CN102867878A - 一种热电联产光伏光热组件、热电联产系统和光伏电站 - Google Patents

一种热电联产光伏光热组件、热电联产系统和光伏电站 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热电联产光伏光热组件、热电联产系统和光伏电站，该热电联产光伏光热组件包括集热管和设置在该集热管表面上的太阳能电池，集热管的内部流动有导热介质，在集热管的下方设置有凹面聚光镜，集热管位于凹面聚光镜的焦点处，凹面聚光镜和集热管设置在通过太阳能跟踪器发出的定位信息变换角度和方向的跟踪变换装置上。由于采用了将太阳能电池设置在内部流动有导热介质的集热管表面上，在结构上保证了热量的高效率传导，同时设置在集热管下方的凹面聚光镜，也使得集热管下半表面的太阳能电池同样能吸收太阳能，以及利用了太阳能跟踪变换装置，大大提高了光伏光热组件的综合效率，达到了发电量和产热量最大化的目的。

Description

一种热电联产光伏光热组件、热电联产系统和光伏电站
技术领域
本发明涉及热电联产组件、热电联产系统和光伏电站领域，尤其涉及的是一种发电和产热综合效率较高的热电联产光伏光热组件、热电联产系统和光伏电站。
背景技术
早在80年代初开始一直到现在，由于受材料价格和太阳能电池发电效率限制，太阳能发电虽环保但造价高、发电量少等因素导致其难以商业化、民用化。据不完全统计，建立一座光伏电站的投资费用中太阳能电池的材料成本占70%以上，而其他设备和施工安装等所有费用加起来才占30%不到，因此，突破太阳能电池技术已成为光伏发电推广应用的重要瓶颈。
由于太阳光光谱中只有高频率的光才适合发电，由此大大限制了太阳能发电效率的提高，于是人们开始寻求热电联产，即发电的同时可产生热水，这样可以提高综合效率并且节省一定的空间。
传统的热电联产光伏光热组件，上面是双玻璃太阳能电池，两块玻璃中间夹了单晶硅太阳电池片，下面是传统的集热器，集热器上表面涂有吸热的镀黑铬材料，与镀黑铬焊接在一起的铜管里有冷却液，一般是液态水。上面的太阳能电池在发电的同时产生热量，下面的集热器可将太阳能电池产生的热量转化为热水并通过循环收集到水箱存储起来，由此达到既发电又产热水的目的。
但是，目前市场上对热电联产的组件研制并没有太大的推广，主要原因是综合效率难以提高，甚至还不如单一光伏电池板或太阳能集热板的效率。传统的热电联产光伏光热组件之所以发电效率低，产热也不够，主要还是受结构限制和硅材料特性影响，晶硅光伏电池发电参数是负温度系数，温度越高，光伏发电越少。传统的光伏光热组件结构限制了热电联产效率。传统的热电联产光伏光热组件上表面布置的光伏电池片遮挡了大部分太阳光，导致下面布置的集热器产热水量较低，不能吸收太阳光，仅靠光伏电池发电时产生的少量热能无法加热集热器中的冷水；而且光伏光热组件为不让热量散失，将整个组件密封了起来，导致组件内部的温度较高，致使光伏发电效率较低；此外，传统的光伏光热组件重量很重，组件内部装满了冷却的液体，难以通过跟踪太阳来发电和产热将耗费很多能量，也限制了热电的产出比。
因此，现有技术尚有待改进和发展。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种热电联产光伏光热组件，可提高光伏光热组件的综合效率，以达到发电量和产热量最大化的目的。
同时，本发明还提供一种综合效益较高的热电联产系统。
同时，本发明还提供一种发电产热效率都高的光伏电站。
本发明的技术方案如下：一种热电联产光伏光热组件，包括太阳能电池和集热管，其中所述太阳能电池设置在所述集热管的表面上，所述集热管的内部流动有导热介质，在所述集热管的下方设置有凹面聚光镜，所述集热管位于所述凹面聚光镜的焦点处，所述凹面聚光镜和所述集热管均设置在可通过太阳能跟踪器发出的定位信息变换角度和方向的跟踪变换装置上。
所述的热电联产光伏光热组件，其中：所述集热管设置为直线式圆柱管，所述凹面聚光镜设置为直线式柱状弧面镜，柱状弧面镜的焦点位于圆柱管的轴心线上。
所述的热电联产光伏光热组件，其中：所述集热管设置为金属管。
所述的热电联产光伏光热组件，其中：所述金属管包括铜管或铝管。
所述的热电联产光伏光热组件，其中：所述太阳能电池通过导热胶粘贴在所述集热管的表面上。
所述的热电联产光伏光热组件，其中：所述凹面聚光镜的表面是一层反光材料。
所述的热电联产光伏光热组件，其中：所述跟踪变换装置包括支撑在所述凹面聚光镜和所述集热管端部的四根连杆，每根连杆上设置有一个信号连接所述太阳能跟踪器的电机。
一种热电联产系统，包括光伏光热组件和水箱，在所述光伏光热组件和水箱之间的连接管道上设置有循环泵，其中：所述光伏光热组件设置为上述中任一所述的热电联产光伏光热组件。
一种光伏电站，包括光伏光热组件和逆变器，所述光伏光热组件通过所述逆变器将直流电转换成交流电并网发电，其中：所述光伏光热组件设置为上述中任一所述的热电联产光伏光热组件。
所述的光伏电站，其中：所述热电联产光伏光热组件自带控制器，用于监测光伏电池发电和热水温度以及控制输出组件跟踪太阳。
本发明所提供的一种热电联产光伏光热组件、热电联产系统和光伏电站，由于采用了将太阳能电池设置在内部流动有导热介质的集热管表面上，在结构上保证了热量的高效率传导，同时设置在集热管下方的凹面聚光镜，也使得集热管下半表面的太阳能电池同样能吸收太阳能，以及利用了太阳能跟踪变换装置，大大提高了光伏光热组件的综合效率，达到了发电量和产热量最大化的目的。
附图说明
图1是本发明热电联产光伏光热组件中的太阳能电池大样示意图。
图2是本发明热电联产光伏光热组件的结构示意图。
图3是本发明热电联产光伏光热组件的跟踪变换装置连接示意图。
图4是本发明热电联产系统结构框图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。
如图1所示，图1是本发明热电联产光伏光热组件中的太阳能电池大样示意图，本发明的热电联产光伏光热组件100包括太阳能电池120和集热管110，所述太阳能电池120设置在所述集热管110的表面上，所述太阳能电池120在太阳光的照射下进行发电的同时也产生了很大的热量，光伏电池的温度升高的同时降低了光伏发电的效率，而所述集热管110的内部流动有液态水等导热介质，可以源源不断地带走通过所述集热管110传导过来的热量，在产生热水的同时降低了光伏电池的温度，提高了光伏发电的效率。
具体的，所述太阳能电池120可通过导热胶粘贴在所述集热管110的表面上，以提高所述太阳能电池120与所述集热管110之间的热传导效率。
较好的是，所述集热管110优选铜管、铝管等金属管，以进一步提高与所述集热管110内部导热介质之间的热传导效率。
结合图2所示，图2是本发明热电联产光伏光热组件的结构示意图。在所述集热管110的下方设置有凹面聚光镜200，所述集热管110位于所述凹面聚光镜200的焦点处。以提高所述集热管110下半表面上的太阳能电池的光照强度。
具体的，所述集热管110可设置为直线式圆柱管，所述凹面聚光镜200可设置为直线式柱状弧面镜，柱状弧面镜的焦点位于圆柱管的轴心线上。
较好的是，所述凹面聚光镜200的表面可涂覆有反光材料层。以进一步提高位于所述集热管110下半表面上的太阳能电池的光照强度，进而进一步提高发电效率。
结合图3所示，图3是本发明热电联产光伏光热组件的跟踪变换装置连接示意图。所述凹面聚光镜200和所述集热管110均设置在可通过太阳能跟踪器发出的定位信息变换角度和方向的跟踪变换装置上。
具体的，所述跟踪变换装置包括支撑在所述凹面聚光镜200和所述集热管110端部的四根连杆300，每根连杆300上设置有一个信号连接所述太阳能跟踪器的电机A、B、C或D，用于根据所述太阳能跟踪器通过经纬度和GPS定位太阳所发出的定位信息控制所述凹面聚光镜200和所述集热110的角度和方向实时朝向太阳，以达到发电产热最大化的目的。
其中，具体跟踪时通过太阳能跟踪器发出的定位信息来控制ABCD四个电机的启停，电机A和C的动作一致，电机B和D的动作一致，电机A和B的动作同步，电机C和D的动作同步，即电机A往上推连杆的同时，电机B往下拉连杆；电机B往上推连杆的同时，电机A往下拉连杆；电机C往上推连杆的同时，电机D往下拉连杆；电机C往上推连杆的同时，电机D往下拉连杆。
值得一提的是，本结构圆管的光伏电池采用固定的方式，保证这根圆管在凹面聚光镜的焦点处，凹面聚光镜可以用轻质材料表面喷涂反光材料，凹面镜始终跟踪太阳，保证太阳时时直射凹面镜，这样就可保证太阳能随时都可聚焦到光伏电池，既用很少的跟踪太阳的能量来换取较大的发电量和产热量，具有很广的实际意义。
追踪太阳时，光伏光热组件的贴有太阳能电池的集热管是静止不动的，只有下面的凹面聚光镜才动作，这样可以减少电机带动组件追踪太阳的能量消耗，因为抛物面反光镜可以做得很轻，较传统的光伏光热组件追踪太阳节省大量的电能，从而大大提高热电产出率。传统的光伏光热组件的集热管里装满了水，用电机带动会消耗很多电能。
基于上述热电联产光伏光热组件，本发明还提出了一种热电联产系统，如图4所示，图4是本发明热电联产系统结构框图，该热电联产系统包括光伏光热组件和水箱，在所述光伏光热组件和水箱之间的连接管道上设置有循环泵，其中：所述光伏光热组件设置为上述中任一所述的热电联产光伏光热组件。
光伏电池发电通过逆变器将直流转换成交流直接并网发电，热量的收集通过循环泵将热水收集到水箱中保存，控制系统用于控制：补冷水的电磁阀的开启、水箱和热电联产组件之间的循环泵启停、并网逆变器发电数据采集、热电联产自带控制器的数据采集。
同时，本发明还提出了一种光伏电站，包括光伏光热组件和逆变器，所述光伏光热组件通过所述逆变器将直流电转换成交流电并网发电，其中：所述光伏光热组件设置为上述中任一所述的热电联产光伏光热组件。所述热电联产光伏光热组件自带控制器，用于监测光伏电池发电和热水温度以及控制输出组件跟踪太阳。
应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种热电联产光伏光热组件，包括太阳能电池和集热管，其特征在于：所述太阳能电池设置在所述集热管的表面上，所述集热管的内部流动有导热介质，在所述集热管的下方设置有凹面聚光镜，所述集热管位于所述凹面聚光镜的焦点处，所述凹面聚光镜和所述集热管均设置在可通过太阳能跟踪器发出的定位信息变换角度和方向的跟踪变换装置上。
2.根据权利要求1所述的热电联产光伏光热组件，其特征在于：所述集热管设置为直线式圆柱管，所述凹面聚光镜设置为直线式柱状弧面镜，柱状弧面镜的焦点位于圆柱管的轴心线上。
3.根据权利要求1所述的热电联产光伏光热组件，其特征在于：所述集热管设置为金属管。
4.根据权利要求3所述的热电联产光伏光热组件，其特征在于：所述金属管包括铜管或铝管。
5.根据权利要求1所述的热电联产光伏光热组件，其特征在于：所述太阳能电池通过导热胶粘贴在所述集热管的表面上。
6.根据权利要求1所述的热电联产光伏光热组件，其特征在于：所述凹面聚光镜的表面是一层反光材料。
7.根据权利要求1所述的热电联产光伏光热组件，其特征在于：所述跟踪变换装置包括支撑在所述凹面聚光镜和所述集热管端部的四根连杆，每根连杆上设置有一个信号连接所述太阳能跟踪器的电机。
8.一种热电联产系统，包括光伏光热组件和水箱，在所述光伏光热组件和水箱之间的连接管道上设置有循环泵，其特征在于：所述光伏光热组件设置为如权利要求1至7中任一所述的热电联产光伏光热组件。
9.一种光伏电站，包括光伏光热组件和逆变器，所述光伏光热组件通过所述逆变器将直流电转换成交流电并网发电，其特征在于：所述光伏光热组件设置为如权利要求1至7中任一所述的热电联产光伏光热组件。
10.根据权利要求9所述的光伏电站，其特征在于：所述热电联产光伏光热组件自带控制器，用于监测光伏电池发电和热水温度以及控制输出组件跟踪太阳。
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