置。控制器5可采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。控制器5還可包含無線接收發(fā)射模塊，用于與全鏡場的控制器互聯(lián)。

定日鏡供電模式為太陽能電池板供電?？刂破?和液壓驅(qū)動系統(tǒng)的供電來自太陽能電池板和直流電池。如圖12所示，太陽能電池板3安裝在中間桁架固定器上方，形狀為正六邊形。

本實(shí)用新型的用于太陽能塔式熱利用的聚光定日鏡的鏡面形狀為六邊形，較現(xiàn)有技術(shù)中最為常見的矩形定日鏡，這一形狀的聚光定日鏡無論是在占地面積、遮擋效率、鏡場光學(xué)效率上都有所改善。

首先就占地面積進(jìn)行比較。在進(jìn)行定日鏡的排布時，定日鏡的最小占地面積為定日鏡所在的干涉圓柱區(qū)。即定日鏡在圍繞中心點(diǎn)轉(zhuǎn)動時運(yùn)動的范圍，如果兩個定日鏡干涉圓柱區(qū)重疊，會發(fā)生碰撞和損毀。此干涉圓柱的向地面投影的面積為定日鏡面型的外接圓對應(yīng)面積。

參考附圖13，本實(shí)用新型的六邊形定日鏡相比于矩形定日鏡，相同反光面積下外接圓半徑更小，單面定日鏡節(jié)省了約20％的占地面積，有效降低左右定日鏡安裝距離。

面積為S的正六邊形與正方形的外接圓半徑比較：

D_六＝0.877D_四,S_六＝0.770S_四。

其中D_六和D_四分別是六邊形和正方形外接圓的直徑，S_六和S_四分別是六邊形和正方形外接圓的面積。

其次就遮光效率進(jìn)行比較。本實(shí)用新型的六邊形定日鏡在按照圓弧交錯方式排布時，前后遮擋面積更小，可以有效降低前后定日鏡的安裝距離。在附圖14中的排布模式下，正方形的遮擋效率要低6.5％。因此，六邊形定日鏡的鏡場布置密度更高，相同占地面積的鏡場，定日鏡反光面積更大。

最后就鏡場的光學(xué)效率進(jìn)行比較。鏡場的光學(xué)效率主要與余弦效率有關(guān)。在北半球，余弦效率在吸熱塔北側(cè)的中間區(qū)域取到最高，由于本實(shí)用新型的定日鏡布置密度高，相同的定日鏡反光面積前提下，本實(shí)用新型的定日鏡可以更多的布置在光學(xué)效率更高的區(qū)域，所以相對于矩形定日鏡，本實(shí)用新型的定日鏡組成的鏡場光學(xué)效率更高。

最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。