專利名稱：一種鏡面聚焦自動隨轉(zhuǎn)式太陽能熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)，特別涉及一種鏡面聚焦自動隨轉(zhuǎn)式太陽能熱機(jī) 發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前大多數(shù)的太陽能發(fā)電是以單晶硅和多晶硅作為載體，來進(jìn)行光伏發(fā)電。但是， 在單晶硅和多晶硅的提煉過程中會消耗大量的電能，并且排放大量污染物。而在光伏板的 生產(chǎn)過程中消耗的電力和其使用的生命周期中發(fā)出的電力不相上下。這樣，實際上并沒有 達(dá)到合理利用太陽能的目的。而近年來產(chǎn)生的鏡面聚焦式太陽能裝置，大部分只是簡單的利用光熱來加熱物 體，這樣并沒有達(dá)到真正發(fā)電的效果，也不能實現(xiàn)對能源的異地傳輸，無法解決野外或其他 不方便進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電的地方的用電問題。為了有效利用鏡面聚焦反射的太陽光熱，理論上可以通過在鏡面的聚焦點上加熱 設(shè)置的斯特林熱機(jī)來實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。斯特林熱機(jī)是閉循環(huán)活塞式的外燃機(jī)，一般將其封 閉氣缸的一端設(shè)為熱端，其中設(shè)置有連接連桿的熱端活塞；另一端設(shè)為冷端，設(shè)置有連接連 桿的冷端活塞，氣體能在冷端與熱端間流動，作為工作介質(zhì)間接參與能量轉(zhuǎn)換。斯特林熱機(jī) 中的封閉氣體在冷端與熱端不同的溫度環(huán)境下轉(zhuǎn)換，通過氣體熱脹冷縮的體積變化推動活 塞做功，使兩個活塞的往復(fù)運動分別帶動與連桿連接的曲軸做循環(huán)旋轉(zhuǎn)的運動，將太陽光 熱轉(zhuǎn)化成機(jī)械旋轉(zhuǎn)的運動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鏡面聚焦自動隨轉(zhuǎn)式太陽能熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，通過應(yīng)用該 清潔能源技術(shù)，降低光電轉(zhuǎn)換裝置的生產(chǎn)過程中氣體液體污染物的排放；同時能夠充分利 用太陽能發(fā)電，提高光電轉(zhuǎn)換的效率，并適用于電力的遠(yuǎn)距離傳輸。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種鏡面聚焦自動隨轉(zhuǎn)式太陽能 熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包含反光聚焦單元、驅(qū)動單元及能量轉(zhuǎn)換單元，由上述驅(qū)動單 元控制上述反光聚焦單元隨太陽轉(zhuǎn)動并收集太陽能，并通過上述能量轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成為電 能。上述的鏡面聚焦自動隨轉(zhuǎn)式太陽能熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，還包含支撐單元，具體設(shè)有基 座、鏡面支架、支持桁架。上述反光聚焦單元是包含多個鏡面的反光鏡，其上面設(shè)置有一缺口 ；上述多個鏡 面背面設(shè)置有上述鏡面支架，用于固定上述多個鏡面的相對位置使其具有統(tǒng)一的聚焦點。上述支撐單元的基座一端穿過上述反光聚焦單元上的缺口固定設(shè)置在地面上，另一端與上述支持桁架的中部連接。上述支撐單元的支持桁架一端與上述反光聚焦單元的鏡面連接，另一端與上述能 量轉(zhuǎn)換單元連接。
上述驅(qū)動單元是若干伺服電機(jī)，設(shè)置在上述支持桁架和基座的連接位置，通過驅(qū)動上述支持桁架運動，帶動與上述支持桁架連接的反光聚焦單元在方位角和方向角的自由 度上旋轉(zhuǎn)。上述能量轉(zhuǎn)換單元包含依次設(shè)置的發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)；上述發(fā)動機(jī)的輸出端與上述 發(fā)電機(jī)通過同軸輸出方式或是齒輪驅(qū)動輸出方式連接。上述能量轉(zhuǎn)換單元的發(fā)動機(jī)是斯特林熱機(jī)；上述能量轉(zhuǎn)換單元是啟動發(fā)電一體的 電機(jī)，電機(jī)可以通過電路和芯片的控制在啟動熱機(jī)時用作啟動電機(jī)，在實現(xiàn)熱機(jī)正常工作 時用作發(fā)電機(jī)。上述斯特林熱機(jī)通過封閉氣體熱脹冷縮的體積變化推動活塞做功，將太陽光熱轉(zhuǎn) 化成機(jī)械能，再通過上述發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。上述斯特林熱機(jī)的氣缸熱端通過上述支撐單元的支持桁架設(shè)置在上述反光聚焦 單元多個鏡面的統(tǒng)一聚焦點上，通過上述反光聚焦單元反射的太陽光熱使氣缸熱端的封閉 氣體受熱膨脹。本發(fā)明提供的鏡面聚焦自動隨轉(zhuǎn)式太陽能熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu) 點在于本發(fā)明通過兩個伺服電機(jī)的聯(lián)動，分別驅(qū)動反光聚焦單元的方位角和方向角，保證 了反光聚焦單元的多個鏡面能在全年對陽光的自動隨轉(zhuǎn)追蹤，以實現(xiàn)最大效率地收集和反 射太陽光熱。本發(fā)明由于在能量轉(zhuǎn)換單元設(shè)置了啟動發(fā)電一體的斯特林發(fā)電系統(tǒng)，減小了支持 桁架上布置能量轉(zhuǎn)換單元所需的空間。通過在反光聚焦單元的多個鏡面的統(tǒng)一聚焦點上 設(shè)置斯特林熱機(jī)的熱端及在冷端使用風(fēng)冷冷卻，有效地將鏡面反射的太陽光熱轉(zhuǎn)換成機(jī)械 能；再由連接的發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，并在變壓整流后異地輸送作為工廠或居民的 直接用電。由于本發(fā)明涉及的發(fā)電系統(tǒng)的所有零部件在生產(chǎn)過程中均為機(jī)械加工，耗電量 小，因而能做到在生產(chǎn)過程中碳?xì)怏w和液體污染物的低排放，是能適合于大規(guī)模應(yīng)用的清 潔能源系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明提供的一種鏡面聚焦自動隨轉(zhuǎn)式太陽能熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 示意圖。
具體實施例方式請參見圖1所示，本發(fā)明提供的一種鏡面聚焦自動隨轉(zhuǎn)式太陽能熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)， 包含支撐單元10，和通過支撐單元10連接并固定相對位置的反光聚焦單元20、驅(qū)動單元30 和能量轉(zhuǎn)換單元40。由驅(qū)動單元30控制使反光聚焦單元20隨太陽方向旋轉(zhuǎn)以收集太陽 能，并通過能量轉(zhuǎn)換單元40將太陽能轉(zhuǎn)換成為電能后傳輸。反光聚焦單元20是由多個大小不同的鏡面21形成的一個大型旋轉(zhuǎn)拋物面反光 鏡。在反光聚焦單元20的多個鏡面21背面還設(shè)置有支撐單元10的鏡面支架12，用于固定 相對位置使所有鏡面21的聚焦點統(tǒng)一；同時在多個鏡面21構(gòu)成的反光聚焦單元20上形成 一個缺口，使反光聚焦單元20呈C字形，以使支撐單元10的基座11能夠穿過該缺口固定設(shè)置在地面。上述支撐單元10的基座11，在地面的位置固定不變用來支撐整個系統(tǒng)。基座11 的另一端與支撐單元10的支持桁架13的中部連接，該支持桁架13 —端與反光聚焦單元20 的鏡面21中心連接，另一端與能量轉(zhuǎn)換單元40連接。在基座11與支持桁架13的連接位置設(shè)置有驅(qū)動單元30，在設(shè)定的程序下通過控 制支持桁架13的運動，帶動反光聚焦單元20的鏡面21沿缺口中的基座11轉(zhuǎn)動以追尋陽光 直射的方向。該驅(qū)動單元30包含兩個伺服電機(jī)，分別驅(qū)動反光聚焦單元20在兩個自由度的 旋轉(zhuǎn)，其中一個伺服電機(jī)針對反光聚焦單元20的方向角驅(qū)動，改變整個系統(tǒng)的方向以實現(xiàn) 在同一天內(nèi)對陽光直射角度的追蹤；另一個伺服電機(jī)進(jìn)行反光聚焦單元20的方位角驅(qū)動， 針對不同的日期調(diào)整整個系統(tǒng)和地平面的傾斜角度；通過兩個伺服電機(jī)的聯(lián)動驅(qū)動保證了 反光聚焦單元20在全年對陽光的隨轉(zhuǎn)追蹤，以實現(xiàn)最大效率地收集和反射光熱。能量轉(zhuǎn)換單元40通過與支持桁架13的固定連接，設(shè)置在反光聚焦單元20的多個 鏡面21統(tǒng)一的聚焦點上。能量轉(zhuǎn)換單元40包含發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)，上述發(fā)動機(jī)的輸出端與 發(fā)電機(jī)通過同軸輸出方式或是齒輪驅(qū)動輸出方式連接。在本實施例中能量轉(zhuǎn)換單元40具體是在啟動和發(fā)電中采用同一電機(jī)的斯特林熱 機(jī)和發(fā)電機(jī)，在斯特林熱機(jī)啟動時，上述電機(jī)作為電動機(jī)工作來帶動發(fā)動機(jī)啟動；斯特林熱 機(jī)啟動后，上述電機(jī)作為發(fā)電機(jī)工作。由于使用了上述啟動發(fā)電一體式電機(jī)，能量轉(zhuǎn)換單元 40能在啟動、發(fā)電兩種工作狀態(tài)間切換，同時減小了支持桁架13上布置能量轉(zhuǎn)換單元40所 需的空間。具體的是將斯特林熱機(jī)的氣缸熱端放置在上述反光聚焦單元20的多個鏡面21統(tǒng) 一的聚焦點上，通過鏡面21反射的太陽光熱使氣缸熱端的封閉氣體受熱膨脹；而在氣缸冷 端直接使用風(fēng)冷方式冷卻，使得能量轉(zhuǎn)換單元40的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡化，因而能減小對本發(fā)明 的發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置地域限制。斯特林熱機(jī)的封閉氣體在氣缸冷端與熱端不同的溫度環(huán)境下轉(zhuǎn)換，通過氣體熱脹 冷縮的體積變化分別推動熱端或冷端的活塞做功，并帶動連接的若干連桿進(jìn)行往復(fù)運動， 使與連桿連接的曲軸做循環(huán)旋轉(zhuǎn)的運動，將太陽光熱轉(zhuǎn)化成機(jī)械旋轉(zhuǎn)的運動，再通過能量 轉(zhuǎn)換單元40的發(fā)電機(jī)將旋轉(zhuǎn)運動的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。根據(jù)不同的用電需求，能將發(fā)電機(jī) 產(chǎn)生的電能進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成交流或直流電能，使通過變壓整流后的電能能夠異地輸送作為工 廠或居民區(qū)的直接用電。由于本發(fā)明中涉及的鏡面聚焦自動隨轉(zhuǎn)式太陽能熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的所有零部件在 生產(chǎn)過程中均為機(jī)械加工，耗電量小，因而能做到在生產(chǎn)過程中碳?xì)怏w和液體污染物的低 排放，是能適合于大規(guī)模應(yīng)用的清潔能源系統(tǒng)。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的 描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
一種鏡面聚焦自動隨轉(zhuǎn)式太陽能熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包含反光聚焦單元(20)、驅(qū)動單元(30)及能量轉(zhuǎn)換單元(40)，由所述驅(qū)動單元(30)控制所述反光聚焦單元(20)隨太陽轉(zhuǎn)動并收集太陽能，并通過所述能量轉(zhuǎn)換單元(40)轉(zhuǎn)換成為電能。
2.如權(quán)利要求1所述的鏡面聚焦自動隨轉(zhuǎn)式太陽能熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，還包 含支撐單元(10)，具體設(shè)有基座(11)、鏡面支架(12)、支持桁架(13)。
3.如權(quán)利要求2所述的鏡面聚焦自動隨轉(zhuǎn)式太陽能熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述 反光聚焦單元(20)是包含多個鏡面(21)的反光鏡，其上面設(shè)置有一缺口 ；所述多個鏡面(21)背面設(shè)置有所述鏡面支架(12)，用于固定所述多個鏡面(21)的相對位置使其具有統(tǒng) 一的聚焦點。
4.如權(quán)利要求3所述的鏡面聚焦自動隨轉(zhuǎn)式太陽能熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述 支撐單元(10)的基座(11) 一端穿過所述反光聚焦單元(20)上的缺口固定設(shè)置在地面上， 另一端與所述支持桁架(13)的中部連接。
5.如權(quán)利要求4所述的鏡面聚焦自動隨轉(zhuǎn)式太陽能熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述 支撐單元(10)的支持桁架(13) —端與所述反光聚焦單元(20)的鏡面(21)連接，另一端 與所述能量轉(zhuǎn)換單元(40)連接。
6.如權(quán)利要求5所述的鏡面聚焦自動隨轉(zhuǎn)式太陽能熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述 驅(qū)動單元(30)是若干伺服電機(jī)，設(shè)置在所述支持桁架(13)和基座(11)的連接位置，通過 驅(qū)動所述支持桁架(13)運動，帶動與所述支持桁架(13)連接的反光聚焦單元(20)在方位 角和方向角的自由度上旋轉(zhuǎn)。
7.如權(quán)利要求3所述的鏡面聚焦自動隨轉(zhuǎn)式太陽能熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述 能量轉(zhuǎn)換單元(40)包含依次設(shè)置的發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)；所述發(fā)動機(jī)的輸出端與所述發(fā)電機(jī) 通過同軸輸出方式或是齒輪驅(qū)動輸出方式連接。
8.如權(quán)利要求7所述的鏡面聚焦自動隨轉(zhuǎn)式太陽能熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述 能量轉(zhuǎn)換單元(40)的發(fā)動機(jī)是斯特林熱機(jī)；所述能量轉(zhuǎn)換單元(40)是啟動發(fā)電一體的電 機(jī)，電機(jī)可以通過電路和芯片的控制在啟動熱機(jī)時用作啟動電機(jī)，在實現(xiàn)熱機(jī)正常工作時 用作發(fā)電機(jī)。
9.如權(quán)利要求8所述的鏡面聚焦自動隨轉(zhuǎn)式太陽能熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述 斯特林熱機(jī)通過封閉氣體熱脹冷縮的體積變化推動活塞做功，將太陽光熱轉(zhuǎn)化成機(jī)械能， 再通過所述發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。
10.如權(quán)利要求9所述的鏡面聚焦自動隨轉(zhuǎn)式太陽能熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述 斯特林熱機(jī)的氣缸熱端通過所述支撐單元(10)的支持桁架(13)設(shè)置在所述反光聚焦單元 (20)多個鏡面(21)的統(tǒng)一聚焦點上，通過所述反光聚焦單元(20)反射的太陽光熱使氣缸 熱端的封閉氣體受熱膨脹。
全文摘要
一種鏡面聚焦自動隨轉(zhuǎn)式太陽能熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，包含反光聚焦單元、驅(qū)動單元及能量轉(zhuǎn)換單元，由驅(qū)動單元控制反光聚焦單元隨太陽轉(zhuǎn)動并收集太陽能，并通過能量轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成為電能。通過兩個伺服電機(jī)的聯(lián)動，分別驅(qū)動方位角和方向角，保證了鏡面能在全年對陽光自動隨轉(zhuǎn)追蹤，以實現(xiàn)最大效率地收集和反射太陽光熱。通過在多個鏡面的統(tǒng)一聚焦點上設(shè)置啟動發(fā)電一體的斯特林發(fā)電系統(tǒng)，減小了支持桁架上布置能量轉(zhuǎn)換單元所需的空間，通過斯特林熱機(jī)將鏡面反射的太陽光熱轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，由連接的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化成電能。由于所有零部件均為機(jī)械加工生產(chǎn)，耗電量小，且系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)化效率高，是一種能做到全生命周期中零碳?xì)怏w排放和低污染物排放的清潔能源系統(tǒng)。
文檔編號F24J2/12GK101813038SQ20101014615
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者何大為, 比爾·鄧斯特, 陳碩 申請人:上海兆陽新能源科技有限公司