CN102254979B - 一种太阳能电水联产系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电水联产系统，包括硅板，硅板背面为蒸发腔，蒸发腔内部有硅胶与水的工质对；蒸发腔通过蒸汽管道与冷凝器相连，冷凝器包括盘管和翅片，盘管末端有储水室；冷凝器的上下两面各固定一块凝结表面，用以夜晚凝结空气中的水，所述冷凝器以及凝结表面由两块可开合的由蓄热材料组成的蓄热外壳密封包围，蓄热外壳的外表面被绝热材料覆盖。本发明利用水的相变来解决沙漠太阳能发电中的硅板散热问题，同时利用吸附质制冷的冷量在沙漠夜晚凝结收集水，实现电水联产。

Description

一种太阳能电水联产系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能电水联产系统，属于新能源技术领域。
背景技术
在能源形势和环境污染日趋严峻的背景下，太阳能作为一种清洁、稳定且取之不尽用之不竭的新能源，其应用与发展越来越受到人们的关注。
地球上的太能能总量十分丰富，但强度高、日照时间长的优质太阳能资源主要集中荒漠或沙漠地区。而且太阳能电厂占地面积大，因此大规模的光伏发电电站一般选址在荒漠或沙漠地带。
光伏发电过程中只有约17%的太阳能转化为电能，其余能量都以热能的形式耗散，而这些热量如果不能有效散发出去，就会导致太阳能硅板温度升高，从而降低光电转换效率。在沙漠荒漠地区由于水资源宝贵，循环水冷却成本过大，而大型风冷则耗能较大，因此解决硅板散热成为了太阳能利用中十分棘手的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种太阳能电水联产系统，既可以解决硅板散热问题，又可以水电联产。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种太阳能电水联产系统，包括硅板，硅板背面为蒸发腔，蒸发腔内部有硅胶与水的工质对；蒸发腔通过蒸汽管道与冷凝器相连，冷凝器包括盘管和翅片，盘管末端有储水室；冷凝器的上下两面各固定一块凝结表面，用以夜晚凝结空气中的水，所述冷凝器以及凝结表面由两块可开合的由蓄热材料组成的蓄热外壳密封包围，蓄热外壳的外表面被绝热材料覆盖。
所述蒸发腔采用翅片结构。
所述蒸汽管道外表面有一层绝热层。
所述的蓄热材料可以为十六烷。
本发明操作方便，成本低，可以规模化应用，与现有技术相比，本发明的创新之处在于：
（1）利用水的相变来实现沙漠太阳能发电中的硅板散热问题。由于相变带走的热量相比于显热要大得多，因此需要循环水少，且整个装置简单稳定，适合大规模应用。（2）利用吸附式制冷的原理实现工质水的循环，从而实现水的零损耗。（3）巧妙的通过蓄热材料的蓄热能力来利用沙漠的昼夜温差来驱动整个循环，实现零能耗。（4）利用吸附质制冷的冷量在沙漠夜晚凝结收集水，实现电水联产。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为蒸发腔结构示意图。
图3为冷凝器结构示意图。
其中：1－硅板、2－蒸发腔、3－蒸汽管道、4－管道绝热层、5-蓄热外壳、6-冷凝器、7-绝热材料、8-硅胶水工质对、9-翅片、10-储水室、11-冷凝管、12-凝结表面。
图4为系统运行过程中的热力系统图。
其中：T1-吸附床初始温度，T2-硅胶初始解析温度，T3-硅胶终了解析温度，T4-硅胶初始吸附温度，T5-冷凝器冷凝温度，T6-冷凝器夜间蒸发温度,Pc-冷凝器冷凝压力，Pe-冷凝器夜间蒸发压力。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
见图1，一种太阳能电水联产系统，包括硅板1，硅板背面为蒸发腔2，蒸发腔采用翅片结构，蒸发腔内部有硅胶与水的工质对8；蒸发腔2通过蒸汽管道3与冷凝器6相连，蒸汽管道外表面有一层绝热层4，冷凝器6包括冷凝管11和翅片9，盘管末端有储水室10；冷凝器的上下两面各固定一块凝结表面12，用以夜晚凝结空气中的水，所述冷凝器6以及凝结表面12由两块可开合的由蓄热材料组成的蓄热外壳5密封包围，蓄热外壳5的外表面被绝热材料7覆盖。
本系统运行过程：参见图4，在系统运行开始运行时，吸附床处于初始温度T1，压力为Pe，蓄热材料初始为低温状态,蓄热外壳紧紧包裹冷凝器，在白天，太阳能发电组块工作，产生大量的热，硅板温度开始升高，吸附床内升温升压，达到硅胶水工质对的初始解析温度T2（对应压力为Pc），蒸发腔中的水开始蒸发，从而带走热量，使硅板维持在合适的温度范围工作。同时由于蓄热材料造成的低温环境，蒸汽在冷凝器中冷凝，直到白天工作结束，硅板温度达到硅胶终了解析温度T3，当夜晚环境温度下降，冷凝器外部的蓄热外壳打开，凝结表面开始裸露在空气中,夜晚的环境温度使得冷凝器中蓄热材料恢复到初始状态。同时蒸发腔内温度下降，降到初始吸附温度T4硅胶开始吸附水，管道压力降低，当降低到冷凝器夜间蒸发压力Pe，冷凝器中的水开始蒸发，源源不断的从冷凝器中回收到蒸发腔，从而恢复初始状态，循环往复。而在冷凝器内部由于水蒸发不断带走热量，导致冷凝器以及凝结表面的温度降低到比环境温度低，这部分冷量使得冷凝器表面在夜间可以凝结得水，各个组块收集所得水将通过安置的漏斗以及管道收集并储存。
以热功率为500W面积为1m2的单元发电组块为例，使用石蜡系相变材料十六烷作为蓄热材料，相变温度为16℃，使用硅胶质量为17kg时，蒸发腔设计厚度为4cm，冷凝器面积为1m2，相变材料厚度两边各为5cm，绝热层厚度为5cm。在该设计工况下，初始解析温度为32℃，最大解析温度为68℃，初始吸附温度为21.5℃，即硅板的工作温度可以维持在低于68℃的工作环境。一个循环过程中，总制冷量为5400kJ。根据半导体制冷取水的实验结果，在温度为20℃，相对湿度为90%的环境中，3600J的冷量可取1g水。则此单元组块一天可制水1.5kg。若一个太阳能光伏发电站发电功率为500kW，以发电效率为17%计，其一天制水量为7324kg。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神。

Claims (4)

1.一种太阳能电水联产系统，其特征在于包括硅板（1），硅板背面为蒸发腔（2），蒸发腔内部有硅胶与水的工质对（8）；蒸发腔（2）通过蒸汽管道（3）与冷凝器（6）相连，冷凝器（6）包括盘管（11）和翅片（9），盘管（11）末端有储水室(10)；冷凝器(6)的上下两面各固定一块凝结表面(12)，用以夜晚凝结空气中的水，所述冷凝器(6)以及凝结表面(12)由两块可开合的由蓄热材料组成的蓄热外壳(5)密封包围，蓄热外壳(5)的外表面被绝热材料(7)覆盖。
2.如权利要求1所述的太阳能电水联产系统，其特征在于：所述蒸发腔(2)采用翅片结构。
3.如权利要求1或2所述的太阳能电水联产系统，其特征在于：所述蒸汽管道(3)外表面有一层绝热层(4)。
4.如权利要求1或2所述的太阳能电水联产系统，其特征在于：所述的蓄热材料为十六烷。
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