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1、(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 201610439275.4 (22)申请日 2016.06.17 (71)申请人 北京理工大学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号北京理工大学 (72)发明人 王秋实 郑宏飞 马兴龙 伍纲 (51)Int.Cl. A01G 9/26(2006.01) (54)发明名称 一种曲面涅尔透镜聚光与设施农业结合的 太阳能集热系统 (57)摘要 本发明提供了一种曲面菲涅尔透镜聚光与 设施农业结合的太阳能集热系统， 属于太阳能高 温集热与农业设施技术领域。 该系统由曲面菲涅。
2、 耳透镜、 二次聚光器、 真空管接收器、 太阳光跟踪 器、 设施农业温室、 钢绳驱动系统、 热电系统、 储 热系统组成。 该系统利用无极绳牵引系统和太阳 光跟踪器准确控制轨道滑移式菲涅尔聚光器的 位置， 将入射到设施农业外表面的部分太阳光聚 集到放置于设施农业温室内部特定位置的真空 管接收器上被接收， 部分由于跟踪误差而不能直 接聚集到真空管上的太阳光， 经二次聚光器再反 射也被汇聚到真空管上被接收， 从而实现太阳能 高温集热， 高温热能可被用于热发电， 余热被储 热系统储存于温室下面的土壤中， 给农业设施提 供用热需求。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 106105905 A 2。
3、016.11.16 CN 106105905 A 1.一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统， 其特征在于， 由如下 部分构成： 1至多个一体化成型的曲面菲涅耳透射式聚光器(3)， 1至多个二次聚光器(13)， 1 至多个真空管接收器(12)， 温室拱顶(5)， 钢丝绳牵引系统(17)、 轨道(4)。 各部分连接关系为,曲面菲涅耳透射式聚光器(3)通过支撑轴座与滚轮(18)固定连接， 并架设在安装于设施农业温室拱顶(5)之上的轨道(4)上， 其外表面中心线上装有太阳光跟 踪器(1)； 置于设施农业温室内部且在轨道(4)圆心位置上的二次聚光器的中心线上(13)置 有真空管接收器(1。
4、2)， 并在二次聚光器(13)附近设置安全隔离装置(11)。 2.根据权利要求1所述的一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系 统， 其特征在于： 曲面菲涅耳透射式聚光器(3)由太阳光跟踪器(1)提供准确位置信息， 并在 牵引系统的钢丝绳(17)的牵引下在轨道(4)上做圆周运动， 为温室有效聚光。 3.根据权利要求1所述的一种菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统， 其 特征在于： 真空管接收器(12)至轨道(4)的距离正好是曲面菲涅耳透射式聚光器(3)的焦 距， 当聚光器在轨道上运动时， 二次聚光器(13)也做相同角度的转动， 以确保真空管接收器 (12)有效收集来自曲面菲涅。
5、耳透射式聚光器(3)的太阳光线。 4.根据权利要求1所述的一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系 统， 其特征在于： 钢丝绳牵引系统两端通过紧绳器(16)固定在曲面菲涅耳透射式聚光器(3) 前端和后端， 绕过绞车(15)和尾轮(7)实现聚光器的无极运动。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 106105905 A 2 一种曲面涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统 所属技术领域 0001 本发明涉及一种曲面涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统， 利用整体 滑移式聚光器与设施农业温室相结合， 将太阳光高密度聚集,实现太阳能和农业种植技术 互相补足利用。 属于太阳能高温。
6、集热与农业设施技术领域。 背景技术 0002 在寒冷的冬季， 被动式农业温室单纯依靠自身结构吸取太阳能难以满足植物生长 需要， 尤其在夜间， 植物面临低温危害。 但用传统能源加热温室， 不仅费用高， 而且造成环境 污染和不可再生资源浪费。 因此， 将太阳能利用技术和温室建筑相结合， 不仅解决了农业温 室面临的问题和需求， 而且使太阳能热利用技术得到进一步推广和应用， 可谓 “一棚多用” 。 在温室的太阳能利用过程中， 普通的反射式聚光器不具有透射功能， 如果将它们安在温室 前坡面， 不仅遮挡了一部分阳光进入温室， 而且会在温室中留下巨大阴影， 从而影响温室的 太阳光采集； 如果将它们聚光器安装。
7、在温室的后墙之上， 也会对后方的温室造成遮挡， 影响 后面温室的采光， 从而加大了温室间距， 造成空间的浪费， 因此在农业温室中应用新的太阳 能聚光技术具有意义。 0003 本发明提供一种曲面菲涅尔透镜聚光与设施农业结合的太阳能集热系统， 利用曲 面滑移式菲涅尔透射聚光器置于温室拱顶之上进行采光， 接收器置于温室内， 既解决了聚 光器在温室中留下阴影的问题， 又充分利用了温室拱面， 避免了聚光器对后方温室的遮光 影响， 节约了空间和充分利用了同一个资源。 滑移式聚光器在太阳光跟踪器的指引下对准 太阳光的入射方向在轨道上运动， 实现温室收集太阳光的最大化,不会在温室中的固定位 置留下阴影， 而且。
8、太阳散射光仍然可以透过菲涅尔透射聚光器到达温室中， 不会过多影响 温室中的采光， 最后将聚集的太阳光转化为高温热量用于发电， 余热被再利用储存到温室 下面的土壤中， 实现了太阳能利用和设施农业的互相补足利用， 使农业发展和可再生能源 利用有效结合。 发明内容 0004 本发明利用钢丝绳轨道牵引系统和太阳光跟踪器准确控制轨道滑移式菲涅尔聚 光器的位置， 将入射到设施农业外表面的部分太阳光聚集到放置于设施农业温室内部固定 位置的真空管接收器上被接收， 使用滑移式菲涅尔透射聚光器和二次聚光器对温室进行聚 光， 并将收集的热量用于发电， 余热利用储能系统对温室进行补能， 实现收集太阳光的最大 化和有效。
9、热利用。 0005 本发明是通过如下技术方案实现的： 0006 本发明系统由曲面菲涅耳透射式聚光器、 二次聚光器、 真空管接收器、 太阳光跟踪 器、 设施农业温室、 钢绳驱动系统、 热电系统和储热系统组成。 外表面中心线上装有太阳光 跟踪器的曲面菲涅耳透射式聚光器通过支撑轴座与滚轮固定连接， 架设在铺设于设施农业 温室拱顶上的拱形双轨钢轨道之上， 由太阳光跟踪器提供准确位置信息， 并在牵引系统的 说 明 书 1/3 页 3 CN 106105905 A 3 钢丝绳的牵引下在轨道上做圆周运动。 置于设施农业温室内部且在轨道圆心位置上的二次 聚光器的中心线上置有真空管接收器， 真空管接收器至轨道的。
10、距离正好是曲面菲涅耳透射 式聚光器的焦距， 当聚光器在轨道上运动时， 二次聚光器也做相同角度的转动， 以确保真空 管接收器有效收集来自曲面菲涅耳透射式聚光器的太阳光线， 并在二次聚光器附近设置安 全隔离装置， 保证行人不受聚光器聚集的光线照射。 0007 钢丝绳牵引轨道式系统由钢丝绳、 钢轨、 绞车、 紧绳器、 和尾轮和托绳轮组成。 带有 电机的绞车通过卷筒引出钢丝绳， 紧绳器保证绞车和聚光器之间的钢丝绳始终处于张紧状 态， 钢丝绳牵引轨道式系统由钢丝绳、 钢轨、 绞车、 紧绳器、 和尾轮和托绳轮组成。 带有电机 的绞车通过卷筒引出钢丝绳， 紧绳器保证绞车和聚光器之间的钢丝绳始终处于张紧状态，。
11、 并运用托绳轮避免钢丝绳不会碰到温室拱顶而产生摩擦。 由紧绳器出来的钢丝绳直接与聚 光器一端相固定， 另一端绕过钢轨末端的尾轮改变方向后再与聚光器另一端固定， 绞车带 动钢丝绳牵引聚光器在太阳光跟踪器的指引下在钢轨上沿着温室拱顶做圆周运动， 使得滑 移式菲涅耳透射式聚光器的中心线总是对准太阳。 0008 本发明装有跟真空管接收器相连的热电系统和储能系统， 热电系统利用太阳能聚 光集热发电， 储能系统利用发电余热在温室温度降低到一定程度时,释放热量为温室供热。 0009 本发明的有益效果是， (1)将滑移式涅尔透射聚光器和温室上拱面结合， 实现温室 收集太阳光的最大化， 避免了聚光器对下方温室的。
12、遮光现象， 节约了空间和太阳能资源； (2)将农业温室多余的太阳能集热用于发电， 余热用来给温室供暖，“一棚多用” 。 总而言之， 巧妙的将涅尔透射聚光器和设施农业结合， 有效实现农光互补， 拓宽了太阳能在农业领域 的应用。 附图说明 0010 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 0011 图1本发明系统的运行原理图。 其中： 1-太阳光跟踪器； 2-太阳光线； 3-曲面菲涅 耳透射式聚光器； 4-轨道； 5-设施农业温室拱顶； 6-托绳轮； 7-尾轮； 8-热电系统； 9-储热水 箱； 10-水泵； 11-安全隔离装置； 12-真空管接收器； 13-二次聚光器； 14-散热管路； 1。
13、5-绞车； 16-紧绳器； 17-钢丝绳； 18-滚轮； 0012 图2钢丝绳牵引系统运行原理图。 0013 图3菲涅耳透射式聚光器与半拱形温室结合实施例图。 其中： 19 “L” 型二次聚光 器； 20-半拱形温室拱顶； 0014 图4菲涅耳透射式聚光器安装于温室内部的实施例图。 其中： 21-温室内部轨道。 具体实施方式 0015 下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步详细说明。 0016 图1是本发明系统的运行原理图。 在图1中， 装置的运行原理可分步解释如下： 阳光 温室沿南北方向建造， 曲面菲涅耳透射式聚光器(3)通过支撑轴座与滚轮(18)固定连接， 并 架设在安装于设施农业温。
14、室拱顶(5)之上的轨道(4)上， 由聚光器(3)外表面中心线上装有 的太阳光跟踪器(1)为其提供准确位置信息， 并在牵引系统的钢丝绳(17)的牵引下在轨道 (4)上做圆周运动。 真空管接收器(12)放置于温室内部且在轨道(4)的圆心位置上， 附近设 说 明 书 2/3 页 4 CN 106105905 A 4 置安全隔离装置(11)， 保证行人不受聚光器聚集的光线照射。 当太阳光线(2)正入射时， 滑 移式曲面菲涅耳透射式聚光器(3)实现透射聚光， 并将光线汇集至真空管接收器(12)上， 当 聚光器在轨道上运动时， 其中心线上置有真空管接收器(12)的二次聚光器(13)也做相同角 度的转动， 。
15、以确保真空管接收器(12)有效收集来自曲面菲涅耳透射式聚光器(3)的太阳光 线。 跟真空管接收器(12)相连的热电系统(8)利用热能发电， 散热管路(12)利用发电余热将 热量释放到土壤中供温室采暖。 0017 图2是本发明钢丝绳牵引系统运行原理图。 钢丝绳牵引轨道式系统由钢丝绳(17)、 轨道(4)、 绞车(15)、 紧绳器(16)、 尾轮(7)和托绳轮(6)组成。 电机带动绞车(15)通过卷筒牵 引钢丝绳(17)， 紧绳器(16)保证绞车(15)和聚光器(3)之间的钢丝绳(17)始终处于张紧状 态， 由紧绳器(16)出来的钢丝绳(17)直接与聚光器(3)一端相固定， 另一端绕过轨道(4)末。
16、 端的尾轮(7)改变方向后再与聚光器(3)另一端固定， 数个托绳轮(6)固定在拱顶(5)之上， 托住受力的钢丝绳(17)不接触棚顶， 绞车(15)带动钢丝绳(17)牵引聚光器(3)在太阳光跟 踪器(1)的指引下在轨道(4)上沿着温室拱顶(5)做圆周运动， 及时跟踪太阳， 使得滑移式菲 涅耳透射式聚光器(3)的中心线总是对准太阳光， 从而实现收集太阳光的最大化， 最大程度 获取高温热能。 0018 图3是菲涅耳透射式聚光器与半拱形温室结合实施例图。 半拱形温室沿东西方向 建造， 它的聚光面朝南， 接收太阳光， 滑移式菲涅耳透射式聚光器(3)架设于安装在半拱形 温室拱顶(20)的轨道(4)上， 置。
17、于设施农业温室内部且在轨道(4)圆心位置上的二次聚光器 的中心线上(13)置有真空管接收器(12)， 收集来自菲涅耳透射式聚光器聚集的太阳光， 在 真空管接收器(12)附近设置安全隔离装置(11)， 保证行人不受聚光器(3)聚集的光线照射。 0019 图4是聚光器安装于温室内部的实施例图。 温室内部轨道(21)安装在温室拱顶下 部， 滑移式菲涅耳透射式聚光器(3)架设于温室内部轨道(21)上， 可避免风霜雨雪对聚光器 的危害， 同时防止灰尘和雨雪积落在聚光器上， 保障菲涅耳透射式聚光器(3)的安全有效。 说 明 书 3/3 页 5 CN 106105905 A 5 图1 图2 说 明 书 附 图 1/2 页 6 CN 106105905 A 6 图3 图4 说 明 书 附 图 2/2 页 7 CN 106105905 A 7 。