一种偏轴式聚光太阳能系统及其使用方法与流程

本发明涉及太阳能应用领域，具体涉及一种聚偏轴式聚光太阳能系统及其使用方法。

背景技术：

太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源正在迅速发展，但是其存在能量密度低的特点，可以利用聚光元件将其聚焦成高密度的太阳光再加以利用。聚光太阳技术的应用包括太阳灶、聚光透镜、槽式、蝶式和塔式等系统；其中，太阳灶是利用太阳能辐射，通过凹面镜聚光获取热量，进行炊事烹饪食物的一种装置，是最为普通的一种聚光太阳能系统，但是其焦点一般在太阳灶的中间，在使用时不方便操作，且容易把人灼伤，并且接收器会遮挡部分的太阳光，降低了太阳能的使用率，为此人们提出了偏轴式聚光太阳能系统。

但是普通的偏轴式聚光太阳能系统仍然存在着以下缺点：①太阳灶焦点处的接收器模块是跟随太阳灶一起转动的，在一定程度上增加了系统转动的负担；②需要在太阳高度角和方位角两个方向进行实时跟踪，并且对跟踪精度要求较高；③无能量储存功能，只有有太阳的时候才能使用。

发明专利内容

本发明针对上述问题，提供一种光接收模块与聚光模块分开，能够储存能量，并且便于调节俯仰角度的偏轴式聚光太阳能系统。

为实现上述目标，本发明提供如下技术方案：

一种偏轴式聚光太阳能系统，包括

聚光模块：包括一个或多个可拼接的反射面，反射面为截取的一个或多个具有共同焦点的、不同焦距的抛物面，所截取的抛物面相对于焦点的夹角≤180°；

形状调节模块：包括可变形支架及可驱动可变形支架变形的驱动装置，可变形支架设置于聚光模块的边缘，驱动装置的两端通过转动销可转动地连接聚光模块相应的两端；

支架模块：包括三个支撑脚，其中一个支撑脚设置有一调节高度的关节装置，聚光模块设置于支架模块上；

跟踪模块：包括极轴旋转模块、时钟跟踪控制模块和俯仰角调节模块，极轴旋转模块绕聚光模块的重心和抛物面焦点的连线进行太阳追踪，此连线的方向与地轴的方向一致，时钟跟踪控制模块设置于聚光模块与支架模块的交接处，俯仰角调节模块一端设置于支架模块上，另一端设置于聚光模块的边缘，用于调节聚光模块的角度；

接收器模块：相对于聚光模块独立设置，包括可移动的接收器支架及设置于接收器支架上的光接收模块。

进一步地，多个反射面的位置前后错开一定的距离。

进一步地，反射面相邻之间设置有合页，相邻的反射面可通过合页折叠或打开。

进一步地，反射面由多个相同的、以焦点为中心的、水平投影为扇形的聚光曲面构成。

进一步地，关节装置设置于一个支撑脚上，该支撑脚包括可相对弯折的第一部分与第二部分，关节装置包括短关节与长关节，短关节分别通过转轴可转动地连接第一部分与第二部分的端部，长关节一端通过转轴可转动地连接于第一部分，另一端可在第二部分内滑动，长关节与短关节之间的角度可调节，进而可调节支撑脚的高度。

进一步地，俯仰角调节模块包括一连接端，及一连接于连接端与聚光模块之间的调节杆，所述调节杆下端设置有外螺纹，所述连接端包括固定设置于安装座上的连杆，及设置于连杆一端的连接螺母，所述接螺母设置有与调节杆外螺纹相配的内螺纹，所述调节杆的下端与所述螺母通过螺纹连接，所述调节杆的上端与聚光模块的边缘通过转轴连接。

进一步地，接收器支架包括设置于底部的车轮，车轮上方设置有升降装置，升降装置包括分别设置于相对两侧的x形支脚，两侧的x形支脚通过两根相互平行的固定杆连接，两固定杆上设置有丝杆结构，丝杆一端设置有手柄，通过转动手柄可调节升降装置高度，升降装置上方设置有安装平台，光接收模块设置于安装平台上，安装平台与光接收模块之间设置有倾角调节装置，倾角调节装置包括设置于安装平台侧面的有带角度尺的若干定位孔，及设置于光接收模块两侧的定位销，定位销可与不同角度的定位孔配合，调节光接收器模块的角度。

进一步地，光接收模块包括熔盐或合金的储能模块、光伏模块、蒸汽发电系统、温差发电模块、炊具、或集上述功能为一体的多功能集成模块中的其中一种或几种。

进一步地，光接收模块包括熔盐或合金的储能模块或多功能集成模块时，接收太阳光的一面镀有中高温太阳能选择性吸收涂层或其他耐中高温深色系涂料，其他面附着保温模块。

同时，提供一种该偏轴式聚光太阳能系统的使用方法。

一种偏轴式聚光太阳能系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：在太阳高度角比较低时，将支架模块中的关节装置伸展开；在太阳高度角比较高时，将支架模块系统中的关节装置弯曲；同时，相应的调节接收器支架的高度和倾角，使得接收器模块处于聚光太阳能系统的焦点处；

步骤二：在上午开始跟踪时，调节聚光模块，使得聚焦焦斑能够达到光接收器模块上，光接收器模块将太阳光能相应的转换为热能或电能等能量，同时，时钟跟踪控制模块控制聚光太阳能系统，实时对准太阳；在下午太阳落山时，时钟跟踪控制模块停止跟踪，聚光太阳能系统停止运转；

步骤三：可改变聚光太阳能系统的应用场景，将接收器模块通过车轮移动到任意地方，可用作做饭、烧水、取暖、干燥、发电、照明、充电等用途。

步骤四：当太阳高度角有所变化时，通过俯仰角调节模块对聚光模块的俯仰角进行调节；另外，通过驱动装置控制可变形支架来实现反射面的形状变化，调整聚焦的焦斑。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、传统的太阳灶需要在高度角和方位角两个方向进行实时跟踪，而本发明只需要在极轴方向进行简单的匀速转动跟踪，在俯仰角方向按月或季度进行跟踪。

2、聚光反射面可以进行变形控制，即可进行曲率的变形，进而可以得到更理想的焦斑；多个聚光反射面可以前后错开，并且可以进行折叠设计，在一定程度上增强了系统的抗风性，并且避免了不使用时的光污染问题；聚光模块亦可以被切割成了相同曲面，便于规模化的制作。

3、针对不同的季节，系统可以进行立式和卧式之间相互转换，使反射面最大限度的对准太阳，提高了太阳能的利用率。

4、焦点在聚光模块之外，并且接收器模块是固定不动的，传统的太阳灶的接收器模块跟随太阳灶一起转动，本发明的聚光太阳能系统的接收器模块是在焦点位置始终固定不动的。

5、接收器模块使用方便，接收器模块所接收的光能转化为的电能或热能可以直接为用户所用，也可以通过储存模块储存起来，搬到室内为用户做饭、烧水、取暖、干燥、发电、照明、充电等应用。

附图说明

图1为本发明偏轴式聚光太阳能系统立式状态的结构示意图。

图2为本发明偏轴式聚光太阳能系统卧式状态的结构示意图。

图3为本发明的接收器模块结构示意图。

图4为实施例一中聚光模块在展开状态的结构示意图。

图5为实施例一中聚光模块的侧面示意图。

图6本实施例一中聚光模块折叠状态的结构示意图。

图7为实施例一中形状调节模块的结构示意图。

图8为实施例二中聚光模块的结构示意图。

附图标记说明：

10-聚光模块，11-反射曲面i，12-反射曲面ii，13-反射曲面iii，14-反射曲面iv，15-反射曲面v，20-形状调节模块，21-可变形支架，22-合页，23-驱动装置，24-转动销，30-支架模块，31-支撑脚，311-支撑脚第一部分，312-支撑脚第二部分，32-关节装置，321-短关节，322-长关节，323-转轴，324-转轴，33-安装座，40-时钟跟踪控制模块，50-俯仰角调节模块，51-连接端，511-连杆，512-连接螺母，52-调节杆，521-转轴，53-摇手，60-接收器模块，61-接收器支架，611-车轮，612-升降装置，6121-x形支脚，6122-固定杆，6123-丝杆，6124-手柄，613-安装平台，62-光接收模块，621-倾角调节装置，6211-定位孔，6212-定位销。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例一：

参考图1-图7，一种偏轴式聚光太阳能系统，包括聚光模块10、形状调节模块20、接收器模块30、支架模块40、时钟跟踪控制模块50、俯仰角调节模块60。

如图4-图6所示，聚光模块10由三个不同焦距的抛物面截取的侧面反射面组成，包括位于中间的反射曲面i11、两块位于反射曲面i11相对两侧的反射曲面ii12、两块位于反射曲面i11另外相对两侧的反射曲面iii13，并且各反射曲面之间前后错开，反射曲面之间可以进行折叠；另外，反射曲面还可以进行变形调节，进而可以实现对其进行曲率的控制。

如图7所示，反射曲面的变形调节依赖于形状调节模块20，形状调节模块20包括可变形支架21、合页22、驱动装置23、转动销24，可变形支架21设置于外围反射曲面的边缘，反射曲面固定在可变形支架21上，驱动装置的两端通过转动销可转动地连接在相对两侧的反射曲面iii13的两端，驱动装置23可控制调节反射曲面的变形程度，转动转动销24可控制反射曲面变形的方向，各反射曲面之间设置有合页22，通过合页22可以使各反射面相互折叠或打开。

如图1、图2所示，聚光模块10设置于支架模块30上，支架模块30包括三个支撑脚31，其中一个支撑脚31设置有一调节高度的关节装置32，该支撑脚31包括可相对弯折的第一部分311与第二部分312，关节装置32包括短关节321与长关节322，短关节321通过转轴323可转动地连接第一部分311与第二部分312的端部，长关节322一端通过转轴324可转动地连接于第一部分311，另一端可沿第二部分322滑动，长关节322与短关节321之间的角度可调节，进而可调节该支撑脚31的高度，实现本发明偏轴式太阳能聚光系统在立式和卧式之间的转换。支架模块30设置成三个支撑脚，更加有利于稳定性。

跟踪模块包括极轴旋转模块(图中未标注)、时钟跟踪控制模块40和俯仰角调节模块50。

极轴旋转模块绕聚光模块的重心和抛物面焦点的连线进行太阳追踪，此连线的方向与地轴的方向一致，驱动由重锤式机械钟驱动。

时钟跟踪控制模块40设置于聚光模块10与支架模块30交接处的安装座33内，通过齿轮配合来计量时间。

俯仰角调节模块50包括一连接端51，及一连接于连接端51与聚光模块10之间的调节杆52，调节杆52下端设置有外螺纹，连接端51包括固定设置于安装座33上的连杆511，及设置于连杆511一端的连接螺母512，连接螺母512设置有与调节杆52外螺纹相配的内螺纹，调节杆512的下端与螺母512通过螺纹配合连接，调节杆52的上端与聚光模块10的边缘通过转轴521连接，调节杆52的底端设置有一摇手53，可通过转动摇手53，使调节杆52与螺母512相对运动，调节杆52的高度发生变化，从而改变聚光模块10的俯仰角度。

如图3所示，接收器模块60包括可移动的接收器支架61、及设置于接收器支架上的光接收模块62。

接收器支架61包括设置于底部的车轮611，车轮611上方设置有升降装置612，升降装置612包括分别设置于相对两侧的可绕轴转动的x形支脚6121，两侧的x形支脚6121通过两根相互平行的固定杆6122连接，两固定杆6122上相同位置设置有螺孔，一丝杆6123贯穿于两螺孔中，与其中一孔固定连接，可相对于另一孔移动，丝杆6123可移动的一端设置有手柄6124，通过转动手柄6124可调节两平行固定杆6122之间的宽度，从而使x形支脚6121间的宽度发生改变，进而调节升降装置612高度，升降装置612上方设置有安装平台613，光接收模块62设置于安装平台613上，安装平台613与光接收模块62之间设置有倾角调节装置621，倾角调节装置621包括设置于安装平台613侧面的有带角度尺的若干定位孔6211，及设置于光接收模块62两侧的定位销6212，定位销6212可与不同角度的定位孔6211配合，当需要调节光接收器模块62的角度时，将定位销6212插入相应角度的定位孔6211中，即可调节光接收器模块62的角度。接收器模块60放置在反射曲面的焦点处固定不动，接收器模块接收太阳光的一面镀有中高温太阳能选择性吸收涂层，其他面附着保温模块，内部放置有镁铝锌合金材料。

其工作过程为，在北半球，在冬季太阳高度角比较低的时候，将支架模块30中的有关节装置32的支撑脚31伸展开来，即采用立式聚光太阳能系统；在上午开始跟踪时，调节聚光模块10，并且相应的调节接收器支架61的高度和倾角，使得聚光模块10的聚焦焦斑能够达到接收器模块60上；接收器模块60为装镁铝锌合金的储热模块接收器模块将太阳光能相应的转换为热能，同时时钟跟踪控制模块40会使得聚光太阳能系统实时对准太阳；在下午太阳落山时，时钟跟踪控制模块40停止跟踪，聚光太阳能系统停止运转；待需要时可以移到室内，再将能量放出供用户炒菜、取暖、照明等用途使用。经过十几天乃至一个月的使用后，太阳高度角有所变化，通过俯仰角调节模块50对聚光模块10的俯仰角进行调节；通过驱动装置23控制可变形支架21来实现反射面的形状变化，使得聚焦的焦斑更加理想。

另外，在夏季太阳高度角较高的时候，将支架模块30的有关节装置32的支撑脚31折叠起来，即采用卧式聚光太阳能系统；其他工作过程和上述立式系统相同。

实施例二

本实施例中，与实施例一的区别在于：如图8所示，聚光模块10包括反射曲面iv14和反射曲面v15，它是由被切割成了相同的、以焦点为中心的、水平投影为扇形的曲面组成的，此种切割方式便于反射曲面的规模化生产。

其工作过程为，在南半球，在夏季太阳高度角比较低的时候，将支架模块30中的有关节装置32的支撑脚31伸展开来，即采用立式聚光太阳能系统；在上午开始跟踪时，调节聚光模块10，并且相应的调节接收器支架61的高度和倾角，使得聚光模块10的聚焦焦斑能够达到接收器模块60上；接收器模块60为蒸汽发电系统，同时，时钟跟踪控制模块40会使得聚光太阳能系统实时对准太阳；在太阳光的作用下，接收器模块60产生足够的蒸汽，供发电系统使用，进而可用于用户的日常照明、电视等日常用电需求。经过十几天乃至一个月的使用后，太阳高度角有所变化，通过俯仰角调节模块对聚光模块的俯仰角进行调节。

另外，在冬季太阳高度角较高的时候，将支架模块30中的有关节装置32的支撑脚31折叠起来，即采用卧式聚光太阳能系统；其他工作过程和上述立式系统相同。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。