CN103335421A - 一种太阳能电热混合单元以及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电热混合单元以及系统，属于太阳能应用技术领域，所述太阳能电热单元包括光电集热管和受光面；所述光电集热管位于受光面的焦点上；所述光电集热管包括光伏电池和导热管，光伏电池覆盖在导热管的外表面，光伏电池的输出端连接有逆变器；所述导热管内部装有导热介质；所述系统包括一个或多个太阳能电热单元。所述光电集热管的结构为在装有导热介质的导热管上覆盖光伏电池，能够同时实现聚光发电和聚光发热，从而提高太阳能资源的利用率；此外，受光面的焦点对准光电集热管，可以将直射到受光面上的太阳光全部汇聚到光电集热管上，提高所述太阳能电热混合单元以及系统的聚光效率，从而进一步提高太阳能的利用率。

Description

一种太阳能电热混合单元以及系统
技术领域
本发明涉及太阳能应用技术领域，尤其涉及一种太阳能电热混合单元以及系统。
背景技术
太阳能具有洁净、环保、取之不尽的特点，开发利用太阳能资源是解决能源危机的有效途径，因而受到人们的广泛关注。
目前人们对太阳能的开发和利用有很多不足，相关产业以及研究要么集中在单一的发电领域，要么集中在单一的产热领域。实际上，上述方式对太阳能的利用率都不高。在一个系统中同时进行聚光发电和聚光发热，以实现对太阳能资源高效率利用的相关产业研究还非常欠缺。
发明内容
（一）要解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种太阳能电热混合单元以及系统，利用所述单元或者系统既能实现聚光发电又能实现聚光发热，提高太阳能资源的利用率。
（二）技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种太阳能电热混合单元，包括光电集热管和受光面；
所述光电集热管位于受光面的焦点上，所述受光面的延伸方向与所述光电集热管的延伸方向相同；
所述光电集热管包括光伏电池和导热管，光伏电池覆盖在导热管的外表面，光伏电池的输出端连接有逆变器；
所述导热管内部装有导热介质。
上述光伏电池用于将太阳能转化为电能并存储，导热介质用于存储太阳能转化的热能。
进一步地，本发明提供的太阳能电热混合单元还包括：
用于控制所述太阳能电热单元的受光面随太阳运动而转动的跟踪装置，所述跟踪装置包括回转轴承、回转减速机和控制箱，控制箱与回转减速机之间为电连接，回转减速机与回转轴承均套接在所述导热管上。
跟踪装置用于是所述太阳能电热混合单元的受光面始终正对着太阳能，保证受光面能最大限度地接收太阳光，增加对太阳能的转换效率。
具体地，所述受光面为平行棱镜拼接成的横截面为弧形或者多边形的透光面，所述平行棱镜的焦点都集中在所述光电集热管上。
优选地，所述平行棱镜为菲涅尔透镜。
使受光面的焦点集中在光电集热管上能够提高太阳能电热混合单元的聚光效率。
进一步地，所述太阳能电热混合单元还包括支撑所述受光面的安装支架，受光面横向跨接在安装支架的一侧，安装支架的另一侧与光电集热管相连；
导热管被受光面汇聚的太阳光照射到的部分覆盖有光伏电池，其余部分嵌入安装支架的内表面；
导热管能够在安装支架与光伏电池构成的圆柱状空间中自由转动。
导热管的这种设计既能增加所述太阳能电热混合单元的物理稳定性，又能防止对砷化镓电池不必要的浪费。
进一步地，所述安装支架与所述受光面构成的柱体的两端安装有保护挡板。这样能大大减少对所述太阳能电热单元内部组件的清洁和维护成本。
进一步地，所述导热管一端连接导热介质的进管，另一端连接导热介质的出管。
进一步地，所述导热介质是水，所述单元还包括在出管处连接有一个储水保温水箱。
优选地，所述光伏电池为砷化镓电池。
另一方面，本发明还提供了一种太阳能混合电热系统，包括一个或者多个上述的太阳能电热混合单元。
进一步地，所述系统中，多个太阳能电热单元之间通过所述进管和所述出管顺次连接。
（三）有益效果
上述技术方案有如下优点：
本发明所记载的技术方案提供了一种太阳能电热混合单元以及系统，其光电集热管的结构为在装有导热介质的导热管上覆盖光伏电池，受光面将太阳光折射到光电集热管上，能够实现同时聚光发电和聚光发热，从而提高太阳能资源的利用率；此外，受光面采用焦点对准光电集热管的平行棱镜，可以将直射到受光面上的太阳光全部汇聚到光电集热管上，提高所述太阳能电热混合单元以及系统的聚光效率，从而进一步提高太阳能的利用率。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的一个太阳能电热单元的结构示意图；
图2为图1中受光面与光电集热管的剖面示意图；
图3为图2中光电集热管的剖面示意图；
图4为多个图1中所示的太阳能电热单元顺次连接的示意图；
以上附图中：1、弧形菲涅尔透镜；2、安装支架；3、光电集热管；3-1、砷化镓电池片；3-2导热管；4、逆变器；5、进管；6、出管；7、立柱；8、回转减速机；9、回转轴承；10、控制箱；11、电缆；12、储水保温箱。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施例记载了一种太阳能电热混合单元，其结构如图1所示。所述太阳能电热单元由立柱7支撑固定在地面上。太阳能电热单元包括多个平行棱镜拼接成的受光面1，受光面1由安装支架2支撑，安装支架2与光电集热管3连接。受光面1的衍生方向与光电集热管3的延伸方向一致。
太阳能电热单元的横截面示意图如图2所示。从图2中可以看出本实施例中多个平行棱镜的拼接方式。从图2中还可以看出所述平行棱镜能够对直射到受光面1的太阳光进行折射，使太阳光汇聚在光电集热管3上，也就是说构成受光面1的平行棱镜的焦点都位于光电集热管3上。这样相比于平面透镜，这种结构能有效提高聚光效率，增加对太阳能的利用效率。
具体地，所述多个平行棱镜构成的能够汇聚太阳光线的受光面可以是弧形菲涅尔透镜，还可以是多个平面棱镜组合的横截面为多边形的结构，也可以是焦点能够汇聚在一点或者非常集中的小区域内的一个平面凸透镜装置。本领域的技术人员应当明白，能够将分散的阳光汇聚在较集中范围内的透镜都可以代替本实施例中的多个平行棱镜构成的受光面，也应当理解为本发明公开的范围。
进一步地，光电集热管3包括砷化镓电池片3-1和导热管3-2，如图3所示。图3中砷化镓电池片3-1紧贴导热管3-2固定在安装支架2上。安装支架能够绕导热管转动，从而带动受光面1和砷化镓电池片3-1转动，保证受光面1的焦点能够一直对准砷化镓电池片3-1。从图3还可以看出，导热管3-2朝向受光面的部分被砷化镓电池片3-1覆盖，其余不能接收到太阳光的部分没有覆盖砷化镓电池片3-1，而是嵌在安装支架2中，这样既能够增加装置的稳定性，又可以避免砷化镓电池片的浪费。
上述砷化镓电池片3-1也可以用多晶硅薄膜太阳能电池、单晶硅太阳能电池或者市场上新起步的纳米晶电池等其他光伏电池替代。采用其他光伏电池的情形也应当理解为本发明要保护的范围。
如图1所示，太阳能电热单元还包括逆变器4，与砷化镓电池片3-1的输出端连接，固定在立柱7上。能够将砷化镓电池片3-1产生的电能输出供用户使用。
图1所示的太阳能电热单元还包括用于控制受光面1绕导热管3-2转动的跟踪装置。跟踪装置具体包括回转减速机8、回转轴承9、控制箱10和电缆11。控制箱10能够控制回转减速机8的转动。回转减速机和回转轴承均套接在光电集热管3上。进一步地，控制箱10内部包括一个光电传感器和电机。光电传感器能够根据太阳光的入射角度控制回转减速机8的转动，最终保证受光面1始终正对着太阳光的入射方向，达到对太阳能高效利用的目的。
此外，跟踪装置控制受光面1转动还可以采取其他方式。具体有：控制箱10内部的光电传感器可以替换为定时器，根据预先设定的时间点，定时地调整受光面1接收太阳光线的角度。或者，控制箱10内部有一个数据存储模块，用于存储根据天文算法算好的太阳方位角信息，根据这些信息自动地使受光面1对太阳运动进行同步跟踪。再者，也可以没有控制箱，而采用手动输入的方式根据太阳光的入射角度调整受光面1的转动。
关于跟踪装置如何控制受光面随着太阳运动而转动，还有其他的方式和途径，也应当理解为属于本发明要保护的范围。
导热管3-2的内部充满导热介质，如图1所示，导热管一端连接进管5，另一端连接出管6。导热介质从进管5进入导热管经加热后从出管6流出。出管6还可以连接一个储水保温箱12，用于存储被加热的导热介质。
由于太阳能转换为电能的过程中，光伏电池会产生大量的热能，因此，导热管3-2中的导热介质一方面可以存储热能，另一方面可以起到对光伏电池片冷却的作用，以提高光伏电池的光电转换效率。
导热介质可以是水，被存储于储水保温箱12中的热水可以直接被用户用作生活用热水、冬季取暖热水或者空调驱动用的热水。当受光面1的聚光倍数足够大时，可以直接将水加热为水蒸气，水蒸气可以直接从出管排出用于工业生产或者对外销售。导热介质还可以是水和油的混合物等能够快速导热的液体，加热后的液体可以用来加热其他物体或者生活取暖，冷却后可重复利用。
如图4所示，将多个图1所示的太阳能电热单元串联构成太阳能电热混合系统。串联的方法是一个太阳能电热单元的进管连接另一个太阳能电热单元的进管，相应地，一个太阳能电热单元的出管连接另一个太阳能电热单元的出管，这样可以提高对太阳能的转换效率；另外多个太阳能混合单元还能共用一个跟踪控制装置和储水保温箱12，又能有效节约生产成本和增加使用的便利性。
在太阳能电热单元的两端，可以安装两个挡板，使太阳能电热单元构成密封的结构，能够有效的减少对太阳能电热单元内部组件的清洁和维护成本。优选的，所述挡板可以是透光性好的透明挡板，例如透明无色玻璃挡板或者是透明的塑料薄膜等，以便减少对太阳光的反射和吸收。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种太阳能电热混合单元，其特征在于，包括光电集热管和受光面；
所述光电集热管位于受光面的焦点上，所述受光面的延伸方向与所述光电集热管的延伸方向相同；
所述光电集热管包括光伏电池和导热管，光伏电池覆盖在导热管的外表面，光伏电池的输出端连接有逆变器；
所述导热管内部装有导热介质。
2.根据权利要求1所述的单元，其特征在于，还包括：
用于控制所述太阳能电热单元的受光面随太阳运动而转动的跟踪装置，所述跟踪装置包括回转轴承、回转减速机和控制箱，控制箱与回转减速机之间为电连接，回转减速机与回转轴承均套接在所述导热管上。
3.根据权利要求1或2所述的单元，其特征在于，所述受光面为平行棱镜拼接成的横截面为弧形或者多边形的透光面，所述平行棱镜的焦点都集中在所述光电集热管上。
4.根据权利要求3所述的单元，其特征在于，所述平行棱镜为菲涅尔透镜。
5.根据权利要求1或2所述的单元，其特征在于，还包括支撑所述受光面的安装支架，受光面横向跨接在安装支架的一侧，安装支架的另一侧与光电集热管相连；
导热管被受光面汇聚的太阳光照射到的部分覆盖有光伏电池，其余部分嵌入安装支架的内表面；
导热管能够在安装支架与光伏电池构成的圆柱状空间中自由转动。
6.根据权利要求5所述的单元，其特征在于，所述安装支架与所述受光面构成的柱体的两端安装有保护挡板。
7.根据权利要求1或2所述的单元，其特征在于，所述导热管一端连接导热介质的进管，另一端连接导热介质的出管。
8.根据权利要求1或2所述的单元，其特征在于，所述导热介质是水，所述单元还包括在出管处连接有一个储水保温水箱。
9.根据权利要求1或2所述的单元，其特征在于，所述光伏电池为砷化镓电池。
10.一种太阳能电热混合系统，其特征在于，包括一个或者多个权利要求1至9任一项所述的太阳能电热混合单元。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，多个太阳能电热单元之间通过所述进管和所述出管顺次连接。
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