本實(shí)用新型涉及一種太陽能供熱系統(tǒng)，尤其是涉及一種太陽能發(fā)電的太陽能供熱系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

太陽能主要被利用來發(fā)電、儲(chǔ)熱以及進(jìn)行熱水供應(yīng)，其中太陽能發(fā)電主要有兩種形式：太陽能光伏發(fā)電和太陽能熱發(fā)電。太陽能光伏發(fā)電由于太陽能電池造價(jià)高、并網(wǎng)難，無法做到持續(xù)發(fā)電；對電網(wǎng)沖擊大，而且效率低。此外電池生產(chǎn)過程耗電且污染嚴(yán)重，特別是加入一些稀有金屬物質(zhì)，對環(huán)境危害大等缺點(diǎn)限制了其發(fā)展。太陽能熱發(fā)電技術(shù)，避免了昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝，可以大大降低太陽能發(fā)電的成本。而且，這種形式的太陽能利用可以進(jìn)行錯(cuò)峰余量利用，即，將太陽能峰值時(shí)多余的能量儲(chǔ)存在巨大的容器中，從而在太陽落山后一段時(shí)間內(nèi)仍然能夠帶動(dòng)汽輪發(fā)電。

現(xiàn)有的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)一般使用導(dǎo)熱油、水、空氣作為傳熱工質(zhì)。蓄熱工質(zhì)一般使用水蒸氣、熔融鹽材料蓄熱或使用化學(xué)能蓄熱。導(dǎo)熱油作為傳熱工質(zhì)存在導(dǎo)熱系數(shù)低，工作溫度不高(最高為390℃)等問題，而使用水或空氣作為傳熱工質(zhì)則為高壓系統(tǒng)，對系統(tǒng)的安全性要求極高。

因此，人們需要一種能夠提高太陽能利用效率和系統(tǒng)安全性的太陽能供熱系統(tǒng)以及利用這種系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)缺陷，從而提供一種太陽能供熱系統(tǒng)，其包括：聚光單元，將外部光線匯聚到光匯集點(diǎn)；集熱單元，布置在光匯集點(diǎn)處收集被光匯集單元所匯集的光線的熱能，從而加熱集熱單元內(nèi)的第一傳熱工質(zhì)，并通過熱對流使得第一傳熱工質(zhì)在第一傳熱工質(zhì)管路內(nèi)流動(dòng)；以及第一換熱單元，具有換熱腔，所述第一傳熱工質(zhì)管路穿過所述換熱腔以便在第一傳熱工質(zhì)管路內(nèi)流動(dòng)的高溫第一傳熱工質(zhì)將熱量傳遞給所述換熱腔內(nèi)的工作工質(zhì)或第二傳熱工質(zhì)。

根據(jù)本實(shí)用新型的太陽能供熱系統(tǒng)，其還包括：第一傳熱工質(zhì)泵，其布置在集熱單元的第一傳熱工質(zhì)入口處，用于泵送第一傳熱工質(zhì)使其在第一傳熱工質(zhì)管路內(nèi)流動(dòng)以返回到集熱單元內(nèi)。所述集熱單元包括集熱芯管和套裝在集熱芯管上的玻璃管，所述集熱芯管內(nèi)充裝有作為低熔點(diǎn)液態(tài)金屬的第一傳熱工質(zhì)。所述集熱芯管包括薄壁金屬管和插入薄壁金屬管內(nèi)的絕緣芯棒，并且所述低熔點(diǎn)液態(tài)金屬在所述薄壁金屬管和絕緣芯棒之間的間隙內(nèi)沿著薄壁金屬管流動(dòng)。所述集熱芯管和套裝在玻璃管之間為真空。所述集熱芯管與玻璃套之間使用可伐合金進(jìn)行焊接。所述集熱芯管外表面上涂有提高太陽輻射能的吸收的光譜選擇性吸收涂層。所述低熔點(diǎn)金屬為熔點(diǎn)-8～10℃的鎵基合金、錫鉍合金或者熔點(diǎn)150～200℃鉛鉍合金。第一傳熱工質(zhì)為與第三傳熱工質(zhì)相同或不同的低熔點(diǎn)金屬。

根據(jù)本實(shí)用新型的太陽能供熱系統(tǒng)，其還包括：儲(chǔ)熱單元，其容納腔內(nèi)儲(chǔ)存有儲(chǔ)熱工質(zhì)并且與第一傳熱工質(zhì)管路并聯(lián)的第二傳熱工質(zhì)管路穿過所述容納腔內(nèi)的儲(chǔ)熱工質(zhì)，由此在高溫第一傳熱工質(zhì)流過穿過所述容納腔中的第二傳熱工質(zhì)管路時(shí)，第二傳熱工質(zhì)管路中第一高溫傳熱工質(zhì)將熱量傳遞給儲(chǔ)熱工質(zhì)，由此將熱量儲(chǔ)存在儲(chǔ)存工質(zhì)中。

根據(jù)本實(shí)用新型的太陽能供熱系統(tǒng)，其還包括：儲(chǔ)熱工質(zhì)泵，其泵送作為第二傳熱工質(zhì)的儲(chǔ)熱工質(zhì)使其在連通第一換熱器的換熱腔和儲(chǔ)熱單元的容納腔的儲(chǔ)熱工質(zhì)管路內(nèi)流動(dòng)，以便在第一換熱單元內(nèi)由第一傳熱工質(zhì)管路內(nèi)流動(dòng)的高溫第一傳熱工質(zhì)將流過第一換熱器的換熱腔的儲(chǔ)熱工質(zhì)加熱。

根據(jù)本實(shí)用新型的太陽能供熱系統(tǒng)，其還包括：第三換熱單元，具有換熱腔，其中容納有工作工質(zhì)；第三傳熱工質(zhì)管路，穿過第三換熱單元的換熱腔和儲(chǔ)熱單元的容納腔；以及第三傳熱工質(zhì)泵，布置在第三傳熱工質(zhì)管路上以便泵送第三傳熱工質(zhì)流動(dòng)，以便儲(chǔ)熱單元的容納腔內(nèi)的高溫儲(chǔ)熱工質(zhì)將熱量傳遞給第三傳熱工質(zhì)管路內(nèi)流動(dòng)的第三傳熱工質(zhì)以及隨后被加熱的第三傳熱工質(zhì)在第三換熱單元的換熱腔內(nèi)將熱量接傳遞給所述換熱腔內(nèi)的工作工質(zhì)。在儲(chǔ)熱單元的容納腔內(nèi)第二傳熱工質(zhì)管路和第三傳熱工質(zhì)管路彼此相互交錯(cuò)布置使得第二傳熱工質(zhì)管路內(nèi)的第一傳熱工質(zhì)與第三傳熱工質(zhì)管路第三傳熱工質(zhì)之間通過儲(chǔ)熱工質(zhì)進(jìn)行間接的熱量交換。

根據(jù)本實(shí)用新型的太陽能供熱系統(tǒng)，其還包括：第四換熱單元，具有換熱腔，其中容納有工作工質(zhì)，相對于第一換熱單元串聯(lián)地布置在第一傳熱工質(zhì)管路的下游，用于將從第一換熱單元流出的第一傳熱工質(zhì)的熱量傳遞給即將進(jìn)入第一換熱單元的工作工質(zhì)，從而對工作工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱。

根據(jù)本實(shí)用新型的太陽能供熱系統(tǒng)，其中所述儲(chǔ)熱單元容納腔內(nèi)的儲(chǔ)熱工質(zhì)為熔融鹽。所述熔融鹽為硝酸鈉、硝酸鉀、氫氧化鉀、氯化鈉、碳酸鈉或其任意混合物之一。

根據(jù)本實(shí)用新型的太陽能供熱系統(tǒng)，其中所述集熱單元由一組或多組成套的集熱芯管和玻璃管串聯(lián)或并聯(lián)而成。

根據(jù)本實(shí)用新型的太陽能供熱系統(tǒng)，其還包括控制單元以及布置在集熱單元的第一傳熱工質(zhì)管進(jìn)出口處的溫度傳感器，所述控制單元基于溫度傳感器所感測的溫度來控制第一傳熱工質(zhì)泵的泵送流量。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，還提供了一種太陽能供熱系統(tǒng)，其包括：聚光單元，將外部光線匯聚到光匯集點(diǎn)；集熱單元，布置在光匯集點(diǎn)處收集被光匯集單元所匯集的光線的熱能，從而加熱集熱單元內(nèi)的第一傳熱工質(zhì)，并通過熱對流使得第一傳熱工質(zhì)在第二傳熱工質(zhì)管路內(nèi)流動(dòng)；以及儲(chǔ)熱單元，其容納腔內(nèi)儲(chǔ)存有儲(chǔ)熱工質(zhì)并且第二傳熱工質(zhì)管路穿過所述容納腔內(nèi)的儲(chǔ)熱工質(zhì)，由此在高溫第一傳熱工質(zhì)流過穿過所述容納腔中的第二傳熱工質(zhì)管路時(shí)，第二傳熱工質(zhì)管路中第一高溫傳熱工質(zhì)將熱量傳遞給儲(chǔ)熱工質(zhì)，由此將熱量儲(chǔ)存在儲(chǔ)存工質(zhì)中。

根據(jù)本實(shí)用新型的太陽能供熱系統(tǒng)，其還包括：第一傳熱工質(zhì)泵，其布置在集熱單元的第一傳熱工質(zhì)入口處，用于泵送第一傳熱工質(zhì)使其在第二傳熱工質(zhì)管路內(nèi)流動(dòng)以返回到集熱單元內(nèi)。

根據(jù)本實(shí)用新型的太陽能供熱系統(tǒng)，其還包括：儲(chǔ)熱工質(zhì)泵，其泵送作為第二傳熱工質(zhì)的儲(chǔ)熱工質(zhì)使其在連通第一換熱器的換熱腔和儲(chǔ)熱單元的容納腔的儲(chǔ)熱工質(zhì)管路內(nèi)流動(dòng)，以便在第一換熱單元內(nèi)由第一傳熱工質(zhì)管路內(nèi)流動(dòng)的高溫第一傳熱工質(zhì)將流過第一換熱器的換熱腔的儲(chǔ)熱工質(zhì)加熱。

根據(jù)本實(shí)用新型的太陽能供熱系統(tǒng)，其還包括：第三換熱單元，具有換熱腔，其中容納有工作工質(zhì)；第三傳熱工質(zhì)管路，穿過第三換熱單元的換熱腔和儲(chǔ)熱單元的容納腔；以及第三傳熱工質(zhì)泵，布置在第三傳熱工質(zhì)管路上以便泵送第三傳熱工質(zhì)流動(dòng)，以便儲(chǔ)熱單元的容納腔內(nèi)的高溫儲(chǔ)熱工質(zhì)將熱量傳遞給第三傳熱工質(zhì)管路內(nèi)流動(dòng)的第三傳熱工質(zhì)以及隨后被加熱的第三傳熱工質(zhì)在第三換熱單元的換熱腔內(nèi)將熱量接傳遞給所述換熱腔內(nèi)的工作工質(zhì)。

根據(jù)本實(shí)用新型的太陽能供熱系統(tǒng)，其中在儲(chǔ)熱單元的容納腔內(nèi)第二傳熱工質(zhì)管路和第三傳熱工質(zhì)管路彼此相互交錯(cuò)布置使得第二傳熱工質(zhì)管路內(nèi)的第一傳熱工質(zhì)與第三傳熱工質(zhì)管路第三傳熱工質(zhì)之間通過儲(chǔ)熱工質(zhì)進(jìn)行間接的熱量交換。

根據(jù)本實(shí)用新型的太陽能供熱系統(tǒng)，其還包括：第四換熱單元，具有換熱腔，其中容納有工作工質(zhì)，相對于儲(chǔ)熱單元串聯(lián)地布置在第二傳熱工質(zhì)管路的下游，用于將從儲(chǔ)熱單元流出的第一傳熱工質(zhì)的熱量傳遞給即將進(jìn)入第三換熱單元的工作工質(zhì)，從而對工作工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱。

根據(jù)本實(shí)用新型的太陽能供熱系統(tǒng)，其中所述集熱單元包括集熱芯管和套裝在集熱芯管上的玻璃管，所述集熱芯管內(nèi)充裝有作為低熔點(diǎn)液態(tài)金屬的第一傳熱工質(zhì)。

根據(jù)本實(shí)用新型的太陽能供熱系統(tǒng)，其中所述集熱芯管包括薄壁金屬管和插入薄壁金屬管內(nèi)的絕緣芯棒，并且所述低熔點(diǎn)液態(tài)金屬在所述薄壁金屬管和絕緣芯棒之間的間隙內(nèi)沿著薄壁金屬管流動(dòng)。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，還提供了采用上述太陽能供熱系統(tǒng)作為熱源的塔式、槽式或蝶式太陽能發(fā)電系統(tǒng)，還包括汽輪機(jī)和與汽輪機(jī)通過傳統(tǒng)系統(tǒng)相連的發(fā)電機(jī)，來自換熱器的高溫氣態(tài)工作工質(zhì)進(jìn)入所述汽輪機(jī)推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行發(fā)電。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本實(shí)用新型的實(shí)施例，并與說明書一起用于解釋本實(shí)用新型的原理。

圖1所示為使用根據(jù)本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的原理示意圖。

圖2A所示的是根據(jù)本實(shí)用新型的太陽能傳熱系統(tǒng)的集熱單元110的橫截面圖。

圖2B所示的是根據(jù)本實(shí)用新型的太陽能傳熱系統(tǒng)的集熱單元110的縱剖面面圖。

圖3所示為使用根據(jù)本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的原理示意圖。

圖4所示的是根據(jù)本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的太陽能傳熱系統(tǒng)的儲(chǔ)熱單元的結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖5所示為使用根據(jù)本實(shí)用新型的第三實(shí)施例的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的原理示意圖。

圖6所示的是用于本實(shí)用新型的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的一種聚光單元的示意圖。

圖7所示的是用于本實(shí)用新型的陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的另一種聚光單元的示意圖。

具體實(shí)施方式

這里將詳細(xì)地對示例性實(shí)施例進(jìn)行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時(shí)，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實(shí)施例中所描述的實(shí)施方式并不代表與本實(shí)用新型相一致的所有實(shí)施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本實(shí)用新型的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

在本實(shí)用新型使用的術(shù)語是僅僅出于描述特定實(shí)施例的目的，而非旨在限制本開。在本實(shí)用新型和所附權(quán)利要求書中所使用的單數(shù)形式的“一種”、“所述”和“該”也旨在包括多數(shù)形式，除非上下文清楚地表示其他含義。還應(yīng)當(dāng)理解，本文中使用的術(shù)語“和/或”是指并包含一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)目的任何或所有可能組合。

應(yīng)當(dāng)理解，盡管在本實(shí)用新型可能采用術(shù)語第一、第二、第三等來描述各種信息，但這些信息不應(yīng)限于這些術(shù)語。這些術(shù)語僅用來將同一類型的信息彼此區(qū)分開。而且，即使提到了“第一”，也并不意味著一定存在“第二”或者下一個(gè)相同的單元一定被定義為“第二”，而是可以直接定義為“第三”。同樣，即使提到“第二”，也不應(yīng)認(rèn)為一定存在“第一”。例如，在不脫離本實(shí)用新型范圍的情況下，第一換熱單元也可以被稱為第二換熱單元，類似地，第二換熱單元也可以被稱為第一換熱單元。取決于語境，如在此所使用的詞語“如果”可以被解釋成為“在……時(shí)”或“當(dāng)……時(shí)”或“響應(yīng)于確定”。

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1所示為使用根據(jù)本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的原理示意圖。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)100包括兩部分，一部分為集熱部分，即根據(jù)本實(shí)用新型所述的太陽能傳熱系統(tǒng)子部分，一部分為熱力發(fā)電子部分。如圖1所示，根據(jù)本實(shí)用新型所述的太陽能傳熱系統(tǒng)包括：聚光單元116，將外部光線匯聚到光匯集點(diǎn)(這將在后面詳細(xì)描述)；集熱單元110，布置在光匯集點(diǎn)處收集被光匯集單元所匯集的光線的熱能，從而加熱集熱單元內(nèi)的第一傳熱工質(zhì)，并通過熱對流使得第一傳熱工質(zhì)在第一傳熱工質(zhì)管路內(nèi)流動(dòng)；以及第一換熱單元120，具有換熱腔，所述第一傳熱工質(zhì)管路210穿過所述換熱腔以便在第一傳熱工質(zhì)管路內(nèi)流動(dòng)的高溫第一傳熱工質(zhì)將熱量傳遞給所述換熱腔內(nèi)的工作工質(zhì)或第二傳熱工質(zhì)。當(dāng)在換熱腔中為工作工質(zhì)(例如水蒸氣)時(shí)，被加熱的工作工質(zhì)沿著工作工質(zhì)管路230進(jìn)入汽輪機(jī)，推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)G進(jìn)行發(fā)電。推動(dòng)汽輪機(jī)后后的冷凝水經(jīng)由輸水泵190泵送返回工作工質(zhì)管路230回到第一換熱單元120，從而再次被集熱單元110輸出到穿過第一換熱單元120換熱腔的第一傳熱工質(zhì)管路210內(nèi)的高溫第一傳熱工質(zhì)加熱到蒸汽狀態(tài)。

由于在第一換熱單元中，第一換熱單元120換熱腔內(nèi)的工作工質(zhì)與第一傳熱工質(zhì)管路210接觸時(shí)間較短，因此第一傳熱工質(zhì)管路210內(nèi)的高溫第一傳熱工質(zhì)不能與換熱腔內(nèi)的工作工質(zhì)進(jìn)行充分換熱，因此，從第一換熱單元120換熱腔內(nèi)的第一傳熱工質(zhì)管路210流出的第一傳熱工質(zhì)會(huì)含有較高的余熱量。因此，為了充分利用該余熱，因此，在第一傳熱工質(zhì)管路210下游設(shè)置了第四換熱單元160。第四換熱單元160的換熱腔容納有工作工質(zhì)，第一傳熱工質(zhì)管路210的下游部分穿過第四換熱單元160的換熱腔內(nèi)的工作工質(zhì)。因此，第一傳熱工質(zhì)管路210內(nèi)帶有未能及時(shí)傳遞給第一換熱單元120換熱腔內(nèi)的工作工質(zhì)的余熱的第一傳熱工質(zhì)在流過第四換熱單元160的換熱腔時(shí)，將余熱傳遞給第四換熱單元160的換熱腔容的工作工質(zhì)，從而對即將進(jìn)入第一換熱單元120換熱腔內(nèi)的工作工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱。

集熱單元110內(nèi)的第一傳熱工質(zhì)通常通過熱對流的方式在第一傳熱工質(zhì)管路210內(nèi)流動(dòng)。但是為了加速或控制第一傳熱工質(zhì)管路210內(nèi)第一傳熱工質(zhì)的流動(dòng)速度以及流量，如圖1所示，在第一傳熱工質(zhì)管路210進(jìn)入集熱單元110之前的入口位置，布置有第一傳熱工質(zhì)泵130。第一傳熱工質(zhì)泵130在控制器(未示出)的控制下，可控制第一傳熱工質(zhì)的流動(dòng)速度和流量，從而可以控制第一傳熱工質(zhì)在流經(jīng)第一換熱單元120和第四換熱單元160時(shí)的熱量釋放量。

圖2A所示的是根據(jù)本實(shí)用新型的太陽能傳熱系統(tǒng)的集熱單元110的橫截面圖。圖2B所示的是根據(jù)本實(shí)用新型的太陽能傳熱系統(tǒng)的集熱單元110的縱剖面面圖。如圖2A和2B所示，集熱單元110包括集熱芯管111和套裝在集熱芯管111上的玻璃套管112。所述集熱芯管111內(nèi)插入有電絕緣和絕熱芯棒113，從而集熱芯管111內(nèi)形成容納第一傳熱工質(zhì)114的環(huán)形容納腔。不過需要指出的是，在所需要的太陽能傳熱系統(tǒng)的所需功率較低而且第一傳熱工質(zhì)114，例如低熔點(diǎn)液態(tài)金屬，的用量不大是，可以不需要電絕緣和絕熱芯棒113。作為第一傳熱工質(zhì)114的低熔點(diǎn)液態(tài)金屬在集熱芯管111的環(huán)形容納腔內(nèi)沿著薄壁金屬管流動(dòng)。所述集熱芯管111與玻璃套管112之間使用可伐合金115進(jìn)行焊接。所述可伐合金115的熔點(diǎn)在320-450℃范圍內(nèi)，其具有與硬玻璃相近的線膨脹系數(shù)和相應(yīng)的硬玻璃能進(jìn)行有效封接匹配。

所述集熱芯管111和玻璃套管112之間可以為真空，也可以使得集熱芯管111和玻璃套管112之間彼此緊貼?？蛇x擇地，也可以不需要采用玻璃套管112和可伐合金115，直接采用集熱芯管111接收太陽照射。所述集熱芯管111外表面上涂有提高太陽輻射能的吸收的光譜選擇性吸收涂層。所述低熔點(diǎn)金屬為鎵基合金(熔點(diǎn)-8～10℃)、錫鉍合金(熔點(diǎn)100-138℃)、鉛鉍合金(熔點(diǎn)150～200℃)。

如圖2A和2B所示的集熱單元110中的采用了集熱芯管111和絕熱芯棒113形成第一傳熱工質(zhì)的套管管路，因此節(jié)省了作為低熔點(diǎn)金屬的第一傳熱工質(zhì)的用量，從而顯著第節(jié)省了工質(zhì)使用成本。此外，集熱芯管111使用金屬管路，并且熱芯管111外有一個(gè)玻璃套管112，玻璃套管112與集熱芯管111使用可伐合金進(jìn)行焊接，并使玻璃套管與金屬管之間形成真空為，因此能夠減少熱量損失、吸收更多光熱能。

盡管以上結(jié)合圖1描述了一種采用低熔點(diǎn)金屬作為第一傳熱工質(zhì)114的太陽能傳熱系統(tǒng)。但是在傳熱系統(tǒng)所在地，光照時(shí)間通常不會(huì)超過14小時(shí)。實(shí)際上，較強(qiáng)的光照時(shí)間可能不會(huì)超過8小時(shí)/天。因此，在每天會(huì)有大部分時(shí)間得不到光照。而在強(qiáng)光照射時(shí)間，會(huì)產(chǎn)生多余的熱量。因此將強(qiáng)光照射時(shí)間的多余的熱量儲(chǔ)存起來用于沒有光照時(shí)間進(jìn)行傳熱并發(fā)電或供應(yīng)熱水會(huì)充分發(fā)揮太陽能傳熱系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。為此，本實(shí)用新型基于第一實(shí)施例的太陽能發(fā)電系統(tǒng)提出了具有儲(chǔ)能單元的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。圖3所示為使用根據(jù)本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的原理示意圖。

如圖3所示，太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)100同樣包括兩部分，一部分為集熱部分，即根據(jù)本實(shí)用新型所述的太陽能傳熱系統(tǒng)子部分，一部分為熱力發(fā)電子部分。如圖3所示，根據(jù)本實(shí)用新型所述的太陽能傳熱系統(tǒng)包括：聚光單元116，將外部光線匯聚到光匯集點(diǎn)(這將在后面詳細(xì)描述)；集熱單元110，布置在光匯集點(diǎn)處收集被光匯集單元所匯集的光線的熱能，從而加熱集熱單元內(nèi)的第一傳熱工質(zhì)，并通過熱對流使得第一傳熱工質(zhì)在第一傳熱工質(zhì)管路內(nèi)流動(dòng)；以及第一換熱單元120，具有換熱腔，所述第一傳熱工質(zhì)管路210穿過所述換熱腔以便在第一傳熱工質(zhì)管路內(nèi)流動(dòng)的高溫第一傳熱工質(zhì)將熱量傳遞給所述換熱腔內(nèi)的第二傳熱工質(zhì)。此外，所述太陽能傳熱系統(tǒng)還包括儲(chǔ)熱單元140，其容納腔內(nèi)儲(chǔ)存有儲(chǔ)熱工質(zhì)。儲(chǔ)熱工質(zhì)泵170布置在儲(chǔ)熱工質(zhì)管路250中。儲(chǔ)熱工質(zhì)管路250連通第一換熱器120的換熱腔并穿過儲(chǔ)熱單元140的容納腔。儲(chǔ)熱工質(zhì)泵170泵送儲(chǔ)熱工質(zhì)管路250中的第二傳熱工質(zhì)，從而在第二傳熱工質(zhì)在第一換熱單元120的換熱腔內(nèi)接收第一傳熱工質(zhì)管路內(nèi)流動(dòng)的高溫第一傳熱工質(zhì)所傳遞的熱量，隨后在進(jìn)入儲(chǔ)熱單元140的容納腔內(nèi)之后，將所吸收的熱量傳遞給儲(chǔ)熱工質(zhì)管路250外的儲(chǔ)熱單元140的容納腔內(nèi)的儲(chǔ)熱工質(zhì)。盡管此處的儲(chǔ)熱工質(zhì)管路250的名稱中包含了“儲(chǔ)熱工質(zhì)”，但其內(nèi)部流動(dòng)的工質(zhì)并不是儲(chǔ)熱單元140的容納腔內(nèi)的儲(chǔ)熱工質(zhì)，可以是與第一傳熱工質(zhì)相同的工質(zhì)，例如低熔點(diǎn)液態(tài)合金或者是其他低熔點(diǎn)液態(tài)合金。

可選擇地，儲(chǔ)熱工質(zhì)管路250內(nèi)的工質(zhì)并不通過管路與儲(chǔ)熱單元140的容納腔內(nèi)的儲(chǔ)熱工質(zhì)隔絕，而是儲(chǔ)熱工質(zhì)管路250直接將第一換熱器120的換熱腔儲(chǔ)熱單元140的容納腔向連通，從而在儲(chǔ)熱工質(zhì)管路250內(nèi)直接充注儲(chǔ)熱單元140的容納腔內(nèi)的儲(chǔ)熱工質(zhì)。

如圖3所示，太陽能傳熱系統(tǒng)中的第三換熱單元150的換熱腔容納有工作工質(zhì)。第三傳熱工質(zhì)管路240穿過第三換熱單元150的換熱腔和儲(chǔ)熱單元140的容納腔。第三傳熱工質(zhì)泵180布置在第三傳熱工質(zhì)管路240上以便泵送第三傳熱工質(zhì)流動(dòng)，從而儲(chǔ)熱單元140的容納腔內(nèi)的高溫儲(chǔ)熱工質(zhì)將熱量傳遞給第三傳熱工質(zhì)管路240內(nèi)流動(dòng)的第三傳熱工質(zhì)，以及隨后被加熱的第三傳熱工質(zhì)在第三換熱單元150的換熱腔內(nèi)將熱量接傳遞給所述換熱腔內(nèi)的工作工質(zhì)，例如水，使其變成高溫水或高溫水蒸氣，用于供應(yīng)熱水或用于發(fā)電。當(dāng)?shù)谌龘Q熱單元150的換熱腔中的工作工質(zhì)為水蒸氣時(shí)，被加熱的工作工質(zhì)沿著工作工質(zhì)管路230進(jìn)入汽輪機(jī)，推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)G進(jìn)行發(fā)電。推動(dòng)汽輪機(jī)后后的冷凝水經(jīng)由輸水泵190泵送返回工作工質(zhì)管路230回到第三換熱單元150，從而再次被穿過儲(chǔ)熱單元140的容納腔的第三傳熱工質(zhì)管路240內(nèi)流動(dòng)到穿過第三換熱單元150換熱腔的第三傳熱工質(zhì)管路240內(nèi)的高溫第三傳熱工質(zhì)將工作工質(zhì)加熱。

圖4所示的是根據(jù)本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的太陽能傳熱系統(tǒng)的儲(chǔ)熱單元140的結(jié)構(gòu)剖視圖。如圖4所示，在儲(chǔ)熱單元140的容納腔內(nèi)儲(chǔ)熱工質(zhì)管路250和第三傳熱工質(zhì)管路240彼此相互交錯(cuò)布置，使得第二傳熱工質(zhì)管路250內(nèi)的第一傳熱工質(zhì)與第三傳熱工質(zhì)管路第三傳熱工質(zhì)之間通過儲(chǔ)熱工質(zhì)進(jìn)行間接的熱量交換。這種布置方式將會(huì)加快儲(chǔ)熱工質(zhì)管路250和第三傳熱工質(zhì)管路240之間的熱交換，有助于在系統(tǒng)初期啟動(dòng)時(shí)促進(jìn)工作工質(zhì)被第三傳熱工質(zhì)管路240加熱的速度。這樣，由于儲(chǔ)熱單元140中布置有傳熱工質(zhì)管道，當(dāng)系統(tǒng)長時(shí)間關(guān)閉后，儲(chǔ)熱單元140中的熔融鹽熱量損失變成固態(tài)，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，可關(guān)閉第三換熱單元150的入口閥門310，使得傳熱工質(zhì)循環(huán)先開始啟動(dòng)，并通過儲(chǔ)熱單元中的管道將儲(chǔ)熱罐中的蓄熱工質(zhì)加熱，當(dāng)蓄熱工質(zhì)融化并達(dá)到一定溫度后，再啟動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電。

返回圖3，類似地，由于在第一換熱單元120中，第一換熱單元120換熱腔內(nèi)的儲(chǔ)熱工質(zhì)或第二傳熱工質(zhì)與第一傳熱工質(zhì)管路210接觸時(shí)間較短，因此第一傳熱工質(zhì)管路210內(nèi)的高溫第一傳熱工質(zhì)不能與第一換熱單元120的換熱腔內(nèi)的儲(chǔ)熱工質(zhì)或第二傳熱工質(zhì)進(jìn)行充分熱交換，因此，從第一換熱單元120換熱腔內(nèi)的第一傳熱工質(zhì)管路210流出的第一傳熱工質(zhì)會(huì)含有較高的余熱量。因此，為了充分利用該余熱，因此，在第一傳熱工質(zhì)管路210下游設(shè)置了第四換熱單元160。第四換熱單元160的換熱腔容納有工作工質(zhì)，第一傳熱工質(zhì)管路210的下游部分穿過第四換熱單元160的換熱腔內(nèi)的工作工質(zhì)。因此，第一傳熱工質(zhì)管路210內(nèi)帶有未能及時(shí)傳遞給第一換熱單元120換熱腔內(nèi)的儲(chǔ)熱工質(zhì)或第二傳熱工質(zhì)的余熱的第一傳熱工質(zhì)在流過第四換熱單元160的換熱腔時(shí)，將余熱傳遞給第四換熱單元160的換熱腔容的工作工質(zhì)，從而對即將進(jìn)入第三換熱單元150換熱腔內(nèi)的工作工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱。當(dāng)該工作工質(zhì)為水時(shí)，其可以將其預(yù)熱為低溫水蒸氣。

同樣，如圖3所示，在第一傳熱工質(zhì)管路210進(jìn)入集熱單元110之前的入口位置，布置有第一傳熱工質(zhì)泵130。第一傳熱工質(zhì)泵130在控制器(未示出)的控制下，可控制第一傳熱工質(zhì)的流動(dòng)速度和流量，從而可以控制第一傳熱工質(zhì)在流經(jīng)第一換熱單元120和第四換熱單元160時(shí)的熱量釋放量。

可選擇地，在集熱單元110的出口處與第一傳熱工質(zhì)管路210并聯(lián)的第二傳熱工質(zhì)管路220穿過所述儲(chǔ)熱單元140的容納腔內(nèi)的儲(chǔ)熱工質(zhì)，由此在高溫第一傳熱工質(zhì)114流過穿過所述儲(chǔ)熱單元140的容納腔中的第二傳熱工質(zhì)管路220時(shí)，第二傳熱工質(zhì)管路220中第一高溫傳熱工質(zhì)114將熱量傳遞給儲(chǔ)熱工質(zhì)，由此將熱量儲(chǔ)存在儲(chǔ)存工質(zhì)中。由此，當(dāng)發(fā)電功率要求不高或者光照強(qiáng)度提供了超過發(fā)電功率的熱量時(shí)，可以通過控制器控制各個(gè)閥門310，以便及時(shí)將多余熱量更快地存儲(chǔ)在儲(chǔ)熱單元140的容納腔內(nèi)的儲(chǔ)熱工質(zhì)中。

圖5所示為使用根據(jù)本實(shí)用新型的第三實(shí)施例的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的原理示意圖。如圖5所示，太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)100同樣包括兩部分，一部分為集熱部分，即根據(jù)本實(shí)用新型所述的太陽能傳熱系統(tǒng)子部分，一部分為熱力發(fā)電子部分。如圖5所示，根據(jù)本實(shí)用新型所述的太陽能傳熱系統(tǒng)包括：聚光單元116，將外部光線匯聚到光匯集點(diǎn)(這將在后面詳細(xì)描述)；集熱單元110，布置在光匯集點(diǎn)處收集被光匯集單元所匯集的光線的熱能，從而加熱集熱單元內(nèi)的第一傳熱工質(zhì)，并通過熱對流使得第一傳熱工質(zhì)在第一傳熱工質(zhì)管路內(nèi)流動(dòng)；以及儲(chǔ)熱單元140，其容納腔內(nèi)儲(chǔ)存有儲(chǔ)熱工質(zhì)，第二傳熱工質(zhì)管路220穿過所述儲(chǔ)熱單元140的容納腔內(nèi)的儲(chǔ)熱工質(zhì)，由此在高溫第一傳熱工質(zhì)114流過穿過所述儲(chǔ)熱單元140的容納腔中的第二傳熱工質(zhì)管路220時(shí)，第二傳熱工質(zhì)管路220中第一高溫傳熱工質(zhì)114將熱量傳遞給儲(chǔ)熱工質(zhì)，從而將熱量儲(chǔ)存在儲(chǔ)存工質(zhì)中。

如圖5所示，太陽能傳熱系統(tǒng)100中的第三換熱單元150的換熱腔容納有工作工質(zhì)。第三傳熱工質(zhì)管路240穿過第三換熱單元150的換熱腔和儲(chǔ)熱單元140的容納腔。第三傳熱工質(zhì)泵180布置在第三傳熱工質(zhì)管路240上以便泵送第三傳熱工質(zhì)流動(dòng)，從而儲(chǔ)熱單元140的容納腔內(nèi)的高溫儲(chǔ)熱工質(zhì)將熱量傳遞給第三傳熱工質(zhì)管路240內(nèi)流動(dòng)的第三傳熱工質(zhì)，以及隨后被加熱的第三傳熱工質(zhì)在第三換熱單元150的換熱腔內(nèi)將熱量接傳遞給所述換熱腔內(nèi)的工作工質(zhì)，例如水，使其變成高溫水或高溫水蒸氣，用于供應(yīng)熱水或用于發(fā)電。當(dāng)?shù)谌龘Q熱單元150的換熱腔中的工作工質(zhì)為水蒸氣時(shí)，被加熱的工作工質(zhì)沿著工作工質(zhì)管路230進(jìn)入汽輪機(jī)，推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)G進(jìn)行發(fā)電。推動(dòng)汽輪機(jī)后后的冷凝水經(jīng)由輸水泵190泵送返回工作工質(zhì)管路230回到第三換熱單元150，從而再次被穿過儲(chǔ)熱單元140的容納腔的第三傳熱工質(zhì)管路240內(nèi)流動(dòng)到穿過第三換熱單元150換熱腔的第三傳熱工質(zhì)管路240內(nèi)的高溫第三傳熱工質(zhì)將工作工質(zhì)加熱。

類似地，由于在儲(chǔ)熱單元140的容納腔中，儲(chǔ)熱工質(zhì)與第二傳熱工質(zhì)管路220接觸時(shí)間較短，因此第二傳熱工質(zhì)管路220內(nèi)的高溫第一傳熱工質(zhì)不能與儲(chǔ)熱單元140的容納腔內(nèi)的儲(chǔ)熱工質(zhì)進(jìn)行充分熱交換，因此，從儲(chǔ)熱單元140的容納腔內(nèi)的第二傳熱工質(zhì)管路220流出的第一傳熱工質(zhì)會(huì)含有較高的余熱量。因此，為了充分利用該余熱，因此，在第二傳熱工質(zhì)管路220下游設(shè)置了第四換熱單元160。第四換熱單元160的換熱腔容納有工作工質(zhì)，第二傳熱工質(zhì)管路220的下游部分穿過第四換熱單元160的換熱腔內(nèi)的工作工質(zhì)。因此，第二傳熱工質(zhì)管路220內(nèi)帶有未能及時(shí)傳遞給儲(chǔ)熱單元140的容納腔內(nèi)的儲(chǔ)熱工質(zhì)的余熱的第一傳熱工質(zhì)在流過第四換熱單元160的換熱腔時(shí)，將余熱傳遞給第四換熱單元160的換熱腔容的工作工質(zhì)，從而對即將進(jìn)入第三換熱單元150換熱腔內(nèi)的工作工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱。當(dāng)該工作工質(zhì)為水時(shí)，其可以將其預(yù)熱為低溫水蒸氣。

這樣，由于儲(chǔ)熱單元140中布置有傳熱工質(zhì)管道，當(dāng)系統(tǒng)長時(shí)間關(guān)閉后，儲(chǔ)熱單元140中的熔融鹽熱量損失變成固態(tài)，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，可關(guān)閉第三換熱單元150的入口閥門310，使得傳熱工質(zhì)循環(huán)先開始啟動(dòng)，并通過儲(chǔ)熱單元中的管道將儲(chǔ)熱罐中的蓄熱工質(zhì)加熱，當(dāng)蓄熱工質(zhì)融化并達(dá)到一定溫度后，再啟動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電。

同樣，如圖5所示，在第二傳熱工質(zhì)管路220進(jìn)入集熱單元110之前的入口位置，布置有第一傳熱工質(zhì)泵130。第一傳熱工質(zhì)泵130在控制器(未示出)的控制下，可控制第一傳熱工質(zhì)的流動(dòng)速度和流量，從而可以控制第一傳熱工質(zhì)在流經(jīng)儲(chǔ)熱單元140和第四換熱單元160時(shí)的熱量釋放量。

同樣，第二傳熱工質(zhì)管路220在儲(chǔ)熱單元140內(nèi)也可以如圖4所示的儲(chǔ)熱工質(zhì)管路250一樣與第三傳熱工質(zhì)管路進(jìn)行交錯(cuò)布置。

所述儲(chǔ)熱單元中的儲(chǔ)熱工質(zhì)為熔融鹽材料，如硝酸鈉(熔點(diǎn)308℃)、硝酸鉀(熔點(diǎn)333℃)、氫氧化鉀(熔點(diǎn)380℃)、氯化鈉(熔點(diǎn)802℃)、碳酸鈉(熔點(diǎn)854℃)。

根據(jù)被公開的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的集熱單元可以是太陽能塔式、槽式或蝶式集熱單元。集熱單元可以為一組或多組串并聯(lián)結(jié)構(gòu)。

圖6和圖7所示的是用于本實(shí)用新型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的太陽光聚光單元的示意圖。如圖6所示，槽式曲面鏡對太陽光進(jìn)行匯聚，將光匯聚到集熱單元110。同樣，如圖7所示，塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)通過反光鏡將光匯聚到集熱單元110。

此外，根據(jù)本實(shí)用新型的太陽能傳熱系統(tǒng)還包括溫度傳感器用來測量集熱單元進(jìn)出口的傳熱工質(zhì)溫度，并通過控制器對傳熱工質(zhì)泵的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使不同光照強(qiáng)度下吸熱器出口溫度穩(wěn)定。

此外，根據(jù)本實(shí)用新型的太陽能傳熱系統(tǒng)工作時(shí)，將儲(chǔ)熱工質(zhì)的溫度維持在熔點(diǎn)附近，其較大的潛熱值可以在集熱器吸收的太陽能量不穩(wěn)定的情況下，維持蓄熱工質(zhì)的溫度穩(wěn)定，從而使系統(tǒng)輸出能量穩(wěn)定。

采用本實(shí)用新型的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的吸熱、傳熱、儲(chǔ)熱系統(tǒng)利用低熔點(diǎn)金屬優(yōu)秀的物理性能，提高了系統(tǒng)傳熱效率，并通過提高工質(zhì)溫度提升了系統(tǒng)的發(fā)電效率，因此可以很容易實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營。實(shí)際測量顯示出集熱和傳熱效果，既可應(yīng)用于邊遠(yuǎn)地區(qū)的小型獨(dú)立供電，又可以大規(guī)模集成應(yīng)用太陽能發(fā)電，因此為太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的整體性能提升帶來了新的突破。

以上對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式的描述，僅僅為了幫助理解本實(shí)用新型的實(shí)用新型構(gòu)思，這并不意味著本實(shí)用新型所有應(yīng)用只能局限在這些特定的具體實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，以上所述的具體實(shí)施方式，只是多種優(yōu)選實(shí)施方式中的一些示例。任何體現(xiàn)本實(shí)用新型權(quán)利要求的具體實(shí)施方式，均應(yīng)在本實(shí)用新型權(quán)利要求所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)ι衔母骶唧w實(shí)施方式中所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本實(shí)用新型的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換或者改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。