CN101316080B - 光伏聚光发电与海水淡化组合装置 - Google Patents

光伏聚光发电与海水淡化组合装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用太阳能光伏聚光发电同时淡化海水的组合装置及其系统，该装置充分利用太阳能光伏聚光发电产生的电能和热能，通过热泵提升后作为低温多效海水淡化装置的蒸汽闪发器热源，同时组成自适应供能系统，利用可再生能源实现海水淡化。属太阳能利用和海水淡化技术领域。

Description

光伏聚光发电与海水淡化组合装置
技术领域
本发明涉及一种利用光伏聚光发电淡化海水的组合装置及其系统，该装置充分利用太阳能光伏聚光发电产生的热能，通过热泵提升后作为低温多效海水淡化装置蒸发器热源，同时组成自适应供能系统，利用可再生能源实现海水淡化。属太阳能利用和海水淡化技术领域。
背景技术
建立聚光太阳能光伏发电装置可以在单位面积硅光伏电池板上通过提高光照度实现大功率输出，减少光伏电池板使用数量，降低光伏发电装置建造成本(光伏电池板占总投资的70％)，但是，在提高聚光比和光照度的同时，也相应提高了光伏电池表面温度，因此，大功率光伏聚光发电必须采用冷却技术，由于热泵技术的发展，为降低光伏聚光装置温度提供了新的技术手段，为充分利用光伏聚光发电装置产生的热能，实现电力和热力的两种收益，本申请人在200720003425.3专利申请中，重点提出了利用热泵技术解决聚光发电涉及的光伏发电冷却问题，为进一步扩大该技术成果，借助热泵技术作能量转换，可实现光伏聚光发电与低温多效海水淡化装置的一种崭新的组合，既可以保证光伏聚光发电装置安全运行，也可充分利用聚光发电产生的热能，经热泵提升后作为低温多效海水淡化装置的蒸发热源，同时实现可再生能源和水资源的综合利用，特别适合海岛等无电缺水或少电缺水地区使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在为太阳能光伏聚光发电装置提供新的强制冷却源的同时，提供一种能适合多种聚焦方式的，并利用热泵技术实现光伏聚光发电和电热联供的海水淡化装置及其系统。
本发明所称问题是由以下技术方案解决的：
所述光伏聚光发电与海水淡化组合装置由太阳能聚光装置、光伏聚光发电组件、热泵机组、低温多效海水淡化装置、传媒管道及转换阀、储热单元、蓄电单元、逆变器、控制单元组成。
所述太阳能聚光装置为反射式槽式抛物面聚光、圆形或蝶形抛物面聚光、多面体平板聚光；透射式或反射式菲涅尔聚光装置；多面镜聚光装置；固定在地面的单轴跟踪分体平面或曲面反射式线聚焦装置以及复合抛物面聚光装置。
所述光伏聚光发电组件包括光伏电池板、散热器、散热基板及热泵蒸发器管道，以及逆变器、蓄电池、控制器构成的组件。
所述热泵为压缩式热泵，分别包括压缩机、蒸发器、冷凝器、热交换器、相关转换泵阀和自动输出控制器。
所述热泵冷凝器与储热单元组成低温多效海水淡化装置的热源供给单元，或直接与海水淡化装置的蒸汽闪发器组成一个单元。
所述光伏聚光发电装置的散热装置由铝型材或铝板成型制作成多凹体型散热器，聚光光伏电池板固定在散热器的基板或散热器平面上。
所述光伏聚光发电装置的散热装置与太阳能热泵通过冷凝剂作传热媒介，太阳能热泵的蒸发器管道安装在光伏聚光发电装置的散热装置中。
所述太阳能热泵与光伏聚光发电海水淡化装置的系统控制包括聚光跟踪、光伏电池板冷却、温度传感、热泵机组控制、海水淡化装置控制、相关转换泵阀自动控制、稳态输出控制、自适应充电及逆变器的功能控制。
所述聚光光伏电池板和散热器及蒸发器制作成一个组件，安装在聚光装置聚焦光斑处；控制器连接热泵与光伏聚光发电装置，热泵和光伏聚光发电装置通过逆变器、蓄电池组成自适应供能系统；热泵通过蒸发和冷凝输送管道分别与光伏聚光发电散热装置、储热罐连接，或直接将热泵的冷凝盘管安装在海水淡化装置的蒸汽闪发单元内。
其特别之处是：所述热泵为压缩式热泵，与光伏聚光发电装置通过输送管道和其散热装置连接在一起，由热泵提供冷媒强制冷却，同时作为热泵的低温热源，经热泵提升后作为海水淡化蒸发器的热源；热泵机组、海水淡化装置与光伏聚光发电装置通过控制器实现组合装置系统控制；热泵机组、海水淡化装置的压力循环泵、真空泵等所需电源由光伏聚光发电装置逆变器、蓄电池等组成的自适应供能系统保证。
第一种技术方案：利用常规活塞式压缩机或涡旋式压缩机组成太阳能热泵系统，热泵的蒸发器管道与聚光光伏板及散热器紧密装配在一起，为光伏聚光发电装置提供冷却，其供电部分利用光伏聚光发电装置提供。蒸发器采用铜管制作，安装在由铝型材或铝板成型制作的多凹体形散热器中，光伏电池板固定在铝型材散热器的基板上，或直接与铝型材散热器紧密固接，光伏电池板和散热器及热泵蒸发器制作成一个组件后，安装在聚光装置的聚光焦斑处，聚光比和聚光电池相匹配，热泵蒸发器中的制冷剂通过散热器蒸发吸收聚光产生的热能，使得发电与冷却表现为同一物理过程，保证光伏聚光发电输出功率在最大值。热泵冷凝器通过管道与储热罐连接，将光伏聚光发电产生的余热通过热泵进一步提升，由储热罐供低温多效海水淡化装置蒸汽闪发器使用。
这种设计有以下优点：一是能够将热泵技术和光伏聚光发电装置进行优化组合，实现冷却和余热的综合利用；二是压缩式热泵成本低；三是可通过储热保证海水淡化装置连续运行，降低热泵自身电能消耗。如图1所示。
第二种技术方案：将热泵冷凝器盘管直接安装在海水淡化装置蒸汽闪发器内，其特别之处是：将常规热泵的冷凝盘管直接安装在低温多效海水淡化机组的蒸汽闪发器中，组成蒸发单元，热泵和海水淡化机组供电利用光伏聚光发电装置提供。与上述方案不同的是，如要求海水淡化机组连续工作，必须利用热泵适应范围宽的特点连续工作，以保证低温多效海水淡化机组蒸汽闪发温度，其它光伏聚光装置构造同上。如图2所示。
附图说明
图1：是本发明储热式海水淡化组合装置示意图
图2：是本发明直接蒸发海水淡化组合装置示意图
图3：是本发明适用的各种聚光装置示意图
其中：1、热泵机组；2、光伏聚光发电装置；3、光伏聚光组件；4、散热器；5、蒸发器；6、散热基板；7、光伏板；8、冷凝器；9、蒸发器和制冷管道；10、储热罐；11、蓄电池；12、逆变器；13、控制单元；14、低温多效海水淡化装置；15、低温多效海水淡化装置蒸汽闪发器；16、真空泵；17、海水进口；18、淡水出口；19、浓海水出口
具体实施方式
第一种实施方案：
利用常规活塞式压缩机或涡旋式压缩机组成热泵机组系统单元1，其供电利用光伏聚光发电装置2或配套的蓄电单元11提供。将热泵机组1的蒸发器管道9与光伏聚光发电装置2直接安装在一起组合成一个系统。热泵为常开系统，通过转换阀控制，保证光伏聚光发电装置2正常工作。光伏组件3由散热器4、蒸发器5、散热基板6、光伏板7组成，散热器4采用铝型材或铝板成型制作，蒸发器5为铜管，该铜管固定在散热器4内，光伏板7用散热性能较好的胶粘剂粘结在铝或铜基板6上，或将光伏板粘结在散热器4上，也可将光伏板7粘结在盖板上，启动太阳能热泵机组1工作，冷凝剂通过输送管道9进入光伏聚光发电装置2蒸发冷却，保证光伏聚光发电装置2输出功率在最大值。经热泵机组1提升后，热泵1的冷凝器8在储热罐5中进行热交换，供海水淡化装置14使用。图1所示采用的是槽式聚光器，也可采用菲涅尔等其它类型聚光器。硅光伏电池宜选择聚光专用电池，光伏电池内阻要小，并采用合理的串并联布局。控制单元13完成对跟踪、热泵、蓄电、逆变、以及淡化机组的真空泵、压力循环泵、转换阀等的集中控制。
第二种实施方案：
将热泵机组1的冷凝盘管直接安装在海水淡化装置14的蒸汽闪发器中，利用太阳能光伏聚光发电装置2产生的热能，经热泵1提升后，直接在海水淡化装置14的蒸汽闪发器中蒸发海水，为后N效蒸发器提供蒸发热源，其供电则利用光伏聚光发电装置2和配套的蓄电池11提供。其它同上。
本发明特别适合海岛等无电缺水地区使用，在实现光伏聚光发电的同时，为海水淡化装置提供电源和热能，充分利用可再生能源获得清洁饮用水。

Claims (7)

1.一种光伏聚光发电与海水淡化组合装置，由太阳能聚光装置、光伏聚光发电组件、热泵机组、低温多效海水淡化装置、传媒管道及转换阀、储热单元、蓄电单元、逆变器、控制器组成，其特征在于：聚光光伏电池板、散热器及热泵蒸发器制作成光伏聚光发电组件，安装在太阳能聚光装置的聚焦光斑处；控制器连接热泵机组、光伏聚光发电组件与低温多效海水淡化装置；逆变器和蓄电单元组成自适应供能系统，为热泵机组和低温多效海水淡化装置提供电源；热泵机组通过蒸发和冷凝输送管道分别与散热器、储热罐、海水淡化闪发器连接；热泵机组为低温多效海水淡化装置提供蒸发热能。
2.根据权利要求1所述的光伏聚光发电与海水淡化组合装置，其特征在于：所述热泵机组为压缩式热泵，分别包括压缩机、蒸发器、冷凝器、热交换器、相关转换泵阀和自动输出控制器。
3.根据权利要求1所述的光伏聚光发电与海水淡化组合装置，其特征在于：热泵冷凝器与储热罐组成低温多效海水淡化装置的热源供给单元。
4.根据权利要求1所述的光伏聚光发电与海水淡化组合装置，其特征在于：热泵冷凝器直接设置在低温多效海水淡化装置的蒸汽闪发器内，为后效蒸汽单元提供热能。
5.根据权利要求1所述的光伏聚光发电与海水淡化组合装置，其特征在于：所述光伏聚光发电组件的散热器由铝型材或铝板成型制作成多凹体型散热器，聚光光伏电池板固定在散热器的基板或散热器平面上。
6.根据权利要求1所述的光伏聚光发电与海水淡化组合装置，其特征在于：所述光伏聚光发电组件的散热器与热泵机组通过冷凝剂作传热媒介，热泵机组的蒸发器管道安装在光伏聚光发电组件的散热器中。
7.根据权利要求1所述的光伏聚光发电与海水淡化组合装置，其特征在于：所述光伏聚光发电与海水淡化组合装置的控制器包括聚光跟踪、聚光光伏电池板冷却、温度传感、热泵机组控制、低温多效海水淡化装置控制、相关转换泵阀自动控制、稳态输出控制、自适应充电及逆变器的功能控制。
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