塔式太阳能热电站定日镜专利技术概况

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1、塔式太阳能热电站定日镜专利技术概况摘要：塔式太阳能热电站是目前太阳能光热技术中最具前景的太阳能利用方式。其中，定日镜是塔式太阳能热电站的主要设备，其造价约占整个热电站投资的一半以上，是主要投资部分。本文从国内外专利申请数量、主要申请人等方面分析了国内外相关技术的发展概况，得出发展定日镜技术、加大对低成本定日镜的研宄与探索，对推动我国太阳能发电走向市场有重要意义。关键词：太阳能；塔式；定日镜；专利1引言20世纪50年代，前苏联开拓性地提出了塔式太阳能热发电系统的设计概念，并于1950年研制成功了世界上第一座塔式太阳能热电站，其中的

2、聚光装置，即定日镜（Heliostat）是由镜面（反射镜）、镜架（支撑结构）、跟踪驱动装置和控制系统组成，通过控制系统调整其高度角和方位角，确保使用过程中反射光能准确地投向吸热器，实现实时跟踪。大量的定日镜组成定日镜场构成了塔式太阳能热电站核心组成部分一一聚光系统，其很好地解决了太阳能能流密度低、辐射具有间歇性的问题，使得塔式太阳能热电站成为太阳能光热利用技术中最具前景的太阳能利用方式，因此，针对性地分析定日镜技术领域的专利状况具有重要的意义。2塔式太阳能热电站定日镜的发展历程2.1专利申请趋势1是全球历年来塔式太阳能定日镜专利

3、申请，其可以分成三个阶段。第一阶段是塔式太阳能定日镜起步阶段（1950-1975年），塔式太阳能定日镜处于研究、试用阶段。最早的塔式太阳能定日镜专利申请出现在1951年。但之后25年里的申请量仅仅只有10件。第二阶段是稳步发展阶段（1976-1982年），专利申请保持着稳步的增长，然而，随后的一段时间，火力发电的发展十分的迅速，效率也不断提高，这与开发太阳能等新能源的高成本形成鲜明的对比，导致塔式太阳能定日镜的发展中经历了一个停滞期（1983-2000年），其间塔式太阳能定日镜只被少数研究机构所研究。但是随着火力发电发展的一个瓶

4、颈期的到来，以及人们环保意识的日益增强，太阳能等环保能源逐渐又得到重视，塔式太阳能定日镜的研究进入到高速发展阶段（2000-2013年），自2006年起塔式太阳能定日镜技术专利申请呈现急剧增长趋势，至2011年高达287件。图2显示了塔式太阳能定日镜在美国、欧洲（包括德国、西班牙、英国、法国、意大利）、日本、澳大利亚、以色列、韩国以及中国的总体分布状况。塔式太阳能定日镜专利申请的90%集中在中国、美国、日本和欧洲，这种分布反映出上述国家和地区是定日镜专利申请的主要目标国或地区，同时说明在全球范围内塔式太阳能定日镜技术在这些国家和

5、地区得到的重视程度较高。另外，美日欧进入塔式太阳能定日镜领域的时间早，十分重视理论研究和技术开发，而中国通过学习、二次开发等方式快速进入塔式太阳能定日镜技术领域，通过消化吸收，不断缩小与国际先进技术水平的差距，已经成为了第二大专利申请国家，占到26%。这一现象背后的原因可能是国内对新能源门类中太阳能热发电重点扶持的产业结构调整战略有关，同时也是人们对环保要求日益严格的体现。但是，我国塔式太阳能定日镜领域专利的质量和创新水平却不容乐观，专利申请多以实用新型为主，仍需要在关键技术、核心突破上继续努力。2.2国内发展历程我国对于定日镜

6、的研制起步较晚。1993年，吴活玲向专利局申请了第一份关于塔式太阳能定日镜的专利申请(CN1096362A)，该申请针对使用复杂电脑控制驱动数千个定日镜非恒速的运动进行改进，通过实现提供可用简单驱动装置的定日镜，简化太阳能利用技术。2005年10月，我国首座70kW的塔式太阳能热发电站在南京江宁建成，其定日镜场是由32面反射面积为20m2的定日镜组成，由中科院张耀明院士及其团队研制。中国科学技术大学特聘教授陈应天于2001年提出了一种新的太阳跟踪聚光理论，并在SolarEnergy等刊物发表文章阐述其研究成果，随后他于2004年

7、申请了专利(CN1773109A)对其新的跟踪聚光理论一_基于自旋+仰角的跟踪方式要求保护。一般进行双轴跟踪的定日镜采用的大都是方位角+仰角的跟踪方式。陈应天教授的新的跟踪聚光理论对于提高单台定日镜聚光性能有很大的指导意义，模拟计算表明，采用自旋+仰角跟踪加上特殊曲面的定日镜和采用方位角+仰角加旋转抛物面的定日镜，前者比后者的反射聚光光斑面积要小五倍多。3塔式太阳能热电站定日镜分类特点及技术概况3.1塔式太阳能定日镜分类特点定曰镜场主要由反射镜、跟踪驱动装置、支撑结构和控制系统等组成。其中，反射镜和跟踪驱动装置在定日镜场成本中所

8、占比例较大，约占50%〜60%（反射镜占25%〜30%、跟踪驱动装置占30%〜35%）、控制系统约占5%〜10%、支撑结构约占15%〜20%。有关的分类主要分布在下列几个分类号下，F24J2/38采用跟踪装置的；F03G6/06,带聚积太阳能装置的利用太阳能产生