塔碟式太阳能综合利用系统

摘要

本发明公开了一种塔碟式太阳能综合利用系统。所述系统包括：塔身；发电系统，所述发电系统安装在塔身的端部，利用太阳能接收装置接收的太阳光发电；太阳能接收装置，所述太阳能接收装置通过支架安装至所述塔身，用于接收太阳光；和安装在塔身上的二维太阳追踪系统，用于驱动所述太阳能接收装置跟踪太阳，使其接收太阳光的能力最大化。所述系统还包括用于在光线不足时使发电系统继续工作的燃气系统和自然光照明系统，从而构成综合利用太阳能的复合式系统。

权利要求

1.一种塔碟式太阳能综合利用系统，包括：

塔身；

发电系统，所述发电系统固定在塔身的端部，利用太阳能接收装置接收的太阳光发电；

太阳能接收装置，所述太阳能接收装置通过支架安装至所述塔身，用于接收太阳光；其中所述太阳能接收装置包括反光镜；和二维太阳追踪系统，所述二维太阳追踪系统安装在塔身上，用于驱动所述太阳能接收装置跟踪太阳，使其接收太阳光的能力最大化；

其中所述二维太阳追踪系统驱动所述太阳能接收装置的反光镜绕通过固定的发电系统前端的X轴和Y轴旋转，使得反光镜的焦点始终对准固定的发电系统的前端。

2.根据权利要求1所述的塔碟式太阳能综合利用系统，其特征在于，所述反光镜为球曲面反光镜或由大量小平面镜沿球面布置而成，其中球曲面反光镜的焦点或所述大量小平面镜的反光焦点被设置在发电系统前端的吸热器上。

3.根据权利要求2所述的塔碟式太阳能综合利用系统，其特征在于，所述发电系统是斯特林发电系统。

4.根据权利要求3所述的塔碟式太阳能综合利用系统，其特征在于，所述X轴和Y轴是相互垂直的。

5.根据权利要求4中所述的塔碟式太阳能综合利用系统，其特征在于，所述发电系统被设置成沿Y轴与水平面成45°角。

6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的塔碟式太阳能综合利用系统，其特征在于，所述二维太阳追踪系统包括太阳跟踪电器控制器、太阳跟踪导向柱、多个光敏电阻、Y轴旋转驱动系统和X轴旋转驱动系统，其中多个光敏电阻被设置在太阳跟踪导向柱的一端并环绕所述太阳跟踪导向柱设置，当所述多个光敏电阻接收的光强度产生差异时，所述太阳跟踪电器控制器控制Y轴旋转驱动系统和X轴旋转驱动系统使所述太阳能接收装置绕X轴和/或Y轴旋转作空间二维运动，直到所述多个光敏电阻的光强度一致。

7.根据权利要求6所述的塔碟式太阳能综合利用系统，其特征在于，所述太阳跟踪导向柱沿Y轴与所述太阳能接收装置垂直，并且所述发电系统的前端也在Y轴上且与所述太阳能接收装置的焦点重合。

8.根据权利要求1所述的塔碟式太阳能综合利用系统，其特征在于，所述塔身采用固定式塔身。

9.根据权利要求1所述的塔碟式太阳能综合利用系统，其特征在于，所述塔碟式太阳能综合利用系统还包括燃气系统，用于在光线不足时使发电系统继续工作。

10.根据权利要求1所述的塔碟式太阳能综合利用系统，其特征在于，所述塔碟式太阳能综合利用系统还包括自然光照明系统。

说明书

塔碟式太阳能综合利用系统

技术领域

[0001] 本发明涉及太阳能应用技术、斯特林发电动力系统等技术领域，是一种太阳能综合利用系统。此外，还可以加装燃气动力系统，从而获得利用太阳能和燃气两种能源动力，互为补充地驱动斯特林发电系统发电。斯特林发电系统产生的热能加热冷却水，可直接用于提供生活热水或用于空调系统的制冷供热；聚集的太阳光能通过光纤传导，不经过转换直接用于自然光照明。

背景技术

[0002] 太阳能已在光伏发电、塔式、碟式和槽式光热发电、碟式和槽式供热系统和自然光照明方面有广泛应用。目前的各种太阳能利用系统还不能把光热发电、光热供暖和自然光照明有机地结合在一起，还不能实现用最佳的结构形式组合和最先进的零部件技术来发挥最大的太阳能综合利用效率。例如，现有的塔式太阳能发电系统依然沿用传统的先加热水产生蒸汽，再推动蒸汽轮机发电的方式，发电效率低，定日镜跟踪控制困难，只有达到几十到几百兆瓦级的大规模发电系统才有应用价值。现有的碟式太阳能发电系统的抛物面反光镜的焦点随太阳的移动而在空间移动，从而发电系统也要随焦点在空间移动，如若加上供热系统，输水管路难以在空间大范围移动，给设计、制造带来困难。以上种种原因限制了塔式、碟式太阳能利用系统的应用，难以向更深层次的商业化运作和产业化发展。

发明内容

[0003] 鉴于上述技术问题，本发明提供了一种塔碟式太阳能综合利用系统。该塔碟式太阳能综合利用系统既能小规模分布式单独使用，又能大规模阵列模块化集成应用。该系统可以利用太阳能和燃气两种能源互为补充，全天候持续、稳定地提供热能；反射聚光镜的焦点始终聚集在安装在塔身顶端的斯特林发电系统的高温陶瓷吸热器的前端，直接利用聚集的太阳光产生的热能(或处于同一位置的燃气供气系统)发电，减少转换环节，提高热能利用率。冷却斯特林发电系统的冷却水循环管路系统方便地固定于塔身，被加热的冷却水可用于提供生活热水或空调系统的制冷供热。再加上自然光照明系统，就成为集光导、光电、光热技术为一体的太阳能燃气双动力发电、冷热联供及自然光照明系统。

[0004] 在一个实施例中，本发明的塔碟式太阳能综合利用系统包括：塔身；发电系统，所述发电系统安装在塔身的端部，利用太阳能接收装置接收的太阳光发电；太阳能接收装置，所述太阳能接收装置通过支架安装至所述塔身，用于接收太阳光；和二维太阳追踪系统，所述二维太阳追踪系统安装在塔身上，用于驱动所述太阳能接收装置跟踪太阳，使其接收太阳光的能力最大化。

[0005] 优选地，所述太阳能接收装置包括反光镜，所述反光镜为球曲面反光镜或由大量小平面镜沿球面布置而成，其中球曲面反光镜的焦点或所述大量小平面镜的反光焦点被设置在发电系统前端的吸热器上。

[0006] 优选地，所述发电系统是斯特林发电系统。

[0007] 优选地，所述二维太阳追踪系统可用于驱动所述太阳能接收装置绕相互垂直的X轴和Y轴旋转。

[0008] 优选地，所述发电系统被设置成沿Y轴与水平面成45°角。

[0009] 优选地，所述二维太阳追踪系统包括太阳跟踪电器控制器、太阳跟踪导向柱、多个光敏电阻、Y轴旋转驱动系统和X轴旋转驱动系统，其中多个光敏电阻被设置在太阳跟踪导向柱的一端并环绕所述太阳跟踪导向柱设置，当所述多个光敏电阻接收的光强度产生差异时，所述太阳跟踪电器控制器控制Y轴旋转驱动系统和X轴旋转驱动系统使所述太阳能接收装置绕X轴和/或Y轴旋转作空间二维运动，直到所述多个光敏电阻的光强度一致。

[0010] 优选地，所述太阳跟踪导向柱沿Y轴与所述太阳能接收装置垂直，并且所述发电系统的前端也在Y轴上且与所述太阳能接收装置的焦点重合。

[0011] 优选地，所述塔身采用固定式塔身。

[0012] 优选地，所述塔碟式太阳能综合利用系统还包括燃气系统，用于在光线不足时使发电系统继续工作。

[0013] 优选地，所述塔碟式太阳能综合利用系统还包括自然光照明系统。

[0014] 本发明的有益效果如下：

[0015] 1、改变了以往只有碟式太阳能利用系统与斯特林发电系统直接联接应用的模式，由于斯特林发电系统固定不动，便于设计、制造，便于实现(冷)热电光联供系统；

[0016] 2、改变了以往塔式发电系统中用加热的蒸汽推动蒸汽轮机发电的方式，减少了这一转换环节，直接利用光热转换的热能推动斯特林发电系统发电；

[0017] 3、自然光照明与光热发电、供暖(制冷)结合，构成太阳能的全面综合利用系统。

附图说明

[0018] 图1是本发明的塔碟式太阳能综合利用系统的优选的结构示意图。

[0019] 图2是本发明的塔碟式太阳能综合利用系统的系统运动示意图。

[0020] 图3是图1所示塔碟式太阳能综合利用系统的发电系统部分的放大图。

[0021] 附图标记列表如下：

[0022] 1、塔身；2、太阳能接收装置；3、燃气系统；4、发电系统；5、电力输送系统；6、自然光照明系统；7、冷却水循环系统；8、太阳跟踪电器控制器；9、太阳跟踪导向柱；10、光敏电阻；11、沿Y轴旋转驱动系统；12、沿X轴旋转驱动系统；13、二维太阳追踪系统；14、连接件；15、支架。

具体实施方式

[0023] 图1示出了本发明的优选实施例的结构示意图。如图所示，本发明的塔碟式太阳能综合利用系统包括：塔身1；安装在塔身1端部的发电系统4，用于利用太阳能接收装置2接收的太阳光发电；通过支架15安装至塔身1的太阳能接收装置2，用于接收太阳光；和安装在塔身上的二维太阳追踪系统13，用于使太阳能接收装置2接收太阳光的能力最大化。其中，太阳能接收装置2产生的焦点固定在发电系统4上。优选的，发电系统4设置在塔身
1的端部内(见图3)。

[0024] 参见图1-3，塔身1作为整个塔碟式太阳能综合利用系统的支架是固定不动的。在本实施例中，太阳能接收装置2可以是反光镜，而发电系统4可以是斯特林发电系统。斯特林发电系统4固定在塔身1的端部，其中心轴设为Y轴，优选地设置成与水平面成45°角，便于反光镜2在空间二维运动时焦点始终对准固定的斯特林发电系统4的前端，产生的高温使斯特林发电系统4做功发电，经电力输出系统5输送到电网。

[0025] 斯特林发电系统4周围设置有固定支架15，在固定支架15上可旋转地安装反光镜2。

[0026] 固定支架15本身可在斯特林发电系统4外周绕Y轴旋转，并且在该支架15上另设有一枢转结构，使反光镜2可通过该枢转结构绕X轴旋转，其中Y轴与X轴垂直。

[0027] 反光镜2可以是一个整体形成的球曲面反光镜，也可以由大量小平面镜沿球面布置而成，球曲面反光镜的焦点或所述大量小平面镜的反光焦点被设置在斯特林发电系统4的前端的高温陶瓷吸热器上。斯特林发电系统4利用吸收的热量做功发电。发出的电经电力输送系统5输送至需要的场所。

[0028] 同时，冷却斯特林发电系统4的冷却水循环系统7将输入的凉水加热，输出的热水用于生活热水或供暖。在一些应用中，如果加上制冷系统，斯特林发电系统4还可以进行制冷。

[0029] 自然光照明系统6中的光纤及太阳光灯具可将反光镜2聚集的太阳光直接传导，用于室内、地下及海洋等地点的自然光照明。自然光照明系统6已在同属于本申请人的中国专利号200410010807.X中有详细描述，该文献在此以其全文形式被结合入本文作为引用。当阳光不足或夜晚时，整个联供系统自动切换到燃气系统3，用燃烧燃气产生的热能驱动斯特林发电系统4，继续发电、供热，保证整个联供系统始终处于工作状态。优选的，自动切换到燃气系统3可利用不同的光强度完成。例如，晴天或阴天的光强度不同，在光敏电阻上产生的电信号强度不同，再由电器控制系统控制联供系统进行太阳能系统与燃气系统的切换。燃气系统3可通过将燃气管道固定在塔身，使喷嘴的火苗(如图3中附图标记33所示)与光斑重合，从而连接至本系统。

[0030] 在斯特林发电系统4外部的固定支架上还设有二维太阳追踪系统13。如图2所示，二维太阳追踪系统13包括太阳跟踪电器控制器8、太阳跟踪导向柱9、光敏电阻10、沿Y轴旋转驱动系统11和沿X轴旋转驱动系统12。其中，太阳跟踪电器控制器8安装在太阳跟踪导向柱9的一端(例如朝向太阳的一端)，而光敏电阻10环绕太阳跟踪导向柱9安装在太阳跟踪导向柱的另一端。并且，太阳跟踪电器控制器8、太阳跟踪导向柱9和光敏电阻10通过连接件14安装至固定支架15上。因此，太阳跟踪电器控制器8、太阳跟踪导向柱9和光敏电阻10连同连接件14可随固定支架15绕Y轴旋转，并且还可通过枢转结构绕X轴旋转，其中Y轴与X轴垂直。

[0031] 在工作时，当太阳跟踪导向柱9精确指向太阳(即太阳光沿Y轴照射)，照射到数个环周排列(即设置在太阳跟踪导向柱9的一端并环绕太阳跟踪导向柱9排列)的光敏电阻10上的光强度一致，此时太阳跟踪电器控制器8控制Y轴旋转驱动系统11和X轴旋转驱动系统12保持不动。当太阳移动后，太阳跟踪导向柱9产生的阴影会使一部分光敏电阻(例如背向太阳光的光敏电阻)接收到的太阳光照的光强度下降，与不在阴影区域的光敏电阻光强度产生差异。此时，在太阳二维跟踪电器控制器8的控制下，Y轴旋转驱动系统11和X轴旋转驱动系统12同时(或分别)被驱动，带动反光镜2绕Y轴和/或X轴转动，直到照射到数个环绕导向柱9环周排列的光敏电阻10上的光强度一致，即，使太阳跟踪导向柱9沿Y轴重新精确指向太阳。太阳跟踪导向柱9沿Y轴在结构上与反光镜2垂直，即能保证焦点在Y轴上。同时，斯特林发电系统4的前端也在Y轴上，且与反光镜2的焦点重合。当沿Y轴旋转驱动系统11转动时，反光镜2的焦点始终会落在斯特林发电系统4的前端。结构上X轴通过斯特林发电系统4的前端，且X轴为反光镜2的旋转轴线，从而保证反光镜2的焦点始终落在斯特林发电系统4的前端范围内。也就是说，反光镜2二维跟踪聚焦太阳光，使得反光镜2的焦点始终对准斯特林发电系统4的前端的高温陶瓷吸热器(即焦点不动)。反光镜2在太阳二维跟踪电器控制器8控制下，沿X轴和Y轴做空间二维正反向旋转运动，跟踪太阳从日出到日落的轨迹，从而能够获得最佳的采光效果。

[0032] 工业实用性

[0033] 本发明中燃气系统所用的燃气可以是天然气、沼气和氢气等各种清洁能源，也可以是生物材料燃烧后产生的热气体。作为太阳能的补充能源，阴天或夜晚时可驱动系统发电、供热。太阳能光热发电与现有电网匹配性好、光电转化效率高、发电连续稳定和调峰发电能力较强，发电设备生产过程绿色环保，不产生任何有毒物质，容易实现直接并网供电。

[0034] 本发明既能小规模分布式单独应用，又能够大规模阵列模块化集成应用。适用于别墅或农村单户居民使用，也可用于居民楼、写字楼等建筑。也可以用于构建大规模电站及集中供热系统。

[0035] 太阳能作为取之不尽的绿色环保能源，不仅有益于人们的身体健康，节约大量电能和热能，还减少因发电、供热而对环境造成的污染。

[0036] 本发明不局限于上述具体实施方式，本领域的技术人员可以根据本发明的教导对本发明的塔碟式太阳能综合利用系统作出各种修改和变化。所有这些修改和变化均应落在本发明的保护范围之内，并且本发明的保护范围应根据权利要求的内容加以确定。