碟式太阳能热发电系统的原理与构造.pdf

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1、碟式太阳能热发电系统的原理与构造芃摘要：碟式太阳能热发电系统由碟式抛物面聚光镜、接收器、斯特林发动机、发电机组成，本文介绍了碟式抛物面聚光镜的结构，并介绍了碟式太阳能接收器的原理与结构。关键字：碟式太阳能发电系统，碟式抛物面反射镜，直接加热式太阳能接收器，间接加热式太阳能接收器，池沸腾接收器，相变式太阳能加热器，斯特林发动机碟式太阳能热发电系统主要由碟式聚光镜、接收器、斯特林发动机、发电机组成，目前峰值转换效率可达30%以上，是一种有前途的太阳能热利用装置。1.碟式抛物面反射镜碟式太阳能热发电系统采用旋转抛物面汇聚太阳光，旋转抛物面是抛物线绕轴线旋转形成的面。与抛物面轴线平行的光线照射到镜

2、面时，光线会聚焦到焦点，在焦点放置的物体会被加热到很高的温度，见图1。图1旋转抛物面聚光镜每个碟式太阳能热发电系统都有一个旋转抛物面反射镜用来汇聚太阳光，圆形的反射镜像碟子一样，故称为碟式反射镜。由于反射镜面积小则几十平方米，大则数百平方米，很难造成整块的镜面，是由多块镜片拼接而成。一般几kW的小型机组用多块扇形镜面拼成园形反射镜，如图2左侧照片；也有用多块园形镜面组成，如图2右侧照片。大型的一般用许多方形镜片拼成近似园形反射镜，如图3照片所示。图2网上的碟式太阳能系统照片图3网上的碟式太阳能系统照片拼接用的镜片都是抛物面的一部分，不是平面，多块镜面固定在镜面框架上，构成整片的旋转抛物面反

3、射镜。整片的旋转抛物面反射镜与斯特林机组支架固定在一起，通过跟踪转动装置安装在机座的支柱上，斯特林机组安装斯特林机组支架上，机组接收器在旋转抛物面反射镜的聚焦点上，见图4。跟踪转动装置由跟踪控制系统控制，保证抛物面反射镜对准太阳，把阳光聚集在斯特林机组的接收器上。关于跟踪知识请浏览“鹏芃科艺”网站（www.pengky.cn）的“聚光太阳能热利用”栏目“太阳的视运动与跟踪”章节。在该栏目的“碟式太阳能热发电系统”章节有碟式太阳能热发电系统动画，可在线观看或下载。图4碟式太阳能发电系统组成2.斯特林发电机组斯特林发动机是一种外燃机，依靠发动机气缸外部热源加热工质进行工作，发动机内部的工质通过

4、反复吸热膨胀、冷却收缩的循环过程推动活塞来回运动实现连续做功。由于热源在气缸外部，方便使用多种热源，特别是利用太阳能作为热源。碟式抛物面聚光镜的聚光比范围可超过1000，能把斯特林发动机内的工质温度加热到650度以上，使斯特林发动机正常运转起来。在机组内安装有发电机与斯特林发动机连接，斯特林发动机带动发电机旋转发电。斯特林发动机的技术较复杂，就不在这里介绍了，在“鹏芃科艺”网站（www.pengky.cn）有“斯特林发动机”栏目专门介绍斯特林发动机的原理与结构。碟式太阳能使用的斯特林发电机组的前端有太阳能接收器，为斯特林发电机组提供加热源，有关结构在下面介绍。碟式太阳能使用的斯特林发电机组

5、的冷却器通常采用风冷，利用风扇直接散热，使工质温度接近外界空气温度，有关结构简单，这里就不作介绍了。3.斯特林机组的接收器在碟式太阳能热发电系统中斯特林发动机的加热器通过接收器得到聚集太阳光的热量。接收器安装在斯特林发动机的前端，下面介绍两种用得较多的接收器结构。直接加热式太阳能接收器比较简单的是直接加热式太阳能接收器，加热器就是接收器，其结构如图5所示。U形吸热管一头直接通到斯特林发动机的热气缸上，另一头连通到通往回热器的汇集管上，多根U形管密集排成一圈组成管簇，构成斯特林发动机的加热器。U形管向园中心外侧弯曲，整个管簇犹如盘状，以便接受汇聚的太阳光。U形管管簇有较大的接受阳光面积与较好

6、的流通性，使高速通过的工质迅速得到加热。工质多为氦气或氢气，传热快，换热性能好。图5直热式太阳能加热器由于太阳光直接照射在加热器管簇上，直接加热内部的工质，故称之为直接加热式接收器。加热器管簇安装在接收器外壁内，在前方有透明度很高的石英玻璃保证太阳光无损的照射在管簇上。间接加热式太阳能接收器间接加热式太阳能接收器多数是利用介质的相变来实现热量传递，主要有池沸腾接收器、热管式接收器以及混合式热管接收器。下面介绍的池沸腾接收器是较新式的斯特林发动机用相变式太阳能加热器，图6是池沸腾太阳能接收器的结构示意图，图中接收器的角度是接收器安装时（工作时）的实际角度。图6池沸腾太阳能接收器斯特林发动机的

7、加热器由密集排成一圈的U形管簇组成，U形吸热管一头直接通到斯特林发动机的热气缸上，另一头连通到通往回热器的汇集管上。接收器外壳呈园台状，直径小的一端与气缸端密闭，直径大的一端为汇聚的太阳光入口，入口端的密封板是吸热面，接收器内抽真空，注入适量金属钠液。有钠液的接收器工作原理类似热管，聚集的太阳光加热钠液，钠液被加热到约700度蒸发，钠蒸汽上升遇到比它温度低的U形管，把热量传给U形管后钠蒸汽又凝结成钠液，钠液由于重力流回吸