CN102287923B - 一种太阳能热电气三供系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能热电气三供系统及方法，包括将太阳光转换为热能的太阳能聚光模块，可进行温差发电及产生热水的太阳能温差发电热水模块，可生成氢的燃气生成模块；所述太阳能温差发电热水模块设置在太阳能聚光模块上。本发明的一种太阳能热电气三供系统，在利用太阳能温差发电的同时，将余热用于化学反应加热以及用于居民供暖与生活热水。具有太阳能利用效率高，系统成本低等优点。

Description

一种太阳能热电气三供系统及方法
技术领域
本发明涉及到太阳能利用技术领域。
背景技术
在能源和环境问题日益严峻的今天，可再生能源的重要利用方式——太阳能的利用正越来越受到关注。在能源使用中，出现以下情况：
(1)利用太阳能温差发电是太阳能利用的一种。但利用太阳能温差发电时，大部分余热没有充分利用，而是以热量辐射形式浪费了；
(2)在一些化学反应中，常常需要加热才可以进行反应。在加热过程中，消耗了大量能量；
(3)居民日常生活中，供暖和生活热水需要消耗大量能量。
将以上三种情况综合考虑，将太阳能温差发电过种中的余热，用于一些化学反应的加热或对生活用水加热，将大大提高太阳能利用效率以及减少能量消耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能热电气三供系统及方法，在利用太阳能温差发电的同时，将余热用于化学反应加热或用于居民供暖与生活热水。
为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种太阳能热电气三供系统，包括将太阳光转换为热能的太阳能聚光模块，可进行温差发电及产生热水的太阳能温差发电热水模块，可生成氢的燃气生成模块；所述太阳能温差发电热水模块设置在太阳能聚光模块上。
所述太阳光聚光模块包括跟踪支架、设置在跟踪支架上的跟踪控制装置、以及设在跟踪支架上的聚光反射镜。跟踪支架与跟踪控制装置保证了太阳光垂直照射至聚光反射镜，使聚光反射镜单位面积能量密度最大。
所述太阳能温差发电热水模块包括玻璃管、第一绝缘导热材料、温差电池、第二绝缘导热材料、其内通有生活用水的方形不锈钢管，第一绝缘导热材料和第二绝缘导热材料分别设置在温差电池两个表面，在第一绝缘导热材料另一面上涂敷有太阳光选择吸收涂层，所述方形不锈钢管设在第二绝缘导热材料的另一面上；所述玻璃管设在聚光反射镜的聚光面上；在所述温差电池两端上分别连接有有充放电控制器、蓄电池和负载并构成连接回路，对温差电池产生的电能收集储存或利用。玻璃管减少对外辐射损耗热能；太阳光选择吸收涂层用于将太阳光转换为热能，从而在温差电池外侧形成一个高温端；绝缘导热材料作用一是防止温差电池漏电，二是将太阳光选择吸收涂层的热能传导至温差电池高温端，以及将温差电池低温端的热能导走。从而在温差电池内外侧形成温差，温差电池产生电能；方形不锈钢管中充满生活用水，对温差电池低温端冷却同时，将带走的热能对生活用水进行加热。生活用水温度加热至90℃，将热能交换至反应容器，为化学反应加热。
所述燃气生成模块反应容器、第一冷凝器、第二冷凝器、丙酮储存器、氢气储存器；所述方形不锈钢管一端连接有生活用水进口管道，另一端通过反应容器连接到热水出口管路，所述反应容器还与所述第一冷凝器构成连接回路，所述第一冷凝器另一端连接第二冷凝器，第二冷凝器分别与丙酮储存器和氢气储存器连接。在反应容器进行的化学反应为异丙醇的分解反应。分解生成丙酮和氢；异丙醇、丙酮、氢气沸点分别为62.5℃、56.5℃、-252.8℃。因此可以通过不同的液化温度进行分离。异丙醇、丙酮与氢混合气体进入第一个冷凝器，冷凝器温度设为60℃，异丙醇液化流回反应容器继续分解反应；丙酮与氢混合气体进入第二个冷凝器，冷凝器温度设为50℃，丙酮液化流入丙酮储存器保存；氢收集至氢气储存器。
一种太阳能热电气三供方法，包括如下步骤：
(1)聚光反射镜将太阳光聚焦至太阳光选择吸收涂层，产生高温热源；
(2)热能流过温差电池外侧，形成高温端；同时生活用水从管道进入方形不锈钢管，导走热量，形成低温端；温差电池内外侧存在温度差，温差电池进行温差发电；
(3)生活用水在方形不锈钢管中被加热至90℃时，然后将热量以热交换形式传导给反应容器(5)，维持异丙醇分解反应生成丙酮和氢；
(4)生活用水热交换后，温度降低至50℃左右；此时生活用水可作为供暖或热水；也可以流入管道导走温差电池低温端余热，然后加热循环使用。
本系统，生活用水从管道进入，流至太阳能温差发电热水模块时，聚光反射镜将太阳光聚焦至太阳光选择吸收涂层，产生高温热源。热能流过温差电池至方形不锈钢管加热生活用水。温差电池内外侧存在温度差，温差电池进行温差发电。发活用水被加热至90℃时，将热量以热交换形式传导给反应容器，维持异丙醇分解反应生成丙酮和氢。生成的丙酮和氢储存，氢可作燃气使用。生活用水热交换后，温度降低至50℃左右。此时生活用水可作为供暖或热水。也可以流入管道导走温差电池低温端余热，循环使用。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：本发明的一种太阳能热电气三供系统，在利用太阳能温差发电的同时，将余热用于化学反应加热以及用于居民供暖与生活热水。具有太阳能利用效率高，系统成本低等优点。
附图说明
图1为本发明系统示意图；
图2太阳能温差发电热水模块结构示意图；
附图标记说明：1-生活用水进口管路，2-跟踪支架，3-跟踪控制装置，4-聚光反射镜，5-反应容器，6-热水出口管路，7-充放电控制器，8-蓄电池，9-负载，10-第一冷凝器，11-第二冷凝器，12-丙酮储存器，13-氢气储存器，14-玻璃管，15-太阳光选择吸收涂层，16-第一绝缘导热材料，17-温差电池，18-第二绝缘导热材料，19-方形不锈钢管，20-生活用水。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例：
请参阅图1和图2所示，一种太阳能热电气三供系统，包括将太阳光转换为热能的太阳能聚光模块，可进行温差发电及产生热水的太阳能温差发电热水模块，可生成氢的燃气生成模块；太阳能温差发电热水模块设置在太阳能聚光模块上。
太阳光聚光模块包括跟踪支架2、设置在跟踪支架2上的跟踪控制装置3、以及设在跟踪支架2上的聚光反射镜4。
太阳能温差发电热水模块包括玻璃管14、第一绝缘导热材料16、温差电池17、第二绝缘导热材料18、其内通有生活用水20的方形不锈钢管19，第一绝缘导热材料16和第二绝缘导热材料18分别设置在温差电池17两个表面，在第一绝缘导热材料16另一面上涂敷有太阳光选择吸收涂层15，方形不锈钢管19设在第二绝缘导热材料18的另一面上；玻璃管14设在聚光反射镜4的聚光面上；在温差电池17两端上分别连接有有充放电控制器7、蓄电池8和负载9并构成连接回路。玻璃管减少对外辐射损耗热能；太阳光选择吸收涂层15用于将太阳光转换为热能，从而在温差电池17外侧形成一个高温端；第一绝缘导热材料16、第二绝缘导热材料18作用一是防止温差电池17漏电，二是将太阳光选择吸收涂层15的热能传导至温差电池17高温端，以及将温差电池17低温端的热能导走。从而在温差电池17内外侧形成温差，温差电池17产生电能；方形不锈钢管19中充满生活用水20，对温差电池17低温端冷却同时，将导走的热能对生活用水20进行加热，从而居民提供生活热水或供热。
燃气生成模块反应容器5、第一冷凝器10、第二冷凝器11、丙酮储存器12、氢气储存器13；方形不锈钢管19一端连接有生活用水进口管道1，另一端通过反应容器5连接到热水出口管路6，反应容器5还与第一冷凝器10构成连接回路，第一冷凝器10另一端连接第二冷凝器11，第二冷凝器11分别与丙酮储存器12和氢气储存器13连接。异丙醇在反应容器5分解生成丙酮与氢。异丙醇、丙酮与氢混合气体进入第一冷凝器10，异丙醇液化流回反应容器5继续分解反应；丙酮与氢混合气体进入第二冷凝器11，丙酮液化流入丙酮储存器12保存；氢收集至氢气储存器13。
高倍太阳光聚光最高温度可达到500℃，可以通过调整太阳聚光倍数来控制太阳光聚光时最高温度。温差电池发电时，必须有一个高温端及一个低温端形成温差。因此温差电池的材料可以选择低温热电材料Bi2Te3/Sb2Te3体系或中温热电材料PbTe体系。温差发电的余热可以用导热液体导走，用于化学反应加热。
作为优选，温差电池的材料为Bi2Te3体系。
作为优选，太阳光聚光时，最高温度为250℃。
作为优选，温差电池低温端的温度为90℃。
作为优选，导热液体为生活用水。
作为优选，化学反应为异丙醇的分解反应，异丙醇在90℃时反应，分解成丙酮与氢。并且丙酮与氢可反应生成异丙醇，同时放出大量能量，是个可逆反应，可以循环利用。异丙醇的分解反应化学反应式为
(CH3)2CHOH→(CH3)2CO+H2      90℃，吸热反应
一种太阳能热电气三供方法，包括如下步骤：
(1)聚光反射镜4将太阳光聚焦至太阳光选择吸收涂层15，产生高温热源；
(2)热能流过温差电池17外侧，形成高温端；同时生活用水20从管道进入方形不锈钢管19，导走热量，形成低温端；温差电池17内外侧存在温度差，温差电池17进行温差发电；
(3)生活用水20在方形不锈钢管19中被加热至90℃时，然后将热量以热交换形式传导给反应容器5，维持异丙醇分解反应生成丙酮和氢；
(4)生活用水20热交换后，温度降低至50℃左右；此时生活用水20可作为供暖或热水；也可以流入管道导走温差电池低温端余热，然后加热循环使用。
本系统，生活用水20由生活用水进口管道1进入，在太阳能温差发电热水模块方形不锈钢管19中加热。生活用水20温度达到90℃，将热量以热交换形式传导给反应容器5，维持异丙醇分解反应生成丙酮和氢。生成的丙酮和氢储存于丙酮储存器12和氢气储存器13。氢气可作为燃气使用。生活用水20热交换后，温度降低至50℃左右。此时生活用水可作为供暖或热水。也可以流入生活用水进口管道1，循环使用。由于太阳光选择吸收涂层15与生活用水20之间存在温差，温差电池17进行温差发电。电能由电线传输至蓄电池8储存。本系统为居民提供热水、电能、燃气，大大提高了太阳能利用率。
上列详细说明是针对本发明实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (5)

1.一种太阳能热电气三供系统，其特征在于：包括将太阳光转换为热能的太阳能聚光模块，可进行温差发电及产生热水的太阳能温差发电热水模块，异丙醇分解制氢的燃气生成模块；所述太阳能温差发电热水模块设置在太阳能聚光模块上。
2.如权利要求1所述的太阳能热电气三供系统，其特征在于：所述太阳光聚光模块包括跟踪支架（2）、设置在跟踪支架（2）上的跟踪控制装置（3）、以及设在跟踪支架（2）上的槽式聚光反射镜（4）。
3.如权利要求2所述的太阳能热电气三供系统，其特征在于：所述太阳能温差发电热水模块包括玻璃管（14）、第一绝缘导热材料（16）、温差电池（17）、第二绝缘导热材料（18）、通有生活用水（20）的方形不锈钢管（19），第一绝缘导热材料（16）和第二绝缘导热材料（18）分别设置在温差电池（17）两个表面，在第一绝缘导热材料（16）另一面上涂敷有太阳光选择吸收涂层（15），所述方形不锈钢管（19）设在第二绝缘导热材料（18）的另一面上；所述玻璃管（14）设在聚光反射镜（4）的聚光面上；在所述温差电池（17）两端上分别连接有充放电控制器（7）、蓄电池（8）和负载（9）并构成连接回路。
4.如权利要求3所述的太阳能热电气三供系统，其特征在于：所述燃气生成模块包括反应容器（5）、第一冷凝器（10）、第二冷凝器(11)、丙酮储存器(12)、氢气储存器(13)；所述方形不锈钢管（19）一端连接有生活用水进口管道（1），另一端通过反应容器（5）连接到热水出口管路（6），所述反应容器（5）还与所述第一冷凝器（10）构成连接回路，所述第一冷凝器（10）另一端连接第二冷凝器(11)，第二冷凝器(11)分别与丙酮储存器(12)和氢气储存器(13)连接。
5.一种太阳能热电气三供方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）聚光反射镜（4）将太阳光聚焦至太阳光选择吸收涂层（15），产生高温热源；
（2）热能流过温差电池（17）外侧，形成高温端；同时生活用水（20）从管道进入方形不锈钢管（19），导走热量，形成低温端；温差电池（17）内外侧存在温度差，温差电池（17）进行温差发电；
（3）生活用水（20）在方形不锈钢管（19）中被加热至90℃时，然后将热量以热交换形式传导给反应容器（5），维持异丙醇分解反应生成丙酮和氢；
（4）生活用水（20）热交换后，温度降低至50℃左右；此时生活用水（20）作为供暖或热水；或者流入管道导走温差电池低温端余热，然后加热循环使用。
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