CN102522444A - 一种水冷太阳能槽式聚光电热联合利用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水冷太阳能槽式聚光电热联合利用装置，属于新能源开发与利用技术领域。其采用光热利用装置将太阳辐射过程中产生的热收集利用，使太阳能电池板维持在合适的温度，保证较高的光电转化效率。装置具有聚光板、太阳能电池板，电池板下方开有冷却管道，为防止热量散失，冷却管道下面又增设了保温层，电热联用装置的冷却管道连接的循环管路上依次设置有换热器、循环泵和调节阀。本发明结构简单，光电光热得到综合利用，热利用同时光伏转化效率明显提高，市场应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于新能源开发与利用技术领域，涉及一种水冷太阳能槽式聚光电热联合利用装置，是在已有的太阳能槽式利用聚光的基础上，利用太阳光电、光热转化技术，结合热转换、热利用等相关技术，属于一种水冷槽式聚光太阳能电热联合利用(CPVT)系统。
背景技术
我国太阳能资源丰富，百分之六十以上地区年辐射量大于5000MJ/m2、年日照时长在2200小时以上，太阳能的开发利用具有极大的潜力。目前，太阳能的利用技术主要有光热转换、光伏发电、光化学转换等基本方式。光伏发电可以获得高品位的电能产品，但其主要面临的问题是光电转换效率比较低，成本高，对太阳光的波段利用范围较窄。光热转换主要特点是效率高、成本低，几乎可以对太阳能的全波段进行利用，太阳能电热联合利用系统与传统的光伏系统、光热系统相比，具有较为明显的优点。在产能方面：电热联合利用系统在利用太阳电池产电的同时，可以回收利用余热，提高系统的总输出能。在太阳能利用效率方面：电热联合利用系统的光热光电总输出效率高于相应面积的传统光伏或光热系统，而光伏发电结合低温光热的集成技术可以对太阳能全波段能量进行一体化利用，既可以获得高品位电能，又将大大提高太阳能的综合利用效率。
国内外对光电、光热的复合研究，已经做了大量理论和实验工作，重点研究了PV/T(Photovoltaic/Thermal)复合系统。太阳能电热联产系统根据是否采用聚光技术可以分为：(1)平板式太阳能电热联产系统；(2)聚光太阳能电热联产系统(CPV/T)。采用聚光技术的太阳能聚光电热联产系统减少了电池板的使用面积，成为目前降低电热联产系统成本的一个重要途径。PV/T系统由太阳能电池板供电，电池板工作中产生的热被冷却系统带走以供热水。由于太阳能电池板的光电转换效率随着温度的升高呈线性递减，因此冷却系统在获得热的同时还可以提高电池板的效率，一般可采用气冷或水冷。在气冷式中，空气作为冷却工质，空气可以在通道里自然循环或强制循环来冷却太阳电池。自然循环冷却可以减小通道面积，但冷却效果差，强制循环可以增强换热，有效降低电池工作温度，但风机的使用，使得系统有效电能输出降低。水冷式太阳能电热联用系统采用在电池板表面冷却，要求冷却工质的吸收峰与太阳电池的吸收峰尽可能没有重叠，目前均采用水作为冷却工质，由于水的热容较大，与电池板的换热稳定，换热效率高，相同功率的风机或泵驱动空气或水，则水冷式电热联用系统输出的有效能(电能、热能)较多。
理论研究表明，复合的PV/T板总体转换效率可以达到60％～80％，实验结果也表明，在强制流动和低的入口温度下，PV/T板的光热转换效率已经达到了60％左右。并且，由于独立的光伏、光热系统都需要透明玻璃盖和金属支撑装置，因而复合系统更经济、成本更低。
总体上，本发明在已有PV/T研究基础上，结合聚光技术，实现了太阳能光热技术与光电技术的综合利用，使得对太阳能的全波段转换大于70％。是一项紧紧抓住太阳能全波段范围进行光电、光热转换的高效率低成本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种水冷太阳能槽式聚光电热联合利用装置。
本发明采用的技术方案如下：
一种水冷太阳能槽式聚光电热联合利用装置，具有光电和光热两个单元，包括太阳能聚光板、电热联用装置、循环管路、换热器、循环泵、调节阀，在聚光板的聚光光带位置上设有电热联用装置，太阳能电池板下布置有冷却管道，冷却管道连接循环管路，循环管路上依次连接换热器、循环泵和调节阀，成为一个闭合的管路。其中电热联用装置由太阳能电池板、冷却管道、保温材料、粘结层和填充材料组成。电热联用装置的最上方是太阳能电池板，冷却管道布置在太阳能电池板的背光面，填充材料内通有冷却水，填充材料填充在填充材料的间隙，粘结层用来粘结太阳能电池板和冷却管道。为避免热量散失，冷却管道下面还布置了保温材料。
本发明的有益效果
1)太阳能光热、光电利用：本发明利用高性能聚光板对太阳能实现聚光条件下的电热联合利用，在提高电池光伏转化效率、强化光电利用的同时，又保证得到高温热量，实现了优化整体电热联合利用的效果；
2)提高品位、降低成本：由于本发明利用了聚光技术，可以得到高温热，和高品位电能，同时大大降低光伏电池的使用面积，大幅降低光伏发电的系统成本。
附图说明
图1是本发明的聚光电热联合利用装置结构示意图。
图2(a)是图1中的电热联用装置结构截面图。
图2(b)是图1中的电热联用装置结构侧视图。
图中：1太阳能聚光板；2电热联用装置；3循环管路；4换热器；5循环泵；6调节阀；7太阳能电池板；8冷却管道；9保温材料；10粘结层；11填充材料。
具体实施方式
本发明中太阳辐射经聚光板聚光后投射到电热联用装置上进行光电转换，随后冷却管道中的水对电池板进行冷却，回收太阳辐射产生的热量。电热联用装置连接的循环管路上依次布置换热器、循环泵和调节阀。采用的太阳能电池板为单晶硅电池板，冷却管道中流动的冷却液为水。
本发明应用聚光技术结合高效光热转化、光电转化技术，采用水作为吸热工质，利用单晶硅电池进行光电转换。
1)单晶硅电池利用可见光波段(250nm～800nm)太阳辐射进行光电转换得到电能；
2)冷却水冷却单晶硅电池板回收部分热量得到低温热。该发明对太阳辐射进行全波段利用，由于采用聚光技术可以得到高品位热能，同时也提高光伏发电的光电转化效率，使得系统太阳能综合利用效率大大提高。
该太阳能聚光电热联用系统有聚光板、电热联用装置以及循环管路组成，电热联用装置连接的循环管路上依次布置了换热器、循环泵和调节阀。所述的太阳能电热联用装置有太阳能光电转化部件、太阳能光热转化部件组成。太阳能电热联用装置的光电转化部件是单晶硅太阳能电池，单晶硅太阳能电池位于聚光板的聚光带，为了对可见光的能量进行全部利用，单晶硅电池布置成如图2(a)所示的结构。单晶硅电池的基板布置在导热性能好的金属底面上，该金属底面与冷却管道紧密连接，提高散热性能。冷却管道为金属圆形管道内部流水，冷却管道外布置隔热层减少热损失提高热利用效率。
该太阳能聚光电热联用系统的工作方式是，在不同的太阳辐射强度下，跟踪太阳的直射辐射能，聚光板聚光后把辐射投射到电热联用装置上，该装置完成太阳能光电、光热转化，得到的辐射能通过循环管路向外界提供热源，光伏转换的电能可直接向外界输送电能。在采用聚光技术的条件下，夏季和冬季该太阳能聚光电热联用系统都能较好的工作，保证相对较高的太阳能综合利用效率。
本发明针对太阳辐射能的主要能量段可见光和红外进行光电和光热复合利用，结合聚光技术，在可以得到低温热量的同时，使得太阳能光伏转化效率明显提高，太阳能综合利用效率大大提高。同时由于聚光后大大减少了成本较高的光伏电池板的使用面积，使得系统的投资也大幅度降低，有着非常广泛的市场应用前景。
如附图所示，太阳能聚光电热联用系统具有聚光板1，在聚光板的聚光带安装有电热联用装置2，电热联用装置2包括太阳能电池板7、冷却管路8。太阳能电池板通过光伏效应将光能转化为电能输出，此为电利用；冷却管路布置在太阳能电池板的背光面，冷却水流经冷却管路，到外部循环管路3，经换热器4将热量传出，此为热利用。循环泵5驱动整个冷却系统工作，调节阀则根据太阳光的强弱调节冷却水的流速以合理分配电和热的利用。
将冷却水注入循环管路，调节聚光板跟踪太阳辐射，进行太阳能光电、光热转化。
太阳辐射投射到聚光板上，聚光板聚光后太阳辐射投射到热电联用装置上，可见光波段能量全部投射在电池板上进行光电转换，得到电能；光伏电池板在高聚光比下表面温度逐渐升高，此时开始冷却电池板，冷却水通过冷却管道，降低电池表面温度回收热量，得到低温热。得到低温热通过循环管路向外界提供热量，同时光伏电池向外提供电能。
Claims (1)
1.一种水冷太阳能槽式聚光电热联合利用装置，包括太阳能聚光板(1)、电热联用装置(2)、循环管路(3)、换热器(4)、循环泵(5)、调节阀(6)，其特征在于，在聚光板的聚光光带位置上设有电热联用装置，太阳能电池板下布置有冷却管道，冷却管道连接循环管路，循环管路上依次连接换热器、循环泵和调节阀，成为一个闭合的管路；其中电热联用装置由太阳能电池板(7)、冷却管道(8)、保温材料(9)、粘结层(10)和填充材料(11)组成；电热联用装置的最上方是太阳能电池板，冷却管道布置在太阳能电池板的背光面，填充材料内通有冷却水，填充材料填充在填充材料的间隙，粘结层用来粘结太阳能电池板和冷却管道；冷却管道下面还布置了保温材料。
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