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一种全天候导光式太阳能热电联产系统
申请号	CN201710716500.9	申请日	2017-08-21	公开(公告)号	CN107313905A	公开(公告)日	2017-11-03
申请人	上海理工大学;			发明人	刘超; 徐正; 徐浩展; 关欣; 高淑宁; 鲍鹤鸣;
摘要	本发明公开了一种全天候导光式太阳能热电联产系统，在光照条件良好的情况下，该系统利用菲涅尔透镜收集太阳能，并通过导光纤维和导光筒将太阳能汇集至腔式管状集热器中，使流经集热器的冷空气温度上升后一分为二，一路进入相变蓄热器中进行蓄热，一路进入斯特林发动机的热端驱动发动机工作，继而驱动发电机进行工作发电，其中斯特林发动机余热被冷水收集使之升温，达到余热利用的目的；在光照条件不充足时，该系统利用相变蓄热器释放的热量驱动斯特林发动机工作，驱动发电机工作发电。本发明满足了利用太阳能全天连续地驱动发动机工作推动发电机发电的同时，通过该系统还可以将发动机工作余热进行收集再利用，达到了全天连续热电联产的目的。
权利要求	1.一种全天候导光式太阳能热电联产系统，将太阳能转换为热能从而对水进行加热，其特征在于，包括：菲涅尔透镜，用于收集阳光；导光筒，其输出端通过导光纤维与所述菲涅尔透镜连接，用于接收所述阳光；腔式管状集热器，设置在所述导光筒上透镜聚焦点处，用于将所述阳光转变为热能；相变蓄热器，与所述腔式管状集热器连接，用于收集存储所述热能，为系统提供热能；斯特林发动机，与所述腔式管状集热器连接，还与相变蓄热器连接，用于将所述热能转换为机械能；高温空气循环泵，一端与所述发动机连接，另一端与所述腔式管状集热器连接；中低温空气循环泵，与所述发动机连接；以及换热器，与所述中低温空气循环泵和所述发动机连接，其中，流经所述腔式管状集热器后升温的空气一路进入相变蓄热器进行相变蓄热，另一路直接进入所述斯特林发动机驱动所述发电机发电，所述发动机中作为驱动热源的热空气释放热量后被冷却，与所述相变蓄热器释放的高温空气混合从而被预热，该预热后的空气通过所述高温空气循环泵进入所述腔式管状集热器内，所述换热器还与自来水管连接，所述发动机中的所述热空气还通过所述换热器与所述自来水管中的水进行接触换热，使得所述自来水管中的水被加热，所述中低温空气循环泵用于为冷源空气在所述斯特林电机中升温后，再在所述换热器中与水进行换热降温这一过程的空气循环提供动力。 2.根据权利要求1所述的全天候导光式太阳能热电联产系统，其特征在于，还包括：追日装置，与所述菲涅尔透镜连接，用于改变所述菲涅尔透镜收集阳光的方向。 3.根据权利要求1所述的全天候导光式太阳能热电联产系统，其特征在于，还包括：发电机，与所述斯特林发动机连接，用于将所述斯特林发动机的机械能转换为电能。 4.根据权利要求1所述的全天候导光式太阳能热电联产系统，其特征在于：其中，所述腔式管状集热器和所述相变蓄热器、所述相变蓄热器和所述发动机、所述发动机和所述中低温空气循环泵、所述中低温空气循环泵和所述高位空气循环泵、所述高位空气循环泵和所述换热器、所述换热器和所述自来水管之间均通过耐热不锈钢管连通，该不锈钢管用于传输工作介质。 5.根据权利要求4所述的全天候导光式太阳能热电联产系统，其特征在于：其中，所述耐热不锈钢管上设有测温测压装置。
说明书全文	一种全天候导光式太阳能热电联产系统技术领域 [0001] 本发明属于太阳能聚焦光热利用及相变材料蓄热的技术领域，具体涉及一种全天候导光式太阳能热电联产系统。背景技术 [0002] 太阳能是一种清洁的可再生能源，利用太阳能发电是开拓新能源和保护环境、节能减排的有效途径。目前较为成熟的太阳能发电技术是太阳能光伏发电和太阳能光热发电。其中，太阳能光热发电技术又分为塔式太阳能光热发电、槽式太阳能光热发电和碟式太阳能光热发电。 [0003] 槽式太阳能光热发电系统利用槽式抛物面将太阳光聚在一条线上，在这条焦线上安装管状集热器，以吸收聚焦的太阳辐射能。由于槽式聚光器的几何聚光比低及集热温度不高，使得抛物槽式太阳能光热发电系统中动力子系统的热转功效率偏低，通常在35％左右。因此，单纯的抛物槽式太阳能光热发电系统在进一步提高热效率、降低发电成本方面的难度较大。 [0004] 塔式太阳能光热发电系统也称为集中式太阳能光热发电，利用定日镜将太阳光聚焦在中心吸热塔的系热气上，聚焦的辐射能转变程热能，然后传递给热力循环的工质，再驱动汽轮机做功发电。其中，采用点聚光形式的塔式太阳能热发电系统则以高温融盐作为导热介质，目前工作温度能提升至560℃左右，但总体而言系统的发电效率仍偏低。另外，由于太阳能具有间歇性供应等特性，太阳能热发电系统中通常需配备储能蓄热装置，以延长机组的运行时间，以塔式太阳能热发电站为例，其连续运行时间约为14-15小时，受储能成本及蓄热装置保温特性等因素的影响，难以保证太阳能热发电系统全天连续运行。并且，由于塔式集热器的设计问题，导致点聚焦的效率较低，散热损失较高。发明内容 [0005] 本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种全天候导光式太阳能热电联产系统。 [0006] 本发明提供了一种全天候导光式太阳能热电联产系统，将太阳能转换为热能从而对水进行加热，具有这样的特征，包括：菲涅尔透镜，用于收集阳光；导光筒，其输出端通过导光纤维与菲涅尔透镜连接，用于接收阳光；腔式管状集热器，设置在导光筒上透镜聚焦点处，用于将阳光转变为热能；相变蓄热器，与腔式管状集热器连接，用于收集存储热能，为系统提供热能；斯特林发动机，与腔式管状集热器连接，还与相变蓄热器连接，用于将热能转换为机械能；斯特林发电机，与腔式管状集热器连接，用于将热能转换为机械；高温空气循环泵，一端与斯特林发电机连接，另一端与腔式管状集热器连接；中低温空气循环泵，与斯特林发电机连接；以及换热器，与中低温空气循环泵和斯特林发电机连接，流经所述腔式管状集热器后升温的空气一路进入相变蓄热器进行相变蓄热，另一路直接进入所述斯特林发动机驱动所述发电机发电，斯特林发电机中作为驱动热源的热空气释放热量后被冷却形成冷源空气，与相变蓄热器释放的高温空气混合从而被预热，该预热后的空气通过高温空气循环泵进入腔式管状集热器内，换热器还与自来水管连接，斯特林发电机中的热空气还通过换热器与自来水管中的水进行接触换热，使得自来水管中的水被加热，中低温空气循环泵用于为冷源空气在斯特林电机中升温后，再在换热器中与水进行换热降温这一过程的空气循环提供动力。 [0007] 在本发明提供的全天候导光式太阳能热电联产系统中，可以具有这样的特征，还包括：追日装置，与菲涅尔透镜连接，用于改变菲涅尔透镜收集阳光的方向。 [0008] 在本发明提供的全天候导光式太阳能热电联产系统中，可以具有这样的特征，还包括：发电机，与斯特林发电机连接，用于将斯特林发电机的机械能转换为电能。 [0009] 在本发明提供的全天候导光式太阳能热电联产系统中，还可以具有这样的特征：其中，腔式管状集热器和相变蓄热器、相变蓄热器和斯特林发电机、斯特林发电机和中低温空气循环泵、中低温空气循环泵和高位空气循环泵、高位空气循环泵和换热器、换热器和自来水管之间均通过耐热不锈钢管连通，该不锈钢管用于工作介质。 [0010] 在本发明提供的全天候导光式太阳能热电联产系统中，还可以具有这样的特征：其中，耐热不锈钢管上设有测温测压装置。 [0011] 发明的作用与效果 [0012] 根据本发明所涉及的全天候导光式太阳能热电联产系统，因为因为具有的菲涅尔透镜能够收集太阳光，还具有能使太阳光聚焦产生高温特性的腔式管状集热器，所以为系统提供了动力能源，还解决了点聚焦式太阳能光热发电的散热损失问题。因为具有的相变蓄热器能够进行相变转换存储能量，以提供光照条件不足时系统运行的能源需求，所以解决了斯特林发电机热源温度的来源问题，并直接解决了发电系统因太阳能分散性、不连续性的缺点而造成的系统间断运行；还因为提升了腔式管状集热器内空气的初始温度，所以提升了系统工质的循环效率。因为具有的斯特林发电机的冷源余热及换热器使得自来水管路中的水升温以进行余热利用，所以解决了太阳能光热发电系统的余热回收利用问题。附图说明 [0013] 图1是本发明的实施例的结构示意图。具体实施方式 [0014] 为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。 [0015] 实施例： [0016] 图1是本发明的实施例的结构示意图。 [0017] 如图1所示，本实施例的一种全天候导光式太阳能热电联产系统100，将太阳能转换为热能从而对水进行加热，包括：菲涅尔透镜1、导光筒4、腔式管状集热器5、相变蓄热器6、斯特林发电机7、高温空气循环泵10、中低温空气循环泵9、换热器11、追日装置2和发电机 8。 [0018] 菲涅尔透镜1，用于收集阳光。 [0019] 导光筒4，其输出端通过导光纤维3与菲涅尔透镜1连接，用于接收阳光。 [0020] 腔式管状集热器5，设置在导光筒4上透镜聚焦点处，用于将阳光转变为热能。 [0021] 相变蓄热器6，与腔式管状集热器5连接，用于收集存储热能为系统提供热能； [0022] 斯特林发动机7，与腔式管状集热器5连接，还与相变蓄热器6连接，用于将热能转换为机械能。 [0023] 高温空气循环泵10，一端与斯特林发电机7连接，另一端与腔式管状集热器5连接。 [0024] 流经腔式管状集热器5后升温的空气一路进入相变蓄热器6进行相变蓄热，另一路直接进入所述斯特林发动机7驱动发电机8发电。 [0025] 斯特林发电机7中作为驱动热源的热空气释放热量后被冷却形成冷源空气，与相变蓄热器6释放的高温空气混合从而被预热，该预热后的空气通过高温空气循环泵10进入腔式管状集热器5内。 [0026] 中低温空气循环泵9，与斯特林发电机7连接。 [0027] 中低温空气循环泵9用于为冷源空气在所述斯特林电机7中升温后，再在换热器11中与水进行换热降温这一过程的空气循环提供动力。 [0028] 换热器11，与中低温空气循环泵9和斯特林发电机7连接。 [0029] 换热器11还与自来水管连接，斯特林发电机7中的热空气还通过换热器11与自来水管中的水进行接触换热，使得自来水管中的水被加热。 [0030] 追日装置2，与菲涅尔透镜1连接，用于改变菲涅尔透镜1收集阳光的方向。 [0031] 发电机8，与斯特林发电机7连接，用于将斯特林发电机7的机械能转换为电能。 [0032] 腔式管状集热器5和相变蓄热器6、相变蓄热器6和斯特林发电机7、斯特林发电机7和中低温空气循环泵9、中低温空气循环泵9和高位空气循环泵10、高位空气循环泵10和换热器11、换热器11和自来水管之间均通过耐热不锈钢管连通，该不锈钢管用于传输工作介质，如水或空气。 [0033] 耐热不锈钢管上设有测温测压装置12，用于控制整体系统的温度和压力。 [0034] 本实施例全天候导光式太阳能热电联产系统的工作过程如下： [0035] 本实施例的全天候导光式太阳能热电联产系统100中，菲涅尔透镜1、追日装置2、导光纤维3和导光筒4构成导光传输子系统，在光照条件良好的情况下，利用菲涅尔透镜1收集太阳能并聚焦至导光纤维3中，后汇集至导光筒4内，并通过导光筒4输出端的菲涅尔透镜1聚焦至腔式筒状集热器5，使高温聚光太阳能射入腔式筒状集热器5，用于提供系统运行所需的高温热量。 [0036] 腔式管状集热器5、相变蓄热器6和高温空气循环泵10构成集热蓄热子系统，导光筒4内的聚光太阳能透过导光筒4输出端的菲涅尔透镜聚焦入射至腔式管状集热器5内，使太阳光聚集并产生高温太阳能，使进入集热器5内的冷空气进行升温工序，收集太阳能并将其转化为空气的热能；升温后的热空气一分为二，一路进入相变蓄热器6进行相变蓄热，将空气的热能进行收集储存，以备光照条件不足时释放热能以驱动系统运转，另一路进入斯特林发电机7内进行做功驱动发电机8发电；进入斯特林发电机7内做驱动热源的热空气释放热量后被冷却，与相变蓄热器6释放的高温空气进行混合以提高循环空气的初始温度，达到预热的效果，混合后的空气通过高温空气循环泵10进入集热器5内，达到集热介质循环利用的目的。 [0037] 斯特林发电机7、中低温空气循环泵9和换热器11构成空气余热利用子系统，斯特林发电机7的冷源空气做功后，途经换热器11时与自来水管路中输送的水进行接触换热，将其空气余热加以利用，达到空气余热利用的目的。其中，中低温空气循环泵9为冷源空气的循环提供动力。 [0038] 在光照条件不充足时，该系统利用相变蓄热器6内释放的相变热量使流经其中的冷空气温度上升，达到一定温度后进入斯特林发电机7中，驱动发电机8工作发电。 [0039] 实施例的作用与效果 [0040] 本实施例的全天候导光式太阳能热电联产系统，因为具有的菲涅尔透镜能够收集太阳光，还具有能使太阳光聚焦产生高温特性的腔式管状集热器，所以为系统提供了动力能源，还解决了点聚焦式太阳能光热发电的散热损失问题。因为具有的相变蓄热器能够进行相变转换存储能量，以提供光照条件不足时系统运行的能源需求，所以解决了斯特林发电机热源温度的来源问题，并直接解决了发电系统因太阳能分散性、不连续性的缺点而造成的系统间断运行；还因为提升了腔式管状集热器内空气的初始温度，所以提升了系统工质的循环效率。因为具有的斯特林发电机的冷源余热及换热器使得自来水管路中的水升温以进行余热利用，所以解决了太阳能光热发电系统的余热回收利用问题。 [0041] 本实施例的全天候导光式太阳能热电联产系统，因为具有的测温测压装置控制了整体系统的温度和压力，一旦超温或低温，高压或低压，就会报警，所以保证了整个系统的良好运行。 [0042] 上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

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