用于碟型的基于点的太阳能聚光系统的结构以及包括所述结构的聚光系统的制作方法
【专利说明】用于碟型的基于点的太阳能聚光系统的结构以及包括所述结构的聚光系统
[0001]发明目的
[0002]本发明可以被包括在太阳能热技术领域中，更具体地，本发明涉及碟型的基于点的太阳能聚光系统，特别是碟型的，但不是必须是碟型的，诸如斯特林(Stirling)或AMTEC碟。
【背景技术】
[0003]碟型的基于点的太阳能聚光系统(诸如斯特林碟的那些)具有配备有双轴跟踪的抛物面聚光器，以将入射在表面上的太阳能辐射朝着反射表面反射。太阳能接收器位于焦点，其与斯特林发动机或微型涡轮机连接。接收器吸收所集中的太阳能辐射，导致流体的加热，直至适当的温度，使得由流体吸收的能量用于发动机或微型涡轮机中，以通过连接至发动机或微型涡轮机轴的发电机发电。
[0004]存在其他的碟型聚光系统，其中在接收器中加热流体的目的或者是产生过程蒸汽或者是储存。
[0005]在AMTEC (碱金属热-电转换)碟的情况下，类似于斯特林碟，斯特林发动机用新的再生电力转换单元替换，该再生电力转换单元通过使用碱金属允许将热能直接转换成电會K。
[0006]具体地，斯特林碟的主要部件为:
[0007]-太阳能聚光器(也称为主反射器):其包括由一种结构支撑的抛物面镜面。它的任务是将入射到镜面上的太阳能辐射集中，理论上集中到一点，该点与抛物面镜面的焦点重合。
[0008]-太阳能接收器:其是位于焦点且将集中在所述焦点的太阳能朝着工作流体传送的热交换器。
[0009]-斯特林发动机或微型涡轮机:其包括输出轴并将由工作流体吸收的热能转换成机械能，以使输出轴旋转。
[0010]-发电机:其耦接至输出轴并将输出轴的旋转能转换成电能。
[0011]-支撑结构:支撑所有的上述元件，并赋予装配(组件，assembly)刚性和抗力。
[0012]-跟踪系统:其能够使斯特林碟的装配定向，从而使光线总是入射到平行于碟轴线的反射表面上。
[0013]然而，迄今已知的聚光系统具有一些缺点，我们将在下面说明。
[0014]斯特林碟是已知的，其结构通过中央枢轴和基础上的环形式的轮轨系统锚定至地面，该轮轨系统执行升降机构的作用。这种配置使得所述系统从基础产生指向误差，这成为装配的关键步骤。
[0015]其他系统包括数米高的底座，在该底座上设置有聚光器结构和桁架系统，斯特林发动机锚定于桁架系统的端部。这种“基于点的支撑”系统在旋转机构中产生很大的应力集中，而且由于底座整(全)天的变形，在很大程度上增加了该技术的维护和安装成本。
[0016]迄今为止的碟型跟踪器的另一个缺点(并且该缺点已经成为在大型工厂中进行连续生产的阻碍)是运输这些结构所涉及的高成本，因为这些结构相对它们支撑的重量必须是大体积的。
[0017]总之，具有以下缺点:沉重且复杂的结构，这使得结构的制造更加昂贵和复杂，还有形成它的各零件的运输，组装和维护；基础不准确，这转移至结构操作；高的应力集中；以及辐射聚光集中在焦点时的聚焦缺乏准确性。
[0018]目的是描述一种没有上述缺点的碟型的基于点的太阳能聚光系统。
【发明内容】
[0019]根据本发明的第一方面，通过一种用于碟型的基于点的太阳能聚光系统的结构，并且根据本发明的第二方面，通过一种包括所述结构的碟型的基于点的太阳能聚光系统，本发明解决了上述缺点。
[0020]本发明的结构包括被设计为优选地通过粧基而锚定于地面(或者通过混凝土或者通过金属粧基直接锚定于地面)的锚定子结构。该锚定子结构为所述结构提供到地面的固定。
[0021]它还具有跟踪子结构，其以相对于所述锚定子结构围绕方位角轴线(方向轴线，azimuth axis)旋转的方式连接至销定子结构，以产生跟踪子结构的方位角跟踪。以举例的方式，锚定子结构和跟踪子结构通过方位角冠状件连接，该方位角冠状件包括固定至锚定子结构的壳体和壳体内部的齿轮，该齿轮相对于壳体围绕方位角轴线旋转并且被联接到跟踪子结构。第一发动机负责致动齿轮，使得齿轮相对于壳体的旋转驱动跟踪子结构，从而产生所述跟踪结构的方位角定向。
[0022]该结构另外包括驱动子结构，该驱动子结构包括位于平行平面中并通过连结杆连接在一起的两个同轴的环框(hoop)，并且所述连结杆可以是倾斜的和/或垂直于环框。所述环框由组装在一起的部段(部分，区段，segment)构成，以安装每个环框。优选地，所述部段是中空的型材，在其端部处能够插入弯曲杆，以在相邻的部段之间提供相应的固定。
[0023]根据本发明的第二目的，一旦组装，驱动子结构在其轮廓中包括容器，以容纳太阳能接收器，该太阳能接收器将与斯特林发动机、微型涡轮机或类似装置连接。该驱动子结构联接到跟踪子结构，使得其通过所述跟踪子结构的方位角运动而被驱动。同样地，驱动子结构相对于跟踪子结构围绕与环框共同的轴线旋转，以给容器提供升降跟踪。
[0024]具体地，该结构可以包括安装在跟踪子结构中的两对滑块，一对滑块用于每个环框，以容纳环框并在其升降运动中引导驱动结构。滑块包括被设计成与环框连接的滚动元件，以促进升降运动。
[0025]第二发动机使驱动子结构相对于跟踪子结构旋转。优选地，第二发动机攻击环框的传送(例如，链条，或者弯曲的齿条，其联接到环框中的至少一个，以引起所述升降运动。
[0026]因此，利用由第一发动机引起的跟踪子结构的运动以及由第二发动机引起的驱动子结构的运动，实现了被设计成容纳太阳能接收器的容器的双轴跟踪，因而，实现了聚焦。
[0027]本发明还包括连接子结构和支撑子结构，该支撑子结构联接到连接子结构且被设计为支撑优选抛物面形式的反射表面，反射表面的焦点与容器基本上一致，所述容器定义了根据本发明的第二方面的聚光系统的太阳能聚光器，如将在下面进行描述的。
[0028]连接子结构是模块化杆结构，因此具有很大的刚性，其连接至驱动结构且被设计为支撑反射表面和所述反射表面的支撑子结构。
[0029]支撑子结构具有支架的形式并且被接合到连接子结构。
[0030]本发明的结构克服了抛物面的焦点相对于接收器的中心基础变化的问题，由于提供接收器表面与地面之间的去耦的调平装置(levelling device)，从而避免了地面的变化转移到结构。锚定子结构连同其调平装置代替了现有技术中的高底座，因此避免了由于地面和特定基础所产生的应力。
[0031]另一方面，由于使用装备有由轴承辅助的滚动元件的滑块，粘滑效应被最小化。驱动子结构的旋转经受大大减少的误差，这是因为所述误差由于环框的大直径而被转换为非常低的角度差。所提供的解决方案使得可以利用现有技术中存在的很高高度的支撑轴并利用先前使用的具有很高的集中应力的运动系统来分配。
[0032]同样地，驱动子结构形成非常稳定和坚固的结构，理想地用于以比其他已知解决方案所提供的高得多的精度容纳斯特林发动机或类似装置，诸如，例如，天鹅的颈部形式的支撑，就振动情况、发动机的起动转矩，甚至其自身的重量而言，这是一个很大的缺点，使得其尺寸设计成大量消耗原材料。
[0033]转鼓旋转的容易性意味着，发动机维护的效率是无与伦比的，因为它被放置在非常接近地面的位置，从而避免了辅助起重机械的使用。
[0034]如先前所解释的，并且在以下说明的优选实施例中将变得很清楚，驱动子结构以及连接子结构和支撑子结构都被设计成通过简单的零件安装，优选地具有主要是线性的维度，并且具有有利于重量而不是体积决定的运输物流的目的。
[0035]所述零件可以紧凑地运输，从而避免了变形，所述变形可能导致其功能无效并使其调试更昂贵甚至破坏它。利用施工条件进行设计，这允许我们能够应用精益的制造技术进行其组装，以这种方式实现在一个已知且稳定的时间周期中的装配，并且还保证其质量。
[0036]此外，所提出的关于如何由纵向零件(其可以以简单的构造(杆或冲压零件)堆叠，优选地以热镀锌钢板生产)的简单接头生产驱动子结构、连接子结构和支撑子结构的解决方案，允许相对于所获得的抗力和刚性最大程度地利用材料，并且在运输中提供优势，这是由于零件可以紧凑地包装。同样地，热镀锌钢板是很容易获得的广泛产品，其承受时间流逝的能力被广泛验证。
[0037]连接子结构和支撑子结构的