一種變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝置，該裝置包括：承重旋轉底座；以及固接于該承重旋轉底座上的槽式太陽能集熱單元陣列，該槽式太陽能集熱單元陣列包括多組槽式太陽能集熱回路，每組槽式太陽能集熱回路包括多個串聯(lián)連接的槽式太陽能集熱單元，且在每組槽式太陽能集熱回路中該多個槽式太陽能集熱單元被串聯(lián)連接成U型；其中，該槽式太陽能集熱單元陣列在該承重旋轉底座的帶動下繞承重旋轉底座底部中心的旋轉點水平旋轉。本發(fā)明可實現(xiàn)跟蹤軸方位角可調(diào)，使跟蹤軸方位角能在每天不同時段實現(xiàn)0到90度變化功能，并通過兩個集熱管回路之間的截流閥實現(xiàn)串并聯(lián)流程調(diào)變功能，將兩排并聯(lián)的集熱管改為串聯(lián)運行，減小變輻照散熱損失。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能聚光集熱【技術領域】，尤其是一種變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能 聚光集熱裝置及方法。 一種變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝置及方法

【背景技術】
[0002] 由于太陽輻照不連續(xù)不穩(wěn)定，使太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)常在偏離設計工況運行，弓丨 起變輻照時太陽能凈發(fā)電效率遠遠偏離峰值效率，從而導致太陽能熱發(fā)電全年效率低。因 此，如何提高變輻照時的聚光集熱效率是太陽能熱發(fā)電技術研究的核心。
[0003] 傳統(tǒng)的槽式太陽能集熱系統(tǒng)采用單軸跟蹤，跟蹤軸方位角固定，造成變輻照光學 損失大；而且導熱油采用一次通過的形式，造成變輻照散熱損失大，因此聚光集熱效率低。
[0004] 為實現(xiàn)槽式太陽能集熱系統(tǒng)雙軸跟蹤，美國Sandia國家實驗室將一塊槽式太陽 能聚光鏡固定于一個可移動的臺架上，臺架通過跟蹤裝置實時跟蹤太陽光。實驗結果表明， 跟蹤精度存在較大誤差，而且臺架規(guī)模小，無法實現(xiàn)規(guī)?；?br>

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] (一）要解決的技術問題
[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集 熱裝置及方法，以實現(xiàn)槽式太陽能集熱場變輻照高效聚光集熱。
[0007] (二）技術方案
[0008] 為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝 置，該裝置包括：承重旋轉底座2 ;以及固接于該承重旋轉底座2上的槽式太陽能集熱單元 陣列1，該槽式太陽能集熱單元陣列包括多組槽式太陽能集熱回路，每組槽式太陽能集熱回 路包括多個串聯(lián)連接的槽式太陽能集熱單元，且在每組槽式太陽能集熱回路中該多個槽式 太陽能集熱單元被串聯(lián)連接成U型；其中，該槽式太陽能集熱單元陣列1在該承重旋轉底座 2的帶動下繞承重旋轉底座2底部中心的旋轉點水平旋轉。
[0009] 上述方案中，該槽式太陽能集熱單元包括拋物槽式聚光鏡、集熱管和支架，該拋物 槽式聚光鏡通過該支架固定于該繞承重旋轉底座2上，該集熱管被固定于該拋物槽式聚光 鏡的聚光軸線上。
[0010] 上述方案中，在每組串聯(lián)連接成u型的槽式太陽能集熱單元中，各槽式太陽能集 熱單元的集熱管被無縫串聯(lián)連接構成集熱管回路。
[0011] 上述方案中，在該多組槽式太陽能集熱回路中，第一組槽式太陽能集熱回路的出 口端安裝有第一出口閥門，最后一組槽式太陽能集熱回路的入口端安裝有第η入口閥門，η 為大于1的自然數(shù)，且第一組與最后一組槽式太陽能集熱回路之間的各組槽式太陽能集熱 回路的入口端均安裝有入口閥門，出口端均安裝有出口閥門。
[0012] 上述方案中，在各組槽式太陽能集熱回路之間還安裝有組連接閥門，關閉各出口 閥門及各入口閥門同時開啟各組連接閥門，各組槽式太陽能集熱回路被串聯(lián)連接成一個回 路；開啟各出口閥門及各入口閥門同時關閉各組連接閥門，各組槽式太陽能集熱回路被并 聯(lián)連接成多個回路。
[0013] 上述方案中，該承重旋轉底座2的底面安裝有滑軌，該滑軌上安裝有滾輪，使該承 重旋轉底座2能夠繞該繞承重旋轉底座2底部中心的旋轉點水平旋轉。
[0014] 上述方案中，該承重旋轉底座2的滾輪與滑軌之間還裝設鎖扣，用于在該承重旋 轉底座2旋轉到任意角度時鎖死固定該承重旋轉底座2。
[0015] 上述方案中，該承重旋轉底座2采用液壓驅動或者電驅動，傳動形式為機械齒輪， 能夠帶動槽式太陽能集熱單元陣列1繞旋轉點水平旋轉任意角度。該承重旋轉底座2能夠 繞旋轉點水平旋轉90度。
[0016] 為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱方 法，該方法包括：開啟承重旋轉底座，使該承重旋轉底座繞旋轉點水平旋轉；以及該槽式太 陽能集熱單元陣列1在該承重旋轉底座2的帶動下水平旋轉。
[0017] 上述方案中，關閉各出口閥門及各入口閥門同時開啟各組連接閥門，各組槽式太 陽能集熱回路被串聯(lián)連接成一個回路；開啟各出口閥門及各入口閥門同時關閉各組連接閥 門，各組槽式太陽能集熱回路被并聯(lián)連接成多個回路。
[0018] 上述方案中，在該承重旋轉底座2旋轉到任意角度時，通過開啟鎖扣來鎖死固定 該承重旋轉底座2。
[0019](三）有益效果
[0020] 從上述技術方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0021] 1、本發(fā)明提供的變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝置及方法，能在每天不 同時段實現(xiàn)〇度（南北布置）到90度（東西布置）變化功能，改變太陽輻照入射角，減小 變輻照光學損失，使年均聚光集熱效率提高約8個百分點。
[0022] 2、本發(fā)明提供的變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝置及方法，能在變輻照 時實現(xiàn)串并聯(lián)流程調(diào)變功能，改變集熱管進出口導熱油溫度和流量，從而減小變輻照散熱 損失。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明提供的變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝置的結構示意圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明提供的變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝置的剖面圖；
[0025] 圖3是依照本發(fā)明實施例的變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝置的結構 示意圖；
[0026] 圖4是依照本發(fā)明實施例的變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝置的剖面 圖。

【具體實施方式】
[0027] 為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0028] 如圖1和圖2所示，圖1是本發(fā)明提供的變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱 裝置的結構示意圖，圖2是本發(fā)明提供的變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝置的剖 面圖，該裝置包括：承重旋轉底座2 ;以及固接于該承重旋轉底座2上的槽式太陽能集熱單 元陣列1，該槽式太陽能集熱單元陣列包括多組槽式太陽能集熱回路，每組槽式太陽能集熱 回路包括多個串聯(lián)連接的槽式太陽能集熱單元，且在每組槽式太陽能集熱回路中該多個槽 式太陽能集熱單元被串聯(lián)連接成U型；其中，該槽式太陽能集熱單元陣列1在該承重旋轉底 座2的帶動下繞承重旋轉底座2底部中心的旋轉點水平旋轉；旋轉角度可以達到90度。
[0029] 其中，該槽式太陽能集熱單元包括拋物槽式聚光鏡、集熱管和支架，該拋物槽式聚 光鏡通過該支架固定于該繞承重旋轉底座2上，該集熱管被固定于該拋物槽式聚光鏡的聚 光軸線上。在每組串聯(lián)連接成U型的槽式太陽能集熱單元中，各槽式太陽能集熱單元的集 熱管被無縫串聯(lián)連接構成集熱管回路。在該多組槽式太陽能集熱回路中，第一組槽式太陽 能集熱回路的出口端安裝有第一出口閥門，最后一組槽式太陽能集熱回路的入口端安裝有 第η入口閥門，η為大于1的自然數(shù)，且第一組與最后一組槽式太陽能集熱回路之間的各組 槽式太陽能集熱回路的入口端均安裝有入口閥門，出口端均安裝有出口閥門。在各組槽式 太陽能集熱回路之間還安裝有組連接閥門，關閉各出口閥門及各入口閥門同時開啟各組連 接閥門，各組槽式太陽能集熱回路被串聯(lián)連接成一個回路；開啟各出口閥門及各入口閥門 同時關閉各組連接閥門，各組槽式太陽能集熱回路被并聯(lián)連接成多個回路。
[0030] 另外，該承重旋轉底座2的底面安裝有滑軌，該滑軌上安裝有滾輪，使該承重旋轉 底座2能夠繞該繞承重旋轉底座2底部中心的旋轉點水平旋轉。該承重旋轉底座2的滾輪 與滑軌之間還裝設鎖扣，用于在該承重旋轉底座2旋轉到任意角度時鎖死固定該承重旋轉 底座2。該承重旋轉底座2采用液壓驅動或者電驅動，傳動形式為機械齒輪，能夠帶動槽式 太陽能集熱單元陣列1繞旋轉點水平旋轉任意角度。該承重旋轉底座2能夠繞旋轉點水平 旋轉90度。
[0031] 基于圖1和圖2所示的變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝置，本發(fā)明還提 供了一種變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱方法，該方法包括：開啟承重旋轉底座，使 該承重旋轉底座繞旋轉點水平旋轉；以及該槽式太陽能集熱單元陣列1在該承重旋轉底座 2的帶動下水平旋轉。關閉各出口閥門及各入口閥門同時開啟各組連接閥門，各組槽式太 陽能集熱回路被串聯(lián)連接成一個回路。開啟各出口閥門及各入口閥門同時關閉各組連接閥 門，各組槽式太陽能集熱回路被并聯(lián)連接成多個回路。進一步地，在該承重旋轉底座2旋轉 到任意角度時，通過開啟鎖扣來鎖死固定該承重旋轉底座2。
[0032] 在本發(fā)明一個實施例中，如圖3和4所示，所述的槽式太陽能集熱單元陣列包括 拋物槽式聚光鏡、集熱管和支架。聚光鏡分為兩組，共四排，每組兩排，每排長度60m，相鄰 兩排聚光鏡之間間隔15m，聚光鏡開口 5. 77m，集熱金屬管徑0. 07m，導熱油從276°C升高到 292°C。支架用于支撐拋物槽式聚光鏡，并固定在承重旋轉底座上，承重旋轉底座可帶動槽 式太陽能集熱單元陣列繞圓心旋轉點水平旋轉90度。第一組槽式太陽能集熱回路的出口 端安裝有出口閥門4,第二組槽式太陽能集熱回路的入口端安裝有入口閥門5,第一組與第 二組槽式太陽能集熱回路之間安裝有連接閥門6,第一組槽式太陽能集熱回路的出口端與 第二組槽式太陽能集熱回路的入口端通過連接閥門6相連通。在輻照較好時，關閉連接閥 門6,打開出口閥門4和入口閥門5,兩個集熱器回路并聯(lián)運行；在輻照不好時，關閉出口閥 門4和入口閥門5,打開連接閥門6,從而將兩排并聯(lián)的集熱管改為串聯(lián)運行。
[〇〇33] 以北京地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)為研究條件，選取春分、夏至、秋分、冬至四個典型日進行 計算，計算結果表明，所述的變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝置及方法使春分日 日均聚光集熱效率從52 %提升到62 %，秋分日日均聚光集熱效率從55 %提升到63 %，冬至 日日均聚光集熱效率從25%提升到59%。其年均集熱效率達到64. 5% .比傳統(tǒng)單軸跟蹤 年均聚光集熱效率提高約9個百分點，相當于聚集lkW/m2太陽能，可節(jié)約鏡場面積約14%。 [〇〇34] 以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保 護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1. 一種變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝置，其特征在于，該裝置包括： 承重旋轉底座（2);以及 固接于該承重旋轉底座（2)上的槽式太陽能集熱單元陣列（1)，該槽式太陽能集熱單 元陣列包括多組槽式太陽能集熱回路，每組槽式太陽能集熱回路包括多個串聯(lián)連接的槽式 太陽能集熱單元，且在每組槽式太陽能集熱回路中該多個槽式太陽能集熱單元被串聯(lián)連接 成U型； 其中，該槽式太陽能集熱單元陣列（1)在該承重旋轉底座（2)的帶動下繞承重旋轉底 座（2)底部中心的旋轉點水平旋轉。
2. 根據(jù)權利要求1所述的變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝置，其特征在于， 該槽式太陽能集熱單元包括拋物槽式聚光鏡、集熱管和支架，該拋物槽式聚光鏡通過該支 架固定于該繞承重旋轉底座（2)上，該集熱管被固定于該拋物槽式聚光鏡的聚光軸線上。
3. 根據(jù)權利要求2所述的變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝置，其特征在于， 在每組串聯(lián)連接成U型的槽式太陽能集熱單元中，各槽式太陽能集熱單元的集熱管被無縫 串聯(lián)連接構成集熱管回路。
4. 根據(jù)權利要求3所述的變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝置，其特征在于， 在該多組槽式太陽能集熱回路中，第一組槽式太陽能集熱回路的集熱管回路的出口端安裝 有第一出口閥門，最后一組槽式太陽能集熱回路的集熱管回路的入口端安裝有第η入口閥 門，η為大于1的自然數(shù)，且第一組與最后一組槽式太陽能集熱回路之間的各組槽式太陽能 集熱回路的集熱管回路的入口端均安裝有入口閥門，出口端均安裝有出口閥門。
5. 根據(jù)權利要求4所述的變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝置，其特征在于， 在各組槽式太陽能集熱回路之間還安裝有組連接閥門，關閉各出口閥門及各入口閥門同時 開啟各組連接閥門，各組槽式太陽能集熱回路被串聯(lián)連接成一個回路；開啟各出口閥門及 各入口閥門同時關閉各組連接閥門，各組槽式太陽能集熱回路被并聯(lián)連接成多個回路。
6. 根據(jù)權利要求1所述的變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝置，其特征在于， 該承重旋轉底座（2)的底面安裝有滑軌,該滑軌上安裝有滾輪，使該承重旋轉底座（2)能夠 繞該繞承重旋轉底座（2)底部中心的旋轉點水平旋轉。
7. 根據(jù)權利要求6所述的變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝置，其特征在于， 該承重旋轉底座（2)的滾輪與滑軌之間還裝設鎖扣，用于在該承重旋轉底座（2)旋轉到任 意角度時鎖死固定該承重旋轉底座（2)。
8. 根據(jù)權利要求1所述的變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝置，其特征在于， 該承重旋轉底座（2)采用液壓驅動或者電驅動，傳動形式為機械齒輪，能夠帶動槽式太陽 能集熱單元陣列（1)繞旋轉點水平旋轉任意角度。
9. 根據(jù)權利要求8所述的變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱裝置，其特征在于， 該承重旋轉底座（2)能夠繞旋轉點水平旋轉90度。
10. -種變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱方法，應用于權利要求1至9中任一項 所述的裝置，其特征在于，該方法包括： 開啟承重旋轉底座，使該承重旋轉底座繞旋轉點水平旋轉；以及 該槽式太陽能集熱單元陣列（1)在該承重旋轉底座（2)的帶動下水平旋轉。
11. 根據(jù)權利要求10所述的變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱方法，其特征在 于， 關閉各出口閥門及各入口閥門同時開啟各組連接閥門，各組槽式太陽能集熱回路被串 聯(lián)連接成一個回路； 開啟各出口閥門及各入口閥門同時關閉各組連接閥門，各組槽式太陽能集熱回路被并 聯(lián)連接成多個回路。
12.根據(jù)權利要求10所述的變輻照主動調(diào)控的槽式太陽能聚光集熱方法，其特征在 于，在該承重旋轉底座（2)旋轉到任意角度時，通過開啟鎖扣來鎖死固定該承重旋轉底座 ⑵。
【文檔編號】F24J2/54GK104110898SQ201310137081
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年4月19日 優(yōu)先權日:2013年4月19日
【發(fā)明者】金紅光, 洪慧, 彭爍, 劉啟斌 申請人:中國科學院工程熱物理研究所