CN102721198A - 太阳能光伏发电与集热梯次综合利用装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能光伏发电与集热梯次综合利用装置，包括第一集热管、第二集热管和发电集热集成部，其中，发电集热集成部包括透射聚光单元，该透射聚光单元的一侧透光面为凹曲面，该凹曲面上设置有同时具有光透射、光反射和发电功能的太阳能防护膜，第一集热管设置在透射聚光单元的透射聚焦点处，第二集热管设置在太阳能防护膜的反射聚焦点处，第一集热管和第二集热管之间通过管路连通构成集热回路，集热回路内的导热工质依次通过透射、反射的太阳光能进行梯次的分步聚光集热。本发明将太阳能光伏发电和集热设备集成在一个装置上，可以在实现光伏发电的同时，再将透射和反射的太阳光能进行梯次的分步聚光集热，使之转化为热能而被利用。

Description

太阳能光伏发电与集热梯次综合利用装置

技术领域

本发明涉及一种太阳能光伏发电与集热梯次综合利用装置。

背景技术

目前的光热发电行业中，聚光装置主要有槽式与塔式两种。槽式发电一般为单轴跟踪，利用直纹抛物面玻璃反射镜反射汇聚阳光，所反射阳光的焦距点轨迹为一条直线，直线上放置光热集热管，管长约几十米，通过此管收集热量并传输外送。对于槽式由于要长距离输送热量，存在密封及热损失等问题，维护起来同样麻烦。另外其它不利因素有三：一、过程中的光热转换是一次聚光转换，虽然集热温度较高，吸热效率高，但散热损耗同样也高；二、透射光能量未曾被利用；最后就是集热过程没有进行梯次配备，被加热工质是一次性吸热，温度短时间内陡然升高，所以加热综合效率不高。因此，如何对集热管进行分步加热逐渐升温同时很好的利用透射光，克服一次集热的温度陡变的负面影响等，成为相关装置改进的努力方向。

对于光伏电池板，其玻璃层的白玻璃常见厚度在3.2毫米左右，在太阳电池光谱响应的波长范围内（320-1100NM）透光率达90%以上，对于大于1200NM的红外光有较高的反射率，而红外光有很大的光热转换效率，经反射汇聚可在吸热物体的局部产生较高温度。除此之外，一般的光伏发电与光热发电装置是分立进行的，光能是单向转换，光电与光热转换不能同时进行。如何将二者结合各自发挥所长，采取多方式同装置太阳能发电同时提高装置系统的综合利用率，也是值得改进之处。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种对于不同波段的太阳光、直射光和散射光均有较高的综合利用率的太阳能光伏发电与集热梯次综合利用装置。

为实现上述目的，本发明太阳能光伏发电与集热梯次综合利用装置，包括第一集热管、第二集热管和发电集热集成部，其中，发电集热集成部包括透射聚光单元，该透射聚光单元的一侧透光面为凹曲面，该凹曲面上设置有同时具有光透射、光反射和发电功能的太阳能防护膜，第一集热管设置在透射聚光单元的透射聚焦点处，第二集热管设置在太阳能防护膜的反射聚焦点处，并且，第一集热管和第二集热管之间通过管路连通构成集热回路，集热回路内的导热工质依次通过透射、反射的太阳光能进行梯次的分步聚光集热。

进一步，所述透射聚光单元包括用透光材质制成的镜壳，该镜壳为凹凸形的凸透镜结构，其一侧透光面为所述凹曲面；并且镜壳为中空透光密封结构，其中空密封腔内填充有透光填充物，该透光填充物为高折射率透明液体；所述太阳能防护膜为带有防紫外、老化防护层的柔性薄膜太阳能电池。

进一步，所述透光填充物为甘油。

进一步，所述镜壳设置在相互共轴设置的主转盘与次转盘之间，主转盘与次转盘通过镜支架相互固定连接，并且主转盘与次转盘的固定座均安装在支架上，支架的下端固定安装在基座上。

进一步，所述主转盘的端部同轴设置有双开口圆柱空腔连体结构的双体空心转轴，该双体空心转轴包括第一密封腔、第二密封腔和桥接弧梁，桥接弧梁上、下部分别与两个密封腔的圆柱侧面固定连接。

进一步，所述第一密封腔和第二密封腔均为绝热耐温材料制成，所述桥接弧梁为绝热材料制成。

进一步，所述第一密封腔的端面上设置有对外入口、侧面上设置有对内出口；所述第二密封腔的端面上设置有对外出口、侧面上设置有对内入口；其中，对外入口处设置有具有转动密封连接功能的第一活封口，对外出口处设置有具有转动密封连接功能的第二活封口。

进一步，所述对外入口转动密封连通输入管，所述对内出口密封固定连通第一热接管，对内入口密封固定连通第三热接管，所述对外出口转动密封连通输出管，并且，第一热接管固定密封连通所述第一集热管，所述第一集热管固定密封连通第二热接管，第二热接管固定密封连通所述第二集热管，所述第二集热管固定密封连通第三热接管；第一热接管、所述第一集热管、第二热接管、所述第二集热管和第三热接管依次串接形成所述集热回路。

进一步，所述第一热接管与所述第一集热管通过第一连接轴固定密封连通，所述第一集热管与所述第二热接管通过第二连接轴固定密封连通，所述第二热接管与所述第二集热管通过第三连接轴固定密封连通，所述第二集热管与所述第三热接管通过第四连接轴固定密封连通；所述第一集热管和第二集热管之间设置有用于支撑所述的集热回路的集热支架，该集热支架的中部固定设置在所述主转盘、次转盘上。

进一步，所述支架上设置有用于同步驱动所述主转盘和次转盘共轴转动定位的转盘驱动器，该转盘驱动器驱动方式可为齿轮式驱动。

本发明将太阳能光伏发电和集热设备集成在一个装置上，通过适当及合理的内部结构设计、光伏电池片与集热器件的相互配合而形成一个复合能量利用体系。可以在实现光伏发电的同时，再将透射和反射的太阳光能进行梯次的分步聚光集热，使之转化为热能而被利用。此装置对于不同波段的太阳光、直射光和散射光均有较高的综合利用率。本装置还充分利用空间，有利于提高总发电量。

附图说明

图1为本发明装置结构主视图；

图2为本发明装置结构底视图；

图3为双体空心转轴的剖视图；

图4为双体空心转轴的俯视图；

图5为双体空心转轴的右视半剖图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

工作原理及结构说明：

汇聚透镜原理：凸透镜是汇聚透镜为中间厚边缘薄，因此能够汇聚光线 ，按照两侧曲面的形状共分三种：双凸、平凸及凹凸透镜三种，本案中的镜壳外形归为凹凸透镜种类。

如图1至图5所示，本发明太阳能光伏发电与集热梯次综合利用装置，由支撑固定部、控制转动部、光伏发电部和集热输送部共四部分组成。

支撑固定部包括：支架17、基座19、镜支架5、集热支架6；

控制转动部包括：双体空心转轴8、主转盘4、转盘驱动器9和次转盘3；

光伏发电部包括：太阳能防护膜7、镜壳20；

集热输送部包括:输入管15、输出管16、第一集热管1、第二集热管2、第一连接轴21、第二连接轴22、第三连接轴23、第四连接轴24、第一热接管11、第二热接管12、第三热接管13。

其中，镜壳20夹于相互共轴设置的主转盘4与次转盘3之间，并且主转盘4与次转盘3之间通过镜支架5相互固定连接；双体空心转轴8与主转盘4同轴设置，并于中心部位固定连接；

此外，集热输送部的第一集热管1、第二集热管2、第一连接轴21、第二连接轴22、第三连接轴23、第四连接轴24、第一热接管11、第二热接管12、第三热接管13相互对口、固定连通并密封形成集热回路，此集热回路被集热支架6连接固定，集热支架6的中部固定设置在主、次转盘4上。

由此，双体空心转轴8、主转盘4和次转盘3、镜壳20及集热回路相互之间形成固定一体连接结构，此一体连接结构作为整体再与固定于基座19之上的支架17转动连接，转轴设置为主转盘4和次转盘3的共轴，转盘驱动器9为分体式分别固定于支架17上同步驱动主转盘4和次转盘3绕其共轴转动定位，进而带动镜壳20和集热回路管线一体转动以跟踪聚焦阳光。

双体空心转轴8为双开口圆柱空腔连体结构，其包括第一密封腔37和第二密封腔38，两腔均为绝热耐温材料制成，可选聚四氟乙烯，外形为圆柱形空腔体固定连接而成，类似于空竹结构外形，所区别在于两个空腔的桥接部位在两个圆柱侧面上，以圆弧形柱状绝热材料制成桥接弧梁39将两个腔体固定连接。双体空心转轴8与主转盘4设置一个固定连接，连接点位于连体结构外侧第二密封腔38靠近镜壳20一侧的底面轴心处，形成主转盘4的端部与双体空心转轴8同轴连接。

第一密封腔37、第二密封腔38均设置两个圆形开口，即中心开口和侧开口，分别设置于圆柱界底面和侧面两处。其中，第一密封腔37、第二密封腔38各自靠近镜壳一侧的底面中心处开设中心开口并设置为转动密封连接结构，即第一活封口33、第二活封口34，开口名称分别设置为对外入口31、对外出口32；此外，位于第一密封腔37桥接部位的同侧侧面上设置开口称为对内出口35，第二密封腔38桥接部位的异侧侧面上设置开口称为对内入口36。

上述集热回路包括以下管路的串联固定密封连接：双体空心转轴8的对内出口35固定密封连通第一热接管11，第一连接轴21固定密封连通第一热接管11与第一集热管1的接口，第二连接轴22固定密封连通第一集热管1与第二热接管12的接口，第三连接轴23固定密封连通第二热接管12与第二集热管2的接口，第四连接轴24固定密封连通第二集热管2与第三热接管13的接口，第三热接管13固定密封连通双体空心转轴8的对内入口36。

转盘驱动器9为分体式分别固定于支架17上，同步驱动主转盘4和次转盘3一体绕两盘的共轴转动定位，进而带动镜壳20和集热回路管线一体随动，驱动方式可为齿轮式驱动。

镜壳20用透光材质制成，镜壳20为凹凸形的凸透镜结构，其一侧透光面为凹曲面；并且镜壳20为中空密封结构，其中空密封腔内填充有透光填充物18，该透光填充物18为高折射率透明液体，可选甘油类物质。镜壳20的凹曲面上粘贴设置太阳能防护膜7，太阳能防护膜的电池受光方向朝着第二集热管2，太阳能防护膜7具有光透射、光反射和发电功能，太阳能防护膜7为带有防紫外、老化防护层的柔性薄膜太阳能电池，太阳能防护膜7专为满足柔性薄膜太阳能电池的需求而设计，可透光、反射和吸收发电各自相应特定波段的电磁波，属于透明超级太阳能防护膜技术。透明的镜壳20、透光填充物18和可透光的太阳能防护膜7共同构成所述透射聚光单元。太阳能防护膜7的凹面的反射聚焦点轨迹为第二集热管2的中心线。镜壳20内填充透光填充物18后的透射汇聚焦点轨迹为第一集热管1的中心线。

工作时，当太阳光照射时，转盘驱动器9分别同步驱动主转盘4和次转盘3绕其共轴转动，并带动镜壳20和集热回路管线一体转动，进而跟踪聚焦阳光。

导热工质由输入管15并经对外入口31进入第一密封腔37，随后从对内出口35流入第一热接管11，并进入与其连通的第一集热管1接受预热，该预热为利用透射聚光单元的透射聚光集热；而后再经相连通的第二热接管12流进第二集热管2进行再加热，该再加热利用的是太阳能防护膜7的反射聚光热源；被再加热的导热工质随后流入第三热接管13，并通过对内入口36进入第二密封腔38，最后经对外出口32 进入输出管16并随后流向集热站。整个加热过程中导热工质的流向由箭头10所示。

本发明中，太阳能防护膜7与集热器件的相互配合而形成一个复合能量利用体系。太阳能防护膜7可以实现光伏发电和反射聚光集热，透射聚光单元的透射聚光集热，在发电的同时将透射和反射的太阳光进行梯次的分步聚光集热使之转化为热能，对于不同波段的太阳光、直射光和散射光均有较高的综合利用率。

并且，对于第一集热管1和第二集热管2之间通过管路连通构成的集热回路，第一集热管1和第二集热管2之间的管路连接方式可根据实际使用需要，设计为多种结构形式，只要满足第一集热管1和第二集热管2之间相互连通即可，并不局限于上述实施方式中的连接结构，即：输入管15、双体空心转轴8、第一热接管11、第一连接轴21、第一集热管1、第二连接轴22、第二热接管12、第三连接轴23、第二集热管2、第四连接轴24、第三热接管13、输出管16的结构形式并不是本发明所限定的唯一结构，该结构也不用于限定本发明权利要求的保护范围。其中，双体空心转轴8的结构形式也可采用多种结构形式，其只要满足连接管道之间的接通即可。

Claims (10)

1.太阳能光伏发电与集热梯次综合利用装置，其特征在于，该装置包括第一集热管、第二集热管和发电集热集成部，其中，发电集热集成部包括透射聚光单元，该透射聚光单元的一侧透光面为凹曲面，该凹曲面上设置有同时具有光透射、光反射和发电功能的太阳能防护膜，第一集热管设置在透射聚光单元的透射聚焦点处，第二集热管设置在太阳能防护膜的反射聚焦点处，并且，第一集热管和第二集热管之间通过管路连通构成集热回路，集热回路内的导热工质依次通过透射、反射的太阳光能进行梯次的分步聚光集热。

2.  如权利要求1所述的太阳能光伏发电与集热梯次综合利用装置，其特征在于，所述透射聚光单元包括用透光材质制成的镜壳，该镜壳为凹凸形的凸透镜结构，其一侧透光面为所述凹曲面；并且镜壳为中空透光密封结构，其中空密封腔内填充有透光填充物，该透光填充物为高折射率透明液体；所述太阳能防护膜为带有防紫外、老化防护层的柔性薄膜太阳能电池。

3.  如权利要求2所述的太阳能光伏发电与集热梯次综合利用装置，其特征在于，所述透光填充物为甘油。

4.  如权利要求2所述的太阳能光伏发电与集热梯次综合利用装置，其特征在于，所述镜壳设置在相互共轴设置的主转盘与次转盘之间，主转盘与次转盘通过镜支架相互固定连接，并且主转盘与次转盘的固定座均安装在支架上，支架的下端固定安装在基座上。

5.  如权利要求4所述的太阳能光伏发电与集热梯次综合利用装置，其特征在于，所述主转盘的端部同轴设置有双开口圆柱空腔连体结构的双体空心转轴，该双体空心转轴包括第一密封腔、第二密封腔和桥接弧梁，桥接弧梁上、下部分别与两个密封腔的圆柱侧面固定连接。

6.  如权利要求5所述的太阳能光伏发电与集热梯次综合利用装置，其特征在于，所述第一密封腔和第二密封腔均为绝热耐温材料制成，所述桥接弧梁为绝热材料制成。

7.  如权利要求5所述的太阳能光伏发电与集热梯次综合利用装置，其特征在于，所述第一密封腔的端面上设置有对外入口、侧面上设置有对内出口；所述第二密封腔的端面上设置有对外出口侧面上设置有对内入口；其中，对外入口处设置有具有转动密封连接功能的第一活封口，对外出口处设置有具有转动密封连接功能的第二活封口。

8.  如权利要求7所述的太阳能光伏发电与集热梯次综合利用装置，其特征在于，所述对外入口转动密封连通输入管，所述对内出口密封固定连通第一热接管，对内入口密封固定连通第三热接管，所述对外出口转动密封连通输出管，并且，第一热接管固定密封连通所述第一集热管，所述第一集热管固定密封连通第二热接管，第二热接管固定密封连通所述第二集热管，所述第二集热管固定密封连通第三热接管；第一热接管、所述第一集热管、第二热接管、所述第二集热管和第三热接管依次串接形成所述集热回路。

9.  如权利要求8所述的太阳能光伏发电与集热梯次综合利用装置，其特征在于，所述第一热接管与所述第一集热管通过第一连接轴固定密封连通，所述第一集热管与所述第二热接管通过第二连接轴固定密封连通，所述第二热接管与所述第二集热管通过第三连接轴固定密封连通，所述第二集热管与所述第三热接管通过第四连接轴固定密封连通；所述第一集热管和第二集热管之间设置有用于支撑所述的集热回路的集热支架，该集热支架的中部固定设置在所述主转盘、次转盘上。

10.如权利要求4所述的太阳能光伏发电与集热梯次综合利用装置，其特征在于，所述支架上设置有用于同步驱动所述主转盘和次转盘共轴转动定位的转盘驱动器，该转盘驱动器驱动方式可为齿轮式驱动。

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