菲涅尔-总结报告

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1、屋顶式线性菲涅尔太阳能热发电系统一、研发背景及意义目前利用或投产的太阳能进行热发电或其他中高温热利用有塔式、槽式、碟式等多种形式。其中塔式聚光效果好，但投入成木很高，占地面积大，稳定性、抗风性差；碟式的聚光效果好、效率高、灵活性强，但接收器易产生热点，造成接收器损坏或系统崩溃；槽式的成本相对较低，但聚光效果不高，弧面玻璃难制做，且抗风性能差。菲涅尔式是一种新的热发电或热利用方式，它投入的成木与槽式相当，聚光的效果优于槽式，避开了弧面玻璃的问题，结构简单易制做，提高了抗风性能；同时用地合理（同样功率，占地是塔式的1/4〜1/5）,且可以在底部建立工

2、厂、停车场等。由于菲涅尔式是太阳能热利用的技术进步，其优点突出，且容易与建筑结合，目前在德国、丙班牙等国家己经处在试验试制阶段，虽然中国还没有相关的单位进行研究或试制，但通过我们分析，一次反射镜采用微弧曲面夹胶银镜玻璃；镜面转动采用伺服电机+减速机+电磁离合器控制，实现任意角度的摆放；二次反射镜采用曲面镀银玻璃或曲面镀银铝型材，吸热管采用皇明自主开发的镀膜钢管，镀膜钢管的固定采用可调支撑，通过国外样机图片参考和理论分析，菲涅尔聚光集热器研发是可行的并实现建筑一体化。二、关键技术及水平本课题研制成功线性菲涅尔聚光集热器，其反射效率人于92%,系统总

3、传动效率大于60%,跟踪精度优于3.5mrad。1）完成二次聚光复合抛物面的设计。我们针对CPC反光板上部聚光效果较差以及结合吸热面的宽度对现有CPC的结构进行了一些改进，得到的截取比为0.618。2）完成反射装置镜面材料选择以及固定装置的设计，反射效率大于92%。一次反射镜采用镀银反射镜镜，衬底为超白玻璃。镜面为微弧聚焦方式，得到满足聚光比和反射率的反射装置。完成了反射装罝与减速机连接固定的联轴器设计。其联轴器的连接和位可在40°内调整，满足了镜场粗调要求。3）传动机构定型设计，系统总传动效率大于60%。通过对镜场最大风力扭矩的计算，驱动功率、

4、减速比的计算、单元镜支撑轴、传动轴设计等计算，确定最终的传动形式。我们课题组设计制作了一种高精度电磁控制蜗轮蜗杆式的单轴独立传动、多组联动传动装置。该装置己经申请专利。它包括一组驱动装置，一组初级减速装置，多组次级减速装置，多组角度调整装置。4）控制系统的控制策略及模拟，跟踪精度优于3.5mrad。可以对反射镜实施联动跟踪控制，满足对每组反射镜进行独立任意角度控制；实现反射镜场自动追日、大风天气平放，风沙、冰雹天气竖放等功能耍求。5）申请了1项发明专利，3项实用新型专利。6）完成了聚光集热器的制作及太阳能蒸汽系统测试工作。1.反射镜支架结构设计设

5、计微弧调型装置反射镜支架（如图1）整体采用三角焊接模块组成的矩形框架，整体强度和稳定性良好，焊接变形较小，保证了反射镜接触面的平面度，微调部件调整镜面弧度更均匀，不会使反射镜局部应力集中，造成镜面破损。反射镜支架和两侧端板相连，通过计算装配重心找准旋转支撑点，安装端轴,理论旋转扭矩为零。实现了多组反射镜横向、纵向同轴运转，减小系统运转消耗功率。图1:反射镜支架1-焊接部件、2-端板、3-端轴反射镜微弧调型结构（如图2）设置在反射镜的背面连接反射镜与镜架，调型结构包括调型部件和微调部件，调型部件对应设置在反射镜支架的中间矩形管上，调型部件包括粘胶板

6、和调整紧固件，用于调整镜而的整体光斑，微调部件对应设置在反射镜支架的方形管上，微调部件包括调整垫片和调整紧固件，用于光斑矫直，调节一些散光。调型部件一个对疲的微调部件有两个，其中心线在一条直线上。反射镜选用单片超白银镜，变形弧度可控，根据镜场布置，不同的焦距对应的反射镜而弧度不同，保证了一次反射镜的聚光效率，对应不同宽度的反射镜均可通过上述方法调节。图2:微弧凋型结构A微凋部件、B凋型部件、1-反射镜.1.新型电磁联动式追日跟踪装置本课题提出一种高精度电磁控制蜗轮蜗杆式的单轴独立传动、多组联动追日跟踪装置（图3）,可实现每个镜组任意角度、全天候的

7、转动和同时控制。它包括一组驱动装置，一组初级减速装置，多组次级减速装置，多组角度调整装置；驱动装置包括驱动电机及其控制系统，控制系统预设太阳跟踪程序，驱动电机工作，自动跟踪太阳；初级减速装置包括初级减速机、法兰、联轴器、轴承支座；次级减速装置包括次级减速机、联轴器、传动轴、固定座，每个次级减速机的输出端与反射镜轴连接；角度调整装置包括电磁离合器，通过预设程序驱动电磁离合器工作，来确定每组反射镜的初始角度，和联动同步跟踪太阳，以及在大风或冰雹气候情况下保证每个反射镜回到水平和竖直的位置。该装置的次级减速由蜗轮蜗杆减速机串联组成，可实现每个次级减速机

8、都带有自锁功能，这样既可以保证每组镜而任意位置的放置，也可以防止因为风力或外力造成反射镜的自由转动，从而保证反射镜及时跟踪太阳。这种跟踪