專利名稱：一種太陽能設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能設(shè)備，它屬于可再生能源領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源的需求量快速增加，能源危機已經(jīng)成為當(dāng)前越來越突出的問題，其中，石油價格大幅上漲。能源的增長，目前還是以不可再生能源增長為主，其中，煤和石油仍然是主流，這樣導(dǎo)致了環(huán)境污染，并增加了溫室氣體的排放。在地球上，煤、石油、水力、風(fēng)力等能源，其最初的來源是太陽能。而太陽能本身在地球上的利用率非常低，只靠非常有限的光合作用留在地球上，煤和石油就是幾億年以前光合作用留下的能源，但很快將被當(dāng)今的人類消耗干凈。人們忽視了一個問題，那就是，太陽能非常巨大，如果人們好好利用太陽能，只要稍微提高效率，人類所需要的能源便可以完全滿足。在地球外層空間，垂直于太陽每平方米1300瓦，地面約1000瓦/米2，我國有960萬平方公里，1平方公里＝1000000m2，如果有千分之一面積的太陽能利用，假設(shè)折算為垂直于太陽角度后的面積為原來的50％，就有9600×1000000×0.5＝480000萬千瓦，一年太陽照射時間較短地區(qū)約2000小時，則能量為480000×2000＝960000000萬千瓦時＝82545.14187萬噸標(biāo)準(zhǔn)油＝165090.2837萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，則幾乎足夠我國所需要的能源。目前人類利用太陽能的手段太少，效率太低，其中太陽能電池的效率只有10％多，而太陽熱產(chǎn)生蒸汽發(fā)電的效率也只有20。而要提高效率，手段之一是精確跟蹤太陽，目前還沒有能簡易而精確的跟蹤設(shè)備；手段之二是設(shè)計好的聚光裝置，目前的塔式太陽熱發(fā)電有嚴(yán)重的缺陷；手段之三是設(shè)計好的發(fā)電流程，而目前流程是太陽能產(chǎn)生蒸汽，這樣嚴(yán)重影響發(fā)電效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種新的太陽能設(shè)備，它包含通過軌道計算實現(xiàn)太陽自動精確跟蹤的定日鏡，包含有黑洞吸收太陽能的光熱轉(zhuǎn)換裝置，包含有取代塔式太陽熱發(fā)電的落地式或類似旋轉(zhuǎn)拋物面式的太陽光聚集設(shè)備，包含有側(cè)向聚焦的旋轉(zhuǎn)拋物面聚光裝置，包含有穿透式旋轉(zhuǎn)拋物面聚光裝置，包含有高溫蓄熱材料，包含有利用太陽熱過熱蒸汽，而蒸汽透平發(fā)電后的氣體加熱水產(chǎn)生蒸汽的最優(yōu)發(fā)電流程。
實現(xiàn)定日鏡的功能，即隨著太陽的運動將日光反射到固定的位置，首先要實現(xiàn)對太陽的跟蹤，即，使設(shè)備始終正對太陽。將跟蹤運動可以分解為兩個運動，一個是均勻圓周運動，另一個是將地球公轉(zhuǎn)軌跡均勻縮小的橢圓運動在直線上的投影的運動。地球有自轉(zhuǎn)，從相對運動的角度，地球的自轉(zhuǎn)可以轉(zhuǎn)化為太陽繞地球的轉(zhuǎn)動，即認(rèn)為地球不動，而太陽圍繞地球的南北周線均勻轉(zhuǎn)動，太陽和地球的連線，隨著這個轉(zhuǎn)動形成了一個錐面，這個錐面的軸心和地球南北軸心平行，而錐面的夾角和日期有關(guān)。當(dāng)太陽達(dá)到南北回歸線時，錐面的夾角最小，而當(dāng)太陽在兩個回歸線的中間，即赤道上時，錐面變成了平面。一根直線相對于另一根和它相交的直線轉(zhuǎn)動，即形成了圓錐面。所以當(dāng)太陽設(shè)備正對太陽時，使該設(shè)備沿一條和地球南北軸線平行的軸線均勻轉(zhuǎn)動，即一個均勻圓周運動，即可實現(xiàn)對太陽的自動跟蹤，而太陽設(shè)備和地球南北軸線的角度通過另一橢圓運動在直線上的投影的往復(fù)運動實現(xiàn)跟蹤。將定日鏡初始位置確定后，兩個勻速圓周運動的速度為跟蹤時速度的一半，即可將太陽光反射固定在一個位置，實現(xiàn)了定日鏡的功能。圓周運動可以利用鐘表原理的發(fā)條來實現(xiàn)，也可以用同步電機來實現(xiàn)，也可以通過電路板控制同步電機、步進(jìn)電機或其他電機來實現(xiàn)。
利用黑洞吸收的方法將聚集后太陽能轉(zhuǎn)化為熱能其轉(zhuǎn)化效率最高。任何物體在受到光照射后，光的去向分三部分穿透、吸收、反射，光被全部吸收的物體為黑體。一個封閉的腔體，在任意處開一個小口，從這個小口射入腔體內(nèi)的光線，在內(nèi)部經(jīng)過多次的吸收、反射，最終幾乎被全部吸收，即便組成黑洞，也是光學(xué)上的黑體。本發(fā)明包括一個這樣的黑洞，太陽光聚集后照射進(jìn)入黑洞，使光能幾乎全部轉(zhuǎn)化為熱能，這個帶有黑洞的腔體可以是任何材料作成的，并可以置于另外一個容器里，加熱這個容器里的液體。比如加熱水，可以產(chǎn)生高壓高溫的蒸汽發(fā)電，其溫度不受傳熱的限制，因為輻射傳熱的推動力來自兩個物體的溫度差，其中的高溫物體是太陽，太陽表面溫度達(dá)6000度以上，這樣可以將發(fā)電效率大大提高，黑洞內(nèi)的傳熱設(shè)備，可以做成球形、圓柱形、錐形，為增加換熱面積，可以作成刺猬式、槽式和盤管式。
落地式或類似旋轉(zhuǎn)拋物面式的太陽光聚集設(shè)備，避免了塔式設(shè)備需要將光熱轉(zhuǎn)換裝置放置在高處的毛病。落地式太陽光聚集設(shè)備，將定日鏡按和當(dāng)?shù)厮矫娉梢粋€角度放置，這個角度和當(dāng)?shù)氐木暥扔嘘P(guān)，利用定日鏡將日光反射到地面上的黑洞。定日鏡的分布為凸型，以便在太陽升起和落下時有足夠的照射面積。類似旋轉(zhuǎn)拋物面式的太陽光聚集設(shè)備，即將定日鏡類似旋轉(zhuǎn)拋物面排列，以下面的定日鏡不遮擋上面定日鏡的反射光為原則，定日鏡將日光反射到地面上的黑洞。在地面進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)換，并產(chǎn)生或過熱蒸汽，可以節(jié)省塔式設(shè)備上許多管線，降低了成本，更減少了熱損失，而且光熱轉(zhuǎn)換的黑洞不擋陽光，在地面可以更好保溫，操作檢修方便。
對于小型太陽能設(shè)備，則利用側(cè)向聚焦的旋轉(zhuǎn)拋物面，聚焦點在側(cè)面，整個面是整體旋轉(zhuǎn)拋物面的一部分。
小型太陽能設(shè)備，可以利用穿透式旋轉(zhuǎn)拋物面聚光裝置。拋物面的特點是平行于拋物面軸線的光照射后都反射到一點，普通的旋轉(zhuǎn)拋物面聚光裝置都是利用拋物面的底部，焦點在上方，穿透式旋轉(zhuǎn)拋物面聚光裝置則是利用拋物面的上部，焦點在下方。
用高溫蓄熱材料，白天吸收太陽熱，晚上產(chǎn)生蒸汽。
蒸汽發(fā)電，一般要產(chǎn)生蒸汽、過熱蒸汽、蒸汽透平帶動發(fā)電機。利用太陽能溫度高的特點，太陽能直接過熱蒸汽，到500℃以上，高時達(dá)到1000℃，蒸汽透平后，由于其還有很高的溫度，用來加熱水使其產(chǎn)生蒸汽，這種發(fā)電流程在產(chǎn)20公斤壓力蒸汽的情況下效率高達(dá)75％，從而不需要產(chǎn)生高壓蒸汽，簡化設(shè)備和運行成本。在啟動階段需要用太陽能產(chǎn)生蒸汽。


本發(fā)明的目的可以從下面的附圖得到詳細(xì)說明附圖1為定日鏡原理圖附圖2為黑洞吸收圖附圖3為刺猬形黑洞附圖4為槽式黑洞附圖5為盤管黑洞附圖6為帶定日鏡的落地式聚光裝置附圖7為帶定日鏡的落地式聚光裝置的凸形圖附圖8為側(cè)向聚焦的旋轉(zhuǎn)拋物面附圖9為穿透式旋轉(zhuǎn)拋物面附圖10為穿透式旋轉(zhuǎn)拋物面的局部放大圖附圖11為蒸汽發(fā)電流程圖具體實施方案在各示意圖中，1表示平面反射鏡；2表示固定平面反射鏡并能允許平面反射鏡轉(zhuǎn)動的框架；3表示固定框架并能允許框架轉(zhuǎn)動的支架；4表示框架2和支架3的活動節(jié)點；5表示反射鏡1和框架2的活動節(jié)點；6表示能驅(qū)動框架運動的支竿；7表示能驅(qū)動反射鏡相對于框架運動的反射鏡支竿；8表示使框架支竿運動的軌道；9表示框架支竿6在軌道上傳動的位置；10表示反射鏡支竿7運動的橢圓軌道；11表示反射鏡支竿7在軌道上傳動的橢圓位置；12表示黑洞吸收光的表面；13表示黑洞的外殼；14表示刺猬形黑洞的支管；15表示槽形黑洞的槽；16表示盤管；17表示定日鏡安裝的坡度；18表示定日鏡安裝的凸形分布；19表示側(cè)向聚焦的旋轉(zhuǎn)拋物面；20表示側(cè)向聚焦的焦點；21表示穿透式旋轉(zhuǎn)拋物面；22表示汽輪機；23表示透平后的蒸汽加熱水并使水汽化的換熱器；24表示水泵。
圖1的定日鏡實施方案為兩個活動節(jié)點4之間的連線平行于地球自轉(zhuǎn)的軸線，通過傳動定位來調(diào)整反射鏡支竿7，使反射鏡1的角度變化，在南北方向?qū)⑻柖ㄎ?，再通過傳動定位來調(diào)整框架支竿6，使其執(zhí)行均勻圓周運動，在東西方向?qū)⑻柖ㄎ弧?br> 圖2示意出，當(dāng)太陽照射到黑洞后，每碰到吸收面，光線吸收并部分反射(為漫反射)，反射的光線弱于射到表面的光線，通過多次的吸收、反射，最終光線幾乎全部被吸收。在內(nèi)表面12，光線吸收后變?yōu)闊崃?，位于?nèi)表面12和外殼13之間，通過介質(zhì)吸收轉(zhuǎn)換過來的熱量。
附圖3的刺猬形黑洞，在內(nèi)表面12上連接許多支管14，光線射到支管內(nèi)，相當(dāng)于進(jìn)入了黑洞里的黑洞，更增加了吸收效果。
附圖4的槽式黑洞，通過許多槽15，增加了換熱面積。
附圖5的盤管形黑洞，將管子彎曲，盤管16形成黑洞內(nèi)腔，這種形式制造簡單，介質(zhì)流動均勻。
附圖6的落地式聚光裝置，將定日鏡1按和當(dāng)?shù)厮矫娉梢粋€角度17放置，利用定日鏡將日光反射到地面上的黑洞。
附圖7為帶定日鏡的落地式聚光裝置的凸形圖，凸形18分布可以在太陽升起時以及太陽落水時，有更多的照射面積。
附圖8的側(cè)向聚焦旋轉(zhuǎn)拋物面，利用旋轉(zhuǎn)拋物面的部分19聚焦太陽，由于焦點20沒有擋住陽光，吸收設(shè)備可以隨意制作，并可以放置地面的圓形軌跡上，而且拋物面的部分19可以做成很大面積。
附圖9和附圖10的穿透式旋轉(zhuǎn)拋物面，焦點在拋物面下方，不擋太陽，但當(dāng)需要接受很多太陽光時，需要做很長。
附圖11的蒸汽發(fā)電流程圖顯示，利用太陽能溫度高的特點，太陽能熱，到500℃以上，高時達(dá)到1000℃，通過汽輪機22透平發(fā)電后的蒸汽，用來通過換熱器23加熱水使其產(chǎn)生蒸汽，蒸汽通過黑洞12直接過熱后去汽輪機，透平發(fā)電后的蒸汽在換熱器23加熱水自己被冷卻成水，再用泵24打到換熱器23。
權(quán)利要求
1.一種太陽能設(shè)備，其特征在于通過軌道計算實現(xiàn)定日鏡對太陽的自動精確跟蹤，黑洞光熱轉(zhuǎn)換裝置吸收太陽能，落地式或類似旋轉(zhuǎn)拋物面式的太陽光聚集設(shè)備，也可以是側(cè)向聚焦的旋轉(zhuǎn)拋物面或穿透式旋轉(zhuǎn)拋物面實現(xiàn)聚光，高溫蓄熱材料實現(xiàn)夜間發(fā)電，利用太陽熱過熱蒸汽，而蒸汽透平發(fā)電后的氣體加熱水產(chǎn)生蒸汽的最優(yōu)發(fā)電流程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能設(shè)備，其特征在于，定日鏡的運動分為兩個運動，一個運動是以一根平行于地球自轉(zhuǎn)軸的線為軸的均勻圓周運動，目的是在有陽光時跟蹤太陽，來源于地球自轉(zhuǎn)，在定日鏡初始角度確定好后，該均勻圓周運動的速度為48小時一周，在開始有光線照射并能反射到指定位置時進(jìn)行初始定位并開始運動，而到不能反射到指定位置時運動終止；另一個運動，目的是調(diào)整定日鏡隨季節(jié)或日期變化的角度，來源于地球公轉(zhuǎn)，是地球公轉(zhuǎn)軌跡均勻縮小的橢圓運動第一個運動的軸線上的投影的往復(fù)運動，運動范圍和速度是達(dá)到正對太陽所需要范圍和速度的一半，該運動不停止，橢圓運動一周的時間為一年，即365.2422日，往復(fù)到兩頭的時刻正是太陽到南、北回歸線的時刻。兩個運動可以利用齒輪或鏈條傳動或減速。利用鐘表原理的發(fā)條來實現(xiàn)，也可以用同步電機來實現(xiàn)，也可以通過電路板控制同步電機、步進(jìn)電機或其他電機來實現(xiàn)，可以多個定日鏡通過連桿連接到一起運動。也可以通過連接時間的連續(xù)定位的形式實現(xiàn)這兩個運動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能設(shè)備，其特征在于，太陽光聚集后照射到黑洞里吸收，黑洞內(nèi)接受太陽光的面積大于洞口面積的20倍，黑洞里的結(jié)構(gòu)可以是球形、圓柱形、圓錐型，為增加傳熱面積，可以是刺猬形、槽形，還可以是螺旋式的盤管形，可以是一根管子盤繞，也可以是兩根或多根管子盤繞，盤管之間的縫隙很小，只考慮熱脹冷縮。黑洞外面有一個殼體，黑洞和殼體之間充滿吸熱介質(zhì)，殼體外可以加有保溫，對于盤管形，吸熱介質(zhì)在管內(nèi)，盤管外可以加保溫，黑洞的洞口可以用薄的透明玻璃封住，避免對流傳熱。黑洞內(nèi)吸收光的表面可以涂抹黑體材料。黑洞內(nèi)受光面可以是斷開的，其中不需要吸收光的面可以作為反射面，需要吸收光的面則不是反射面，光照射到不需要吸收光的表面上后，光線反射到需要吸收光的面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能設(shè)備，其特征在于，可以采用落地式太陽光聚集設(shè)備，利用定日鏡將太陽光反射固定到地面的黑洞里，定日鏡的南北方向的分布坡度和當(dāng)?shù)氐木暥扔嘘P(guān)，緯度越大，坡度越大，東西方向采取凸型分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能設(shè)備，其特征在于，可以采用類似旋轉(zhuǎn)拋物面式的太陽光聚集設(shè)備，定日鏡采取旋轉(zhuǎn)拋物面的分布，并保證定日鏡之間沒有遮擋，并將太陽光反射固定到地面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能設(shè)備，其特征在于，可以采用側(cè)向聚焦的旋轉(zhuǎn)拋物面實現(xiàn)聚光。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能設(shè)備，其特征在于，可以采用穿透式旋轉(zhuǎn)拋物面實現(xiàn)聚光，既利用拋物面上部的聚光裝置，焦點在下方。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能設(shè)備，其特征在于，可以采用高溫蓄熱材料實現(xiàn)夜間發(fā)電。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能設(shè)備，其特征在于，采用最優(yōu)的發(fā)電流程，利用太陽能過熱蒸汽，過熱蒸汽通過汽輪機發(fā)電，而蒸汽透平發(fā)電后的蒸汽加熱水產(chǎn)生蒸汽。
全文摘要
一種太陽能設(shè)備，屬于可再生能源領(lǐng)域。通過軌道計算實現(xiàn)定日鏡自動精確定位，通過黑洞吸收太陽能的光轉(zhuǎn)換成熱，利用落地式太陽光聚集設(shè)備或側(cè)向聚焦的旋轉(zhuǎn)拋物面聚光裝置以及穿透式旋轉(zhuǎn)拋物面聚光裝置，使用高溫蓄熱材料，實現(xiàn)利用太陽熱過熱蒸汽而蒸汽透平發(fā)電后的氣體加熱水產(chǎn)生蒸汽的最優(yōu)發(fā)電流程。
文檔編號F03G6/06GK1920300SQ20051009288
公開日2007年2月28日 申請日期2005年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月25日
發(fā)明者李江保 申請人:李江保