阅读说明：本技术 采用非跟踪集热器及直线发电机的太阳能发电系统及方法 (Solar power generation system and method adopting non-tracking heat collector and linear generator ) 是由 高炜 杨玉 李红智 张磊 吴帅帅 张一帆 于 2020-06-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种低温废热回收发电系统及方法,具体为采用非跟踪集热器及直线发电机的太阳能发电系统及方法。本发明采用非跟踪集热器及直线发电机的太阳能发电系统,包括依次连通的非跟踪太阳能集热器、活塞膨胀-直线发电机系统、冷凝器和储液器；所述的非跟踪太阳能集热器工质侧入口与储液器出口相连通,工质侧出口与活塞膨胀-直线发电机系统工质侧入口相连通；所述的活塞膨胀-直线发电机系统工质侧出口与冷凝器工质侧入口相连通；所述的冷凝器工质侧出口与储液器入口相连通。本发明通过采用非跟踪太阳能集热器吸收太阳能热量,并由活塞膨胀-直线发电机系统发电,能在低温集热,且结构简单,成本低廉。(The invention relates to a low-temperature waste heat recovery power generation system and method, in particular to a solar power generation system and method adopting a non-tracking heat collector and a linear generator. The invention relates to a solar power generation system adopting a non-tracking heat collector and a linear generator, which comprises the non-tracking solar heat collector, a piston expansion-linear generator system, a condenser and a liquid storage device which are sequentially communicated; the working medium side inlet of the non-tracking solar heat collector is communicated with the outlet of the liquid storage device, and the working medium side outlet is communicated with the working medium side inlet of the piston expansion-linear generator system; the working medium side outlet of the piston expansion-linear generator system is communicated with the working medium side inlet of the condenser; and the outlet at the working medium side of the condenser is communicated with the inlet of the liquid storage device. The invention adopts the non-tracking solar heat collector to absorb the solar heat and uses the piston expansion-linear generator system to generate electricity, thereby being capable of collecting heat at low temperature and having simple structure and low cost.)

采用非跟踪集热器及直线发电机的太阳能发电系统及方法

技术领域

本发明涉及一种低温废热回收发电系统及方法，具体为采用非跟踪集热器及直线发电机的太阳能发电系统及方法。

背景技术

太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，由于太阳能光热发电在高温集热时理论热效率高，并且理论上可以采用较为廉价的蓄热储能来解决太阳能时间分布不均的问题，使得光热发电越发受到重视。

但太阳能光热发电一直存在着成本过高难以推广的困难，太阳能本身的能量密度较为分散，目前传统的发电装置适合于应用在能量密度较高的场合，例如化石能源发电，核电等。在能量密度较低的场合，例如太阳能发电，首先需要收集聚焦太阳能的热量，就是所谓的聚焦集热器。目前的聚焦集热器种类很多，大致分为跟踪型和非跟踪型，以及聚焦型和非聚焦型等。其中，跟踪型集热器即集热器需要根据太阳每天不同时刻相对地面的位置角度变化，跟着光线转动，这类集热器的效率高，但是需要配备跟踪系统，包括减速电机，传统机构等，增加了不少成本；非聚焦型集热器则无需转动，依靠本身的聚光镜面形状设计保证太阳在不同角度都能将光线聚集到吸热器上，缺点是聚光效率低，集热温度低；聚焦型集热器是采用透镜或反光镜将一定投影面积上的阳光聚集到一点或一线，优点是集热温度高，缺点是需要制造一点几何型面要求的反光镜或透镜，增加一定的成本，成本高低与镜面要求高低有关；非聚焦型集热器，例如平板集热器则单纯依靠太阳能正面辐射加热工质，制造简单，但是集热温度较低。

综上所述，太阳能光热发电就是在多种不同的设备之间综合成本、效率等因素比较选择，配备出最合理的发电系统，目前，在低温余热发电领域采用的发电设备大都存在成本较高，系统复杂；同时，在新能源开发和利用时，旋转发电机显然在高速运动情况下更加适用，而且由于旋转发电机所无法在相对较低频率的运动条件下保持较高的效率，普通的透平及普通发电机又无法在很低压差和很低温差的气流进行发电，存在低温余热发电领域不适用的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种采用非跟踪太阳能集热器吸收太阳能热量，并由活塞膨胀-直线发电机系统发电，能在低温集热，且结构简单，成本低廉的采用非跟踪集热器及直线发电机的太阳能发电系统及方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

采用非跟踪集热器及直线发电机的太阳能发电系统，包括依次连通的非跟踪太阳能集热器、活塞膨胀-直线发电机系统、冷凝器和储液器；

所述的非跟踪太阳能集热器工质侧入口与储液器出口相连通，工质侧出口与活塞膨胀-直线发电机系统工质侧入口相连通；所述的活塞膨胀-直线发电机系统工质侧出口与冷凝器工质侧入口相连通；所述的冷凝器工质侧出口与储液器入口相连通。

进一步的，所述的非跟踪太阳能集热器面向阳光辐射最强方向且斜向上布置，冷凝器背向太阳布置在阴影中。

进一步的，所述的冷凝器中液态工质的液面比非跟踪太阳能集热器中液态工质的液面高。

进一步的，所述的冷凝器竖直布置，上端设置工质侧入口，下端设置工质侧出口。

进一步的，所述的非跟踪太阳能集热器采用线聚焦的非跟踪型集热器。

进一步的，所述的活塞膨胀-直线发电机系统采用石墨轴封。

采用非跟踪集热器及直线发电机的太阳能发电方法，包括，

首先，非跟踪太阳能集热器中的工质向上流动并在流动过程中逐渐蒸发为气态进入活塞膨胀-直线发电机系统的膨胀腔对活塞做功；

其次，活塞带动直线发电机发电，复位弹簧推动活塞复位并将做功后的工质排入到冷凝器中；

再次，进入冷凝器中的工质向下流动并冷却为液态后进入储液器中；

最后，进入储液器中的液态工质再进入非跟踪太阳能集热器中进行循环作业。

进一步的，冷凝器的液态工质液面比非跟踪太阳能集热器中液面高，通过两者液面的高度差产生压差提供了工质流动以及活塞膨胀-直线发电机系统做功所需要的压力差，实现无泵循环。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明采用非跟踪集热器及直线发电机的太阳能发电系统采用非跟踪太阳能集热器吸收太阳能热量，采用活塞膨胀-直线发电机系统发电，采用冷凝器冷却工质，采用储液器储存工质，在具体工作时，冷凝器中液态工质液面比非跟踪太阳能集热器中液面高，并且这个高度差产生的压差提供了工质流动以及活塞膨胀-直线发电机系统做功所需要的压力差，因此系统中无需采用泵等设备增压，能使系统最简化；同时，由于发电系统所需的压差很小，因此系统整体的压力较低，有利于降低系统压力等级，方便采用更廉价的材料和加工制造工艺，进一步降低了系统的成本。

优选的，本发明采用的非跟踪太阳能集热器对温度要求不高，同时也省去了复杂的跟踪机构，进一步降低成本。

优选的，本发明采用较为廉价的活塞膨胀-直线发电机系统，成本小，且活塞膨胀-直线发电机系统运动频率和速度都比较低，大大降低了其轴封的难度，大大降低了成本；同时，直线发电机在相对较低频率的运动条件下也可以保持较高的效率，同时在配备弹簧和活塞等做功部件后，活塞膨胀-直线发电机系统可以利用很低压差，很低温差的气流发电。

优选的，本发明通过将冷凝器中液态工质的液面高于非跟踪太阳能集热器中液态工质的液面而形成高度差，且这个高度差产生的压差提供了工质流动以及活塞膨胀-直线发电机系统做功所需要的压力差。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1为非跟踪太阳能集热器、2为活塞膨胀-直线发电机系统、3为冷凝器、4为储液器。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明所述的采用非跟踪集热器及直线发电机的太阳能发电系统，如图1所示，包括非跟踪太阳能集热器1，活塞膨胀-直线发电机系统2，冷凝器3，储液器4；非跟踪太阳能集热器1的工质侧出口与活塞膨胀-直线发电机系统2工质侧入口联通，活塞膨胀-直线发电机系统2工质侧出口与冷凝器3工质侧入口相连通，冷凝器3工质侧出口与储液器4入口相连通，储液器4出口与非跟踪太阳能集热器1工质侧入口相连通；

根据维度不同，非跟踪太阳能集热器1面向阳光斜向上布置，非跟踪太阳能集热器1中的工质向上流动并在流动过程中逐渐蒸发为气态进入冷凝器3中；所述冷凝器3中的工质向下流动并冷却为液态后进入储液器4中；储存在储液器4中的液态工质再进入非跟踪太阳能集热器1进行循环；

所述的冷凝器3背向太阳，布置在阴影中，其中液态工质液面比非跟踪太阳能集热器1中液面高，通过冷凝器3的温度控制，控制相变速度，实现在工作状态下液态工质液面比非跟踪太阳能集热器1中液面高；并且这个高度差产生的压差提供了工质流动以及活塞膨胀-直线发电机系统2做功所需要的压力差；

所述的非跟踪太阳能集热器1采用非跟踪型集热器，由于本发明的太阳能集热器温度要求不高(100℃左右即可发电)，采用非跟踪型集热器能省去复杂的跟踪机构，进一步降低成本；同时，非跟踪型集热器种类很多，例如CPC型，V型以及很多新型结构的型面，只要是线聚焦，并且不影响布置的都可以作为本发明的集热器。

本发明采用非跟踪集热器及直线发电机的太阳能发电方法，包括如下步骤，

首先，非跟踪太阳能集热器1中的工质向上流动并在流动过程中逐渐蒸发为气态进入活塞膨胀-直线发电机系统2的膨胀腔对活塞做功；

其次，活塞带动直线发电机发电，复位弹簧推动活塞复位并将做功后的工质排入到冷凝器3中；

再次，进入冷凝器3中的工质向下流动并冷却为液态后进入储液器4中；

最后，进入储液器4中的液态工质再进入非跟踪太阳能集热器1中进行循环作业。

其中，冷凝器3的液态工质液面比非跟踪太阳能集热器1中液面高，通过两者液面的高度差产生压差提供了工质流动以及活塞膨胀-直线发电机系统2做功所需要的压力差，实现无泵循环。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。