专利名称：太阳能集束聚光控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能集束聚光控制系统，广泛应用于太阳能热发电、太阳能空调、取暖、热水等领域。
背景技术：
在太阳能热利用领域，旋转抛物面反射镜一直是汇聚太阳光最有效的装置，但是它的焦点是随着反射镜一起运动的。这就使接受器的尺寸和质量都受到限制，尺寸大了设计、制造、安装精度有困难，若是槽式、塔式还会遮挡反射镜，质量重了又会增加支撑杆的负荷；同时，集热接受器处于运动状态也不利于能量的导出和保温的设计。为了解决这个问题，人们一直在努力发明一种焦点位置固定不动，仅通过反射镜的跟踪运动就能汇聚太阳光的聚光器，提出各种不同思路的设计方案，有的已开发出产品并且成功地推广应用。但这类反射镜其实只能称其为“准固定”，或低效能的固定，这类装置虽然焦点固定，但是焦斑所在的平面，即焦平面却是围饶着焦点运动的，所以它们的性能不如真正的固定焦点式聚光反射镜。最常见的就是一种围焦点作方位——仰角跟踪的太阳灶，它的方位调整轴是通过焦点的一条垂线，而仰调整轴是通过焦点的一条水平线，所以无论反射面怎样运动焦点总是固定不变，但缺点是焦平面随着反射面而运动，无法在接受器上形成固定的焦斑。在历史上，正面跟踪太阳的太阳能系统中，由于镜阵和反射镜具有MXN个控制点，设备投入的成本、设备总重量、抗风、沙尘暴等一系列问题，一直是困扰太阳能热利用，特别是大型太阳能热发电实现商业化的难点。有专家打破了传统的采用方位角一仰角的太阳跟踪方法，提出了采用自旋一仰角的跟踪公式，用计算机控制系统实现了 MXN个控制单元简化为M+N个控制单元，即MXN = M+N，在此发明提出之前，都没有发现一个好的镜阵聚焦方案，以至产生单位装机投资大、热发电成本高、光电转换率低并无一超过30%，难以商业化推广的蝶式、槽式、塔式聚能的太阳能热发电厂。如该类技术中广被应用的塔式技术，众多的定日镜围绕中心塔而建立，占地面积巨大；各个定日镜需要单独进行两维控制，控制系统极其复杂；为了减少众多定日镜的余弦效应，中心塔必须建得足够高，投资过大。中国曾有在抛物面焦点安装一面反射镜，将聚合光反射穿过抛物面镜底中央，于同轴处再用一面反射镜反射向目标集热器，中国专利申请号201010153222.9。此法，控制一面镜是容易的，但是，控制一面镜就需2个电机，那么，控制MXN个镜阵的第二次反射的反射镜就需要MXNX2个电机。而且，针对每一个反射镜，又有的经、纬偏转度各不相同的控制，这明显是非常复杂的。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种太阳能集束聚光控制系统，将镜阵光柱集束，减少控制点，安装和维护简单、实用，可以使用单个集成线路代替复杂的计算机控制系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
本发明涉及一种太阳能集束聚光控制系统，其包括实时跟踪太阳的镜阵，以及接收集束光柱的太阳能集热器；所述镜阵具有M排XN列个聚光镜单元，每个所述聚光镜单元包括底部设有通孔的抛物面聚光镜，以及设置在每个抛物面聚光镜聚光焦点处并能够将经抛物面聚光镜聚合的太阳光平衡反射穿过通孔的上层反射镜；在通过每个通孔的光路方向上设有中层第一反射镜，在经过每个中层第一反射镜反射后的光路方向上设有中层第二反射镜，中层第一反射镜和中层第二反射镜能够将上层的MXN个光柱聚集形成密集平衡光柱；在所述密集平衡光柱的光路方向上设有能够将所述密集平衡光柱反射到太阳能集热器的下层反射镜。优选的，所述多个中层第二反射镜呈倒树状分布在所述镜阵的下方。优选的，所述上层反射镜、中层第一反射镜、中层第二反射镜固定设置在所述镜阵的下方，所述下层反射镜通过支柱可转动设置在所述镜阵的下方，并通过数控电机控制所述下层反射镜的角度。优选的，所述每个中层第一反射镜固定在每个抛物面聚光镜的下方，所述多个中层第二反射镜固定在所述镜阵的下方。优选的，所述上层反射镜通过支架固定在抛物面聚光镜上，所述中层第一反射镜和中层第二反射镜皆通过支柱连接至所述镜阵的下方。优选的，经过所述下层反射镜反射后的光柱光路方向上，设置有可将光柱反射投向太阳能集热器的外部反光镜，并且通过数控电机控制外部反光镜的角度。优选的，所述镜阵设置在支架上，由数控电机控制跟踪太阳。优选的，所述上层反射镜为微型凹面镜。优选的，所述中层第一反射镜、中层第二反射镜和下层反射镜皆为平面镜。优选的，所述抛物面聚光镜为能够聚焦的有缝或有孔的旋转抛物面，或者能够聚焦的无缝或无孔的旋转抛物面。与现有技术相比，本发明有以下优点:1、本发明的太阳能集束聚光控制系统对施工人员要求简单，维护方便，对所用设备的精度要求低，可实施性高；2、本发明的太阳能集束聚光控制系统占地面积很小，与功率等级的增加仅呈线性变化；3、所有的反射镜组成的镜阵可由一个控制器进行集中控制，使控制系统非常筒单，日常维护也十分简易，同时大大减少本身的能耗；4、不存在余弦效应问题，不必建高塔，受热器上的光斑仅与投射光束的直径有关，设计很方便，保证整个受热过程中受热器上温度恒定，让太阳能使用范围扩大；5、整个集束聚光控制系统造价为目前太阳能热发电利用设备中最低的，可与核能相比，且无核电的隐患；6、解决了储能问题，能做到全天候发电，避免了像风能、光伏发电对电网造成的大的冲击。
图1为本发明的太阳能集束聚光控制系统的镜阵分布示意图；图2为本发明的太阳能集束聚光控制系统的上层光路原理示意图；图3为本发明的太阳能集束聚光控制系统的第一种实施方式的一排中层和下层光路原理意图；图4为本发明的太阳能集束聚光控制系统的第二种实施方式的一排中层和下层光路原理示意图。附图标记:1_抛物面聚光镜；10_上层反射镜；11_通孔；12_第一光柱；2_中层第一反射镜；2_第二光柱；3_中层第二反射镜；30_第三光柱；4_下层反射镜；40_第四光柱；5-反光镜；50_第五光柱。
具体实施例方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步的详细描述。图1所示为本发明的太阳能集束聚光控制系统的镜阵分布示意图，每个镜阵由M排XN列个聚光镜单元组成，整个镜阵设置在支架上，由数控电机控制跟踪太阳180°升、落翻转，并随季节变化，跟踪太阳正面投射。下面详细说明本发明的太阳能集束聚光控制系统的组成结构及聚光原理。在本发明实施方式中，聚光控制系统分为上层、中层、下层。图2所示，为本发明的太阳能集束聚光控制系统的上层光路原理示意图。上层结构为图1中的M排XN列个聚光镜单元。每个聚光镜单元具有一个抛物面聚光镜1，抛物面聚光镜I的底部中央设有一个通孔11，在每个抛物面聚光镜I的聚光焦点处，设置一个微型上层反射镜10，太阳光经抛物面聚光镜I汇聚至上层反射镜10，然后光能平衡反射穿过抛物面聚光镜I的通孔11，形成第一光柱12。这样，在整个镜阵M排XN列个聚光镜单元的背面，形成MXN个平行光柱12组成的光柱林。所述抛物面聚光镜I为能够聚焦的旋转抛物面。可根据风暴、沙尘暴级别的需要，分为无缝或无孔抛物面镜，以及有缝或有孔抛物面镜，例如在有飓风、台风、沙尘暴的地区，有缝或有孔的抛物面镜可以起到卸力的作用。每个上层反射镜10可通过支架焊接固定在每个抛物面聚光镜I上，或者MXN个上层反射镜10通过整体支架一同焊接在上述镜阵上。在本发明其它实施方式中，也可采用其他方式固定。图3所不,为本发明的太阳能集束聚光控制系统的第一种实施方式的一排中层和下层光路原理示意图。中层结构包括MXN个中层第一反射镜2和MXN个中层第二反射镜3，每个中层第一反射镜2和中层第二反射镜3都通过一个支柱固定至镜阵的下方。每个中层第一反射镜2对应设置在每个抛物面聚光镜I的通孔11下方，即在通过每个通孔11的光路方向上，设置一个中层第一反射镜2，用于将经过通孔11的第一光柱12进行反射形成第二光柱20，所述中层第一反射镜2与镜阵构成一体，以保证绝对同步跟踪投射下来的第一光柱12。MXN个中层第二反射镜3呈倒树状分布，且每个中层第二反射镜3设置在每个第二光柱20的光路方向上，第二光柱20投射到中层第二个反射镜3上后，最终形成MXN个密集的平衡第三光柱30，倒树状分布的中层第二反射镜3能够将MXN个第二光柱20形成MXN个平衡的第三光柱30。下层结构设置有一个下层反射镜4，其将中层投射下来的密集平衡光柱(第三光柱)30反射至外部反光镜5,从而,夕卜部反光镜5将密集的第四光柱40反射投向集热器。下层反射镜4通过支柱与镜阵可转动连接。在本发明实施方式中，通过第一数控电机控制所述下层反射镜4的角度，通过第二数控电机控制所述外部反光镜5的角度，当镜阵跟踪太阳转动时，通过调整下层反射镜4和外部反光镜5的角度,将密集第五光柱50投向集热器。图4所示，为本发明的太阳能集束聚光控制系统的第二种实施方式的一排中层和下层光路原理不意图。图4和图3的区别点为:图3中的外部反光镜5为平面镜，图4的外部反光镜5为凹面镜。在本发明实施方式中，通孔11设置在抛物面聚光镜I的底部中央，在其它实施方式中，通孔11的设置位置可根据需要或集热器所在位置进行选择。但若通孔11不设在底部中间，则上层反射镜10需换成双曲面或多曲面反射镜。在本发明实施方式中，上层反射镜10为微型凹面镜，中层第一反射镜2、中层第二反射镜3以及下层反射镜4皆为微型平面镜。本发明的整个太阳能集束聚光控制系统中，通过微型数控电机控制下层反射镜4和外部反光镜5的角度，从而将密集束平衡光柱30按任意方向投射至太阳能集热器。在本发明的其他实施方式中，呈倒树状分布的中层第二反射镜3的整体位置可设置在镜阵下方的一角，或任意一个抛物面聚光镜中心点下，此时，中层第二反射镜3的数量可为(MXN-1)个。以上所述，仅是用以说明本发明的具体实施案例而已，并非用以限定本发明的可实施范围，举凡本领域熟练技术人员在未脱离本发明所指示的精神与原理下所完成的一切等效改变或修饰，仍应由本发明权利要求的范围所覆盖。
权利要求
1.一种太阳能集束聚光控制系统，其包括实时跟踪太阳的镜阵，以及接收集束光柱的太阳能集热器，其特征在于，包括: 所述镜阵具有M排XN列个聚光镜单元，每个所述聚光镜单元包括底部设有通孔(11)的抛物面聚光镜(I)，以及设置在每个抛物面聚光镜(I)聚光焦点处并能够将经抛物面聚光镜(I)聚合的太阳光平衡反射穿过通孔(11)的上层反射镜(10)； 在通过每个通孔(11)的光路方向上设有中层第一反射镜(2)，在经过每个中层第一反射镜(2)反射后的光路方向上设有中层第二反射镜(3),中层第一反射镜(2)和中层第二反射镜(3)能够将上层的MXN个光柱聚集形成密集平衡光柱(30);在所述密集平衡光柱(30)的光路方向上设有能够将所述密集平衡光柱(30)反射到太阳能集热器的下层反射镜⑷。
2.如权利要求1所述的太阳能集束聚光控制系统，其特征在于:所述多个中层第二反射镜(3)呈倒树状分布在所述镜阵的下方。
3.如权利要求1所述的太阳能集束聚光控制系统，其特征在于:所述上层反射镜(10)、中层第一反射镜(2)、中层第二反射镜(3)固定设置在所述镜阵的下方，所述下层反射镜(4)通过支柱可转动设置在所述镜阵的下方，并通过数控电机控制所述下层反射镜(4)的角度。
4.如权利要求3所述的太阳能集束聚光控制系统，其特征在于:所述每个中层第一反射镜(2)固定在每个抛物面聚光镜(I)的下方，所述多个中层第二反射镜(3)固定在所述镜阵的下方。
5.如权利要求3所述的太阳能集束聚光控制系统，其特征在于:所述上层反射镜(10)通过支架固定在抛物面聚光镜(I)上，所述中层第一反射镜(2)和中层第二反射镜(3)皆通过支柱(20)连接至所述镜阵的下方。
6.如权利要求1所述的太阳能集束聚光控制系统，其特征在于:经过所述下层反射镜(4)反射后的光柱(40)光路方向上，设置有可将光柱(40)反射投向太阳能集热器的外部反光镜(5)，并且通过数控电机控制外部反光镜(5)的角度。
7.如权利要求1所述的太阳能集束聚光控制系统，其特征在于:所述镜阵设置在支架上，由数控电机控制跟踪太阳。
8.如权利要求1所述的太阳能集束聚光控制系统，其特征在于:所述上层反射镜(10)为微型凹面镜。
9.如权利要求1所述的太阳能集束聚光控制系统，其特征在于:所述中层第一反射镜(2)、中层第二反射镜(3)和下层反射镜(4)皆为平面镜。
10.如权利要求1所述的太阳能集束聚光控制系统，其特征在于:所述抛物面聚光镜为能够聚焦的有缝或有孔的旋转抛物面，或者能够聚焦的无缝或无孔的旋转抛物面。
全文摘要
本发明涉及一种太阳能集束聚光控制系统，其包括实时跟踪太阳的镜阵，以及接收集束光柱的太阳能集热器，镜阵具有M排×N列个聚光镜单元，每个聚光镜单元包括一个底部设有通孔的抛物面聚光镜以及上层反射镜，在通过每个通孔的光路方向上设有中层第一反射镜，在经过每个中层第一反射镜反射后的光路方向上设有中层第二反射镜，中层第一反射镜和中层第二反射镜能够将上层的M×N个光柱聚集形成密集平衡光柱；在所述密集平衡光柱的光路方向上设有能够将所述密集平衡光柱反射到太阳能集热器的下层反射镜。本发明的太阳能集束聚光控制系统将镜阵光柱集束，减少控制点，安装和维护简单、实用，可以使用单个集成线路代替复杂的计算机控制系统。
文档编号F24J2/46GK103175310SQ20111044217
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者陈展和 申请人:深圳市阳能科技有限公司