技术领域
[0001] 本
发明涉及发电装置，特别是涉及到利用太阳
热能发电的太阳发电站。
背景技术
[0002] 燃
煤发电煤燃烧时，废气中含有硫化物、氮
氧化物、及微尘，尤其是会释放大量的二氧化
碳气体到外界环境，二氧化碳被认为是地球大气
温室效应转强的主要原因。燃煤是不可再生的
能源。
[0003] 使用
天然气或燃油发电时，亦会排放氮化物及硫化物。这些污染物质会进入
水源及食物链，对人体的健康造成影响。天然气和燃油也是不可再生的能源。
[0004] 水
力发电虽然不会排放污染物到环境，但
水坝的建造会淹没大片的土地，必须迁移许多居民，水库也会影响到附近河川的生态。
[0005] 用
生物质能发电将需要大片的土地，这是因为生物质能来源于
植物、动物和
微生物的可再生的物质。植物的燃烧会产生微尘，也会产生二氧化碳。
[0006] 核能发电的热能来自核分裂，将不可避免排放非常微量的
放射性物质到外界环境。如果
核能电厂发生严重的事故时，会有较大量的放射性物质释放到外界环境，对环境及民众造成伤害。
[0007] 关于
风力发电，由于
风能是随机性的，
风力的大小时刻变化，风力发电很难实现稳定供电。风力发电不会造成水污染，但有可能会对发电装置附近的
鸟类造成伤害。
[0008] 太阳是地球永恒的能源，它以光
辐射的形式每秒钟向太空发射约3.8×1020MW
能量，其中有22亿分之一投射到地球上。巨大的
太阳能是地球上万物生长之源，充分利用太阳能，创造绿色产业，发展低碳经济，具有持续供能和环保双重伟大的意义。
[0009] 火热的太阳光普照大地，处处都有可以利用太阳能。
[0010] 沙漠地区雨水少，几乎是寸草不生，那里是难以生存的死亡区。但沙漠地区日光丰富，并且土地便宜，于是利用沙漠地区的丰富的太阳能来发电，就成为利用沙漠的新途径。太阳能发电所开发的是
可再生能源，它没有污染，仅占用便宜的土地。
[0011] 中国沙漠地区每年每平方米可以得到的太阳能大约是5000-6000兆焦
耳。我国40万平方公里沙漠面积上每年得到的太阳能是2×10的21次方焦耳。它大约折合每年700亿吨标准煤，是中国21世纪初煤的年消耗量的40倍。仅新疆就有三十多万平方公里的沙漠。土地几乎没有成本，
温度差大的沙漠、荒漠，是利用太阳能发电技术的理想地区。只要把能源政策调整好，阳光下的广袤沙漠就可以变成关系到国家安全的能源新基地。
[0012] 利用太阳能发电的方式主要：
[0014] 2，利用太阳热能的太阳能热发电。
[0015] 在太阳能光伏发电中，
太阳能电池板所用的光电芯片的
制造过程中，会产生大量的有毒废弃物，而且，生产成本很高。目前，相对便宜的
太阳能电池板往往效率很低，无法生产出足够的
电能；而高效的太阳能电池板十分昂贵，无法在普通消费者中推广。
[0016] 太阳能热发电对环境没有任何污染，它是利用太阳能聚光集热器，将太阳能收集起来，通过对循环工质加热，产生高压高温工质，驱动热动力装置，带动发
电机发电，从而将太阳能转换为电能。
[0017] 太阳能热发电系统主要有3种：塔式发电系统、槽式发电系统和碟式发电系统。
[0018] 塔式发电系统，将众多称作
定日镜的平面反光镜，组成阵列，将太阳能反射到置于高塔顶部的，类似直流
锅炉的集热器上，加热工质，产生高温
蒸汽，驱动
汽轮机发电机组发电。
[0019] 槽式发电系统，与塔式发电系统不同的是，它采用槽形抛物面聚光器，管状集热器。
[0020] 碟式发电系统，与塔式发电系统不同的，它是采用旋转抛物面聚光器，集热器为小型空腔锅炉。
[0021] 太阳光在经过聚光器的聚光作用后，能量
密度可得到大幅度提高，故在太阳能的中高温利用中，常用到聚光反射装置。
[0022] 太阳能热发电系统，利用
太阳辐射产生的热能发电，由太阳能聚光集热器，将所吸收的热能转换成工质的蒸汽，再驱动汽轮机发电。这种汽轮机驱动的太阳能热发电站的缺点是成本高，它的投资要比普通火电站要贵几倍，一座1000MW的
太阳能热电站需要投资20～25亿美元，平均1kW的投资为2000～2500美元。因此，目前只能小规模地应用于特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。
[0023] 槽式太阳能热发电的基本结构包括：槽式聚光器、集热器、循环工质、动力装置和发电机。槽型抛物面聚光器将平行投射来的太阳光，反射汇聚到管状集热器表面，加热集热器内的循环工质，产生高温蒸汽，利用蒸汽流，驱动汽轮机，带动发电机发电。槽式太阳能热发电，聚光度约50倍，集热效率高，其集聚产生的太阳能，使其介质温度可达350℃。在太阳能热发电中，目前仅有槽式太阳能热发电实现了商业化，运用主要集中在美国和西班牙。在我国新疆吐鲁番地区，一个槽式太阳能热发电站已投入使用，是我国首座、亚洲最大的槽式太阳能热发电站。根据国际权威机构统计，目前在全世界运行的槽式太阳能热发电占整个太阳能热发电装置的88％，占在建项目的97.5％。特别是欧盟即将在非洲建立的DII项目，总投资达4000亿欧元，仍将采用槽式太阳能热发电技术。
[0024] 实用的槽式太阳能热发电技术，将细管状集热器，线性布置在槽式反光镜的焦线处，集热器中的内工质
导热油，作为
传热媒介沿焦线流动，在导热油被聚光焦斑加热到近400摄氏度后，进入油气换热器，换热器产生蒸汽，推动汽轮机和发电机组发电。考虑天气影响，可使用辅助
燃料加热，或采取熔盐储热。目前，投入运行的西班牙安达索1号，通过熔盐储热已经实现全天发电15小时。
[0025] 槽式太阳能热发电装置，是目前最有希望的太阳能热发电装置，它在普通火力电站
基础上，用槽式聚光器代替锅炉的
燃烧室，用管状集热器代替水冷壁和汽包。但是，至今，槽式太阳能热发电装置成本还是太高，还没有普及推广，具体地说：
[0026] 1、槽式太阳能热发电，采用昂贵笨重的汽轮机和凝汽器，初投资大；
[0027] 2、槽式太阳能热发电，采用的槽形抛物面聚光器，加工组装难度大，
费用高；
[0028] 3、槽式太阳能热发电，储热蓄能装置成本高，技术难度大。
[0029] 上述有关发电装置的背景技术，在以下专著中有详细描述：
[0030] 1、邢运民，陶永红，现代能源与发电技术，西安：西安
电子科技大学出版社，2007。
[0031] 2、蔡兆麟，刘华堂，何国庚，能源与动力装置基础，北京：中国电力出版社，2004。
[0032] 3、刘鉴民，太阳能利用：原理·技术·工程，北京：电子工业出版社，2010。
发明内容
[0033] 本发明的目的是给出一种利用太阳热能发电的太阳发电站，它不用汽轮机和凝汽器，成本低，它的结构包括：聚光器、
太阳跟踪器、集热器、
循环水、循环水
泵、动力装置、发电机和抽水蓄能系统。
[0034] 循环水泵将循环水注入集热器，在太阳跟踪器控制下，聚光器将投射来的太阳光，反射集聚到集热器，集热器内的循环水受热
蒸发，产生蒸汽，蒸汽进入动力装置做功，动力装置带动发电机发电。
[0035] 所述聚光器，它包括条镜阵列、
支架系统、传动机构和步进电机，条镜阵列、传动机构和步进电机都由支架系统
支撑，
传动系统由
涡轮蜗杆组成，步进电机输出端驱动传动系统，传动系统输出端控制条镜阵列；
[0036] 所述动力装置，它包括汽水冲击器、汽水冲击
控制器和
水轮机，汽水冲击控制器控制汽水冲击器，汽水冲击器带动水轮机；
[0037] 所述条镜阵列包括反光镜和聚光架，众多倾
角各不相同的条形反光镜，沿东西方向，彼此平行地布置在平面网格状的聚光架上，组成波浪形阵列，将投射来的太阳光，以不同的反射角，反射汇聚到集热器上；在集热器南北，各设一个聚光架，北侧聚光架上，设置若干条形反光镜，在南侧，对称相同，南北两侧聚光架在同一平面上，两聚光架中间有一个连接轴，连接轴位于东西方向。
[0038] 所述太阳跟踪器，它是一个控制
电路，该电路的输出，驱动步进电机，再通过传动系统，控制聚光器对日跟踪，以保证聚光器将投射来的太阳光，准确汇聚到集热器上；
[0039] 控制电路的光电检测由3只光敏
电阻完成，南北2只对称地位于南北集热架上，当集热架平面与太阳光不垂直时，其中1只光敏电阻受集热器遮挡阳光，南北2只光敏电阻阻值不相同，以此检测太阳高度角的变化；中间1只位于两聚光架中间一个连接轴上，在集热器阴影下，用于检测环境
亮度，判断白天还是晚上，晴天还是阴天；电源
电压经三路光敏电阻和定值电阻的分压后，送入
单片机ATmega8的3个ADCx引脚；
[0040] 控制电路的时钟PCF8583与单片机通过总线连接，时钟的INT、SCL、SDA三个引脚与单片机的INT0、SCL、SDA三个引脚相接，通过单片机的两个PBx引脚，输出驱动
信号；
[0041] 控制电路的主程序是：初始化单片机相关功能模
块，巡回检测3只光敏电阻的光
电信号，并进行判断，若是白天晴天，就采用光电跟踪方式；若是阴天，就采用视日运动轨迹跟踪控制方式。然后，进入对应的分支程序，输出驱动信号，驱动步进电机，控制
太阳能聚光器，始终正对太阳；
[0042] 光电跟踪分支程序流程是：光电检测太阳
位置，检测信号通过ADCx引脚送入单片机，经过A/D转换，判断太阳能聚光器是否正对太阳，通过两个PBx引脚输出驱动信号到步进电机，直到调整太阳能聚光器对准太阳，然后再返回主程序；
[0043] 视日运动轨迹跟踪分支程序是：计算并跟踪太阳高度角，调整太阳能聚光器的仰角，使太阳能聚光器对准太阳。
[0044] 所述集热器，它是由内管、外管、不锈
钢支架和两端
法兰构成；内管是
不锈钢管，其外表面
镀制了
金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层，外管由玻璃管和过渡管组成，内管和外管，构成内外
套管，和两端法兰连成一体，将中间夹层空气排空形成
真空；过渡管由可伐
合金环和不锈钢
波纹管组成；在内外管之间，放置多个不锈钢支架，用来支撑内管，保持内外管间隙均匀。
[0045] 所述循环水泵为多级分段式，主要零件有轴、轴套、进水段、
叶轮、密封环、中段、出水段、平衡环、平衡盘、尾盖；进出水口分别在进水段和出水段上，均垂直向上，进水段、中段、出水段及尾盖均为
铸铁制成，共同形成泵的工作室；叶轮为
铸铁制成，内有
叶片，轴为优质碳素钢制成，中间装有叶轮；密封环为铸铁制成，分别固定在进水段与中段之中；平衡环为铸铁制成，固定在出水段上，平衡盘为耐磨铸铁制成，装在轴上，它与平衡环共同组成平衡装置，平衡轴向力；轴套为铸铁制成，作固定叶轮和保护泵轴之用。
[0046] 所述汽水冲击器包括循环水箱、汽水冲击管和几个
阀门；
[0047] 汽水冲击管包括竖直管、短管、弯管、空气管、蒸汽管、击水器；几个阀门是空气阀、
逆止阀、蒸汽阀、进水阀；
[0048] 弯管的一头与竖直管的下口相接，两管构成J字形；弯管的另一头是出水口，接到水轮机的
喷嘴；在竖直管靠近与弯管的连接处，水平接出一个短管，短管内有一个进水阀，短管的端口是进水口，进水口及弯管在循环水箱的水面以下；
[0049] 竖直管垂直竖立于循环水箱的水面上，竖直管上端外接出两个管，一个是空气管，另一个蒸汽管；空气管上有空气阀和逆止阀，空气管的另一头，通向环境大气；蒸汽管进口与集
热管的出口相接，蒸汽管上有蒸汽阀；蒸汽阀、进水阀都是
电磁阀，空气阀是手动阀门；
[0050] 在竖直管中，设有击水器，击水器是固定在汽水冲击管内的一个带孔圆盘，位于汽水冲击管四分之一高度处，圆盘表面与汽水冲击管轴线垂直，圆盘上均匀分布直径为30mm的通孔，通孔总面积占圆盘表面积的二分之一，圆盘外径等于竖直管内径的二分之一；
[0051] 循环水箱用于盛放循环水，汽水冲击管的下部管段，包括进水口，垂直浸没在循环水箱的水中，循环水箱
侧壁上方，有补水管，其上有补水阀，循环水箱侧壁下方，有出水管，其上有出水阀，出水管接往循环水泵，向集热管供水，循环水箱侧壁上，有冷水管，其上有冷水阀，冷水管内接冷却盘管，外接
散热器，用于冷却循环水箱内的循环水。
[0052] 所述汽水冲击控制器，它是一个控制电路；它利用一个三级时序
定时器，按顺序驱动两个磁力电
开关，控制两个电磁阀，它采用三个555集成电路，产生三个顺序脉冲，第三个555集成电路的输出端接到第一个555集成电路的触发端，实现非稳态工作；
[0053] 第一个555集成电路，其触发端的触发信号，来自第三个555集成电路的
输出信号，当触发端被触发，内部触发比较器翻转，输出端输出高电平，电源V+开始通过定时电阻向定时电容充电，定时电容上充电到2/3V+时，
阈值比较器翻转，输出端回到低电平，定时时间约为1.1*定时电阻*定时电容，定时电阻为0.5兆欧姆，定时电容为1微法拉，定时时间约为0.5秒，其输出端的输出信号接到
电流放大管，它的集
电极回路中，有一个磁力电开关，控制蒸汽阀，进蒸汽0.5秒钟；
[0054] 第二个555集成电路，其触发端的触发信号，来自第一个555集成电路的输出信号，定时时间为1秒，这1秒钟定时是用于延时；
[0055] 第三个555集成电路，其触发端的触发信号，来自第二个555集成电路的输出信号，定时时间取0.5秒，其输出端的输出信号接到电流放大管，它的集电极回路中，有一个磁力电开关，控制汽水冲击管的进水阀，开启0.5秒钟。
[0056] 所述水轮机是斜击式水轮机，它的结构包括：
转轮、轮叶、
转轴、喷嘴、针阀和针阀移动机构；工作射流与转轮进口平面呈某一个角度α，在针阀的调节下，工作射流通
过喷嘴，斜着射向转轮，冲击转轮的轮叶，转轮带动转轴旋转，转轴向外输出机械能，针阀移动机构可以调节针阀进退，改变喷嘴出口面积。
[0057] 所述发电机是交流无刷旋转磁极式
同步发电机，旋转磁极式发电机的电枢是固定的，而磁极是旋转的，磁极绕组在
转子铁心槽内，
电枢绕组均匀分布在整个
定子铁心槽内，电枢绕组输出交流电流送往负载；
[0058] 交流无刷旋转磁极式同步发电机的具体结构，主要有：发电机转子、发电机定子和发电机
主轴，发电机转子包括发电机转子铁心、转子磁极绕组、转轴、励磁机转子、旋转
整流器、风扇，发电机定子包括机座、定子铁心、定子电枢绕组、端盖、
轴承盖、励磁机定子；
[0059] 交流励磁机产生的交流电，经过旋转整流器整流后，供同步发电机的转子磁极励磁用，交流励磁机的定子为磁极，而转子为电枢。
[0060] 所述抽水蓄能系统包括：低位水箱、上水泵、上水阀、高位水箱、水箱支架、下水阀、喷水管，高位水箱上有水位计及溢
流管；
[0061] 白天，发电机发电驱动上水泵，从低位水箱，通过上水阀和上水管，向高位水箱供水，进行提水蓄能；夜晚，启动提水蓄能系统，打开下水阀，高位水箱的蓄水，通过下水管及喷水管，喷水冲击水轮机，带动发电机发电，做功后的水，进入低位水箱。
[0062] 本发明的优点是：
[0063] 1、本发明太阳发电站，设备简单，工作可靠；
[0064] 2、本发明太阳发电站，不消耗常规能源，不排放
温室气体，有利于环境保护；
[0065] 3、本发明太阳发电站，投资小。它既不同于太阳光伏发电站，需要昂贵的太阳能电池和逆变器，也不同于传统的太阳热发电站，需要昂贵的汽轮机和凝汽器；
[0066] 4、本发明太阳发电站，既可以用来为地区或企业建大型
发电厂，也可以用来为草原牧民、边防哨所、乡村农户建小型发电站。
附图说明
[0067] 图1是本发明太阳发电站
实施例的总体结构图；
[0068] 图2是本发明太阳发电站实施例的聚光器结构图；
[0069] 图3是本发明太阳发电站实施例的太阳跟踪器电路图；
[0070] 图4是本发明太阳发电站实施例的集热器结构图；
[0071] 图5是本发明太阳发电站实施例的循环水泵结构图；
[0072] 图6是本发明太阳发电站实施例的动力装置总体结构图；
[0073] 图7是本发明太阳发电站实施例的汽水冲击器结构图；
[0074] 图8是本发明太阳发电站实施例的汽水冲击控制器电路图；
[0075] 图9是本发明太阳发电站实施例的水轮机结构图；
[0076] 图10是本发明太阳发电站实施例的发电机结构图；
[0077] 图11是本发明太阳发电站实施例的抽水蓄能系统图。
具体实施方式
[0078] 下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。
[0079] 图1给出了本发明太阳发电站实施例的总体结构图。
[0080] 太阳发电站实施例的总体结构包括：聚光器10、太阳跟踪器30、集热器50、循环水泵70、动力装置、发电机200和抽水蓄能系统。动力装置包括：汽水冲击管100、进水阀111、循环水箱400、水轮机300。抽水蓄能系统包括：低位水箱500、上水泵523、上水阀524、高位水箱550、水箱支架540、下水阀522、喷水管520。
[0081] 太阳发电站实施例总体的工作过程是：
[0082] 1、聚光器10，在太阳跟踪器30的控制下，将太阳照射光反射汇聚到集热器50表面，透过外层玻璃管，加热内层不锈钢管。
[0083] 2、集热管50内的循环水，沿内层不锈钢管管道流动中，被加热蒸发，产生的水蒸气，从集热管50的一端的出口流出，而集热管50另一端为循环水的进口，由循环水泵70，从循环水箱400取水注入。
[0084] 3、集热管50的一端的出口流出水蒸气，进入汽水冲击管100，水蒸气膨胀，推动管内
水体，向下
加速流动，最后，从汽水冲击管100的弯管出口，高速喷出。
[0085] 4、受到汽水冲击管100出口高速喷出的水流冲击作用，水轮机300的转轮转动，水轮机300带动发电机200发电。
[0086] 5、发电机200发电供给用户；或供给上水泵523，从低位水箱500，通过上水阀524，向高位水箱550供水，进行提水蓄能。
[0087] 6、太阳下山，聚光器10不能聚光，集热管50冷却，不再产生蒸汽；启动提水蓄能系统，打开下水阀，高位水箱550的蓄水，通过下水管及喷水管520，冲击水轮机300，带动发电机200发电。做功后的水，进入低位水箱500。
[0088] 7、冬季的夜晚或阴天，集热器不能工作，
环境温度又低，若循环水有结
冰的可能时，应及时放出室外循环管路中的水，防止循环管路和有关设备被冻坏。
[0089] 图2给出了本发明太阳发电站实施例的聚光器结构图。
[0090] 本发明太阳发电站实施例的聚光器，它包括条镜阵列、支架系统、传动机构、步进电机。
[0091] 条镜阵列包括反光镜16、聚光架19，众多倾角各不相同的条形反光镜16，平行地布置在平面网格状的聚光架19上，组成波浪形阵列，将投射来的阳光，以不同的反射角，反射汇聚到集热器上。一侧聚光架19上，设置若干彼此平行的条形反光镜16，另一侧，对称相同，左右两侧聚光架在同一平面上。
[0092] 在玻璃板的条形反光镜16的底面，涂镀反射性能良好反射涂层，为防止反射层被损坏，影响反射性能，需要进行防护处理。
[0093] 反光镜16是用光学性能良好的低铁玻璃制成的。利用黏结剂把反光镜16与陶瓷件固定到一起，通过陶瓷件，将全部反光镜，各以不同的倾角固定在聚光架19上，使每一片反光镜都能把直射来的太阳光，准确反射到集热器上。
[0094] 条镜阵列聚光器能将92％以上的垂直太阳入射光聚集到轴线位置，也就是太阳能集热管所在的位置。反光镜的背面镀制了
铝膜或
银膜，并在膜表面又涂覆了保护涂层。反光镜16的玻璃基片是超白浮法玻璃，全钢化镜子；反射率：5mm厚，≥92％；机械强度：69～90MPa；使用寿命：15到20年。
[0095] 支架系统包括聚光支架17、集热架12、集热环11。由于条镜阵列外形尺寸大，整体跨度较大，这就需要结构强度大的聚光支架17，用于支撑条镜阵列全部结构。左右聚光架的中间连接轴20的两端，各有一个直立的集热架，集热架12的上端有固定集热管用的集热环11。
[0096] 受太阳能热发电站建设位置的限制，太阳能集热场要在较恶劣的自然环境下工作，特别是风的影响。本发明太阳发电站实施例中，波浪形的条镜阵列，类似
百叶窗，具有透风性，抗风性能提高。当风速过高时，条镜阵列旋转到水平位置，从而保护集热场系统。
[0097] 传动机构包括涡轮14、蜗杆18，左右聚光架的中间连接轴20的一端伸出轴，伸出轴上有涡轮14，它与固定在聚光支架17上的蜗杆18相配合，将步进电机15的转动，传递到聚光架19上，改变后者的对日角度。
[0098] 步进电机15固定在聚光支架17上。
[0099] 左右聚光架的中间连接轴20的两端的伸出
轴头，固定在轴承座13中。左右聚光架的中间连接轴20，它与聚光架19、反光镜16、集热架12、固定环11均为刚性连接，当连接轴20在传动系统和步进电机15带动下旋转时，聚光架19、反光镜16、集热架12和集热环11均同时转动。
[0100] 图3给出了本发明太阳发电站实施例的太阳跟踪器电路图。
[0101] 条镜阵列聚光器只能收集直射光线，利用跟踪装置可以使系统截获更多的太阳辐射。槽式太阳能发电的跟踪方式为单轴跟踪型，要求入射光线位于含有主光轴和焦线的平面内。
[0102] 本发明太阳发电站实施例的太阳跟踪器是一个控制电路，在跟踪太阳光的时间段内，槽式
太阳能集热器围绕着固定方向的水平轴进行对日跟踪旋转，控制太阳能聚光器，始终正对太阳。
[0103] 跟踪太阳的方式主要有光电跟踪和视日运动轨迹跟踪。
[0104] 光电跟踪是闭环的随机系统，跟踪灵敏度高，结构设计较为方便，易于实现，但受天气影响大，如果长时间乌
云遮住太阳，太阳光线往往不能照到感光元件，导致跟踪装置无法对准太阳，甚至会出现误动作；
[0105] 视日运动轨迹跟踪是开环的程控系统。在任何天气下都可正常工作，但在跟踪过程中不能消除累积误差。
[0106] 本发明太阳发电站实施例的该太阳跟踪采用一种互补跟踪控制方式，在晴天时，选择跟踪灵敏度高的光电跟踪方式，而在天气状况不太好时。则切换到视日运动轨迹跟踪。
[0107] 光电跟踪方式的具体原理是：单片机循环检测，通过光电检测所采集的信号判断工作模式。阴天时选择视日运动轨迹跟踪，通过读取时钟模块的日历时间信息计算此时本地太阳的高度角，进而通过单片机发出指令
驱动电机转动跟踪；晴天时选择光电跟踪模式，通过光电检测到的信号驱动电机旋转跟踪。
[0108] 图3-1为太阳跟踪器电路图，图3-2为太阳跟踪器程序
流程图。
[0109] 选择ATmega8单片机30为控制核心，利用光敏电阻在光照时阻值发生变化的原理，将2只完全相同的光敏电阻37、39分别放置于东西走向集热器的南北两侧，负责侦测南北2个方向的
光源强度。
[0110] 如果太阳光垂直照射集光板，集热管的投影落在南北2只光敏电阻37、39中间，南北2只光敏电阻37、39接收到的光照强度相同。其阻值完全相等，此时
电动机不转动。
[0111] 当太阳光方向与集光板的法线有夹角时，集热管的投影挡住1只光敏电阻，南北2只光敏电阻37、39阻值不同，接收光强少的光敏电阻阻值增大，信号采集电路采集到光敏电阻的信号差值，控制电路将其差值转换成
控制信号，驱动步进电动机转动，直至2只光敏电阻37、39上的光照强度相同。
[0112] 光电检测由3只光敏电阻完成：南北2只37、39检测太阳高度角的变化，中间1只38用于检测环境亮度，判断白天还是晚上，晴天还是阴天。三路光敏电阻37、38、39与单片机30连接，
电源电压经光敏电阻和定值电阻的分压后送入3个ADCx引脚40、41、42。
[0113] 由于系统需进行时间控制，采用时钟PCF8583，时钟31与单片机30通过总线连接，其连接电路如图3所示，时钟31的INT、SCL、SDA三个引脚47、48、49，与单片机30的INT0、SCL、SDA三个引脚34、35、36相接。通过单片机30的两个PBx引脚43、44输出驱动信号。
[0114] 主程序是：初始化单片机相关功能模块，巡回检测光电检测模块的信号，判断当前应采用光电跟踪还是视日运动轨迹跟踪控制方式，然后，进入对应的分支程序，输出驱动信号，驱动步进电机，控制太阳能聚光器，始终正对太阳。
[0115] 光电跟踪分支程序流程是：光电检测太阳位置，通过单片机30的ADCx引脚送入单片机，经过A/D转换，通过信号差值，判断太阳能聚光器是否正对太阳，通过PBx引脚43、44输出驱动信号到步进电机，直到调整太阳能聚光器对准太阳，然后再返回主程序。
[0116] 视日运动轨迹跟踪分支程序是：计算并跟踪太阳高度角，调整太阳能聚光器的仰角，使太阳能聚光器对准太阳。太阳的高度角α为
[0117] sinα＝sinδsinΦ+cosδcosΦcosω
[0118] 式中，δ为太阳赤纬角；φ为当地的纬度角；ω为时角。太阳赤纬角与时角由本地时间确定，而对于确定的地点，本地的纬度角也是确定的，因此只要输入当地相关地理位置与时间信息就可确定此时刻的太阳高度角。
[0119] 图4给出了本发明太阳发电站实施例的集热器结构图。
[0120] 本发明太阳发电站实施例的集热器，它是由内管54、外管、不锈钢支架53和两端法兰51构成；内管54是不锈钢管，其外表面镀制了金属陶瓷太阳能选择性吸收涂层，外管由玻璃管55和过渡管组成，内管和外管，构成内外套管，和两端法兰连成一体，将中间夹层空气排空形成真空；过渡管由可伐合金环56和不锈钢波纹管52组成；在内外管之间，放置多个不锈钢支架53，用来支撑内管，保持内外管间隙均匀。
[0121] 集热器的金属内管54的不锈钢材料与外管的玻璃管55的线膨胀系数相差较大，两者无法实现直接真空密封封接，必须要在这两者之间加一个过渡管，由于可伐合金在一定温度范围内的
热膨胀系数与玻璃接近，因此，选用可伐合金环56连接在不锈钢和玻璃之间，抵消集热器内外管径向膨胀的差异，而用不锈钢波纹管52克服集热器内外管纵向膨胀的差异。
[0122] 集热器的真空度为0.013Pa，内管外壁上的选择性吸收涂层，具有较高的太阳吸收比和较低的发射比，采用真空溅射
镀膜的方式制备。选择性吸收涂层吸收
波长为0.3～1.3um的太阳光线来集聚光能，将光能转化为热能，并由真空夹层保温
隔热，降低
热损失。吸收涂层吸收率可以达到0.96，在400℃下其发射率小于0.15，外部玻璃管55的内外表面均涂镀了抗反射涂层，用来减少玻璃管表面光反射的热量损失。为了吸收热态工作过程中产生并弥漫在真空夹层中的气体分子，在整个集热管密封前，固定一定数量的
吸气剂，用以保持集热管夹层的真空度，提高集热器的使用寿命和集热效率。在内外管之间，放置多个不锈钢支架53，用来支撑内管，保持内外管间隙均匀。
[0123] 图5给出了本发明太阳发电站实施例的循环水泵结构图。
[0124] 本发明太阳发电站实施例的循环水泵为多级分段式，进出口分别在进水段71和出水段76上，均垂直向上，其扬程可根据使用需要而增减循环水泵级数。循环水泵的主要零件有轴74、轴套75、进水段71、叶轮72、密封环79、中段73、出水段76、平衡环80、平衡盘77、尾盖78。
[0125] 进水段71、中段73、出水段76及尾盖78均为铸铁制成，共同形成泵的工作室。叶轮72为铸铁制成，内有叶片，液体沿轴向单侧进入，由于叶轮72前后受压不等，存在轴向力，此轴向力由平衡盘77来承担。轴74为优质碳素钢制成，中间装有叶轮72，用键、轴套和轴套
螺母固定在轴上。轴74的一端按装
联轴器部件，与电机直接联接。密封环79为铸铁制成，防止循环水泵漏水，分别固定在进水段与中段之中。平衡环80为铸铁制成，固定在出水段上，它与平衡盘77共同组成平衡装置。平衡盘为耐磨铸铁制成，装在轴上，位于出水段与尾盖之间，平衡轴向力。轴套75为铸铁制成，作固定叶轮和保护泵轴之用。
[0126] 轴承是用单列向心球轴承，采用
钙基黄油润滑。填料起密封作用，防止空气进入和大量液体漏出。填料密封由进水段和尾盖上的填料室，填料压盖，填料环及填料等组成，少量高压水流入填料室中起水封作用。
[0127] 图6给出了本发明太阳发电站实施例的动力装置总体结构图。
[0128] 本发明太阳发电站实施例的动力装置包括：汽水冲击器，汽水冲击控制器180，水轮机300。汽水冲击器包括循环水箱400、汽水冲击管100和几个阀门。
[0129] 在汽水冲击控制器180的控制下，汽水冲击器按如下两步骤循环运行：
[0130] 1，蒸气管上的蒸汽阀103打开0.5秒，向汽水冲击管100内进一定量的蒸汽，在随后1秒钟的时间内，蒸汽推动管内水体流动并加速，再通过水轮机的喷嘴304，冲向水轮机300的转轮301的轮叶302，转轮转动，带动水轮机转轴303转动，对外做功。
[0131] 2，当汽水冲击管100内的水全部排出，但充满蒸汽，进水阀111打开0.5秒，在汽水冲击管100内，立刻发生激烈地汽水冲击，循环水箱400内的水，冲进并充满汽水冲击管100内部空间。在汽水冲击管100内汽水冲击的同时，少量的环境空气，通过空气管上微启的空气阀101和逆止阀102，进入处于
负压的汽水冲击管100内，在管内水体的上表面，形成一个空气薄层。
[0132] 图7给出了本发明太阳发电站实施例的汽水冲击器结构图。
[0133] 本发明太阳发电站实施例的汽水冲击器包括循环水箱400、汽水冲击管100和几个阀门。
[0134] 汽水冲击管包括竖直管、短管、弯管、空气管、蒸汽管、击水器；几个阀门是空气阀、逆止阀、蒸汽阀、进水阀。
[0135] 汽水冲击管的弯管的一头与竖直管的下口相接，构成J字形。弯管的另一头是出水口107，接到水轮机的喷嘴。在竖直管靠近与弯管的连接处，水平接出一个短管，短管内有一个进水阀111，短管的端口是进水口113，进水口113及弯管在循环水箱的水面以下，竖直管进水口以上，垂直竖立于循环水箱的水面上。竖直管上端外接出两个管，一个是空气管109，另一个蒸汽管110。空气管109上设有空气阀101和逆止阀102，空气管的另一头，通向环境大气。蒸汽管110进口与集热管的出口相接，蒸汽管110上设有蒸汽阀103。
[0136] 在竖直管和弯管内，即汽水冲击管100内部，是汽水冲击管的进水管道兼贮水空间。在竖直管中，设有击水器117。蒸汽阀103、进水阀111都是电磁阀，阀孔内通流面积与阀孔前后管道通流面积相等，都有全开和全闭两个状态，都受汽水冲击控制器控制。空气阀101是手动阀门。
[0137] 汽水冲击管100本体的内径及长度，是汽水冲击管100的关键结构尺寸，它与汽水冲击管100的贮水量有关，需要根据汽水冲击管100的输出功率和蒸汽参数来计算。
[0138] 下面举例说明：汽水冲击管100的关键结构尺寸如何由其输出功率和蒸汽参数来决定。
[0139] 例1：利用本发明太阳发电站，建设一个200kW的小型发电站，集热管出口蒸汽状态是
饱和蒸汽，压力为10MPa，温度为311℃。绝热膨胀到环境
大气压力，环境大气压力为0.1MPa，每千克蒸汽理想
焓降为700kJ，绝热膨胀效率为90％，每千克蒸汽实际做功630kJ。
[0140]
水轮发电机输出电功率为200kW，水轮机效率85％，发电机效率90％，则水轮机输入功率N应为
[0141] N＝200/(0.85*0.90)＝261(kW)
[0142] 每秒钟做功的蒸汽量m为
[0143] m＝261/630＝0.414(kg)
[0144] 每小时需要的蒸汽量M为
[0145] M＝0.414*3600＝1490(kg)
[0146] 所以，用本发明太阳发电站，建设一个200kW小型背压式发电站，集热管蒸汽产量设定为每小时生产1.5吨饱和蒸汽，
蒸汽压力为10MPa，温度为311℃。
[0147] 该小型发电站每秒钟做功的蒸汽量m为0.414kg。汽水冲击管的一个循环，包括进汽、喷水和上水过程，设定一个循环所用时间为2秒，一个循环需要的蒸汽量，也就是一次进汽量a为
[0148] a＝0.414*2＝0.828(kg)
[0149] 由查表得知，压力为10MPa，温度为311℃的饱和蒸汽的比容v1是0.018m3/kg，一次进蒸汽量a的体积b为
[0150] b＝0.018*0.828＝0.015(m3)
[0151] 当压力为10MPa，温度为311℃的饱和蒸汽，可逆绝热膨胀到0.1MPa压力，此时的3
比容v2为1.2m/kg，膨胀比为
[0152] v2/v1＝1.2/0.018＝66.7
[0153] 一个循环的蒸汽量，绝热膨胀到0.1MPa压力的体积c为
[0154] c＝b*66.7＝0.015*66.7＝1.00(m3)
[0155] 这就是汽水冲击管一个循环蒸汽膨胀终了的体积。
[0156] 汽水冲击管100的贮水有效空间，应该等于一个循环蒸汽膨胀终了的体积，即1m3。设竖直管与弯管内径相同，为此，确定汽水冲击管的内径为0.35m，总长度为10.4米，其中：
竖直管长度取为7米，弯管长度取为3.4米。
[0157] 击水器117是固定在汽水冲击管内的一个带孔圆盘，位于汽水冲击管四分之一高度处，圆盘表面与汽水冲击管轴线垂直，圆盘上均匀分布直径为30mm的通孔，通孔总面积占圆盘表面积的二分之一，圆盘外径等于汽水冲击管100竖直管内径的二分之一。
[0158] 汽水冲击器的工作原理说明如下：
[0159] 1，蒸汽推水过程。当竖直管内已经充满水，而且，在水面上有一薄层空气，打开蒸汽阀103，通过蒸汽阀103，向汽水冲击管100内注入定量高温蒸汽后，关闭蒸汽阀103。由于空气层的阻碍作用，仅有极少量高温蒸汽溶入竖直管内的常温水。高温蒸汽的进汽和膨胀过程做功，推动空气层和竖直管内的常温水加压、加速流动，从上向下流动，通过竖直管，再通过弯管，从出水口107高速流出，再进入水轮机的喷嘴。
[0160] 2，汽水冲击过程。蒸汽阀103处于关闭状态，汽水冲击管100内充满高温蒸汽。在竖直管进水口113处，打开进水阀111，进水口113外是循环水箱400内的常温水，竖直管和弯管内部是高温蒸汽，管内的高温蒸汽迅速溶入进水口处的常温水，管外的水向管内涌入。由于蒸汽溶于水，造成汽水冲击管内蒸汽压力下降，水迅速涌入，由于击水管117的扰动作用，紊乱的水流扩大了与蒸汽的
接触表面积，加快了蒸汽溶于水速度。由于蒸汽与水的循环互动，很快引发蒸汽水击，循环水箱内的常温水迅速冲进汽水冲击管100，几乎瞬间就占据了竖直管和弯管内的全部空间。在蒸汽水击中，竖直管的管内空间为负压状态，外界空气通过微启的空气阀101，和逆止阀102，通过空气管119，向汽水冲击管内流入少量空气，在竖直管的进水上表面，形成一个薄空气层。
[0161] 汽水冲击过程结束后，再进行蒸汽推水过程，如此反复进行循环。
[0162] 本发明的汽水冲击器的蒸汽阀和进水阀是依靠电磁力动作的电磁阀，通电时开启，断电时关闭。
[0163] 循环水箱400用于盛放循环水，汽水冲击管100的下部管段，包括进水口113，垂直浸没在循环水箱400的水中。循环水箱400侧壁上方，有补水管，其上有补水阀105。循环水箱400侧壁下方，有出水管，其上有出水阀106。出水管接往循环水泵，向集热管供水。循环水箱400侧壁上，有冷水管108，其上有冷水阀118。冷水管内接冷却盘管，外接散热装置，用于冷却循环水箱400内的循环水。散热装置可以是散热塔、空冷器或凉水池。
[0164] 图8给出了本发明太阳发电站实施例的汽水冲击控制器电路图。
[0165] 这是利用三级时序定时器，按顺序驱动两个磁力电开关，控制两个电磁阀的电路。采用三个555集成电路，产生三个顺序脉冲，第三个555集成电路的输出端接到第一个555集成电路的触发端，实现非稳态工作。
[0166] 第一个555集成电路120，其复位端和电源端都直接与V+电源相接。接地端接地，控制端125通过一个电容接地。触发端122的触发信号，来自第三个555集成电路140的输出信号，经由电阻121和电容124所组成的微分电路产生的触发脉冲。当触发端122被触发，内部触发比较器翻转，输出端输出高电平。放电端内部开路，电源V+开始通过定时电阻128向定时电容129充电。定时电容129上充电到2V+/3时，阈值端内部阈值比较器翻转，定时电容129迅速放电到地电位，输出端回到低电平。定时时间约为1.1*定时电阻*定时电容。定时电阻128为0.5兆欧姆，定时电容129为1微法拉，定时时间约为0.5秒。其输出端123的输出信号通过电阻162接到电流放大管160的基极，这是一个3DK4管，它的集电极回路中，有一个磁力电开关161，控制蒸汽阀，进蒸汽0.5秒钟。
[0167] 第二个555集成电路130，其触发端132的触发信号，来自第一个555集成电路120的输出信号，经由电阻和电容所组成的微分电路产生的触发脉冲。定时时间为1秒。
[0168] 这1秒钟定时是用于延时，在这1秒时间内完成：
[0169] 蒸汽在汽水冲击管内膨胀推水。在水面上有一薄空气层，由于空气层的阻碍作用，仅有极少量高温蒸汽溶入竖直管内的常温水。高温蒸汽的进汽和膨胀过程做功，推动空气层和竖直管内的常温水加压、加速流动，从上向下流过竖直管，再流过弯管，再通过弯管出水口高速流出，进入水轮机的喷嘴。
[0170] 第三个555集成电路140，其触发端142的触发信号，来自第二个555集成电路130的输出端133，经由电阻和电容所组成的微分电路产生的触发脉冲。定时时间取0.5秒。其输出端143的输出信号通过电阻177接到电流放大管175的基极，这是一个3DK4管，它的集电极回路中，有一个磁力电开关172控制汽水冲击管的进水阀，开启0.5秒钟。在这0.5秒钟内，完成：
[0171] 1、开启进水阀，立刻引发蒸汽水击。循环水箱的水，主要通过进水阀进水，也通过弯管出水口反向进水，向汽水冲击管内的进水，水流由下向上，瞬间充满竖直管和弯管。
[0172] 2、在此期间，汽水冲击管内部空间是负压状态，少量的环境空气，通过微启的空气阀和逆止阀，进入汽水冲击管内，聚集在水面上，形成一个空气薄层。
[0173] 图9给出了本发明太阳发电站实施例的水轮机结构图。
[0174] 本发明太阳发电站实施例的水轮机是冲击式水轮机，在冲击式水轮机中，以工作射流与转轮相对位置的不同，可分为切击式水轮机、斜击式水轮机，本发明太阳发电站实施例采用斜击式水轮机。它的结构包括：转轮301、轮叶302、转轴303、喷嘴304、针阀305和针阀移动机构306。
[0175] 如图所示，斜击式水轮机的工作射流，与转轮301进口平面呈某一个角度α，射流斜着射向转轮301。借助于导水机构，具有
动能的工作射流，在针阀305的调节下，通过喷嘴304，冲向转轮301的轮叶302，转轮301带动转轴303旋转做功，转轴303向外输出机械能。针阀移动机构306，可以调节针阀305进退，达到改变喷嘴304出口面积大小的目的。
[0176] 图10给出了本发明太阳发电站实施例的发电机结构图。
[0177] 本发明的发电机是交流无刷旋转磁极式同步发电机，旋转磁极式发电机的电枢是固定的，而磁极是旋转的。磁极绕组在转子铁心槽内，电枢绕组均匀分布在整个定子铁心槽内，电枢绕组输出的交流电流可直接送往负载。
[0178] 交流无刷旋转磁极式同步发电机的具体结构，主要有：发电机转子211、发电机定子212和发电机主轴215。发电机转子211包括发电机转子铁心、转子磁极绕组、转轴、励磁机转子213、旋转整流器216。发电机定子212包括机座、定子铁心、定子电枢绕组、端盖、
轴承盖、励磁机定子214。
[0179] 交流励磁机产生的交流电，经过旋转整流器216整流后，供同步发电机的转子211磁极励磁用。交流励磁机的定子214为磁极，而转子213为电枢。
[0180] 发电机运行时会产生多种损耗而引起发热，在发电机转子上，装有风扇217对发电机进行
通风冷却，以保证发电机的温升控制在允许的范围内。
[0181] 图11给出了本发明太阳发电站实施例的抽水蓄能系统图。
[0182] 抽水蓄能系统包括：低位水箱500、上水泵523、上水阀524、高位水箱550、水箱支架540、下水阀522、喷水管520。高位水箱550上有水位计535及溢流管536。
[0183] 白天，发电机发电驱动上水泵523，从低位水箱500，通过上水阀524和上水管525，向高位水箱550供水，进行提水蓄能。
[0184] 夜晚，太阳下山，聚光器不能聚光，集热管不再产生蒸汽，不能推动动力装置，不能发电。这时，启动提水蓄能系统，打开下水阀522，高位水箱550的蓄水，通过下水管521及喷水管520，喷水冲击水轮机，带动发电机发电。做功后的水，进入低位水箱500。
