本发明专利技术提供了一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统，属于太阳能高温集热与农业设施技术领域。该系统由曲面菲涅耳透镜、二次聚光器、真空管接收器、太阳光跟踪器、设施农业温室、钢绳驱动系统、热电系统、储热系统组成。该系统利用无极绳牵引系统和太阳光跟踪器准确控制轨道滑移式菲涅尔聚光器的位置，将入射到设施农业外表面的部分太阳光聚集到放置于设施农业温室内部特定位置的真空管接收器上被接收，部分由于跟踪误差而不能直接聚集到真空管上的太阳光，经二次聚光器再反射也被汇聚到真空管上被接收，从而实现太阳能高温集热，高温热能可被用于热发电，余热被储热系统储存于温室下面的土壤中，给农业设施提供用热需求。
【技术实现步骤摘要】
所属
本专利技术涉及一种曲面涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统，利用整体滑移式聚光器与设施农业温室相结合，将太阳光高密度聚集,实现太阳能和农业种植技术互相补足利用。属于太阳能高温集热与农业设施
技术介绍
在寒冷的冬季，被动式农业温室单纯依靠自身结构吸取太阳能难以满足植物生长需要，尤其在夜间，植物面临低温危害。但用传统能源加热温室，不仅费用高，而且造成环境污染和不可再生资源浪费。因此，将太阳能利用技术和温室建筑相结合，不仅解决了农业温室面临的问题和需求，而且使太阳能热利用技术得到进一步推广和应用，可谓“一棚多用”。在温室的太阳能利用过程中，普通的反射式聚光器不具有透射功能，如果将它们安在温室前坡面，不仅遮挡了一部分阳光进入温室，而且会在温室中留下巨大阴影，从而影响温室的太阳光采集；如果将它们聚光器安装在温室的后墙之上，也会对后方的温室造成遮挡，影响后面温室的采光，从而加大了温室间距，造成空间的浪费，因此在农业温室中应用新的太阳能聚光技术具有意义。本专利技术提供一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统，利用曲面滑移式菲涅尔透射聚光器置于温室拱顶之上进行采光，接收器置于温室内，既解决了聚光器在温室中留下阴影的问题，又充分利用了温室拱面，避免了聚光器对后方温室的遮光影响，节约了空间和充分利用了同一个资源。滑移式聚光器在太阳光跟踪器的指引下对准太阳光的入射方向在轨道上运动，实现温室收集太阳光的最大化,不会在温室中的固定位置留下阴影，而且太阳散射光仍然可以透过菲涅尔透射聚光器到达温室中，不会过多影响温室中的采光，最后将聚集的太阳光转化为高温热量用于发电，余热被再利用储存到温室下面的土壤中，实现了太阳能利用和设施农业的互相补足利用，使农业发展和可再生能源利用有效结合。
技术实现思路
本专利技术利用钢丝绳轨道牵引系统和太阳光跟踪器准确控制轨道滑移式菲涅尔聚光器的位置，将入射到设施农业外表面的部分太阳光聚集到放置于设施农业温室内部固定位置的真空管接收器上被接收，使用滑移式菲涅尔透射聚光器和二次聚光器对温室进行聚光，并将收集的热量用于发电，余热利用储能系统对温室进行补能，实现收集太阳光的最大化和有效热利用。本专利技术是通过如下技术方案实现的：本专利技术系统由曲面菲涅耳透射式聚光器、二次聚光器、真空管接收器、太阳光跟踪器、设施农业温室、钢绳驱动系统、热电系统和储热系统组成。外表面中心线上装有太阳光跟踪器的曲面菲涅耳透射式聚光器通过支撑轴座与滚轮固定连接，架设在铺设于设施农业温室拱顶上的拱形双轨钢轨道之上，由太阳光跟踪器提供准确位置信息，并在牵引系统的钢丝绳的牵引下在轨道上做圆周运动。置于设施农业温室内部且在轨道圆心位置上的二次聚光器的中心线上置有真空管接收器，真空管接收器至轨道的距离正好是曲面菲涅耳透射式聚光器的焦距，当聚光器在轨道上运动时，二次聚光器也做相同角度的转动，以确保真空管接收器有效收集来自曲面菲涅耳透射式聚光器的太阳光线，并在二次聚光器附近设置安全隔离装置，保证行人不受聚光器聚集的光线照射。钢丝绳牵引轨道式系统由钢丝绳、钢轨、绞车、紧绳器、和尾轮和托绳轮组成。带有电机的绞车通过卷筒引出钢丝绳，紧绳器保证绞车和聚光器之间的钢丝绳始终处于张紧状态，钢丝绳牵引轨道式系统由钢丝绳、钢轨、绞车、紧绳器、和尾轮和托绳轮组成。带有电机的绞车通过卷筒引出钢丝绳，紧绳器保证绞车和聚光器之间的钢丝绳始终处于张紧状态，并运用托绳轮避免钢丝绳不会碰到温室拱顶而产生摩擦。由紧绳器出来的钢丝绳直接与聚光器一端相固定，另一端绕过钢轨末端的尾轮改变方向后再与聚光器另一端固定，绞车带动钢丝绳牵引聚光器在太阳光跟踪器的指引下在钢轨上沿着温室拱顶做圆周运动，使得滑移式菲涅耳透射式聚光器的中心线总是对准太阳。本专利技术装有跟真空管接收器相连的热电系统和储能系统，热电系统利用太阳能聚光集热发电，储能系统利用发电余热在温室温度降低到一定程度时,释放热量为温室供热。本专利技术的有益效果是，(1)将滑移式涅尔透射聚光器和温室上拱面结合，实现温室收集太阳光的最大化，避免了聚光器对下方温室的遮光现象，节约了空间和太阳能资源；(2)将农业温室多余的太阳能集热用于发电，余热用来给温室供暖，“一棚多用”。总而言之，巧妙的将涅尔透射聚光器和设施农业结合，有效实现农光互补，拓宽了太阳能在农业领域的应用。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1—本专利技术系统的运行原理图。其中：1-太阳光跟踪器；2-太阳光线；3-曲面菲涅耳透射式聚光器；4-轨道；5-设施农业温室拱顶；6-托绳轮；7-尾轮；8-热电系统；9-储热水箱；10-水泵；11-安全隔离装置；12-真空管接收器；13-二次聚光器；14-散热管路；15-绞车；16-紧绳器；17-钢丝绳；18-滚轮；图2—钢丝绳牵引系统运行原理图。图3—菲涅耳透射式聚光器与半拱形温室结合实施例图。其中：19“L”型二次聚光器；20-半拱形温室拱顶；图4—菲涅耳透射式聚光器安装于温室内部的实施例图。其中：21-温室内部轨道。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案做进一步详细说明。图1是本专利技术系统的运行原理图。在图1中，装置的运行原理可分步解释如下：阳光温室沿南北方向建造，曲面菲涅耳透射式聚光器(3)通过支撑轴座与滚轮(18)固定连接，并架设在安装于设施农业温室拱顶(5)之上的轨道(4)上，由聚光器(3)外表面中心线上装有的太阳光跟踪器(1)为其提供准确位置信息，并在牵引系统的钢丝绳(17)的牵引下在轨道(4)上做圆周运动。真空管接收器(12)放置于温室内部且在轨道(4)的圆心位置上，附近设置安全隔离装置(11)，保证行人不受聚光器聚集的光线照射。当太阳光线(2)正入射时，滑移式曲面菲涅耳透射式聚光器(3)实现透射聚光，并将光线汇集至真空管接收器(12)上，当聚光器在轨道上运动时，其中心线上置有真空管接收器(12)的二次聚光器(13)也做相同角度的转动，以确保真空管接收器(12)有效收集来自曲面菲涅耳透射式聚光器(3)的太阳光线。跟真空管接收器(12)相连的热电系统(8)利用热能发电，散热管路(12)利用发电余热将热量释放到土壤中供温室采暖。图2是本专利技术钢丝绳牵引系统运行原理图。钢丝绳牵引轨道式系统由钢丝绳(17)、轨道(4)、绞车(15)、紧绳器(16)、尾轮(7)和托绳轮(6)组成。电机带动绞车(15)通过卷筒牵引钢丝绳(17)，紧绳器(16)保证绞车(15)和聚光器(3)之间的钢丝绳(17)始终处于张紧状态，由紧绳器(16)出来的钢丝绳(17)直接与聚光器(3)一端相固定，另一端绕过轨道(4)末端的尾轮(7)改变方向后再与聚光器(3)另一端固定，数个托绳轮(6)固定在拱顶(5)之上，托住受力的钢丝绳(17)不接触棚顶，绞车(15)带动钢丝绳(17)牵引聚光器(3)在太阳光跟踪器(1)的指引下在轨道(4)上沿着温室拱顶(5)做圆周运动，及时跟踪太阳，使得滑移式菲涅耳透射式聚光器(3)的中心线总是对准太阳光，从而实现收集太阳光的最大化，最大程度获取高温热能。图3是菲涅耳透射式聚光器与半拱形温室结合实施例图。半拱形温室沿东西方向建造，它的聚光面朝南，接收太阳光，滑移式菲涅耳透射式聚光器(3)架设于安装在半拱形本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统，其特征在于，由如下部分构成：1至多个一体化成型的曲面菲涅耳透射式聚光器(3)，1至多个二次聚光器(13)，1至多个真空管接收器(12)，温室拱顶(5)，钢丝绳牵引系统(17)、轨道(4)。各部分连接关系为,曲面菲涅耳透射式聚光器(3)通过支撑轴座与滚轮(18)固定连接，并架设在安装于设施农业温室拱顶(5)之上的轨道(4)上，其外表面中心线上装有太阳光跟踪器(1)；置于设施农业温室内部且在轨道(4)圆心位置上的二次聚光器的中心线上(13)置有真空管接收器(12)，并在二次聚光器(13)附近设置安全隔离装置(11)。
【技术特征摘要】
1.一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统，其特征在于，由如下部分构成：1至多个一体化成型的曲面菲涅耳透射式聚光器(3)，1至多个二次聚光器(13)，1至多个真空管接收器(12)，温室拱顶(5)，钢丝绳牵引系统(17)、轨道(4)。各部分连接关系为,曲面菲涅耳透射式聚光器(3)通过支撑轴座与滚轮(18)固定连接，并架设在安装于设施农业温室拱顶(5)之上的轨道(4)上，其外表面中心线上装有太阳光跟踪器(1)；置于设施农业温室内部且在轨道(4)圆心位置上的二次聚光器的中心线上(13)置有真空管接收器(12)，并在二次聚光器(13)附近设置安全隔离装置(11)。2.根据权利要求1所述的一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统，其特征在于：曲...
【专利技术属性】
技术研发人员：王秋实，郑宏飞，马兴龙，伍纲，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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