技术领域
[0001] 本实用新型涉及
能源利用技术领域，特别是涉及一种能够有效利用中低温
太阳能的中能光热高效综合利用系统。
背景技术
[0002] 太阳能作为一种取之不尽用之不竭的自然资源，其市场应用存在广阔的前景。目前太阳能主要用于发电，太阳能发电主要分为光热发电和
光伏发电两种。通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电，简称“光电”。光伏发电是利用
半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为
电能的一种技术。
[0003] 传统光热技术大多都是采用中高温太阳能集热，对于材料和工艺要求较高，由于高温对设备和材料的耐高温性能提出了较高要求。同时系统设计难度加大。能够选择的工艺及材料也变的有限。此外最根本的就是成本造价较高，很难降低成本以普及市场的推广。高成本的前期投入也造成企业无法
支撑后续产业的开发，从而使太阳能最终的利用率达不到一个较高的
水平，市场灵活性较差。
实用新型内容
[0004] 本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够高效综合利用太阳能、有效降低生产成本、系统
稳定性较高的中能光热高效综合利用系统。
[0005] 本实用新型中能光热高效综合利用系统，包括太阳能聚光集热装置、储热系统和能源利用系统，
[0006] 所述太阳能聚光集热装置包括贝式双轴
跟踪系统、反射镜和聚光集
热管，所述反射镜和聚光集热管均安装在贝式双轴跟踪系统上，双轴跟踪系统能够实现反射镜和聚光集热管在水平面转动和竖直面
俯仰运动，反射镜与聚光集热管同步转动，反射镜能够将太阳光聚焦成一条光带，所述聚光集热管内设置有二次聚光元件和聚光芯片
电池，所述光带直射二次聚光元件的聚光面，二次聚光元件和聚光芯片电池安装在电池
基座上，且二次聚光元件的出光面直射聚光芯片电池的芯片本体，所述电池基座内部设置有集热管道；
[0007] 所述储热系统包括储热池，储热池包括设置在地面以下的坑洞里的多个水池，每两个相邻水池之间设置有连接结构，保证全部水池之间处于的连通状态，多个水池统一设置有进水口和出水口，所述进水口和出水口分别连接集热管道的两端；
[0008] 所述能源利用系统为低温发电系统、制冷系统、用户供暖系统、供
蒸汽系统中的一种或多种，所述储热系统的出水口和进水口分别与能源利用系统的进水口和出水口连接，用于向能源利用系统提供热源。
[0009] 本实用新型中能光热高效综合利用系统，其中所述贝式双轴跟踪系统包括环形轨道，环形轨道的外表面上固定有水平转动
齿条，水平转动齿条与安装在回转
框架上的转动
齿轮的齿轮配合，所述回转框架底部设置有导轮，导轮能够在环形轨道的上表面上转动。
[0010] 本实用新型中能光热高效综合利用系统，其中所述回转框架上方安装有多组支撑件，支撑件上安装有两组回转支撑结构，两组回转支撑结构之间安装有翅片轴，所述翅片轴上固定有弧形支撑框架和聚光集热管支撑杆，所述反射镜安装在弧形支撑框架上，所述聚光集热管安装在聚光集热管支撑杆上，翅片轴的一端固定有摆杆组件，摆杆组件包括相连接的摆杆和摆杆齿轮，摆杆齿轮与摆动
电机齿轮配合。
[0011] 本实用新型中能光热高效综合利用系统，其中所述聚光集热管包括集热管外管，集热管外管两端各安装有端部
波纹管，端部波纹管上设置有集热管道
接口、气孔和
导线接口。
[0012] 本实用新型中能光热高效综合利用系统，其中所述电池基座位于集热管外管内部，电池基座选用金属
型材加工而成，电池基座的上表面涂覆有一层黑色的吸光、
传热材料。
[0013] 本实用新型中能光热高效综合利用系统，其中所述电池基座的侧面和底面上各加工有两条滑道，滑道内设置有多个支撑结构，所述支撑结构包括上支撑杆座和下支撑底座，侧面滑道内设置有若干个上支撑杆座，底面滑道内设置有若干个下支撑底座，上支撑杆座和下支撑底座上均安装有支撑件，支撑件与集热管外管的内壁相
接触。
[0014] 本实用新型中能光热高效综合利用系统，其中所述水池的上方
覆盖有用于保温的土层，水池的主体采用
钢筋
混凝土筑成，主体内侧设置有防水层，主体外侧由内向外依次设置有带反射膜的保温材料层、普通保温层和外部防水隔离层，防水层由防水材料构成。
[0015] 本实用新型中能光热高效综合利用系统，其中所述水池底部的一侧设置有吸水槽，吸水槽的
位置低于水池底部平面，吸水槽内设置有水
泵。
[0016] 本实用新型中能光热高效综合利用系统，其中所述连接结构包括连接管道井，连接管道井顶部开设有操作口，连接管道井内部设置有上下两条连接管道，连接管道的两端分别与相邻的两个水池相连，连接管道上设置有
阀门，连接管道外侧设置有保温隔
热层。
[0017] 本实用新型中能光热高效综合利用系统，其中所述低温发电系统采用有机
朗肯循环系统。
[0018] 本实用新型中能光热高效综合利用系统与
现有技术不同之处在于，本实用新型中能光热高效综合利用系统在传统光热发电技术的
基础上进行了技术创新，系统设计
定位于中低温集热聚光研发，这样一来降低了应用材料及工艺
门槛，降低了设计难度，提高了系统的安全性和稳定性。具体系统设计思路为，将聚光芯片电池集成排布于金属型材制成的电池基座上，通过太阳光能聚光照射芯片电池产生电能。电池基座内部具有中空管路，可导入
循环水，水即为芯片
冷却液又为集热介质产生热水，热水通过循环系统循环储能于储热系统中以实现供热、供暖、供汽、低温发电等再利用。储热系统能够实现低建造成本，保温效率高，设计结构及工艺简单。低温发电系统彻底解决了低温余热的再利用门槛，利用储热系统所储存的热水再次发电，该低温发电系统可以实现80℃以上的热水即可用来再利用发电，技术预估值平均每一吨80℃热水做功降温5℃可发出一度电，具有发电效率高、发电成本低、无污染的效果。制冷系统、用户供暖系统和供蒸汽系统作为本实用新型能源利用系统的具体实现方式，具有广阔的市场前景，在太阳能聚光集热装置和储热系统对自然能源的有效利用，整个利用系统的构建成本也将降低，而且无污染、能源消耗低。
[0019] 下面结合
附图对本实用新型的中能光热高效综合利用系统作进一步说明。
附图说明
[0020] 图1为本实用新型中能光热高效综合利用系统的工艺
流程图；
[0021] 图2为本实用新型中能光热高效综合利用系统中太阳能聚光集热装置的结构示意图；
[0022] 图3为本实用新型中能光热高效综合利用系统中聚光集热管的侧视图(省去端部波纹管)；
[0023] 图4为本实用新型中能光热高效综合利用系统中聚光集热管的结构示意图(省去集热管外管)；
[0024] 图5为本实用新型中能光热高效综合利用系统中储热系统的俯视图；
[0025] 图6为图5中A-A向剖视图；
[0026] 图7为本实用新型中能光热高效综合利用系统中储热系统的主体的截面示意图；
[0027] 图8为本实用新型中能光热高效综合利用系统
实施例5中储热系统的俯视图；
[0028] 图9为本实用新型中能光热高效综合利用系统实施例5中储热系统主视方向的剖视图；
[0029] 图中标记示意为：1-
连杆；2-支撑件；3-摆杆齿轮；4-摆杆；5-弧形支撑框架；6-反射镜；7-翅片轴；8-聚光集热管；9-回转框架；10-聚光集热管支撑杆；11-水平转动齿条；
[0030] 21-下支撑底座；22-电池基座；23-聚光芯片电池；24-聚光
支架；25-集热管外管；26-二次聚光元件；27-支撑件；28-上支撑杆座；29-集热管道；30-端部波纹管；31-导线接口；32-集热管道接口；33-气孔；
[0031] 41-连接结构；42-检修车行道；43-水池；44-主体；45-土层；46-阀门；47-操作口；48-开孔；49-爬梯；50-内支撑柱；51-连接管道；52-连接管道井；53-吸水槽；54-防水层；55-带反射膜的保温材料层；56-
水泥砂浆保护层；57-外部防水隔离层；58-
泡沫或水泥砂浆；
59-普通保温层；
[0032] 61-储水池；62-分隔墙；63-伸缩缝；64-墙体；65-联通孔。
具体实施方式
[0033] 以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
[0034] 实施例1
[0035] 如图1所示，本实用新型中能光热高效综合利用系统包括太阳能聚光集热装置、储热系统和能源利用系统。
[0036] 太阳能聚光集热装置包括贝式双轴跟踪系统、反射镜6和聚光集热管8。
[0037] 如图2所示，贝式双轴跟踪系统包括环形轨道，环形轨道的材料为耐
腐蚀轨道钢，环形轨道安装在水平底座上。环形轨道的外表面上均匀安装有若干个齿条
钢带。齿条钢带上安装有环形的水平转动齿条11，水平转动齿条11与转动齿轮(未视出)配合，转动齿轮安装在回转框架9上，回转框架9底部设置有导轮，导轮在环形轨道的上表面上转动。当转动电机工作时，转动电机为转动齿轮提供动
力，转动齿轮与水平转动齿条11
啮合，带动转动齿轮和回转框架9转动。回转框架9上方安装有多组支撑件2，本实施例中为两组。支撑件2上安装有两组回转支撑结构，本实施例中回转支撑结构选用
轴承，两组回转支撑结构之间安装有翅片轴7。翅片轴7上固定有弧形支撑框架5和聚光集热管支撑杆10。翅片轴7的一端固定有摆杆组件，摆杆组件包括相连接的摆杆4和摆杆齿轮3，摆杆齿轮3与摆动电机齿轮(未视出)配合。当摆动电机工作时，摆动电机为摆动电机齿轮提供动力，带动摆杆齿轮3和翅片轴7转动。摆杆4组件上还安装有连杆1，连杆1的另一端与另一组支撑件2上的翅片轴7的一端连接，从而实现两个翅片轴7同步转动。
[0038] 反射镜6安装在弧形支撑框架5上，随翅片轴7一同转动。反射镜6能够将太阳光聚焦成一条光带。
[0039] 聚光集热管8安装在聚光集热管支撑杆10上，随翅片轴7一同转动。如图3和图4所示，聚光集热管8包括集热管外管25，集热管外管25两端各安装有端部波纹管30，端部波纹管30套装在集热管外管25的端部外侧。聚光集热管支撑杆10上安装有连接件，两个端部波纹管30通过连接件与聚光集热管支撑杆10连接。端部波纹管30为弹性件，可以有效避免集热管外管25因热胀冷缩效应产生的形变对集热管结构稳定性和安全性的影响。端部波纹管30上设置有集热管道接口32、气孔33和导线接口31。其中集热管道接口32包括介质入口和介质出口，用于连接输送导热介质的管路，为聚光集热管8内部降温；气孔33用于连接抽气设备，在集热管内部形成
真空环境；导线接口31用于疏导输出
电流用的导线。
[0040] 集热管外管25内部安装有电池基座22，电池基座22选用金属型材加工而成，电池基座22的上表面涂覆有一层黑色的吸光、传热材料。电池基座22的侧面和底面上各加工有两条滑道，滑道内设置有多个支撑结构。支撑结构包括上支撑杆座28和下支撑底座21。侧面滑道内设置有若干个上支撑杆座28，底面滑道内设置有若干个下支撑底座21。上支撑杆座28和下支撑底座21均可以在滑道内滑动。上支撑杆座28和下支撑底座21上均安装有支撑件
27，支撑件27与集热管外管25的内壁相接触，起到定位电池基座22的作用。上支撑杆座28和下支撑底座21上的支撑件27分别从电池基座22的侧面和底面与集热管外管25相接触，由多个方向同时起到对电池基座22的支撑作用，保证在工作和转运过程中，电池基座22的位置不会发生变化。
[0041] 电池基座22上方设置有若干个依次排列的二次聚光元件26，本实施例中二次聚光元件26选用聚光棱镜，也可以选用透镜或其他可以聚光的光学元件。二次聚光元件26的上表面为聚光面，聚光面与反射镜6产生的光带位置相对，光带可以直射二次聚光元件26的聚光面。二次聚光元件26安装在聚光支架24上，聚光支架24固定在电池基座22上。
[0042] 二次聚光元件26的下方设置有聚光芯片电池23，聚光芯片电池23固定在电池基座22上。本实施例中的聚光芯片电池23选用砷化镓电池模
块。二次聚光元件26的底面与聚光芯片电池23的芯片本体相对，光线经二次聚光元件26聚光后可以照射到聚光芯片电池23的芯片本体上，从而产生电流，进行发电。聚光芯片电池23上设置有正负极两根
接线柱，接线柱连接导线，导线通过集热管外管25上的导线接口31将电流引出到自用的用电器、储电设备或者输送到国家
电网。
[0043] 聚焦照射的聚光芯片电池23在产生电流的同时会产生较高的
温度。电池基座22的内部设置有集热管道29，集热管道29两端连接集热管道接口32。集热管道29内流通有导热介质，导热介质可以将聚光芯片电池23产生的高温带到聚光集热管8外部，并进行储热和利用。本实施例中的导热介质选择循环水。循环水从一端的端部波纹管30上的接口进入集热管道29，再从另一端的端部波纹管30上的接口流出，不断将聚光芯片电池23产生的热量导出，既可以对聚光集热管8自身起到降温的作用，又可以将这部分热量存储起来，进行能源的有效利用。
[0044] 如图5-7所示，储热系统包括储热池，储热池包括多个设置在地面以下的坑洞里的水池43，也可以设置在乡村坑塘、矿洞、矿塌陷区等区域。水池43的上方覆盖有用于保温的土层45。水池43的主体44采用
钢筋混凝土筑成，主体44内侧设置有防水层54，主体44外侧由内向外依次设置有带反射膜的保温材料层55、普通保温层59、水泥砂浆保护层56、外部防水隔离层57，最外侧为泡沫或水泥砂浆58。其中，防水层54由防水材料构成；带反射膜的保温材料层55和普通保温层59起到保温作用；水泥砂浆保护层56和外部防水隔离层57起到外部防水和保护作用。主体44的顶部设置有供人出入的开孔48，便于工作人员进行检查和维护。开孔48处设置有爬梯49，爬梯49下端延伸到水池43底部。水池43内部设置有内支撑柱50，内支撑柱50的上下两端分别固定在主体44的顶面和底面，起到支撑的作用。水池43底部的一侧设置有吸水槽53，吸水槽53的位置低于水池43底部平面，吸水槽53内设置有水泵，水泵的出水管道可以从开孔48伸出到储热池外部，工作人员可以通过水泵将水池43内的水位降到吸水槽53水面以下，然后进入储热池内部进行检修。
[0045] 多个水池43并列设置为两排，同排的相邻两个水池43之间及两排水池43中位置相对的水池43之间设置有连接结构41。连接结构41包括连接管道井52，连接管道井52顶部开设有操作口47，便于工作人员进行操作。连接管道井52内部设置有上下两条连接管道51，连接管道51的两端分别与相邻的两个水池43相连。水池43中的水始终处于循环状态，低温水向下运动，高温水向上运动，两条连接管道51分别位于上下两侧，可以便于相邻水池43间的
水循环。连接管道51上设置有阀门46，阀门46用于控制相邻两个水池43之间水路的通断。连接管道51外侧设置有保温
隔热层。两排水池43中间设置有检修车行道42。检修车行道42可以便于工作人员后期对多个水池43进行维护。
[0046] 储热池设置有一个净水入口，净水入口用于向储热池内通入经过
净化水系统处理后的水，净化水系统用于除去水中的
氧，避免后续循环水在系统中运行时腐蚀系统的金属元件。在系统开始工作之前，首先通过净水入口向储热池内充满水，再运行系统进行正常工作。
[0047] 储热系统采用双面全方位保温模块混凝土浇灌技术，一次成型，建设时间短，储热保温效果高效，储存的
热能损耗每月不超过3～5℃，建筑
质量达到国家一级建筑标准。地表安装集热设备，地下为储热系统，实现了土地二次利用，节约土地及投资成本。
[0048] 储热系统内的多个水池43统一设置有进水口和出水口，减少系统的开口，可以减少热能的消耗。水池43的出水口通过管路与聚光集热管8上的介质入口相连接，进水口通过管路与介质出口相连接。储热池内的循环水流经聚光集热管8，将聚光集热管8内部的热量带出。
[0049] 储热系统的出水口和进水口还分别与能源利用系统的进水口和出水口连接，用于向能源利用系统提供热源。
[0050] 能源利用系统为低温发电系统、制冷系统、用户供暖系统、供蒸汽系统中的一种或多种。
[0051] 在本实施例中能源利用系统为低温发电系统。低温发电系统采用
有机朗肯循环系统，有机物朗肯循环以有机物工质代替水作为朗肯循环工质的动力循环系统，特别适合于回收温度低于350℃的中低温热能，不同
临界温度的有机物工质可适用于不同温度范围的低品位热能热源，相比较于水蒸气朗肯循环，有机物朗肯循环在回收中低品位热能时具有工作压力适宜、膨胀机出口干度高、效率高等优点。
[0052] 低温发电系统工作时，储热系统的循环水作为有机物朗肯循环中有机工质膨胀做功的热源，不断向低温发电系统中输送80℃以上的热源，使低温发电系统不断发电。
[0053] 若按储热系统每小时输送10吨80℃的热水到低温发电系统计算，每吨水流过低温发电系统降温5℃，产生2度电能，即每小时可发电20度，每24小时可发480度电，除去冬季供暖时间每年有8个月可全天发电。供暖季节可以白天发电，利用储热池储存的热水年发电量在115200度电，除去天气原因和夜间因素，其它功耗按20％计算，可年发电92160度电。每20000m3储热系统可配合安装50台左右的低温发电系统。因此低温发电系统具备安装面积小、发电量大、回收投资期短等优势。
[0054] 本实用新型中能光热高效综合利用系统，利用太阳能这种可再生资源，通过对中低温太阳能的集热，在发电的同时将产生的热量通过循环水带出到储热系统中存储。太阳能发电可以自用或输送到国家电网，而储热系统中循环水存储的热能则通过能源利用系统继续利用，可以有二次发电、制冷、供暖或提供蒸汽等多种用途。
[0055] 实施例2
[0056] 本实施例与实施例1不同之处，能源利用系统为制冷系统。储热系统的循环水作为制冷系统中
蒸发器的热源，用于为流经
蒸发器的液态工质提供蒸发所需要的热量。
[0057] 实施例3
[0058] 本实施例与实施例1不同之处，能源利用系统为用户供暖系统。储热系统的循环水作为供暖系统的热源，不断向用户的供暖线上提供循环水。在储热系统与用户供暖系统之间设置有中和水系统，中和水系统会对储热系统中流出的水进行中和处理。循环水在经过供暖系统换热后，再经过除污系统处理，即可回到储热系统中，重新作为循环水在整个系统中进行循环。
[0059] 实施例4
[0060] 本实施例与实施例1不同之处，能源利用系统为供蒸汽系统。储热系统的循环水作为供蒸汽系统的初始热源，再经过供蒸汽系统中简单加热后即可不断提供蒸汽。
[0061] 实施例5
[0062] 如图8和图9所示，本实施例与实施例1不同之处，储热系统包括多个设置在地面以下的坑洞里的储水池61，储水池61的上方覆盖有用于保温的土层。储水池61内部设置有若干个分隔墙62，分隔墙62为
钢筋混凝土筑造的墙体，在分隔墙62上加工有联通孔65，每相邻两个分隔墙62上的联通孔65交错设置。联通孔65在不同分隔墙62中的位置交错设置，这样利于循环水在储水池61内充分循环。
[0063] 储水池61的墙体64采用钢筋混凝土筑成，在储水池61侧面和顶面的墙体64内部均设置有伸缩缝63。位于顶面墙体64内的伸缩缝63呈十字型排布，位于侧面墙体64内的伸缩缝63呈竖直方向排布，且侧面伸缩缝63的上部与顶面伸缩缝63的边缘固定连接。分隔墙62所在位置的墙体64的顶面和侧面也设置有伸缩缝63。伸缩缝63的结构采用市面上常见的墙体伸缩缝结构。
[0064] 本实施例中的墙体64内侧均设置有层结构，其层结构的排布与实施例1中主体44内外的层结构排布相同。
[0065] 本实用新型中能光热高效综合利用系统具有广阔的市场前景。对于普通农村家庭用户来说，用户可以自行安装太阳能聚光集热装置来供暖和发电，储能系统、充电等随意选择加装配套，可以利用农村废弃地做农村的集体供暖，也可以装在蔬菜大棚、花卉大棚、樱桃大棚、养殖区等需要冬季供暖的地方。
[0066] 对于工商业
屋顶、政府办公机构(市政管网供暖管线铺不到的地方如镇政府、医院、学校、税务等一些办公区域)，可以采用太阳能聚光集热装置、储热系统、低温发电系统、制冷系统、供暖系统、供蒸汽系统同时安装，实现供暖、发电、蒸汽、充电桩、储能、制冷等模式全面安装。
[0067] 对于工厂区域、办公区域可以按照工商业屋顶安装模式，解决产区内生产用热水、蒸汽及供电问题。
[0068] 虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些
修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。
