聚光设计与集热器
塔式光热电站的原理
塔式光热电站的原理塔式光热电站的工作原理可以分为几个步骤。
首先，该系统利用大面积的反射镜（也称为聚光器）将太阳能聚焦到一个集热器上。
这个集热器位于塔顶部，是一个中空的结构，内部涂有吸热涂层。
当太阳光经过反射镜聚焦到集热器上时，集热器吸收光能，并将其转化为热能。
接下来，集热器中的工作介质（通常是水或油）会被加热，形成高温高压的蒸汽。
这个高温高压的蒸汽会被输送到塔底部的蒸汽发电机中。
在蒸汽发电机中，蒸汽的能量被转化为机械能，驱动发电机产生电能。
与传统的光伏发电技术相比，塔式光热电站具有许多优势。
首先，塔式光热电站可以实现集中式发电，通过将大面积的太阳能聚焦到一个集热器上，可以获得更高的温度和更高的能量密度。
这使得塔式光热电站比分散式的光伏发电系统能够更高效地利用太阳能资源。
塔式光热电站可以实现可储存性。
由于集热器可以将太阳能转化为热能，并将其储存为蒸汽的形式，因此塔式光热电站可以在夜间或阴雨天等无法直接利用太阳能的情况下仍然进行发电。
这种储存性使得塔式光热电站可以实现可靠的24小时不间断供电。
塔式光热电站还具有较低的环境影响。
与传统的化石燃料发电厂相比，塔式光热电站不会产生任何二氧化碳等温室气体排放。
它是一种清洁的能源选择，有助于减少对环境的污染和气候变化的影响。
然而，塔式光热电站也存在一些挑战和限制。
首先，塔式光热电站的建设成本相对较高。
由于需要大面积的反射镜和集热器，以及复杂的输送系统和发电设备，塔式光热电站的建设成本较高。
此外，塔式光热电站对地理位置的要求较高，需要充足的日照和足够的空间来安置反射镜和集热器。
在未来，随着技术的不断进步和成本的降低，塔式光热电站有望成为一种重要的可再生能源发电技术。
它可以为我们提供可靠的清洁能源，并有助于减少对化石燃料的依赖，减少温室气体的排放。
塔式光热电站是一种利用太阳能进行发电的技术。
它通过将太阳能转化为热能，并利用热能驱动发电机来产生电能。
塔式光热电站具有集中式发电、可储存性和较低的环境影响等优势，但也面临着建设成本高和对地理位置要求高的挑战。
聚光型集热器
几种聚光集热器的结构示意图
(a)锥形面集热器；(b)复合抛物面集热器；(c)球形面集热器； (d)条形面集热器；(e)菲涅耳反射镜集热器；(f)菲涅耳透镜
集热器；(g)抛物柱面集热器；(h)塔式集热器
连续跟踪型 跟踪方式
间歇跟踪型
定时跟踪 太阳检测跟踪
又可分为单轴和双轴跟踪。
单轴太阳能跟踪系统
太阳相对于地面观测点有一个32′的角度，即 太阳张角，因此对太阳的聚光会形成一个太 阳像，而非一个点。
只能对直接 辐射产生聚光的效果，不能对散 射辐射聚焦。
要有跟踪太阳的装置。
对小聚光比的系统，即使不需要跟踪系统，复 杂的聚光系统。
如为了保持光学系统的精确度，需要考虑系统 长期性的防尘、抗氧化和大气腐蚀等。
b
bo
qloss Ib
b
I in Ib
结合集热器热损失因素U，
U q loss t
t tp ta
集热器效率可写为：
b
bo
Ut Ib
五 聚光集热器的材料
作为聚光器的材料，主要考虑选择一下几点： ✓反射面的反射率； ✓盖板材料的透过率； ✓吸热层的吸收率和反射率；
作为反射面的材料，由于表面的粗糙和起 伏，没有一种材料能做到镜面的全反射。
铝，总反射率在85%~90%左右。
银，总反射率在90%左右。
需要对标准太阳光入射波长积分才能得到一 个统一的反射率。
作为盖板材料，和平板型集热器类似， 需要含铁低、透明的材料。
玻璃
聚丙烯酸酯是制备菲涅耳棱镜的恰当材料。
作为聚光集热器的吸热层，铬黑吸收率约 0.95，反射率不大于0.1，作为选择性涂层， 是较好的选择。
条形面聚光集热器，又称FMSC聚光集热器，利 用若干条固定的平面反射镜组成的反射器，将 太阳辐射聚集到跟踪太阳的接收器上的一种非 成像集热器。
全时自动逐日聚光式太阳能槽式集热器施工工法(2)
全时自动逐日聚光式太阳能槽式集热器施工工法一、前言全时自动逐日聚光式太阳能槽式集热器是一种能够利用太阳能进行集热的设备，广泛应用于农业温室、工业加热、居民热水供应等领域。
本文将详细介绍该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析以及工程实例，旨在为读者提供一份科学且实用的施工指南。
二、工法特点全时自动逐日聚光式太阳能槽式集热器施工工法具有以下特点：1. 高效集热：该工法利用逐日聚光技术，能够最大限度地将太阳能转化为热能，提高能源利用效率。
2. 自动化控制：采用先进的自动化控制系统，实现对集热器的温度、湿度、光照等参数的自动调节，提高工作效率并降低人工干预。
3. 节约空间：由于采用槽式结构，该工法能够最大程度地压缩设备占地面积，节约了空间资源。
4. 耐久性强：采用耐高温、耐腐蚀的材料制作而成，具有较长的使用寿命和较好的耐久性。
三、适应范围全时自动逐日聚光式太阳能槽式集热器适用于各种规模的农业温室、工业加热以及居民热水供应等领域，特别适用于日照充足、温度要求较高的地区。
可以根据实际需求进行灵活组合和扩展，满足不同场景的能源需求。
四、工艺原理全时自动逐日聚光式太阳能槽式集热器施工工法的实际工程与工法之间具有密切的联系，采取了以下技术措施：1. 结构设计：根据集热器需求和工程实际情况，设计出合理的槽式结构，确保光热转换效率最大化。
2. 材料选择：选择耐高温、耐腐蚀的材料，如不锈钢、玻璃等，确保集热器的稳定性和寿命。
3. 自动化控制：采用先进的控制系统，实现对集热器温度、湿度、光照等参数的自动调节，提高工作效率。
4. 储能系统：通过储能系统，将太阳能收集起来，在无太阳能供应的情况下仍然可以继续供热，增加了系统的稳定性和可靠性。
五、施工工艺全时自动逐日聚光式太阳能槽式集热器施工工艺的主要步骤如下：1. 地基施工：根据施工图纸进行地基开挖，平整地面并浇筑混凝土基础。
光热发电简介
光热发电简介一、聚光光热技术简介聚光光热（CSP：Concentrated Solar Power）技术是太阳能开发利用的一种主要方式，聚光方式包括了槽式、塔式、碟式和菲涅尔式。
槽式太阳能聚光光热技术是当前发展最热和最具商业化前景的聚光光热技术，它采用槽式抛物面聚光器对太阳光汇集吸收，可直接将传热工质加热到300-500℃的一项技术，该技术主要核心是聚光技术和光热转换技术。
槽式太阳能热发电系统全称为槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统，是将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列，聚焦太阳直射光，加热真空集热管里面的工质，产生高温，再通过换热设备加热水产生高温高压的蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电。
二、槽式太阳能热发电系统工作原理聚光太阳能集热器由聚光器与接收器组成，成像聚光太阳能集热器通过聚光器将太阳辐射聚焦在接收器上形成焦点（或焦线），以获得高强度太阳能。
聚光集热器是一套光学系统，聚光器一般由反射镜或透镜构成，主要有抛物面反射镜、菲涅耳透镜、菲涅耳反射镜三种。
槽式聚光集热器由抛物线沿轴线旋转形成的面称为旋转抛物面，由抛物线向纵向延伸形成的面称为抛物柱面（槽式抛物面），在工业应用中称槽式聚光镜。
在凹面覆上反光层就构成抛物面聚光器。
根据光学原理，与抛物镜面轴线平行的光将会聚到焦点上，焦点在镜面的轴线上，见下图（a）。
把接收器安装在反射镜的焦点上，当太阳光与镜面轴线平行时，反射的光辐射全部会聚到接收器，见下图（b）。
槽式聚光镜反射的光线是会聚到一条线（带）上，故集热器的接收器是长条形的，一般由管状的接收器安装在柱状抛物面的焦线上组成。
槽式聚光集热器的聚光比范围约20至80，最高聚热温度约300度至400度。
槽式太阳能聚光集热器的结构主要由槽型抛物面反射镜、集热管、跟踪机构组成。
反射镜一般由玻璃制造，背面镀银并涂保护层，也可用反光铝板制造反射镜，反射镜安装在反光镜托架上。
槽型抛物面反射镜将入射太阳光聚焦到焦点的一条线上，在该条线上装有接收器的集热管，见图1。
太阳能光热发电系统的设计与实现
太阳能光热发电系统的设计与实现太阳能光热发电系统是目前世界上最受关注的可再生能源之一。
它不仅可以帮助我们减少使用化石燃料等不可再生资源，也能减少空气污染和温室气体的排放。
这种系统利用太阳能把光能转化为热能，然后再把热能转化为电能。
在这篇文章中，我将介绍太阳能光热发电系统的设计与实现。
I. 太阳能光热发电系统的组成部分太阳能光热发电系统主要由太阳能集热器、传热系统、蒸汽发生器、蒸汽涡轮发电机、储热系统、水循环系统、控制系统等组成。
1.太阳能集热器：太阳能集热器是太阳能光热发电系统的关键组成部分，用于把太阳能转化为热能。
其主要分类有平板集热器和聚光集热器两种。
平板集热器应用较广，因为它的制作成本较低，但其效率较低。
而聚光集热器则可以将太阳辐射能集中到一个小区域，使得温度变得非常高，从而提高发电效率。
2.传热系统：传热系统用来传递集热器中产生的热量到蒸汽发生器，主要包括流体输送管道、换热器、水循环泵等。
其中流体输送管道的选择非常重要，因为它需要承受高温高压的热质料。
3.蒸汽发生器：蒸汽发生器用于将集热器中的热量转化为水蒸汽，用来驱动蒸汽涡轮发电机来产生电能。
目前，常用的蒸汽发生器有自然循环式和强制循环式两种。
4.蒸汽涡轮发电机：蒸汽涡轮发电机是将蒸汽的动能转化为电能的关键设备。
常见的蒸汽涡轮发电机是由几个涡轮级组成的，涡轮级之间通过各自的高压和低压蒸汽输出端合并起来，形成一个完整的流动闭合系统，最后输出电能。
5.储热系统：储热系统用来储存集热器收集到的热能。
这种系统允许把白天的热量储存在储热器中，在晚上和阴雨天时，仍能够产生电能。
6.水循环系统：水循环系统通过传递热量把蒸汽发生器中的液态水转化为蒸汽，驱动发电机产生电能，然后将水再次送回蒸汽发生器，形成循环，节约水的使用量。
7.控制系统：控制系统主要用于监测和控制整个太阳能光热发电系统的运行状况，确保系统运行安全可靠。
II. 太阳能光热发电系统的设计流程太阳能光热发电系统的设计流程主要包括以下几个步骤。
碟式聚光太阳能集热器的性能分析及试验装置设计.
分类号学号M201070981学校代码10487密级硕士学位论文碟式聚光太阳能集热器的性能分析及试验装置设计学位申请人：宋佳学科专业：动力工程指导教师：高伟教授张燕平副教授答辩日期：2012年5月24日A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirementsfor the Degree of Master of EngineeringAnalysis on the Performance of Collector of Dish concentrator System and Design on Testing EquipmentsCandidate:Song JiaMajor:Power EngineeringSupervisor:Prof.Gao WeiAssoc.Prof.Zhang YanPingHuazhong University of Science&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□，在年解密后适用本授权书。
本论文属于不保密□。
（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要太阳能热发电中碟式太阳能热发电系统与槽式和塔式系统相比有很多优势，可以达到较高的热电转换效率和热效率，因此成为较可行且效率较高的热发电装置。
聚光集热技术
聚光集热技术聚光集热技术是一种利用太阳能的高效方式，通过聚光器将太阳光线聚焦到一个小范围内，从而提高太阳能的密度和温度，实现太阳能的高效利用。
本文将介绍聚光集热技术的基本原理、分类、应用以及发展趋势。
一、基本原理聚光集热技术是一种利用太阳能的高效方式，主要由聚光器、集热器和跟踪系统三部分组成。
聚光器是将太阳光线聚焦到一个小范围内的装置，通常由反射镜或透镜组成。
集热器是将聚焦后的太阳能转化为热能的装置，通常是由吸热性能较好的材料制成。
跟踪系统则是用于跟踪太阳位置，使聚光器始终对准太阳，从而保证能量的高效收集。
聚光集热技术的基本原理是利用聚光器将太阳光线聚焦到一个小范围内，从而提高太阳能的密度和温度。
聚焦后的太阳能会被集热器吸收，转化为热能，进而用于发电、供暖、热水等应用。
二、分类根据聚光器的类型，聚光集热技术可以分为反射式聚光集热技术和透镜式聚光集热技术两种。
反射式聚光集热技术使用反射镜作为聚光器，通常由多个曲面反射镜组成，将太阳光线反射到一个焦点上。
这种技术结构简单、成本较低，但聚焦效率相对较低。
透镜式聚光集热技术使用透镜作为聚光器，将太阳光线聚焦到一个点上。
这种技术聚焦效率高，但透镜制作工艺复杂，成本较高。
三、应用聚光集热技术广泛应用于太阳能发电、太阳能供暖、太阳能热水等领域。
在太阳能发电方面，聚光集热技术可以用于太阳能热发电和太阳能光热发电。
太阳能热发电通过聚光集热技术将太阳能转化为热能，进而驱动汽轮机发电。
太阳能光热发电则是利用聚光集热技术将太阳能转化为高温高压的蒸汽，直接驱动发电机发电。
在太阳能供暖方面，聚光集热技术可以用于供暖系统，通过聚光集热技术将太阳能转化为热能，供暖室内。
CPC在中高温太阳能集热器中的应用与设计
CPC在中高温太阳能集热器中的应用与设计在太阳能中高温热利用中普通的太阳能集热器难以达到100℃以上温度，必须通过聚光来实现中高温集热器。
复合抛物面（CPC）是一种非成像低聚焦度的聚光器。
文章根据边缘光线原理，给出复合抛物面聚光器的曲线方程，并结合实例介绍一种复合抛物面（CPC）的设计方法。
标签：复合抛物面（CPC）；热管式真空管；中高温太阳能集热器前言随着发展中国家工业大幅扩张，消耗的蒸汽数量增长迅速，由此造成的环境问题如CO2、SO2等温室气体排放、氮氧化物等有害气体的污染日益加重；另一方面，国际原油价格的飙升，使企业生产成本急剧增加。
从环境、社会经济的可持续发展角度来说，既环保又采之不尽的太阳能中高温热利用成为必然趋势。
中高温蒸汽是指温度范围在100～300℃的蒸汽，在工农业生产中有着广泛的应用。
在太阳能中温应用领域中，由于非聚光集热器很难达到较高的温度，而抛物面聚光器又需要复杂的跟踪系统，价格昂贵，因此复合抛物面聚光器（CPC）有着广泛的应用前景。
1 复合抛物面（CPC）的设计1.1 复合抛物面（CPC）的特点在太阳能中高温热利用中普通的太阳能集热器难以达到100℃以上温度，必须通过聚光来实现中高温集热器。
复合抛物面（CPC）是一种非成像低聚焦度的聚光器，具有以下特点：（1）由于它有较大的接收角，故在运行时不需要连续跟踪太阳能，它的聚光比可达到在10以内，当聚光比在3以下时可做成固定式装置；（2）可接收直射太阳能辐射和部分散射辐射，并能接收一般跟踪聚光器所不能接收的”太阳能周围辐射”；（3）复合抛物面（CPC）的聚光面型加工精度要求不严格，将其应用在太阳能集热器中，可降低成本。
复合抛物面（CPC）型热管式中高温太阳能集热器采用外聚光方式，以热管式真空管作为吸收体，在热管式真空管外增加了复合抛物面聚光反射器（CPC），使集热效率得到大幅度提高，温度可达100～250℃。
1.2 复合抛物面（CPC）聚光器的设计根据边缘光线原理：对于聚光器，以最大入射半角θ入射的所有光线，都必须从出射孔径的边缘出射。
聚光集热储热
聚光集热储热是指将太阳能转化为热能的整个过程，包括聚光、集热和储热三个主要步骤。
在这个过程中，太阳光通过聚光器汇聚成高强度的光束，然后通过集热器将光能转化为热能。
储热是将热量储存起来，以便在需要时使用的过程。
首先，聚光器的作用是将分散的太阳光聚集成为一个点，从而提高太阳光的强度和能量密度。
这种高强度的太阳光可以被集热器更好地吸收和利用。
其次，集热器是用来吸收和传导太阳光的装置。
当太阳光经过聚光器后，集热器可以有效地吸收太阳光的热量，并将其转化为热能。
这个过程通常是通过金属或其他导热材料来实现的。
在储热阶段，储存的热能可以被用于供暖、热水供应、工业加热等多种目的。
这是因为太阳能是一种清洁、可再生的能源，它的利用不会产生任何有害的排放物，也不会对环境造成任何负面影响。
而且，太阳能的供应量可以随着太阳的位置和强度而变化，从而避免了能源供应的不稳定性。
然而，聚光集热储热的实施也面临着一些挑战和问题。
首先，太阳光的强度和分布是随时间和地点而变化的，这使得聚光集热储热的系统设计和运行需要更加灵活和适应性。
其次，太阳能的收集和储存技术目前还处于发展阶段，需要更多的研究和开发才能实现更高效、更可靠的利用。
此外，太阳能的利用还需要与其他能源形式（如风能、水能等）相结合，以实现能源系统的多元化和稳定性。
总的来说，聚光集热储热是一种具有潜力的太阳能利用方式。
通过聚光器将太阳光聚集并增强其能量密度，再通过集热器吸收并转化为热能，最后通过储热技术将热量储存起来以供使用。
这种技术具有清洁、可再生、灵活性和适应性的特点，可以有效地利用太阳能这一可再生资源。
然而，在实施过程中也面临着一些挑战和问题，需要更多的研究和技术进步来解决。
未来，随着技术的不断发展和进步，我们相信聚光集热储热技术将会在太阳能利用领域发挥越来越重要的作用，为我们的能源系统提供更多的选择和可能性。
槽式太阳能聚光热发电站聚光器集热效率测试方法
槽式太阳能聚光热发电站聚光器集热效率测试方法适用于槽式太阳能聚光热发电站聚光器集Байду номын сангаас效率检测，以150米光场作为测试单元，使聚光器检测系统和设备小型化，更为便捷。本方法填补国内该领域应用的空白，对于聚光器设计和改进，提高集热效率有重要促进作用。随着国内槽式太阳能聚光热发电站的逐步兴建，使用将越来越广泛，同时能为槽式太阳能聚光热发电站的高效安全运行提供分析、改进依据。
本测试方法选取150米聚光器测试，根据光场特性，选择一个较低的聚光器进口温度Tin，间隔ΔTin℃测试，得到n组不同进口温度Tin(Tin0,Tin1,Tin2,Tin3,…,Tinn)时聚光器出口温度Tout(Tout0, Tout1, Tout2, Tout3,…,Toutn)。
3.数据处理
测试记录以下每组数据：DNI值X，测试时间t，聚光器进口温度Tin，聚光器出口温度Tout；t时间内导热油的累计质量流量mt；
根据测试数据，可以计算出每个聚光器平均导热油温度Tfi(Tf0, Tf1, Tf2, Tf3,…,Tfn)下聚光器集热效率ηi(η0,η1,η2, η3,…,ηn)。
在坐标图上(图一)表示出各点(Tf0,η0)，(Tf1,η1)，(Tf2,η2)，
(Tf3,η3)，…,(Tfn,ηn)。
图一聚光器集热效率η和平均导热油温度Tf
2.本测试方法是以150米聚光器为单元进行测试。
3.本测试方法是通过测试聚光器进出口温度差值，流量等参数来计算导热油在聚光器集热管内获得热量，对比在t时间内太阳能辐射值下聚光器设计效率计算出的理想集热值，得出聚光器的集热效率。
太阳能热发电系列文章(10)槽式太阳能热发电中的聚光集热器
太阳能热发电系列文章（１０）
ＳＯＬＪ气Ｒ ＥＮＥＲＧＹ
槽式泰隅熊ｏ．？’＋±，ｊｉＩ｛。≯。 热发龟书酌聚光集热器
河海大学南京中材天成新能源有限公司 ■王军张耀明张文进孙利国安翠翠
摘要：介绍了槽式太阳能热发电系统中ＤｓＧ技术的三种实现方式；对比了再次循环方式中饱和蒸汽发 电和过热蒸汽发电；介绍了ＤｓＧ技术的实践和应用研究项目。
管内的工质凝结成液体后依靠自身重力，流回蒸发 段重新循环工作。目前，我们已设计了适合于槽式
ＤＳＧ技术的普通型、一字型、聚焦式、螺旋翅片式
等热管式真空集热管和适合于碟式ＤＳＧ技术的普通 型、十字型、螺旋翅片式等热管式真空集热管。
３聚焦式真空集热管
集热温度主要受聚光比和吸收涂层的发射率控 制。在槽式太阳能热利用系统中，由于受到种种因
图４槽式聚光器原理
与塔式太阳能热发电的定日镜相比，槽式太阳 能热发电聚光器的制作难度相对更大：一是抛物面 镜曲面比定日镜曲面弧度大；二是平放时，槽式聚 光器迎风面比定日镜要大，抗风要求更高；三是运 动性能要求更高。
聚光器由反射镜和支架两部分组成。 １反射镜 反射率是反射镜最重要的性能。反射率随反射 镜使用时间增多而降低，主要原因是：（１）因为有灰 尘、废气、粉末等引起的污染；（２）紫外线照射引起
４双层玻璃真空集热管 我国在全玻璃真空集热管应用方面已取得了辉 煌成果，但现有的全玻璃真空集热管只能承受低压， 因而只能在太阳能热水器等低温场合下使用。我们 设计了系列双层玻璃式真空集热管，采用金属与双 层玻璃配合使用的方法，金属管承压，双层玻璃管 扼制对流散热，提高了集热和使用温度。在已进行
万方数据
开口宽度（ｍ）
长度（ｍ）
接收管直径（ｍ）
一种线性菲涅尔太阳能聚光集热器及其制造方法[发明专利]
![一种线性菲涅尔太阳能聚光集热器及其制造方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/84b1a3e285254b35eefdc8d376eeaeaad1f316a2.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201610695383.8(22)申请日 2016.08.19(71)申请人 广东工业大学地址 510062 广东省广州市越秀区东风东路729号(72)发明人 王海 卢梓健 黄金 胡艳鑫 蔡明臻 刘宇航 李晓朋 黄凯鑫 陈木生 谢锐坡 卓兆城 李浩腾 谢上子 (74)专利代理机构 广东广信君达律师事务所44329代理人 杨晓松(51)Int.Cl.F24J 2/08(2006.01)F24J 2/12(2006.01)F24J 2/24(2006.01)F24J 2/52(2006.01)(54)发明名称一种线性菲涅尔太阳能聚光集热器及其制造方法(57)摘要本发明公开了一种线性菲涅尔太阳能聚光集热器，包括下支架、真空集热管、集热铜管、上支架和菲涅尔透镜，所述真空集热管固定架设于下支架的上端，所述菲涅尔透镜固定安装于所述上支架上，所述上支架可摆动套设于所述真空集热管上；所述集热铜管安装于所述真空集热管内；所述真空集热管为单向开口透明结构，所述菲涅尔透镜的焦点位于所述集热铜管上；所述集热铜管为U型结构，且其U型面竖直设置。
还提供一种制造方法，1)构建二维X-Y直角坐标系；2)在线性菲涅尔透镜的焦线处安装真空集热管；3)在真空集热管内安装抛物反射镜；4)在真空集热管的中心轴线处竖直设置集热铜管。
本发明具有结构合理、太阳能利率高和安全可靠的有益效果。
权利要求书2页 说明书6页 附图3页CN 106352562 A 2017.01.25C N 106352562A1.一种线性菲涅尔太阳能聚光集热器，其特征在于，包括下支架、真空集热管、集热铜管、上支架和菲涅尔透镜，所述真空集热管固定架设于下支架的上端，所述菲涅尔透镜固定安装于所述上支架上，所述上支架可摆动套设于所述真空集热管上；所述集热铜管安装于所述真空集热管内；所述真空集热管为单向开口透明结构，所述菲涅尔透镜的焦点位于所述集热铜管上；所述集热铜管为U型结构，所述集热铜管的U型面竖直设置。
槽式太阳能集热器聚光传热特性浅析
ｔ ｕ ｂ ｅ ｓ ｏ ｆ ｐ ａ ｒ ａ ｂ ｏ ｌ ｉ ｃ ｔ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ．
Ｋ ｅ ｙ ｗｏｒ ｄ ｓ： ｐ ａ ｒ ａ ｂ ｏ ｌ ｉ ｃ ｔ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｓ ｏｌ ａ ｒ ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ； ｒ ａ ｙ ｔ ｒ ａ ｃ ｉ ｎ ｇ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ：ｆ ｌ ｕ ｘ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ
不考虑ｐ 的遮蔽效应， 由式（ １ ） 可得
符 号 说 明 Ｌ 一一吸 热管长度 ，ｍ ｄ 一 一 集 热 器 开 口深 度 ，ｍ
ｆ 一一焦距，ｍ Ｄ 一 一 直 径 ，ｍ Ａ ａ 一 一 聚光 器 的
Ｂ 一一集热器开 口宽度 ，ｍ
ｔ ’
㈩
因为吸热管 吸收所有反射光线 的最小直径是 ：
２ 一
旦 ｓ ｌ ｎ ０ ． ２ ６ … ７
（ ５ ）
有 效 面 积 ，ｍ Ａ ｒ 一 一 吸 热 管 的 表 面 积 ，ｍ
一 一
Ｃ 一 一 几 何 聚 光 比
其中０ ． ２ ６ ７ 。指太 阳光不平行夹角的角半径， 即ｌ ６ 。 所 以几 何聚光 比的理论最大值
ｃ
ｚＤ
（ １ ）
图 １槽式真空集热器截面示 意图
Ｆｉ ｇ ． １ Ｓ ｃ ｈ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ ｃ ｒ ｏ ｓ ｓ — ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐ ａ ｒ ａ ｂ ｏ ｌ ｉ ｃ ｔ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ
一——Ｔ
ｒ
●
ｌ
ｊ －
了槽式真空集热器 的模型 ， 并分析 了集热管吸热面热流 的分布特
性。
聚光太阳能发电的几种主要形式
聚光太阳能发电的几种主要形式一、线性聚光系统线性聚光太阳能发电采用线聚焦技术，线性聚光器包括抛物面槽式系统和线性菲涅耳反射系统2种，利用很大的反射镜来捕获太阳的能量，并把太阳光反射和对焦集中到焦线上，在这条焦线上安装有线性管状集热器，集热器吸收聚焦后的太阳辐射能，把吸热管内的流体加热，然后产生过热蒸汽，驱动涡轮发电机产生电力。
线性集中聚光器系统通常由按南北向平行排列的大量聚光器组成，这样保证最大限度地聚集太阳能。
1.抛物面槽式系统目前，在美国太阳能热发电领域中占主导地位的是抛物面槽式线性聚光系统，槽式太阳能发电系统由太阳能聚光器，以及吸热配件或接收器和跟踪机构组成。
其中太阳能聚光器由许多弯曲的反射镜组合装配而成，安装在支架上。
吸热管或接收器管沿着每个抛物形反射镜的焦线固定安装，用以吸收太阳辐射能，传热工质（不管是传热流体还是水/蒸汽）都要从太阳能集热管中流过，从而产生过热蒸汽，直接输送到涡轮机用以发电。
2.线性菲涅尔反射器系统第二种线性聚光技术是线性菲涅尔反射器系统，该系统由反射镜。
聚光器和跟踪机构组成。
把平坦的或略有弯曲的反射镜安装配置在跟踪器上，在反射镜上方的空间安装吸热管，反射镜把阳光反射到吸热管。
有时在聚光器的顶部加装小型抛物面反射镜，以加强阳光的聚焦。
二、碟式引擎系统与其他聚光太阳能发电技术相比，碟式引擎系统产生的电力功率相对较少，通常在3~25万kW的范围内，很适合分布式应用，如果将多个这样分布安装的单元碟式。
引擎系统整合成一簇，可以实现集中向电网供电，不但能缓解电力能源需求，还可以提高整个电网的运行安全性。
整个发电系统安装在一个双轴跟踪支撑机构上，实现定日跟踪，连续发电，发电效率高达30%，在相同的运行温度下，发电效率明显高于槽式和塔式，是所有太阳能热发电系统中效率最高的。
缺点是碟式太阳能热发电系统的单元发电容量较小。
三、塔式系统塔式太阳能热发电系统主要由日光反射镜子系统。
接收器组成，见图。
郭廷玮 复合抛物面聚光器(cpc)的型线设计
复合抛物面聚光集热器（CPC ）的型线设计陆高林，郭廷玮，寿 健，高纪庆，高纪凡常州天合光能有限公司新能源研究院，常州，213022摘要设计CPC 复合抛物面聚光集热器的型线时，首先应考虑的是聚光效果和制造成本。
本文从渐开线和抛物线方程入手详细计算了不同采光半角，不同截取高度H 对应的复合抛物面的聚光比及型线的长度和反射面的面积，得出了对设计有具体指导意义的有用结论。
关键词：CPC 复合抛物面、采光半角、截取高度、反射面积。
复合抛物面太阳能聚光器（CPC ）属于太阳能中温(100~200)C C ︒︒热利用技术，这种技术可应用于太阳能蒸饭、烧开水以及太阳能制冷和空调、纺织工业、化学工业制纸、木材加工，贵重药材干燥等领域，具有非常广阔的应用前景。
而普通的集热器在工作温度达到100C ︒时，效率变得非常低，因此中温太阳能热利用应当采用聚光集热系统。
CPC 不需要跟踪装置，只需要每年按不同季节4次调整倾角，就可以获得最大的聚光比。
所以安装方便、维护简单、不容易出现故障。
因此，20世纪70年代美国科学家A.Rabl 和Winston [1-3]正式定名CPC 聚光集热器以来就有许多科学家进行了大量的研究工作，但是，到目前为止，这种太阳能聚光装置应用并不广泛，其主要原因是成本较高，本文的目的就是针对在满足设计温度的条件下如何选择线型，减少反射面面积，从降低聚光反射器的成本的角度来讨论CPC 的设计。
复合抛物面太阳能聚光器（CPC ）的聚光比大约在10以内。
其结构如图1所示。
它是由吸热管内管为基圆的渐开线外接抛物线构成，中心位置设置一58φ的全玻璃真空吸热管。
在聚光集热器型线的下部是一段以吸热圆为基圆的渐开线，由于渐开线任一点的法线都与基圆相切，故入射在渐开线构成的反射面上的光线都会反射到吸热圆上。
与渐开线相接的是抛物线部分，根据光线聚焦原理，在max θ（采光半角）范围内，入射的光线都会汇聚到一特定的焦线上。
聚光设计与集热器
年度平均余弦效率
吸热器末端溢出损失
LFR聚光集热系统采用单轴跟踪，故反射光在吸热器上会沿其轴 向随着时间变化而移动。当太阳光线入射角度较大时，部分反射光将 从吸热器末端移出，形成末端偏移溢出损失。偏移程度越大，末端损 失程度也越大。 对于南北场，反射光偏移沿东西方向运动， 用e表示，
e sin g s cos 2 s H 2 +d 2 1 cos s sin g s
3.2 聚光比
3.2.1 聚光比的定义
（1）几何聚光比集热器的收光孔面积Aap与吸热器的吸热面积Aabs之比。
Cg Aap Aabs
（2）辐射通量聚光比 聚集到吸热器上的平均辐射强度Iab与入射太阳辐射强 度I之比。
Ce
Iap
Iabs
由于镜面在光学加工过程中存在加工误差，导致通过收光孔的射线并不是都 能够汇集到吸热面上，因此，Ce总是小于Cg。二者之间的关系为：
太阳能热发电系统热电转换效率与聚光比及吸热器温 度之间的关系
两种基本的聚光形式
1. 反射式聚光
2. 折射式聚光
3.1.2 抛物面反射聚光
抛物面焦点上的光源（焦点）所产生的平行光束
抛物线方程：
z 4fx
2
实际太阳光线所产生的成像
太阳到达地球表面的光线并非平行光，而是张角为32′的发散光，因此 不可能完全聚焦。经抛物面聚焦后所产生的图像宽度W，随着反射点 P的位置不同而变化。
1 2s2 2w d2
p2 reflector2
incident ray2 north
上式表明，同样的镜元当其与吸 热器的距离不同时，它对聚光比 的贡献不同。
LFR镜场光线反射示意图
敦煌热融发电站工作原理
敦煌热融发电站工作原理敦煌热融发电站是一种利用太阳能进行发电的装置，其工作原理是通过集热器将太阳能转化为热能，再利用蒸汽机将热能转化为机械能，最终驱动发电机发电。
敦煌热融发电站采用的集热器是一种特殊的反射镜，也称为聚光器。
聚光器的作用是将阳光聚焦到一个点上，使得该点的温度升高。
聚光器通常由许多个小反射镜组成，这些小反射镜都可以调整角度，以便跟踪太阳的轨迹，并将阳光反射到集热器的中心。
集热器的中心是一个管道，管道内流动着一种叫做工质的介质。
当阳光被聚光器反射到集热器中心时，管道内的工质会受到加热，其温度随之升高。
工质通常是一种高沸点的液体，如油或水。
当工质的温度升高到一定程度时，它会变为蒸汽。
这时，蒸汽会被导入到蒸汽机中，蒸汽机会利用蒸汽的高温和高压来驱动转子旋转。
转子与发电机相连，转子的旋转运动会带动发电机转子旋转，进而产生电能。
这样，太阳能就通过热能的转化，最终转化为电能。
在发电过程中，为了保证发电机的稳定运行，需要对工质进行冷却。
通常情况下，工质在蒸汽机运行后会变为低温液体，通过冷却系统将其冷却，然后再重新进入集热器，循环利用。
敦煌热融发电站的工作原理是利用太阳能的辐射能量转化为热能，再将热能转化为机械能，最终转化为电能。
这种发电方式具有环保、可再生的特点，对环境污染小，资源消耗低。
同时，太阳能是一种广泛分布的能源，敦煌地区拥有丰富的太阳能资源，适合建设热融发电站。
总结起来，敦煌热融发电站通过聚光器将太阳能聚焦到集热器中心，使工质受热变为蒸汽，然后利用蒸汽机将蒸汽的热能转化为机械能，最终带动发电机发电。
这种发电方式既环保又可再生，对于应对能源危机和减少环境污染具有重要意义。
一种太阳能聚光集热器及其设计方法[发明专利]
![一种太阳能聚光集热器及其设计方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/b930916f84868762cbaed534.png)
专利名称：一种太阳能聚光集热器及其设计方法专利类型：发明专利
发明人：何雅玲,王坤,李明佳,程泽东,崔福庆,郑章靖申请号：CN201310162862.X
申请日：20130506
公开号：CN103256724A
公开日：
20130821
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种太阳能聚光集热器及其设计方法，设置抛物面主反射镜；在抛物面主反射镜横截面的对称轴上，且在抛物面主反射镜焦线内侧安装真空集热管；在抛物面主反射镜的焦线外侧安装均光反射镜，均光反射镜与抛物面主反射镜的开口相对设置并固定连接。
本发明将真空集热管布置在抛物面主反射镜焦线位置以下，增设均光反射镜并与抛物面主反射镜开口相对布置，能够使吸热管底部和顶部均有太阳辐射能分布，均化了吸热管壁面的太阳能流密度分布，减小了吸热管壁面的温度梯度以及最高温度，能够从根源上避免能流密度不均所带来的一系列问题，提高集热管的安全性能。
申请人：西安交通大学
地址：710049 陕西省西安市咸宁西路28号
国籍：CN
代理机构：西安通大专利代理有限责任公司
代理人：蔡和平
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静止
真空管 复合抛物面
1-5
5-15
60-240
60-300 60-250 60-300 60-400 100-1500 150-2000
单轴 跟踪
线性菲涅尔 圆柱槽式 抛物面槽式
10-40 15~50 10-85 600~2000 300~1500
双轴 跟踪
碟式 塔式-定日镜
3.3.1 平板集热器
Ce 0Cg
0称为“光学散射损失因子”。
（3）抛物面聚光器的理论聚光比 设右图所所示的抛物面，其焦 平面与其收光孔重合。 假如太阳光线是绝对平行的，则 右图抛物面聚光器的聚光比应趋向 于无穷大，因光线都聚焦在一点。 而事实上，由于太阳圆盘有32′ 的张角，所以抛物面所能够达到的 极限聚光比只是 碟式抛物面 槽式抛物面
太阳图像宽度W计算公式
4f tan16 W= cos (1 cos )
聚光抛物面实例
3.1.3 抛物面的离散化 线性菲涅尔聚光系统
当为提高聚光比而扩大抛物面时，会产生如下 问题： （1）抛物面的重量及转动惯量随尺度增大而急 剧增大，为跟踪设计带来困难。 （2）抛物面过大难以解决风荷载问题。 （3）连续抛物面的精确机械加工不容易实现。
太阳能热发电系统热电转换效率与聚光比及吸热器温 度之间的关系
两种基本的聚光形式
1. 反射式聚光
2. 折射式聚光
3.1.2 抛物面反射聚光
抛物面焦点上的光源（焦点）所产生的平行光束
抛物线方程：
z 4fx
2
实际太阳光线所产生的成像
太阳到达地球表面的光线并非平行光，而是张角为32′的发散光，因此 不可能完全聚焦。经抛物面聚焦后所产生的图像宽度W，随着反射点 P的位置不同而变化。
年度平均余弦效率
吸热器末端溢出损失
LFR聚光集热系统采用单轴跟踪，故反射光在吸热器上会沿其轴 向随着时间变化而移动。当太阳光线入射角度较大时，部分反射光将 从吸热器末端移出，形成末端偏移溢出损失。偏移程度越大，末端损 失程度也越大。 对于南北场，反射光偏移沿东西方向运动， 用e表示，
e sin s cos2 s H 2 +d 2 1 cos s sin s
此外，在普通抛物面聚光器中，吸热器必 须和集热面一同转动，造成无谓的动力消耗。
线性菲涅尔聚光系统（Linear Fresnel ReflectorLFR), 因由法国工程师Augstin-Jean Fresnel 发明而得名。
吸热器 吸热器 反射光 反射光 太阳入射光 太阳入射光 H
南
镜元4 镜元3 镜元2 镜元1
cosθi S N cos s cos s sin sin s cos
(H,0,e)
性
吸 热
器
线
西
塔 高 H Z
αs太阳高度角 s 太阳方位角 镜元倾角
E
k o i j
qi
南 东
X
R
Rz r Re r Rn
S
s
(0,d,0)
A
反
N
镜元轴与塔基距离d
3.4.2 塔式-定日镜系统
定日镜形式
吸热塔的结构形式
混凝土塔
钢塔
3.5 线聚焦集热器
3.5.1 抛物槽式聚光器
抛物槽式聚光器的结构 与部件
抛物型聚光面 长条型支架 水平横轴 子午面旋转 水平管吸热器 柔性连接管
抛物槽式聚光器实例
设计运行温度400℃、用于抛物槽式集热的真空管，长度2米 （北京市太阳能研究所）。
（1）需要双轴跟踪系统。 （2）聚光器、吸热器和斯特林发动机一体化，整体转动。 （3）斯特林机的制造成本高，而且可靠性低，寿命短，目 前商业化程度低。 （4）由于重量与可用空间限制，碟式聚光器无法与蓄热系 统相结合，导致系统频繁启动、停止。 （5）美国一碟式实验系统的光电转换率达到31％，保持着 太阳能发电技术的最高效世界纪录。
2 2
偏移/m
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
e 最大
n 最大
e 平均
n 平均
南北场 东西场
镜场的纵向长度越长，偏移对系统光 学效率的影响越小。以西班牙的参考PE-1 电站为例，其LFR镜场纵向长度为980m， 由南北场和东西场引起的最大末端偏移溢 出损失分别占总辐射的4.6%与2.6%，年 平均末端偏移损失在1%左右。
菲涅尔透镜的设计原理
阶梯平面倾角α与折射光线倾角φ 、及透镜材料的折射率n的关系：
tan
sin n cos
阶梯面倾角α与当地平面参数r、W 及焦距d之间的关系：
tan n (d
r W W tan )2 r 2 (d tan ) 2 2
菲涅尔透镜聚光
1
镜元1
x
2
镜元2
3
镜元3
4
镜元4
地平面
每一个带状镜元的倾角和跟踪速度均不相同，需要进行 具体的设计计算。
西班牙Novatec Biosol公司建造的PE-1太阳能电站的LFR镜场。 该电站2009年成功试运行，是世界上第一座LFR型电站。
3.1.4 折射式聚光设计
从平凸透镜到菲涅尔透镜 通常聚光比愈大则透镜愈厚。为了减小 透镜厚度，将凸面做成阶梯球面，同样能 够达到很好的聚光效果。 进而，为了简化制作工艺，又将阶梯 球面近似地用平面代替，从而形成了“菲 涅尔透镜”。 菲涅尔透镜的设计主要是根据给定的焦 距f来具体确定每一个阶梯平面的倾角α。
第三章 聚光设计与集热器
3.1 聚光原理
3.1.1 聚光的必要性
太阳聚光设计的意义： 非聚光情况下，太阳能集热工质的温度一般低于 100℃。 为提高工质温度从而扩大应用范围，或者为提高 太阳能电池的光电转换效率，需要采用适当的聚光 方式，将自然状态下能量密度较低的太阳辐射能汇 聚到很小的接受表面上，以产生高温工质或高光通 量。
Qu AG
p (Tout Tin ) Qu mc
式中 Qu 为集热器内工质的加热功率，W；
A 集热面积，m2；
G 太阳总辐照度，W/m2。
3.3.2 真空管集热器
平板集热器热损失大的主要原因封闭腔内空气的传热作用 从平板集热向真空腔体集热转换的困难 （1） 真空封装技术 （2） 光谱选择性吸收涂层 热水保温瓶胆的启示
全玻璃真空集热管结构示意图
1一内玻璃管； 2一外玻璃管; 3一选择性吸收涂层； 4一真空；5一弹簧支架; 6一消气剂
主要技术特点
（1）特种玻璃 采用硼硅玻璃 其热膨胀系数小（3.3×10-6℃）；太阳 透过比高（＞0.90）；耐热温差大于200℃；机械强度较 高。 （2）高的真空度 内、外管之间的间隙约为5mm，间隙抽 真空至10-3Pa。 钡—钛消气剂的作用：能在真空集热管运行时吸收管内 释放出的微量气体，以保持管内真空度。 （3）选择性吸收涂层 采用磁控溅射工艺，将铝—氮/铝等 合金材料均匀沉积在内管表面上，以此吸收太阳光线。
聚光比与吸热器工作温度之间的关系图
3.2.3 LFR镜场的聚光比
Bw1 Bw2 incident ray1
LFR集热器的聚光比计算
Cg
j 1 n
1 1 Dj2
H
Dj
dj H
south d1
p1 s1 reflector1
1 2s2 2w d2
p2 reflector2
incident ray2 north
Cmax Cmax 1 1 Fa ,s sin 2 1 1 Fa ,s sin
式中Fa,s为抛物面的收光孔对太阳所张的角系数，代表入射太阳光与抛物 面法向z之间的夹角， 在16′~90°之间变化。
3.2.2 吸热器温度与聚光比的关系
对于任何形式的集热-吸热系统，通过热平衡分析可以导出其吸热器的运 行温度Tabs与几何聚光比Cg之间存在如下关系：
2w=0.2m spacing=0.1m
17
25
33
41
49
5765738189number of mirror slats
97
1
9
3.3 非聚光型集热器
太阳能集热器分类
跟踪 类型 集热器类型 平板 吸热体类型 平板 管型 管型 管型 管型 管型 点 点 聚光比范围 1 1 使用温度范围 （℃） 30-80 50-200
3.2 聚光比
3.2.1 聚光比的定义
（1）几何聚光比集热器的收光孔面积Aap与吸热器的吸热面积Aabs之比。
Cg A ap A abs
（2）辐射通量聚光比 聚集到吸热器上的平均辐射强度Iab与入射太阳辐射强 度I之比。
Ce
Iap
Iabs
由于镜面在光学加工过程中存在加工误差，导致通过收光孔的射线并不是都 能够汇集到吸热面上，因此，Ce总是小于Cg。二者之间的关系为：
抛物槽式聚光的优缺点
结构较简单，技术相对成熟
聚光比属于中低范围（C=10-85），相应的集热温度在 400℃以下。 由于吸热管道连同集热表面转动，系统自身动力消耗较大。
考虑自重与风荷载等因素，实用中单个抛物集热面的收光孔 面积一般不超过100m2。需要更大的聚光面积时要采取多个 抛物槽串联的形式。
上式表明，同样的镜元当其与吸 热器的距离不同时，它对聚光比 的贡献不同。
LFR镜场光线反射示意图
LFR镜场聚光比与镜元个数及塔高的关系
H=3m 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 H=6m H=9m H=12m
ideal geometric concentration ratio