联动型竖向槽式抛物面同步跟踪太阳能中温供暖系统技术方案

本发明专利技术联动型竖向槽式抛物面同步跟踪太阳能中温供暖系统突破传统槽式抛物面集热器只能对太阳作一维跟踪，进入了二维同步跟踪；创新了联动型模式，即仅由一套径向跟踪和一套纬向跟踪装置就可同时驱动10-12扇槽式抛物面集热器联动对太阳作经向同步跟踪和纬向跟踪。集热器聚焦比高达20倍，可加热导热油到150-250℃，具备烧炒、蒸煮、烧开水、沐浴、烘干、取暖等功能并具有48小时储热能力。建设较大规模的系统，可以向社区、工厂车间、蔬菜大棚及学校、医院等供暖。光热效率最高为63.88％，平均为52.6％，是光伏集热器的3-4倍，是平板集热器的2.2倍，是真空平板集热器的1.65倍，是水平槽式集热器的1.3-1.5倍。其抛物面可以绕轴旋转360

【技术实现步骤摘要】
联动型竖向槽式抛物面同步跟踪太阳能中温供暖系统
一、

[0001]2019年1月以“创新驱动太阳能中温热利用发展”为主题的2018太阳能中温热利用技术大会在北京召开，本次大会是国内第一次聚焦太阳能中温热利用的专业性技术会议，会议指出我国经济正处于由高速增长转向高质量发展的新时期，太阳能热利用技术也逐步从太阳能热水应用向太阳能供暖、空调、工农业用热等中温领域发展，太阳能中温热利用大有可为。国际知名太阳能热利用专家Roland Winston也表示：“太阳能中温热利用是一片未开垦的处女地，亟待研究者、工业伙伴、政策制定者和金融界共同合作，以迎接人类面临的共同挑战”。
[0002]本专利技术专利涉及一种联动型竖向槽式抛物面同步跟踪阳光产生中温热源的系统，尤其是仅由一套机电装置就可同时驱动多扇(10-12扇)竖向槽式抛物面联动，对太阳作经向和纬向二维同步跟踪，稳定而精确聚焦阳光，聚焦比高达20倍，可加热介质(导热油)产生150-250℃中温热源的新型装置。
[0003]该技术具有完全自有知识产权，处于国际领先水平，目前国内外尚属空白，国外仅见个别报道。该报道是Jean-LouisBouvier等国外研究者对采用双轴跟踪(即二维跟踪)形式的小型槽式太阳能直接发生蒸汽的微型热电联供系统进行的实验研究，46.5m2的集热器在DNI 为897W/m2时，可全天8h运行连续产生33kg/h的饱和蒸汽，同时提供18.3kw的热功率及 1.4kw的电功率。该报道属于小型实验研究，且不属于同步跟踪范畴，目前尚未出现产业化迹象。
[0004]虽然这只是一次小型试验，但足以说明双轴跟踪槽式太阳能的热品位和热效率是一维 (单轴)跟踪槽式太阳能系统所不能达到的。更是一般平板太阳能系统和无聚焦真空管太阳能系统所望尘莫及的。这正是当前太阳能热利用领域迫切要从低温领域提高到中温领域的原因。
[0005]本专利技术所产生的中温热介质(导热油)具备直接加热、烘干、烧烤、蒸煮、烹饪等150-250℃的加热功能，并且通过热交换产生低于100℃的热水用于沐浴、取暖：或通过热交换产生热风用于取暖、烘干等各项功能。建设较大规模的系统，可以生产大量蒸汽、热水，向工厂车间、农业大棚、学校、办公楼、社区家庭等供暖，甚至可以发电和制冷。
[0006]“联动型竖向槽式抛物面同步跟踪太阳能中温供暖系统”专利技术专利是在自有知识产权“竖向槽式抛物面同步跟踪太阳能热发电系统”专利技术专利(专利号：ZL 2103 1 0442889.4) 的基础上结合当前“清洁能源供暖”专题而研发的。
[0007]它属于太阳能中温热利用领域中光热转换效率最高、跟踪精度与输出功率最稳定、结构简单、占地最小、防风沙雨雪、防冻、防冰雹、电控系统与机械传动精准可靠、造价与运行成本低、能耗少、便于清洁维修的新型技术装备。
[0008]其热效率可大大超越现有的光伏太阳能供暖、太阳能平板集热器、玻璃真空管集热器和横向槽式抛物面集热器等太阳能供暖系统，而且集热品位高，更是前三种集热方式所不及。因为无跟踪与聚焦功能，前三种加热的温度仅在水的沸点以下，一般在60-80℃，夏季较高，冬季较低，属于低温集热，只能供暖和洗浴。而本专利技术集热温度高达150-250℃，属
于中温集热，除了能够为家庭居民供暖之外还可以用于厨房烹饪、烘烤、烧开水等，规模更大的系统还能够投入到工业烘干、农业蔬菜大棚供暖、区域供热供暖等，用途十分广泛。另外，只能作一维跟踪的水平槽式抛物面集热器虽然也进入中温集热范畴，但是其全年热效率只有二维跟踪的竖向槽式抛物面集热器的50-70％。而且横向槽式的占地面积比竖向槽式要大1倍以上。
[0009]几种太阳能集热器与本专利技术集热器的性能比较情况如下：
[0010]根据我国大气条件，晴天平均太阳辐射强度DNI在0.7-0.9Kw/m2之间，平均DNI为 0.8Kw/m2左右，本专利技术以抛物面集热器总面积为22.1m2为例，日照总功率为17.68Kw。太阳能每天工作平均8小时，则太阳能每天接受日照总能量为141.44Kwh/d。
[0011]1、本专利技术太阳能供暖系统晴天最高可产热90.36kwh/d，最高单位面积产热4.09kwh/ m2.d，热效率最高为63.88％；考虑到全年天气变化，年平均系统产热74.27Kwh/d，平均单位面积产热为3.36Kwh/m2.d，平均热效率为52.6％。
[0012]2、光伏供暖需要经过光电转换加电热转换的两次能量转换，热效率较低，大约为12-15％，所以本专利技术太阳能供暖系统的热效率是光伏供暖的3-4倍！
[0013]3、与光热领域的平板集热器供暖相比较，2019年下半年欧盟支持在拉脱维亚投资在 salasgirls市建设太阳能区域供暖项目，包含1720个平板集热器，共计21672m2，欧洲规模最大，每年生产12000Mwh热量，满足salasgirls 20％的供暖需求，经计算，集热器单位面积平均每天产热1.517Kwh/m2.d，而本专利技术单位面积平均每天产热3.36Kwh/m2.d，是平板集热器的2.2倍。
[0014]4、有报道中国科技大学正在试用瑞士TVP solar SA公司的真空平板集热器，该真空平板集热器是当今世界上最先进的平板集热器，号称最高温度可达180℃，其单位热功率在 1.6-2.8kwh/m2.d，平均为2.04kwh/m2.d，据报道，2019年经过5-6月份数十天试运行，所记录的温度确实大大超过普通平板集热器，最高为157.8℃，平均温度为141.74℃，与本专利技术的150-250℃相比还有很大的差距，最高温度更达不到本专利技术的250℃的水平。本专利技术的集热器面积平均每天产热3.36Kwh/m2.d是其2.04kwh/m2.d的1.65倍。
[0015]5、本专利技术竖向槽式集热器由于是二维跟踪的模式，其热效率是一维跟踪模式的水平槽式集热器的1.3-1.5倍。
[0016]另外，在高寒地区，室外气温-20℃以下，如有积雪，无论平板集热器还是玻璃真空管集热器都不能有效吸收太阳能，造成集热器温度骤降，室内温度也会立即下降至0℃以下，从而只能采用有限的低温蓄热或其他辅助加热维持应急供暖，这是当今太阳能供暖的瓶颈所在。而本专利技术就显示出独特优势，其特有的抛物面360
°
旋转功能可有效避免冰雹袭击与积雪困扰，它仍然能够正常工作。毋庸置疑它是在槽式太阳能集热器热利用领域具有突破性技术进展的、有中国特色并具有世界先进水平的、可大规模获得清洁能源的新技术。
二、
技术介绍

[0017]一般来说，清洁能源供暖有太阳能、风能、生物质能、地热能、核能、天然气、清洁煤、空气源热泵、等多种形式。
[0018]其中世界范围内最受重视的还是太阳能供暖，因为太阳能最容易获取，遍布全球、零污染、无碳排放，便于储热储能，是解决全球气候变暖的最佳选择；但是太阳能的最大弱
点是能量密度低、不连续性并受气候影响大、占地面积大。太阳能供暖分为光伏和光热两种，以下分别介绍：
[0019]1、光伏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种联动型竖向槽式抛物面同步跟踪太阳能中温供暖系统，其特征是它主要由：联动型竖向槽式抛物面集热系统、中温储热罐、油泵阀门、中温供热油管、油水换热器、回油管道等组成，其中“联动型竖向槽式抛物面集热系统”是由多组槽式抛物面集热单元(每组槽式抛物面集热单元包含上下两扇槽式抛物面集热器)和一套径向同步跟踪装置(含链传动)、一套纬向跟踪装置通过多个四通法兰管和多个中心轴法兰管连接成为一体，再由地面支撑架安装在地面上空而成。2.根据权利要求1所述的联动型竖向槽式抛物面同步跟踪太阳能中温供暖系统，其特征是：由步进电机、蜗轮减速器、摆线针轮减速器组成的经向同步跟踪装置通过链传动可以实现多扇槽式抛物面集热器在经度方向对太阳的同步跟踪；同样，由一套纬向同步跟踪装置通过蜗轮减速器加链传动，可以手动实现多扇槽式抛物面集热器在纬度方向对太阳的的跟踪。3.根据权利要求1所述的联动型竖向槽式抛物面同步跟踪太阳能中温供暖系统，其特征是：导热介质(导热油)的流程是：油泵开启
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低温导热油
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太阳能集热系统入口
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第1组上扇抛物面的玻璃真空吸热管内的金属U型管
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第1组下扇抛物面的玻璃真空吸热管内的金属U型管
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(。。。。。。)
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第6组上扇抛物面的玻璃真空吸热管内的金属U型管
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第6组下扇抛物面的玻璃真空吸热管内的金属U型管
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中温导热油
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中温储热罐
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油泵
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油水换热器
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低温导热油
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回油管道
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太阳能集热系统入口
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循环再加热。4.根据权利要求1所述的联动型竖向槽式抛物面同步跟踪太阳能中温供暖系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦佑镇，秦虹竣，
申请(专利权)人：秦虹竣，
类型：发明
国别省市：