一种中低倍聚光太阳能热利用系统的制作方法

本实用新型涉及太阳能光热利用技术领域，尤其涉及一种中低倍聚光太阳能热利用系统。

背景技术：

太阳能光热利用系统通过热采集设备中的传热介质收集太阳辐射的热能,并将收集到的热能应用到热利用装置中，以达到光热利用的目的。根据热采集设备中传热介质升温后的温度不同，其应用用途不同，如，在高倍聚光的采集设备中，传热介质被加热的温度较高，通常集热器输出传热介质的温度大于450℃，加热的传热介质主要应用于光热发电；而在低倍聚光的采集设备中，传热介质升温幅度较低，其可用于生活用热水。

目前，太阳能光热利用系统中采集设备普遍采用高倍聚光形式，以采集高温传热介质为主；高倍聚光的采集设备的容差小，对于镜场及接受装置的安装以及追踪的精度要求较高，且需要在接受装置处设置二次反射结构，而高精度要求使得采集设备的建设成本较高，并不适用中低倍聚光的采集设备。

同时，为了降低储热成本及更方便地与生活用热水直接连通对接，低倍聚光的太阳能光热利用系统中的传热介质采用水工质。现有太阳能光热利用系统中对于采集到的热量通常通过熔盐进行储热或通过固体进行储热，而上述两种储热方式适用于高倍聚光的太阳能光热利用系统，对于低倍聚光的太阳能光热利用系统来说，采用高倍聚光的储热系统，其利用率必然很低，造成储热成本浪费。

由以上可知，设计一种安装方便、成本低的采集设备，以及如何采用水工质进行蓄热，成为中低倍聚光太阳能光热利用系统目前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型提供一种中低倍聚光太阳能热利用系统，其接收器及聚光反射组件的机构简单，安装方便，且成本低，水工质蓄热系统对接收器吸收的热量进行存储，并形成具有温度梯度的多个蓄水池，解决了目前中低倍聚光太阳能光热利用系统中的难题。

根据本实用新型的实施例，提供了一种中低倍聚光太阳能热利用系统，包括接收器、聚光反射组件和水工质蓄热系统：

所述聚光反射组件包括至少一组反射镜单元和跟踪驱动结构；每组所述反射镜单元包括条状反射镜、反射镜安装框架和第一支撑结构，所述第一支撑结构与地面固定基础固定连接；每组所述反射镜单元的反射镜安装框架均与所述跟踪驱动结构连接；

所述接收器包括至少一根集热管，所述集热管的轴心与所述条状反射镜的长度方向平行，且相邻的两根所述集热管的管壁贴合，所述集热管通过第二支撑结构与地面固定基础连接；

所述跟踪驱动结构驱动所述聚光反射组件中的反射镜单元旋转，以使所述反射镜单元反射的太阳光始终聚集在所述接收器的总受光面内；

所述水工质蓄热系统包括相邻布置的多个蓄水池，位于最边侧的两个蓄水池分别为进水蓄水池和出水蓄水池，所述进水蓄水池的进水口与原水水源连通按照所述进水蓄水池至所述出水蓄水池的顺序，前一蓄水池的底部与下一相邻的蓄水池的顶部开口连通；所述出水蓄水池与混水站连通；所述混水站还设有与所述原水水源连通的管路；所述进水蓄水池还设置有出水口，所述出水蓄水池还设有进水口，所述进水蓄水池的出水口与所述出水蓄水池的进水口之间连通所述接收器。。

进一步地，所述跟踪驱动结构包括开放式驱动组件,所述开放式驱动组件包括主动齿轮和从动齿板，所述主动齿轮安装在所述第一支撑结构上，所述从动齿板固定安装在所述反射镜安装框架的转轴上；所述主动齿轮与所述从动齿板之间通过多级联动薄齿轮连接；

多级所述联动薄齿轮的高度依次递增；每级所述联动薄齿轮包括平行且共轴设置的大齿轮盘和小齿轮盘；所述主动齿轮与高度最低的所述联动薄齿轮的大齿轮盘啮合，每级所述联动薄齿轮的下齿轮盘与相邻的下一级所述联动薄齿轮的大齿轮盘啮合，位于最高位置的所述联动薄齿轮的小齿轮盘与所述从动齿板啮合；所述主动齿轮的驱动轴连接驱动装置。

进一步地，沿所述接收器长度方向设置多列所述聚光反射组件，每列所述聚光反射组件包括多组所述反射镜单元，多组所述反射镜单元中的多个条状反射镜平行设置；

所述跟踪驱动结构还包括连杆机构，多组所述反射镜单元中相邻的所述反射镜安装框架的转轴通过所述连杆机构连接，且至少一个所述反射镜安装框架的转轴连接所述开放式驱动组件。

进一步地，多列所述聚光反射组件中包括至少一个所述开放式驱动组件，位于同一排的多个所述开放式驱动组件的所述主动齿轮通过一根所述驱动轴连接。

进一步地，所述大齿轮盘上设有圆形通孔，所述圆形通孔的直径与所述小齿轮盘的外径相同。

进一步优选地，每个蓄水池还设有分别与所述混水站连通的第一分管路，每个所述第一分管路上设有第一开关阀门。

更进一步地，所述进水蓄水池与所述出水蓄水池之间的蓄水池均设有与接收器进水口连通的第二分管路；每个所述第二分管路上设有第二开关阀门。

优选地，相邻蓄水池的连通管的设置位置呈对角布置，以延长蓄水池内水流的流通路径。

优选地，每个所述蓄水池的底部设置实基底，蓄水池的顶部覆盖顶部保温层。

每个蓄水池还包括隔离层，所述隔离层铺设于所述蓄水池的侧壁和压实基底的上方；

所述隔离层包括第一无纺布工布层和第一防渗膜层，所述第一无纺布工布层与所述压实基底接触；或者

所述隔离层包括依次叠加的第二无纺布工布层、第二防渗膜层、第一保温层、第三防渗膜层和第三无纺布工布层；

所述顶部保温层包括依次设置的第四无纺布工布层、第四防渗膜层、第二保温层和第五防渗膜层；第五防渗膜层靠近所述蓄水池的池面；或者

在所述顶部保温层的上部设有防风网，下部设防坠网。

由以上技术方案可知，本申请中的中低倍聚光太阳能热利用系统，其聚光反射组件中的反射镜向集热管反射太阳光，该接收器的集热管上无二次反射结构，接受器接收反射镜反射的太阳光，同时还接收太阳直射的太阳光。随着太阳位置的变化，跟踪驱动结构驱动反射镜转动，实现太阳追踪，始终将太阳光反射到接收器上。其水工质蓄热系统通过设置相互连通的多个蓄水池并与接收器连通，从而通过水工质对接收器吸收的热量进行存储，并形成具有温度梯度的多个蓄水池，使取热设备获取不同温度热源成为可能。因此，本申请中的中低倍聚光太阳能热利用系统具有对反射聚光的精度要求低、容差率高、结构简单、建造方便、成本低等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据一优选实施例示出的中低倍聚光太阳能热利用系统的结构示意图；

图2为根据一优选实施例示出的开放式驱动组件的主视图；

图3为图1中的中低倍聚光太阳能热利用系统聚光示意图；

图4示出了水工质蓄热系统的俯视图；

图5为图4中A-A向的截面图；

图6为根据一优选实施例示出的水工质蓄热系统的优化方案；

图7为根据另一优选实施例示出的水工质蓄热系统的优化方案。

图中：

1、条状反射镜；2、反射镜安装框架；3、第一支撑结构；4、跟踪驱动结构；5、集热管；6、第二支撑结构；7、连杆机构；8、水工质蓄热系统；9、混水站；14、第一分管路；15、第一开关阀门；16、第二分管路；17、第二开关阀门；41、主动齿轮；42、从动齿板；43、联动薄齿轮；44、驱动轴；431、大齿轮盘；432、小齿轮盘；80、进水蓄水池；81、出水蓄水池。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为根据一优选实施例示出的中低倍聚光太阳能热利用系统的部分结构示意图。如图1所示，一种中低倍聚光太阳能热利用系统，包括接收器、聚光反射组件和水工质蓄热系统8。

聚光反射组件包括至少一组反射镜单元和跟踪驱动结构4；每组反射镜单元包括条状反射镜1、反射镜安装框架2和第一支撑结构3，第一支撑结构3与地面固定基础固定连接；每组反射镜单元的反射镜安装框架2均与跟踪驱动结构4连接；

接收器包括至少一根集热管5，集热管5的轴心与条状反射镜1的长度方向平行，且相邻的两根集热管5的管壁贴合，集热管5通过第二支撑结构6与地面固定基础连接；

跟踪驱动结构4驱动聚光反射组件中的反射镜单元旋转，以使反射镜单元反射的太阳光始终聚集在接收器的总受光面内。

太阳能热利用系统中，若利用热能进行光热发电，采集设备需要使用高倍聚光集热设备，设备中的水(传热工质)被加热到500℃以上形成过热蒸汽用作汽轮机发电；而中低倍聚光太阳能热利用系统输出的传热工质的温度相对较低，一般在70-80℃左右或略高，该部分热能无法满足汽轮机发电，但是能以热利用的形式进一步使用，如，采用水作为传热工质，常温水吸收太阳光热能后温度升高，可用于生活用水、供暖等。

本实施例提供的集热设备适用于聚光倍数及聚光精度要求相对较低的中低倍聚光镜场中，该设备中无二次反射结构，允许容差率高，具有结构简单、建造方便、成本低等优点。

作为本实施例的优选实施方式，接收器包括多根集热管5，多根集热管5的轴心连线为直线或弧形曲线。反射聚光组件包括多块条状反射镜1，多块条状反射镜1向共同的焦线位置反射汇聚太阳光，汇聚的太阳光区域具有一定的宽度，进而形成一定接受面积的汇聚区。如图3所示。为了避免汇聚光偏出浪费,汇聚区应始终照射在多根集热管5上，即多根集热管5形成的总受光面的宽度不小于汇聚区的宽度，使反射的光线更充分的利用。

接收器中可通过改变集热管5的数量改变总受光面的宽度。一般情况下，总受光面的宽度应大于汇聚区的宽度，以提高集热设备的容差，即当条状反射镜1的反射存在一定偏差时仍可将反射的太阳光汇聚到集热管5上，以降低条状反射镜1的反射追踪精度要求，进一步降低成本。

优选地，本申请中的条状反射镜1为曲面镜。由于接收器的容差高,对于条状反射镜1的反射精度要求与高倍聚光反射镜相比相对较低,因此,其可采用较小弧度的曲面镜,该弧度范围内的条状反射镜1采用冷处理即可成型，冷处理的制备工艺简单，可降低制作成本。

作为被实施例的优选实施方式，跟踪驱动结构4包括开放式驱动组件,图2为根据一优选实施例示出的开放式驱动组件的主视图，如图2所示，开放式驱动组件包括主动齿轮41和从动齿板42，主动齿轮41安装在第一支撑结构3上，从动齿板42固定安装在反射镜安装框架2的转轴上；主动齿轮41与从动齿板42之间通过多级联动薄齿轮43连接；

多级联动薄齿轮43的高度依次递增；每级联动薄齿轮43包括平行且共轴设置的大齿轮盘431和小齿轮盘432；主动齿轮41与高度最低的联动薄齿轮43的大齿轮盘431啮合，每级联动薄齿轮43的小齿轮盘432与相邻的上一级联动薄齿轮43的大齿轮盘431啮合，位于最高位置的联动薄齿轮43的小齿轮盘432与从动齿板42啮合；主动齿轮41的驱动轴44连接驱动装置。

跟踪驱动结构4采用开放式驱动组件，利用联动薄齿轮43实现匹配转速和传递转矩，与现有技术相比，其无需使用成本较高的减速机，无需额外的支撑结构，可大大降低驱动部分的成本投入；同时，开放式驱动组件的耐候性更强，使得集热设备可适用更多的安装环境，尤其是盐碱地、沙漠等地区。

沿接收器长度方向设置多列聚光反射组件，每列聚光反射组件包括多组反射镜单元，多组反射镜单元中的多个条状反射镜1平行设置；

跟踪驱动结构4还包括连杆机构7，多组反射镜单元中相邻的反射镜安装框架2的转轴通过连杆机构7连接，且至少一个反射镜安装框架2的转轴连接开放式驱动组件。

每一列聚光反射组件中，包括多组反射单元，为了实现多块条状反射镜1的同步转动，将相邻的反射镜安装框架2的转轴通过连杆机构7连接，两个机构包括于转轴固定连接的摆杆以及连接摆杆的推拉杆，其中，至少一个反射镜安装框架2的转轴连接开放式驱动组件，优选地，在位于居中位置的反射镜安装框架2的转轴上设置开放式驱动组件。

多列聚光反射组件中包括至少一个开放式驱动组件，位于同一排的多个开放式驱动组件的主动齿轮41通过一根驱动轴44连接。相邻的两列聚光反射组件之间，位于同一排的主动齿轮41共用一根驱动轴44，采用共用驱动轴44的形式，减少联轴器的使用，避免联轴器联连接处出现“丢转”的现象，使多个条状反射镜1实现同步追踪。

作为本实施例的优选实施方式，大齿轮盘431上设有圆形通孔，圆形通孔的直径与小齿轮盘432的外径相同。大齿轮盘431的直径大于小齿轮盘432的直径，为了进一步的降低成本，在大齿轮盘431上设置圆形通孔，圆形通孔处切割的废料可以用于小齿轮盘432的制作，进而大大节省了联动薄齿轮43的成本投入；同时，在大齿轮盘431上设置圆形通孔，可进一步降低开放式驱动组件的重量，利于拆装操作。

优选地，从动齿板42为弧形齿条。弧形齿板的半径远大于大齿轮盘431和小齿轮盘432的半径，根据实际的使用需求，弧形齿板的半径可为数米或数十米，大半径的弧形齿条可满足各个角度的高精度追踪。

优选地，第一支撑结构3和第二支撑结构6的高度相较于高倍率太阳能光热电站的支撑结构较低，故本申请中的第一支撑结构3和第二支撑结构6方便人工安装，第一支撑结构3工作人员在地面即可完成施工操作，而第二支撑结构6通过搭建脚手架即可完成施工操作；无需使用大型的起重设备，施工简单快捷，成本低。

图4示出了水工质蓄热系统的俯视图；图5为图4中A-A向的截面图。如图4和图5所示，本申请中的水工质蓄热系统8包括相邻布置的多个蓄水池。位于最边侧的两个蓄水池分别为进水蓄水池80和出水蓄水池81。进水蓄水池80的进水口与原水水源连通，按照进水蓄水池80至出水蓄水池81的顺序，前一蓄水池的底部与下一相邻的蓄水池的顶部开口连通；出水蓄水池与混水站9连通。混水站9还设有与原水水源连通的入口。进水蓄水池还设置有出水口，出水蓄水池还设有进水口，进水蓄水池的出水口与出水蓄水池的进水口之间连接接收器。

本申请中的多个蓄水池之间相互连通，根据连通器原理，每个蓄水池内的液面高度相同，本申请中，每个蓄水池始终为满池状态。热源装置与进水蓄水池和出水蓄水池构成另一连通回路。进水蓄水池中的水工质通过电泵泵入热源装置内，在热源装置受热后进入出水蓄水池内，由于进水蓄水池中的水工质被泵出，其液面降低，其他蓄水池的水则由出水蓄水池逐渐流入进水蓄水池中，经热源装置加热后的水与出水蓄水池内的水混合，出水蓄水池内的水温升高，其他蓄水池由于不断有热水流入，自出水蓄水池至进水蓄水池的次序，每个蓄水池的水温依次降低，进而形成具有温度梯度的多个蓄水池。

为了充分利用绿色能源中的太阳能，本申请中的热源装置采用低倍聚光的太阳能光热吸收装置。需要说明的是，本申请对于热源装置不做具体限定，凡是能够将水工质进行加热的装置均落入本申请的保护范围。

由于多个蓄热池中的热水其蓄热温度不同，故本申请优选地，将每个蓄水池还设有分别与混水站连通的第一分管路14，每个第一分管路上设有第一开关阀门15，如图6所示。通过将每个蓄热池与混水站连通，混水站可选择性地在每个蓄水池中取水。

通常情况下，出水蓄水池中的高温水流入混水站，与来自原水水源的低温水进行混合，混合后的水进入生活用热水管道进行利用。但在阳光充足或燃料利用率较高时，出水蓄水池中的水工质温度较高，由于水工质蓄热系统中的水工质总量保持不变，故为了平衡混水站内的温度，此时可将进水蓄水池与混水站之间的第一开关阀门打开，使进水蓄水池内较低温度的水与原水一起与高温水混合，以使混水站内的水工质温度不会大幅升高。而当阳光不足或燃料利用率较低时，出水蓄水池中的水工质温度偏低，在与原水水源混合后，混水站内的热源温度不足以提供充足的热量，此时，将靠近出水蓄水池的一个或多个蓄水池与混水站之间的第一开关阀门打开，则混水站内水工质的温度升高，从而达到设定要求的热量。

需要说明的是，在每个蓄水池与混水站之间设置第一分管路，还存在另一有益效果，即当原水水源发送污染或水质出现浑浊时，可控制原水水源不进入混水站，而是采用蓄水池中的水进行混合，从而避免对混水站的水质产生影响。

进一步优选地，进水蓄水池与出水蓄水池之间的蓄水池均设有与接收器进水口连通的第二分管路16。每个第二分管路上设有第二开关阀门17，如图7所示。正常情况下，进水蓄水池内的水工质进入接收器中进行加热，加热后的水工质进入出水蓄水池81中。但在阳光不足或燃料利用率较低时，接收器所产生的热量减少，此时仍对进水蓄水池80中的水工质加热，则水工质的升温幅度较小，进入出水蓄水池内的水工质的温度不达标，为了解决这一问题，将具有温度梯度的蓄水池中温度偏高的蓄水池内的水工质通过打开第二开关阀门流入接收器，由于流入的水工质本身具有较高的温度，在吸收偏少的太阳能或热能后，接收器内水工质的温度即可达到设定的温度值，进而使混水站内的混合水的温度不受影响。

进一步优选地，相邻蓄水池的连通管的设置位置呈对角布置，以延长蓄水池内水流的流通路径。通过延长蓄水池内水流的流通路径，可以使每个蓄水池内的水与相邻蓄水池中具有温差的水进行充分混合，以达到稳定水温，并能够有效减少死水区的产生。

进一步优选地，每个蓄水池还包括隔离层，隔离层铺设于蓄水池的侧壁和压实基底的上方。作为其中一种优选方案，隔离层包括第一无纺布工布层和第一防渗膜层，第一无纺布工布层与压实基底接触。在盐碱地或对水分吸收较为严重的土层内开挖蓄水池，则需要铺设无纺布和防渗膜，以防止水分流失。

更为优选地，在昼夜温差较大，或需要水温损失要求较小的情况下，隔离层采用的结构包括依次叠加的第二无纺布工布层、第二防渗膜层、第一保温层、第三防渗膜层和第三无纺布工布层。采用该结构的隔离层，即可实现较好的保温，还能够防止水分流失。

在对蓄水池底部实现保温的同时，蓄水池的顶部也需要设置保温层。其中，顶部保温层包括依次设置的第四无纺布工布层、第四防渗膜层、第二保温层和第五防渗膜层。第五防渗膜层靠近蓄水池的池面。顶部保温层和隔离层能够实现对蓄水池内整个水体的保温和隔离。

优选地，本申请中的第一防渗膜层、第二防渗膜层、第三防渗膜层、第四防渗膜层和第五防渗膜层均采用耐高温防渗材料制作，如CPA(Composite Polyamide)反渗透膜，CPP(cast polypropylene，流延聚丙烯薄膜)薄膜等。需要说明的是，本申请中的防渗膜采用CPA反渗透膜或CPP薄膜只是示例性的，凡是耐高温水煮的材料均落入本申请的保护范围。

进一步优选地，在顶部保温层的上部设有防风网，下部设防坠网。防风网用于防止顶部保温层被风刮起。防坠网用于承接掉落在保温层上部的掉落物，避免掉落物对蓄水池内的液面高度产生影响。

在本申请中，蓄水池的高度高于地面，蓄水池高出底面的土方，蓄水池高出底面的高度与蓄水池底部距离地面的高度比为1:1。采用此种堆积方式，可以实现不需将开挖蓄水池的土方运至其他地方，而只需就地利用即可，即实现运输成本的降低，还有利于蓄水池的迅速开挖。

由以上技术方案可知，本申请中的中低倍聚光太阳能热利用系统，其聚光反射组件中的反射镜向集热管反射太阳光，该接收器的集热管上无二次反射结构，接受器接收反射镜反射的太阳光，同时还接收太阳直射的太阳光。随着太阳位置的变化，跟踪驱动结构驱动反射镜转动，实现太阳追踪，始终将太阳光反射到接收器上。其水工质蓄热系统通过设置相互连通的多个蓄水池并与接收器连通，从而通过水工质对接收器吸收的热量进行存储，并形成具有温度梯度的多个蓄水池，使取热设备获取不同温度热源成为可能。因此，本申请中的中低倍聚光太阳能热利用系统具有对反射聚光的精度要求低、容差率高、结构简单、建造方便、成本低等优点。

本实用新型中的太阳能热利用系统将升温的传热工质(水)输送至热利用设备进行供热使用，或者，将传热工质存入蓄水池暂时进行存储，以备使用。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。