专利名称：一种太阳能线性变焦单向跟踪平板利用系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能利用，特别是太阳能聚焦跟踪焦点为直线的线性跟踪以及组成 阵列跟踪实现太阳能的热发电、供暖、制冷、热水、开水等综合应用。
背景技术：
太阳能的热应用主要采用玻璃平板技术以及平板太阳能采集技术，实现温度为60 度的热水应用，太阳能的高温热利用主要是采用槽式、塔式和蝶式三种太阳能采集技术，实 现温度为300-800度的太阳能热发电应用。现有的低温60度的热水应用是家庭型的小规 模应用，由于没有跟踪系统因而温度不能提高，无法实现高温的利用，而槽式、塔式和蝶式 三种太阳能高温采集技术，无法实现小规模的家庭型应用，因而限制了技术的应用。结合低温平板技术的现有的工业基础，以及高温太阳能的采集技术就可以实现高 温的太阳能采集及利用，特别是采用平板型太阳能采集技术以及槽式太阳能跟踪技术，可 以实现家庭型的太阳能热发电利用。国际上的槽式系统的主要的跟踪方式采用将一个换平板设置在槽式系统的焦线 位置，在换平板内充入导热油，由电机驱动导热油流动从而实现热能的采集。在跟踪太阳能 的过程中导热油在管道内一起运动，在导热油管道与流出端采用波纹管的方式实现运动的 管道与不运动的管之间的连接；由于波纹管需要耐高温、可靠性高等要求，因而成为关键器 件，同时该种连接无法保证保温性要求，因而系统的热损高、成本高。因而需要降低成本，提 供效能、增加可靠性的技术与产品。能否将普通的平板型技术与高温采集技术结合，就可以结合中国的现有的平板型 的工业基础，利用高温太阳能的采集技术就可以实现高温的太阳能采集及利用，特别是采 用平板型技术以及槽式太阳能采集技术相结合的技术，可以实现家庭型的太阳能热发电、 供暖、制冷、热水、开水等利用。
发明内容
本发明的目的就是提供一种太阳能线性变焦单向跟踪平板利用系统，采用多个反 射镜、菲涅尔镜、平面镜组成的一组太阳能光学镜，将每一个镜的转轴设置在一个直线或非 直线的器件上，每一个太阳能光学镜可以绕轴进行转动，利用平板作为光热转换器件，线聚 焦的太阳能镜将太阳能聚焦于平板上，实现太阳能的聚焦采集以及利用。由于平板被设置 在一个圆柱体区间内并且在地面或建筑物上，在太阳能镜运动时保持不动，因而其焦距是 变化的变焦跟跟踪，这样实现了变焦跟踪的太阳能热发电、供暖、制冷、热水、开水等应用。本发明提供了其阵列结构，适合于不同规模的系统，同时也适合于大规模的利用 太阳能，特别是太阳能的热发电利用。具体发明内容如下一种太阳能线性变焦单向跟踪平板利用系统，包括至少一个太阳能平板利用装 置、至少一组光学镜其中每组光学镜由至少一个太阳能线性聚焦光学镜组成、为每组光学镜提供支撑太阳能镜支架、使太阳能线性聚焦光学镜能跟踪太阳运动的太阳能跟踪装置、 动力驱动装置、以及电子控制系统，其中每个太阳能线性聚焦光学镜上设置有至少一个转 轴，每组光学镜的转轴设置在太阳能镜支架上，所述太阳能镜支架与所述的太阳能跟踪装 置相连接，通过动力驱动装置驱动太阳能跟踪装置使线性聚焦光学镜进行运动，从而实现 使每组光学镜的焦线始终保持在平板所在的圆柱区域内，通过平板实现对热能的热发电、 供暖、制冷、热水、开水应用。根据需要可以选择不同类型的支架系统，太阳能镜支架可以选择平面直线型或非 直线型的器件，这样可以适合于任何的形式的太阳能镜的使用，可以根据需要选择适合的 太阳能镜。当然优选于非直线型的支架，因为采用非直线的太阳能镜支架可以为每组光学 镜的运动提供更灵活和方便的支撑与运动轨迹，同时可以降低成本、提高跟踪效率，非直线 型太阳能镜支架通常可以选择下列至少一种形状的器件A、抛物线型；B、弧形；C、或圆形器件；D、多边形支架；E、复合抛物线型。由于线聚焦系统不动，可以将任何的平板利用系统设置在此区域内，在焦线与太 阳能镜的焦距范围内，都可以设置平板利用系统，根据温度与空间等要求，可以选择任何不 大于焦距的范围设置平板利用系统。所述的平板由一个太阳能光热转换器件、透光板、保温板以及框架组成，透光板在 光热转换器的外侧并可以使太阳光射入到内部的光热转换器上，保温板在光热转换器的底 部，并与透光板面对，框架将其组成为一个整体，并在其上设置有至少一个进口和一个出 口，可以使流体从进口进入到平板并可以从出口流出平板，其中的光热转换器为热管平板、 金属管平板、非金属管平板，在平板的面对太阳光的一侧设置有太阳能涂层，将太阳光转换 为热能。所述跟踪装置包括由太阳能镜支架、用于支撑整个系统的跟踪支架、以及动力传 输机构，所述太阳能镜支架设置在跟踪支架上，所述动力传输装置一端与驱动装置进行连 接，至少另一端设置在转轴上、太阳能镜支架上或者太阳能镜的边框上。其中当动力传输装置(10)的另一端设置在太阳能线性聚焦光学镜的转轴上时， 转轴与光学镜固定连接，通过动力驱动装置驱动传输装置的齿轮或者链条或者铰链机构， 使转轴转动，从而带动太阳能线性聚焦光学镜围绕转轴转动；当动力传输装置设置在太阳 能镜支架上时，可以驱动太阳能镜支架进行运动；当动力传输装置设置直接设置在太阳能 线性聚焦光学镜上时，可以直接驱动太阳能线性聚焦光学镜进行运动。任何通过动力驱动系统(6)驱动动力传输机构，都可以用于本发明的太阳能跟 踪，所述的动力传输机构选择下列之一齿轮机构(10)、链条机构、涡轮蜗杆机构、铰链机 构。太阳能线性聚焦光学镜的焦线选择下列方式之一进行放置与地球自转轴平行、 与地球自转轴平行夹角最小、与地面平行、与水平面平行，优选为与地球自转轴平行放置。 为了达到最优的单轴跟踪，采用将线聚焦的轴线与地球自传轴平行设置，同时采用将线聚焦光学镜以焦线为轴进行运动，取代太阳能镜与焦线同时运动，实现了将焦线不运动的跟 踪，这样使得平板技术等其他的平板利用系统被应用于槽式系统，从而解决了槽式系统的 不足和应用限制。在进行对太阳能的跟踪过程中，可能出现跟踪的误差，或者部分的太阳光由于散 射等原因 ，经过第一次的太阳能光学镜线聚焦后太阳光处于平板之外的区域，为了减少此 部分的损失，采用了二次聚焦，即在平板上设置一个二次聚焦的太阳能镜，将一次聚焦损失 的太阳能光经二次聚焦后将太阳能光聚焦到平板上，通常可以选择至少下列一种二次聚焦 光学镜(8)，在平板利用系统的周围，还设置有二次反射镜，太阳能线性聚焦的光学镜以及 二次反射镜选择自下列至少一种A、线性复合抛物面反射镜；B、线性菲涅尔透镜或反射镜；C、线性凹、凸透镜；D、线性抛物面反射镜；E、玻璃、金属、非金属的平面反射镜。可以将二次聚焦光学镜设置在平板利用系统上，与一次聚焦的太阳能镜一起转 动，这个样一次和二次聚焦的太阳能镜可以采用同一个跟踪设备和驱动设备实现对太阳能 的二次聚焦，提高了太阳能利用的效率。通过动力驱动系统(6)驱动动力传输机构(10)，实现对太阳能的跟踪，所采用的 动力驱动系统装置，选自下列之一A、机械驱动器件，优选为机械发条、弹簧、跟踪；B、相变驱动装置，采用密闭在一个空间的物质，随着温度的增大使其压力的增大， 来推动运动机构，实现跟踪；上述A、B两种跟踪不需要耗费电能，成为无电驱动；C、利用电能带动电机或液压装置驱动动力传输机构(10)来实现跟踪；D、通过电或光的传感器的信号，通过比较不同部位的太阳能转化器件的电流、电 压值和/或光亮度值，由计算机或单片机来调整电机(6)的运动实现的跟踪；上述C、D两种跟踪需要耗费电能，成为耗电驱动。为了便于使用，可以将该系统设置在不同的区域，既可以设置在地面，也可以设置 在建筑物顶部，通常采用多个平板利用系统(1)设置为一个阵列，每个阵列可以设置在一 个共同的平台上或设置在一个地面和/或建筑物的区域。其中至少有多个平板利用系统 (1)设置为一个阵列，每个阵列由多组太阳能镜、跟踪系统、支架系统、平板利用系统组成， 对同一排和/或同一列的平板利用系统，共用一个动力驱动设备(6)。至少有多个平板利用系统设置为一个阵列，每个阵列由多组太阳能镜、跟踪系统、 支架系统、平板利用系统组成，对同一排和/或同一列的平板利用系统，共用一个动力驱动 设备，每个阵列可以设置在一个共同的平台上或设置在一个地面和/或建筑物的区域。在每个阵列上设置多排、列平板利用系统，每一个阵列上的每排或列平板利用系 统通过热管进行换热。本发明选择的方案是实现本发明目的的优选方案，任何符合本发明的原理的方案 和技术、产品，都是本发明的保护范围。
采用本发明的技术方案可以达到下列有益效果1、本发明将平板技术与线聚焦太阳能利用技术进行结合，实现了太阳能的中高温 采集以及利用。2、可以实现对热能的高效利用，极大的扩展了槽式太阳能利用的技术与范围，增 强了应用的可靠性，提高了系统的载重量。 3、可以便于实现阵列的平板利用系统利用，实现不同的太阳能产品的高效的大规 模的利用。4、可以适合于小型区域及家庭的综合利用。
图1是多抛物线反射镜平板利用系统侧视2是多玻璃反射镜平板利用系统3是多菲涅尔反射镜阵列跟踪平板利用系统4是一组菲涅尔反射镜阵列跟踪平板利用系统中具体标号的含义如下1 平板，2 太阳能线聚焦光学镜，3 太阳能镜支架，4 跟踪支架，5 转轴，6 动力 驱动装置(电机)，7 齿轮，8 二次太阳能反射镜，9 动力传输系统，10 热管传热系统；11、 设置在热管冷凝端的换热器，12、透光板，13、保温板，14、进口，15、出口，16、框架，17、。
具体实施例方式实施例一多抛物线反射镜平板利用系统本图为一个侧视图，太阳能镜(2)为四个抛物面反射镜(2)，在焦线区域设置有平 板，在平板内部设置有热管，在平板的真空层设置有太阳能涂层，抛物面镜设置在一个抛物 线型的器件上，在每一个抛物线镜上设置有一个轴，太阳能镜可以沿着转轴(5)进行转动， 四个太阳能镜通过不同的运动实现对太阳能的跟踪。四个抛物线镜采用同一个驱动系统， 传递机构为齿轮组，不同的太阳能镜的齿轮齿数不同，从而可以采用不同的转速有驱动不 同的太阳能镜进行运动，实现对太阳能跟踪及利用；在平板外部还设置有二次反射镜，二次 反射镜将一次聚焦的太阳能反射到玻璃平板上。实施例二 多玻璃反射镜平板利用系统如图2所示，本例采用双组玻璃反射镜实现太阳能跟踪，其中每一组太阳能镜为2 个玻璃反射镜，两组玻璃反射镜跟踪系统串联；平板设置在线聚焦区域，在平板内部设置有 金属管道，在金属管道内部流通被加热的流体，采用导热油为导热流体，从金属管的一端进 入后从另外一端排出，实现对热能的发电、供暖、制冷等各种应用。四个玻璃反射镜固定在 三个圆环型器件上，动力驱动装置为一个电机(6)，动力传输装置为设置在圆环上的齿轮机 构，电机通过齿轮机构驱动设置在圆环上的齿轮，使得玻璃镜在圆环上进行转动，实现了对 太阳能的跟踪及热利用。实施例三、多菲涅尔反射镜阵列跟踪平板利用系统如图3所示，本案例为多镜阵列跟踪系统，采用四个菲涅尔反射镜，动力驱动装置为一个电机，电机通过链条的动力传输设备驱动两个设置在焦线转轴上的齿轮，实现对2*2 阵列的太阳能跟踪，在两个平板的内部设置有热管传热系统，在热管的冷凝端设置有换热 器，从而实现太阳能的各种热能的利用。实施例四、一组菲涅尔反射镜阵列跟踪平板利用系统如图4所示，有三个菲涅尔镜组成的一组太阳能镜跟踪系统，每个菲涅尔镜设置 在两个圆形的太阳能镜支架上，每个菲涅尔镜设置有两个转轴，动力部分为电机，通过电机 驱动三个齿轮组，分别实现对每一个菲涅尔的驱动，驱动部分的齿轮设置在菲涅尔镜的转 轴上，平板的内部插入热管，热管的蒸发端设置在玻璃管道的内部，其冷凝端设置在焦线区 域外部，通过设置在平板冷凝端的换热器进行换热实现热能的各种综合利用。图五是平板的外形图，在平板的外形结构中，在其一侧设置有进口和出口，底部有 保温层，上部设置有玻璃透光板，内部设置有金属、非金属管道。根据本发明的原理，可以实现其他的实施例，但是只要符合本发明的条件，都属于 本发明的实施内容。
权利要求
一种太阳能线性变焦单向跟踪平板利用系统，包括至少一个太阳能平板利用装置、至少一组光学镜其中每组光学镜由至少一个太阳能线性聚焦光学镜组成、为每组光学镜提供支撑太阳能镜支架、使太阳能线性聚焦光学镜能跟踪太阳运动的太阳能跟踪装置、动力驱动装置、以及电子控制系统，其特征是每个太阳能线性聚焦光学镜上设置有至少一个转轴，每组光学镜的转轴设置在太阳能镜支架上，所述太阳能镜支架与所述的太阳能跟踪装置相连接，通过动力驱动装置驱动太阳能跟踪装置使线性聚焦光学镜进行运动，从而实现使每组光学镜的焦线始终保持在平板所在的圆柱区域内，通过平板实现对热能的热发电、供暖、制冷、热水、开水应用。
2.根据权利要求1所述太阳能线性变焦单向跟踪平板利用系统，其特征是所述的太 阳能镜支架为平面直线型或非直线型，非直线型太阳能镜支架选择下列至少一种形状的器 件A、抛物线型；B、弧形；C、或圆形器件； D、多边形支架；E、复合抛物线型。
3.根据权利要求1、2所述的太阳能线性变焦单向跟踪平板利用系统，其特征是所述 的平板由一个太阳能光热转换器件、透光板、保温板以及框架组成，透光板在光热转换器的 外侧并可以使太阳光射入到内部的光热转换器上，保温板在光热转换器的底部，并与透光 板面对，框架将其组成为一个整体，并在其上设置有至少一个进口和一个出口，可以使流体 从进口进入到平板并可以从出口流出平板，其中的光热转换器为热管平板、金属管平板、非 金属管平板，在平板的面对太阳光的一侧设置有太阳能涂层，将太阳光转换为热能。
4.根据权利要求1、2所述太阳能线性变焦单向跟踪平板利用系统，其特征是所述跟 踪装置包括用于支撑整个系统的跟踪支架和动力传输机构，所述太阳能镜支架设置在跟踪 支架上，所述动力传输装置一端与驱动装置进行连接，至少另一端设置在转轴上、太阳能镜 支架上或者太阳能镜的边框上。
5.根据权利要求4所述太阳能线性变焦单向跟踪平板利用系统，其特征是所述动力 传输机构选择下列之一齿轮机构、链条机构、涡轮蜗杆机构、铰链机构。
6.根据权利要求1、2所述的太阳能线性变焦单向跟踪平板利用系统，其特征是太阳 能线性聚焦光学镜的焦线选择下列方式之一进行放置与地球自转轴平行、与地球自转轴 平行夹角最小、与地面平行、与水平面平行，优选为与地球自转轴平行放置。
7.根据权利要求1、2所述太阳能线性变焦单向跟踪平板利用系统，其特征是在太阳 能平板利用系统的周围，还设置有二次反射镜，太阳能线性聚焦的光学镜以及二次反射镜 选择自下列至少一种A、线性复合抛物面反射镜；B、线性菲涅尔透镜或反射镜；C、线性凹、凸透镜；D、线性抛物面反射镜；E、玻璃、金属、非金属的平面反射镜。
8.根据权利要求1、2所述太阳能线性变焦单向跟踪平板利用系统，其特征是所采用 的动力驱动系统装置，选自下列之一A、机械驱动器件，优选为机械发条、弹簧、跟踪；B、相变驱动装置，采用密闭在一个空间的物质，随着温度的增大使其压力的增大，来推 动运动机构，实现跟踪；C、利用电能带动电机或液压装置驱动动力传输机构来实现跟踪；D、通过电或光的传感器的信号，通过比较不同部位的太阳能转化器件的电流、电压值 和/或光亮度值，由计算机或单片机来调整电机的运动实现的跟踪。
9.根据权利要求1-8所述的任一太阳能线性变焦单向跟踪平板利用系统，其特征是 至少有多个太阳能平板利用系统设置为一个阵列，每个阵列由多组太阳能镜、跟踪系统、支 架系统、太阳能平板利用系统组成，对同一排和/或同一列的太阳能平板利用系统，共用一 个动力驱动设备，每个阵列可以设置在一个共同的平台上或设置在一个地面和/或建筑物 的区域。
10.根据权利要求8所述太阳能线性变焦单向跟踪平板利用系统，其特征是在每个阵 列上设置多排、列太阳能平板利用系统，每一个阵列上的每排或列太阳能平板利用系统通 过热管进行换热。
全文摘要
本发明公布了一种太阳能线性变焦单向跟踪平板利用系统，采用多个反射镜、菲涅尔镜、平面镜组成的一组太阳能光学镜，将每一个镜的转轴设置在一个直线或非直线的器件上，每一个太阳能光学镜可以绕轴进行转动，利用平板作为光热转换器件，线聚焦的太阳能镜将太阳能聚焦于平板上，实现太阳能的聚焦采集以及利用。由于平板被设置在一个圆柱体区间内并且在地面或建筑物上，在太阳能镜运动时保持不动，因而其焦距是变化的变焦跟跟踪，这样实现了变焦跟踪的太阳能热发电、供暖、制冷、热水、开水等应用。本发明提供了其阵列结构，适合于不同规模的系统，同时也适合于大规模的利用太阳能，特别是太阳能的热发电利用。
文档编号F24J2/38GK101839570SQ20091030103
公开日2010年9月22日 申请日期2009年3月22日 优先权日2009年3月22日
发明者李建民 申请人:北京智慧剑科技发展有限责任公司