一种反射镜及聚光与储能装置的制作方法

本发明为一种反射镜及聚光与储能装置，属于太阳能利用领域。

背景技术：

现有的聚光反射镜比如槽式抛物面镜，蝶式反射镜及其它反射镜均只有一个焦点，只有当太阳光平行于其焦线时才能聚光，当入射的太阳光与其焦线有夹角时，则不能聚焦，这样要对太阳光聚焦必须使反射镜始终正对着太阳，跟踪驱动成本和支架成本均很高昂，影响了太阳能的利用。

本发明的目的是发明一种固定于地面的反射镜，无论入射太阳光如何移动，用此镜均可聚光成线状或窄带状的焦线，及利用此镜的聚光与储能装置。

技术实现要素：

为实现本发明的目的，本发明的技术方案是：一种弧形反射镜，此弧形反射镜固定安装于地面或固定于其他构件上弧形镜凹面面向太阳，此弧形镜的形状使得从任何方向入射的太阳光均聚焦于位于此弧形镜的凹面且相切于此弧形镜的中心点的球面上或球面附近的点状区域，优选地，上述弧形镜的开口平面为平行四边形，相应地上述聚焦的焦斑在弧形镜的上方形成一条焦线或焦带，在上述焦线或焦带或其附近上放置若干块二次聚光镜，且使此二次聚光镜跟踪上述焦线或焦带的运动轨迹及随太阳光的入射角的变化相应调整二次镜的角度从而使得二次镜聚焦的光汇聚到一条带状区域上。

若干块上述弧形反射镜和二次聚光镜组合成一镜场，投射此镜场的太阳光被上述二次聚光镜聚焦到一条带状区域上。

优选地，在上述条带状区域上安装三次反射镜，用上述三次反射镜再将太阳光反射到位于地面或地下的接收器上。

上述弧形镜优选固定安装于地面。

上述二次镜可以为反射镜也可为透射镜，优选为反射镜。

上述前后放置的二次镜优选向上倾斜一小的角度，使得从后方的二次镜聚焦的太阳光从前方二次镜的上方附近通过。

上述二次镜可分为若干组，每组又有若干个二次镜，其每组二次镜的位置和角度的跟踪优选采用矩阵跟踪方式，即将每组的二次镜前、后、左、右相互连接起来，在东西方向和南北方向分别安装一个或若干个驱动装置驱动二次镜移动位置及转动角度，具体如何实现矩阵跟踪可优选采用本人以前申请的专利。

上述二次镜的面积为一次镜的若干分之一，优选为1/10-1/100。

上述的弧形反射镜可以为上述的一整块的连续曲面，也可以为由若干块拼接而成。

用本发明的上述二次聚光系统可实现如下的固态或液态储能方式：

即由于上述二次聚光镜出来的太阳光竖直方向的发散角很少，所以可以在二次聚光镜出来的太阳光照射的线型光斑区域上安装三次反射镜，三次反射镜为一块或若干块长条形弧形镜或一块或若干块长条形平面镜，三次镜再将太阳光反射到位于地面或地下的太阳能储能槽(体)上。

上述储热体可以是固态或液态，固态可以为混凝土或沙子或玻璃或其他固态材料构成，优选用沙子，储热体可分为若干部分，相互之间留有空隙，用于太阳光的入射通道，储热体的每一块接受三次镜反射的光热密度可以相同，也可以不同，可使各储热体的温度形成梯度，以利于热交换和保温，储热体的上部也可安装反射镜，以此反射镜将从三次反射镜反射来的太阳光反射到相对的另一个储热体的下部；在储热体中安置管道，管道分为若干组，每组用阀门控制，用调节阀门的开启来控制用于热交换管道的数量，从而控制热交换量，以进一步控制压力和温度；或用辅助热交换钢板的方法，此钢板位于管道与储热体之间，调节钢板与管道及储热体之间的接触面积即可调节热交换面积即热交换量；还可以用热管的方法或其它方式调节热交换量；在上述管道中压入空气，储热体加热管道中的空气，进行压差发电，即用类似燃气轮机组发电，用上述储热体加管道的组合体代替燃气轮机组中的燃烧室；上述空气发电后的尾气再加热水变成水蒸汽推动蒸汽轮机组发电或直接将水压入管道中加热成水蒸汽发电，三次镜的冷却可用水或空气使其作为水或空气的预热；还可进一步用离子发电——压差发电——蒸汽发电的联合发电方式。

通过上述技术方案可达到如下的效果：

1、可使上述弧形镜固定安装于地面，而利用二次镜跟踪入射太阳光的变化，这样一方面使得弧形镜的支架成本大幅降低，另一方面又使得镜场的跟踪成本大幅下降，因为二次镜的面积只有上述弧形镜的几十分之一。

2、可实现类似塔式聚光的条形状聚光，聚光倍数可达数百倍，甚至更高，而又省去了塔式聚光的高塔，及相应的管道及高压泵等设备。

3、可使接收器即吸热器放置于地面或地下，从而减少安装成本、检修成本以及高空的散热损失，高压泵的功耗及便于保温。

4、可实现用混凝土、沙子、玻璃、陶瓷等固体材料直接吸热与热交换，从而省去二次热交换及液体热交换介质，极大地节省储能成本和提高热交换效率。

5、可实现高温空气发电和水蒸汽发电的二次联合热循环发电，可提高发电效率。

6、可用于发电，供热及建筑物的采光等领域。

附图说明

图1为一小块弧面镜示意图

图2为一小块弧面镜的小弧面端示意图

图3为弧面镜的一断面的太阳光反射示意图

图4为弧面镜的一断面的太阳光反射的另一示意图

图5为由若干块条形弧面镜构成的镜面示意图

图6为图2的镜面的局部放大的示意图

图7为若干块条形弧面镜的镜面的反射示意图

图8为弧面镜划分为若干条形单元的反射示意图

图9为图8的从另一角度看的示意图

图10为图8的从另一角度看的示意图

图11为图8的从另一角度看的另一示意图

图12为图8的从另一角度看的另一示意图

图13为图8的从另一角度看的另一示意图

图14为弧面镜由若干块条形弧面镜构成的镜面的局部示意图

图15为弧面镜的展开示意图

图16为弧面镜的简化的示意图之一

图17为由若干块弧形组成的镜面示意图

图18为图17的另一方向的示意图

图19为由若干块弧形组成的另一形状镜面示意图

图20为弧形镜与二次镜位置示意图

图21为弧形镜与二次镜太阳光反射示意图

图22为弧形镜与二次镜太阳光反射的另一角度示意图

图23为弧形镜与二次镜位置及太阳光反射示意图

图24为多块组成的一次镜与二次镜位置及太阳光反射示意图

图25为储能槽的剖面示意图

图26为储能槽的一块局部放大示意图

图27为储能槽的府视局部示意图

图28为储能槽的局部示意图

图29为储能块的光照示意图

图30为储能槽与三次反射镜的位置示意图

图31为储能槽与三次镜的侧面示意图

图32为镜场全景示意图

图例标注说明：

上述图中的1为弧形镜的一个端面，2为弧形镜内表面，3为弧形镜的表面形状，x、y分别为直角坐标，r为与弧形镜相切的圆的半径，图3、图4中的数值是作示意图时的参数，这些参数仅是作示意图时的参考数据，只是一个特例，不代表只用这些参数。4为多个小弧形镜中的一个，5为弧形镜划分为若干个条形镜的镜面，6为弧形镜聚光后形成的焦线，7为弧形镜的上开口端部的连线，此连线与上述焦线平行。r1为弧形镜端部到焦线的距离，8为一平行四边形的平面，9为将上述8的平行四边形平面沿两斜边的中线折弯成上述弧形镜的一个方向的曲面形状的柱状曲面，10为一小块柱状弧形镜，此柱状弧形镜的短边方向的弧面线与上述图1的弧形镜的相同或相近长边方向为直线，11为经柱状弧形镜聚光后的焦线，12为长条形的弧形镜，其长边方向的曲线形状同图1的弧形镜的一个方向相同或相近，短边方向为直线，13为上述图1的弧形镜，14为13聚光后的焦点处的二次反射镜，15为从二次反射镜反射的太阳光，图中夹角α为二次镜14与一次镜13之间的相对夹角，δα为跟踪误差角加太阳的张角之和的角度，16为位于地面的基准线，17，18，19分别为固体储能块，20，21分别为保温材料，22为管道，23为传热材料，24为压力泵，25为管道，26，27分别为挡光板，28为辅助结构梁，用于辅助支撑17，18，30为从三次反射镜反射来的太阳光，31为三次反射镜，32为三次反射镜的下部支撑构件，33为弧形镜与二次镜的单元。

具体实施方式

图1为上述的弧面镜的局部示意图，x和y分别为直角坐标的二个方向，x和y方向的弧面曲率可以相同，也可以不同，优选为相同；图2为弧面镜的小弧面端部示意图，图中r为与其相切的圆的半径；图3为弧面镜的垂直于y方向的一断面的太阳光反射示意图，断面的弧线形状，使得入射的太阳光无论从任何角度入射都反射到与弧面镜上的一点相切的园形轨迹上即园弧上或其附近，上述弧线形状可以有很多种，其中的一种优选弧线形状是上述x和y分别为曲线在平面坐标系中的坐标，r为上述园弧的半径，r优选为上述曲面开口宽度的一倍至若干倍；图4为弧面镜的一断面的太阳光反射的另一示意图。图3与图4中的数值只是作图时的一种参考数值，并不是限定本专利的数值。

图5为由若干块条形弧面镜构成的镜面示意图，此条形弧面镜可以是在x或y方向之一个方向为弧线状，而另一方向为直线状，也可x和y方向均为弧线状。图6为图5的镜面的局部放大的示意图。

图7为若干块条形弧面镜的镜面反射示意图，图8为弧面镜划分为若干条形单元的对平行光线的反射示意图，图9为图8的从另一角度看的示意图。图10为图8的从另一角度看的示意图，图11，图12，图13分别为图8的从另一角度看的另一示意图。

图14为弧面镜由若干块条形弧面镜构成的镜面的局部示意图，图15为弧面镜的简化的展开示意图，展开后为一近似的平行四边形，图16为弧面镜的又一简化方案的示意图之一；图17为由若干块上述弧形镜组成的镜面示意图；图18为图17的另一方向的示意图，图19为由上述若干块弧形镜组成的另一形状镜面示意图；图20为弧形镜与二次镜位置示意图；图21为弧形镜与二次镜对太阳光反射示意图，图22为弧形镜与二次镜太阳光反射的另一角度示意图，图23为弧形镜与二次镜位置及太阳光反射示意图，上述图22和图23的α为弧形镜相对二次镜的夹角，δα为包括跟踪误差和安装误差及太阳张角的误差角。图24为多块弧形镜与二次镜组成的一列镜的太阳光反射示意图。

图25为储能槽体的剖面示意图，其中17，18，19为固态介质，如混凝土、石子或其他固体材料，此储能体分为若干部分，相互之间留有空隙以用于太阳光的入射通道，调节上述反射光的入射角度即可设计储能体的各种不同形状，另外，可使储能体中间部分和边缘部分分别受到不同数量的光线照射，从而使得储热体产生温度梯度，以便于热交换及温度梯度保温。

图26为储能槽中的一块固态介质17的局部放大图，图27为储能槽的府视局部示意图，图28为储能槽的局部示意图，图29为储能块的光照示意图，图30为储能槽与三次反射镜的位置示意图，图31为储能槽与三次镜的侧面示意图，图32为镜场全景示意图。

储能体的上部也可安装有反射镜，用此反射镜将光线反射到储能体的下部。在储能体中安置若干组钢管，每组分别用阀门控制，用调节阀门的开启来控制用于热交换钢管的数量，从而控制热交换量及进一步控制压力、温度和流量。

也可用热管和辅助钢板及其它方式调节热交换量和温度和压力。

在上述钢管中压入空气，储能体加热钢管中的空气进行压差发电，即用类似燃气轮机组发电，上述空气发电后的尾气再加热水变成水蒸汽，再用蒸汽轮机组发电，或直接将水压入钢管中加热成水蒸汽发电，三次镜的冷却热可作为水蒸汽或空气的预热。

上述实施例仅是本发明的许多可能实施例的一部分，限于篇幅，不再祥述。