CN101873093A

CN101873093A - 一种光热混合发电及热利用一体化的太阳能综合利用系统

Info

Publication number: CN101873093A
Application number: CN 201010214752
Authority: CN
Inventors: 吴双应; 肖兰; 李友荣
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2010-07-01
Filing date: 2010-07-01
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2030-07-01
Also published as: CN101873093B

Abstract

一种光热混合发电及热利用一体化的太阳能综合利用系统，属太阳能综合利用工程领域。本系统包括将太阳光能直接转化为电能的太阳能光伏发电装置、将太阳辐射热及光伏电池余热直接转化为电能的温差发电装置、以及利用平板型热管将温差发电装置余热进行回收的热利用装置，具有光电转换、热电转换和余热回收再利用等多重功能，可最大限度地满足用户对电负荷与热负荷的双重需求。与其它太阳能热电利用系统相比，本系统具有效率高、无运动部件和噪音、运行维护成本低、可靠性高以及可模块化组合等特点。

Description

一种光热混合发电及热利用一体化的太阳能综合利用系统

技术领域：

本发明的名称是一种光热混合发电及热利用一体化的太阳能综合利用系统，属太阳能综合利用工程领域。

背景技术：

在太阳能的利用方式中，太阳能光伏发电是目前较常见且研究较多的方式之一。但太阳能光伏发电效率低，一般只有10～20％，因此在太阳能的光电转换过程中，一方面会造成很大的太阳能的热能浪费，同时没有转换为电能的热能也会造成太阳能光伏电池温度升高。据研究，太阳能光伏电池的转换效率随着温度的升高而降低，太阳能光伏电池在进行光电转换时产生的余热会造成其转换效率下降3～6％。因此有必要对余热回收利用。传统的解决方案大多采用强制对流或自然对流的方式吸收余热，如利用水或空气的强制对流冷却系统。然而应当指出的是，冷却介质在流动过程中吸收太阳能光伏电池板的热量后其温度上升，导致太阳能光伏电池板的温度分布不均匀，有时甚至会产生“热点”问题，这对提高太阳能光伏电池的光电转换效率是不利的。同时，由于目前光伏电池的整体转换效率相对较低，传统的光伏发电系统的电能输出也难以满足用户的用电需求。

温差发电作为一种合理利用余热、太阳能、地热等低品位能源转换为电能的有效方式，具有结构简单、坚固耐用、无运动部件和噪音等特点。鉴于此，可充分利用太阳的辐射热及光伏电池的余热在热电模块两端建立温差，实现温差发电，提高系统的整体电能输出。然而，由于目前温差发电的效率一般不超过14％，因此有必要对温差发电过程中产生的二次余热加以回收再利用。另一方面，已有研究指出，由于平板型热管呈现的高导热性、均温性、结构紧凑而灵活，使得平板型热管非常适合作为温差发电装置中热电模块冷端的散热元件，并可根据外界运行条件调整热电模块冷端温度。

基于以上现状和思想，提出把太阳能光伏发电装置、温差发电装置以及利用平板型热管进行余热回收的热利用装置联合起来的系统，即一种光热混合发电及热利用一体化的太阳能综合利用系统。

发明内容：

本发明提供一种光热混合发电及热利用一体化的太阳能综合利用系统。本系统包括将太阳光能直接转化为电能的太阳能光伏发电装置、将太阳辐射热及光伏电池余热直接转化为电能的温差发电装置、以及利用平板型热管进行余热回收的热利用装置。本系统一方面可以解决单纯的太阳能光伏发电效率低和输出电能少等问题，实现太阳能的光电、热电双重转换，从而提高电能的输出；另一方面可以解决太阳能余热的再利用问题，提高整个系统的热电利用效率，既实现太阳能发电的要求，又实现太阳能热利用的要求，从而实现由单纯的太阳能光伏发电到太阳能光热混合发电的转变，同时实现余热的一体化综合利用。

本发明通过以下技术方案实现：

主要由光伏电池3、吸热板4、玻璃盖板5、玻璃侧封22、温差发电装置19、平板型热管蒸发端18、平板型热管冷凝端13、平板型热管侧封9、金属翅片17、吸液芯16、空气冷却通道底板12、空气冷却通道侧封23、散热翅片21、风机24、集热系统空气出口接管1、集热系统空气出口联箱2、集热系统空气进口联箱6、集热系统空气进口接管7、空气管道8、空气冷却通道进口联箱14和空气冷却通道进口接管15、空气冷却通道出口接管10和空气冷却通道出口联箱11组成的一种光热混合发电及热利用一体化的太阳能综合利用系统，其特征在于：吸热板4、玻璃盖板5和玻璃侧封22组成光伏发电装置的封闭空间，均匀排列于吸热板4之上的光伏电池3将部分太阳光能直接转化为电能；温差发电装置19中的热电模块热端与吸热板4紧密接触，吸收太阳的辐射热及光伏电池3的余热，将部分热能直接转化为电能；平板型热管蒸发端18吸收温差发电装置19的余热，并在平板型热管冷凝端13将热量释放给由平板型热管冷凝端13、空气冷却通道底板12和空气冷却通道侧封23组成的通道内的空气，预热后的空气在风机24的作用下依次经空气冷却通道出口联箱11、空气冷却通道出口接管10和空气管道8、集热系统空气进口接管7和集热系统空气进口联箱6进入光伏发电装置的封闭空间被再次加热，最后经集热系统空气出口联箱2和集热系统空气出口接管1流出。

本发明的平板型热管蒸发端18、平板型热管冷凝端13和平板型热管侧封9组成封闭的真空腔体，腔体内设有金属翅片17，并在金属翅片17的中心线上开有圆形小孔20，连通被金属翅片17隔开的各个小真空腔体；在金属翅片17表面及真空腔体内表面均设有供液体工质回流的吸液芯16；由平板型热管冷凝端13、空气冷却通道底板12和空气冷却通道侧封23组成的空气冷却通道内装有散热翅片21，散热翅片21的长度方向与空气的流动方向相同。

本发明与现有能源利用系统相比具有以下特点：(1)本系统包括将太阳光能直接转化为电能的太阳能光伏发电装置、将太阳辐射热及光伏电池余热直接转化为电能的温差发电装置、以及利用平板型热管进行余热回收的热利用装置，具有光电转换、热电转换和余热回收再利用等多重功能，实现了不同用能系统集成和多种能量的综合利用。(2)本系统的温差发电装置可采用多组温差发电模块串联或并联的运行方式，一方面可提高输出电压或功率，另一方面可提高系统运行的可靠性。(3)本系统由于集成了太阳能光伏发电和温差发电，具有热电利用效率高、无运动部件和噪音、运行维护成本低、可靠性高以及可模块化组合等优点。(4)本系统采用平板型热管回收温差发电装置中热电模块冷端的余热，可以提高温差发电装置冷热端温差的均匀性以及整个系统的热电利用性能，并可根据外界运行条件调整热电模块的冷端温度。(5)本系统在平板型热管的真空腔体内装有金属翅片，一方面增强了热传导，另一方面还缩短了液体工质的回流路径，同时起到支撑作用；而在空气冷却通道内装有散热翅片，既起到强化传热的效果，又增加了机械强度。

附图说明：

图1为本发明实施示意图；

图2为图1的A-A剖面视图。

其中：1-集热系统空气出口接管；2-集热系统空气出口联箱；3-光伏电池；4-吸热板；5-玻璃盖板；6-集热系统空气进口联箱；7-集热系统空气进口接管；8-空气管道；9-平板型热管侧封；10-空气冷却通道出口接管；11-空气冷却通道出口联箱；12-空气冷却通道底板；13-平板型热管冷凝端；14-空气冷却通道进口联箱；15-空气冷却通道进口接管；16-吸液芯；17-金属翅片；18-平板型热管蒸发端；19-温差发电装置；20-小孔；21-散热翅片；22-玻璃侧封；23-空气冷却通道侧封；24-风机。

具体实施方式：

以下结合说明书附图中的图1、图2对本发明具体实施进行详细说明。

本发明主要由集热系统空气出口接管1、集热系统空气出口联箱2、光伏电池3、吸热板4、玻璃盖板5、集热系统空气进口联箱6、集热系统空气进口接管7、空气管道8、平板型热管侧封9、空气冷却通道出口接管10、空气冷却通道出口联箱11、空气冷却通道底板12、平板型热管冷凝端13、空气冷却通道进口联箱14、空气冷却通道进口接管15、吸液芯16、金属翅片17、平板型热管蒸发端18、温差发电装置19、小孔20、散热翅片21、玻璃侧封22、空气冷却通道侧封23和风机24组成。

本发明的工作过程如下：

太阳光透过玻璃盖板5和玻璃侧封22，照射并加热吸热板4及整齐排列于吸热板4之上的光伏电池3，光伏电池3将部分太阳光能直接转化为电能；另一方面，温差发电装置19中的热电模块热端与吸热板4底面紧密接触，吸收未转化为电能的太阳辐射热及光伏电池余热；与此同时，温差发电装置19中的热电模块冷端与平板型热管蒸发端18紧密接触，从而温差发电装置19中的热电模块的热端与冷端形成温差，直接将部分热能转化为电能。在平板型热管中，液体工质在平板型热管蒸发端18吸收温差发电装置19中的余热蒸发气化，到达平板型热管冷凝端13释放出气化潜热后凝结，凝结后的液体工质在位于金属翅片17表面及真空腔体内表面的吸液芯16作用下，回流至平板型热管蒸发端18重新吸热，如此循环。

此外，为了合理利用温差发电装置19在热电转换过程中产生的二次余热，在平板型热管冷凝端13的外部设有空气冷却通道。外部空气在风机24的作用下经空气冷却通道进口接管15通入空气冷却通道进口联箱14，进入由平板型热管冷凝端13、空气冷却通道底板12和空气冷却通道侧封23组成的空气冷却通道内，吸收平板型热管冷凝端13的热量。预热后的空气经空气冷却通道出口联箱11和空气冷却通道出口接管10通入空气管道8，而后经集热系统空气进口接管7和集热系统空气进口联箱6，进入由吸热板4、玻璃盖板5和玻璃侧封22组成的光伏发电装置的封闭空间，再次吸热后，最后经集热系统空气出口联箱2和集热系统空气出口接管1排出，供给热用户。

Claims

1.一种光热混合发电及热利用一体化的太阳能综合利用系统，主要由光伏电池(3)、吸热板(4)、玻璃盖板(5)、玻璃侧封(22)、温差发电装置(19)、平板型热管蒸发端(18)、平板型热管冷凝端(13)、平板型热管侧封(9)、金属翅片(17)、吸液芯(16)、空气冷却通道底板(12)、空气冷却通道侧封(23)、散热翅片(21)、风机(24)、集热系统空气出口接管(1)、集热系统空气出口联箱(2)、集热系统空气进口联箱(6)、集热系统空气进口接管(7)、空气管道(8)、空气冷却通道进口联箱(14)和空气冷却通道进口接管(15)、空气冷却通道出口接管(10)和空气冷却通道出口联箱(11)组成；其特征在于：吸热板(4)、玻璃盖板(5)和玻璃侧封(22)组成光伏发电装置的封闭空间，均匀排列于吸热板(4)之上的光伏电池(3)将部分太阳光能直接转化为电能；温差发电装置(19)中的热电模块热端与吸热板(4)紧密接触，吸收太阳的辐射热及光伏电池(3)的余热，将部分热能直接转化为电能；平板型热管蒸发端(18)吸收温差发电装置(19)的余热，并在平板型热管冷凝端(13)将热量释放给由平板型热管冷凝端(13)、空气冷却通道底板(12)和空气冷却通道侧封(23)组成的通道内的空气，预热后的空气在风机(24)的作用下依次经空气冷却通道出口联箱(11)、空气冷却通道出口接管(10)、空气管道(8)、集热系统空气进口接管(7)和集热系统集热系统空气进口联箱(6)进入光伏发电装置的封闭空间被再次加热，最后经集热系统空气出口联箱(2)和集热系统空气出口接管(1)流出。

2.根据权利要求1所述的一种光热混合发电及热利用一体化的太阳能综合利用系统，其特征在于：平板型热管蒸发端(18)、平板型热管冷凝端(13)和平板型热管侧封(9)组成封闭的真空腔体，腔体内设有金属翅片(17)，并在金属翅片(17)的中心线上开有圆形小孔(20)，连通被金属翅片(17)隔开的各个小真空腔体；在金属翅片(17)表面及真空腔体内表面均设有供液体工质回流的吸液芯(16)；由平板型热管冷凝端(13)、空气冷却通道底板(12)和空气冷却通道侧封(23)组成的空气冷却通道内装有散热翅片(21)，散热翅片(21)的长度方向与空气的流动方向相同。