[发明专利]一种船用碟式斯特林太阳能热发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及船舶太阳能利用领域，特别是一种船用碟式斯特林太阳能热发电装置。

背景技术

近年来，随着煤炭、石油和天然气等资源的枯竭以及环保要求的不断提高，国际社会开始强烈关注能源危机和温室气体排放带来的全球气候变暖问题。由于船舶在航行过程中要消耗大量的能量，并且会排放大量污染气体，为了使航运业能够可持续发展，世界造船业的主要研究方向开始集中在节能减排、探索新能源、大力发展船舶清洁可再生动力能源技术等方面。太阳能作为一种清洁可持续使用能源，与常规能源相比较，它可以无限使用，不会枯竭，而且安全无害，只要加以收集、转换即可直接使用，因而在开发利用过程中具有显著的优势，可以预见在后化石燃料时代其必将成为人类社会主要的利用能源之一。

目前，太阳能光伏发电系统已经获得了大量的研究且在陆上得到了广泛应用，但在船舶上的应用主要集中于小型船舶上，在全动力船舶和大型远洋船舶上推广不多。其主要原因就是光伏发电因受材料的限制，发电量不高，效率低，其发电成本相对较高，系统成本回收期较长，在船舶领域的发展受到了很大程度的限制。面对石化能源日趋枯竭、排放污染日益加剧的国际形势，亟待发展一种新的太阳能发电方式，以缓解航运业的能源危机。

发达国家的实验研究已经证明，太阳能热发电较光伏发电更能适应大规模的工业化应用。目前，太阳能热力发电单机容量已发展到兆瓦级，全球已有数十座兆瓦级太阳能热电站投入试验运行。按集热器类型的不同太阳能热发电系统可分为槽式、塔式和碟式三种系统。在所有太阳能发电技术中，碟式太阳能热发电系统具有最高的光热转换效率（85%左右）和光电转换效率（31%左右）。碟式系统具有高效、模块化和具备组成混合发电系统的能力等特点，既可以作分布式系统单独供电，也可以并网发电。又由于该系统对场地的平坦性要求低，因此应用范围广泛。以上的这些优点，为碟式斯特林太阳能热发电技术在船舶上的应用提供了可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船用碟式斯特林太阳能热发电装置，这种装置可以实现在船舶这一特殊的运动载体和水中航行这一特定环境下，通过自动跟踪太阳的碟式聚光镜将太阳光聚焦于斯特林发动机头部，加热高压氢气膨胀推动活塞做功，通过曲柄连杆机构带动发电机转化成电能输出，作为辅助能源应用在船舶的照明系统、驾驶系统、空调系统、辅助机械等方面，从而实现节能减排、保护环境的良好效果。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种船用碟式斯特林太阳能热发电装置：该装置硬件构成主要包括：碟式聚光反射镜3、反射镜支架4、斯特林发电机支架2、太阳能斯特林机、由斯特林机驱动的发电机、太阳双轴跟踪装置、以及自动跟踪控制系统。其中，所述碟式聚光反射镜3呈扇形分割，由6个扇形聚光反射镜片组拼接成一旋转抛物面结构；所述反射镜支架4固定于船舶甲板上，用于支撑并安装所述碟式聚光反射镜3；所述斯特林发电机支架2，一端固定连接所述碟式聚光反射镜支架4，另一端固定连接太阳能斯特林机；太阳能斯特林机的吸热器位于碟式聚光反射镜3的焦点处；所述发电机固定连接所述太阳能斯特林机，构成斯特林发电机1；所述太阳双轴跟踪装置安装于所述反射镜支架4上，包括两台直流电机、两台减速器、一个丝杠螺母副和一个带轮传动机构9；自动跟踪控制系统包括STM32F3微控制器10、光电跟踪传感器盒11、GPS接收器12、电子罗盘13、直流电机驱动器14。整个装置主要用螺栓连接，便于拆装和运输。装置的转动、定位和连接等机械结构都简单可靠，跟踪运动用单片机来实现控制，这样不仅加工容易而且增加了系统的可靠性。

本船用碟式斯特林太阳能热发电装置中，碟式聚光镜3将太阳光聚焦于斯特林发动机头部，加热高压氢气膨胀推动活塞做功，通过曲柄连杆机构带动发电机转化成电能输出。

本船用碟式斯特林太阳能热发电装置中，通过GPS接收器12和单片机的控制，使碟式聚光镜3实现在船舶航行过程中对太阳的初步跟踪。

本船用碟式斯特林太阳能热发电装置中，通过光电跟踪传感器盒11和单片机的控制，使碟式聚光镜实现在船舶航行过程中对太阳跟踪过程的反馈调节。

本船用碟式斯特林太阳能热发电装置中，通过电子罗盘13和单片机的控制，使碟式聚光镜3实现在船舶航向改变过程中对太阳跟踪过程的反馈调节。

本船用碟式斯特林太阳能热发电装置中，当海面光强未达到设定的最小经济发电光强要求时，为了减少能耗，跟踪系统会自动停止运转。

附图说明

附图1是一种船用碟式斯特林太阳能热发电装置的结构简图；