CN103390673B - 槽式聚光光电、热能混合式发电系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阳光接收器，阳光接收器主体为外表面分布太阳能电池的中空柱状体，中空柱状体内有冷却介质流通，阳光接收器一端连接冷却介质进管，另一端连接冷却介质出管。冷却介质被加热后产生蒸汽，用以发电，被加热的冷却水也可传导到储热罐内，加热工业或生活用热水、比如地暖、暖气、炉灶、热能制冷、热电转换等，使用该阳光接收器及其附加装置可组成一种槽式聚光光电、热能混合式发电系统。将该发电系统串联可组成一种槽式聚光光电、热能混合式发电系统组。该发电系统及其发电系统组具有将太阳能光热能和光电效应发电的各自优点结合起来的优势。本发明还公开了该槽式聚光光电、热能混合式发电系统及系统组的控制方法。

Description

槽式聚光光电、热能混合式发电系统及控制方法
技术领域
本发明涉及太阳能光伏发电和光热领域，特别涉及槽式聚光光电、热能混合式发电系统及控制方法。
背景技术
太阳能发电在我国的战略地位正在变得愈加重要。专家预测，未来光热发电容量将大大超过光伏，并有可能取代常规能源而广为使用。太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。采用太阳能光热发电技术，避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本。而且，这种形式的太阳能利用还有一个其他形式的太阳能转换所无法比拟的优势，即太阳能所烧热的热介质可以储存在巨大的容器中，在太阳落山后几个小时仍然能够带动汽轮发电。一般来说，太阳能光热发电形式有槽式、塔式，碟式(盘式)三种系统。以上三种系统目前只有槽式线聚焦系统和塔式聚焦系统实现了商业化，蝶式其他两种处在示范阶段。但槽式太阳能光热能发电技术也有其局限性，初始发电速度慢，烧热介质使介质汽化的时间长，不能立即发电，发电效率不高。太阳能光电发电也称光伏发电，其基本原理就是“光电光伏效应”。光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。太阳能光电发电的优点为适用范围广，可快速将光能转换为电能，缺点是造价高，发电效率有局限，晶硅电池发电效率一般不超过25％，三五族化合物半导体砷化镓电池能够达到40％，但一大半的太阳能能量都以热量的形式浪费了，而且热量会使光电转换效率降低。使用光反射原理提高照度提高发电量在空间效用比上不合算。将太阳能光热能和光电效应的各自优点结合起来，制成一种组成新的发电装置，可集合两种发电方式的优点，成为了研究重点。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于解决单纯的光伏发电或光热发电或光热热水系统光能利用率不高，能量生产的成本相对较高的问题。
(二)技术方案
本发明采用以下技术方案：
一种阳光接收器，阳光接收器主体为外表面分布太阳能电池的中空柱状体，中空柱状体内有冷却介质流通，阳光接收器一端连接冷却介质进管，另一端连接冷却介质出管。
优选的，太阳能电池分布在中空柱状体外表面的方式为蒸镀，粘贴，焊接，挂壁，卡扣，镀层附着。
优选的，太阳能电池分布在中空柱状体外表面的角度为与水平夹角成120-130度所述中空柱状体外表面未分布太阳能电池部分镀黑色涂层。
优选的，太阳能电池为砷化镓太阳能电池。
一种槽式聚光光电、热能混合式发电系统，该系统包括至少一组与地面固定的立柱(1)，立柱(1)包括第一立柱和第二立柱，第一立柱上端安装有回转装置(2)，第二立柱上端安装有回转轴承(8)、安装架(4)为槽式结构，安装架(4)上安装有反射镜(6)和本发明的阳光接收器，安装架(4)两端各有旋转轴(14)，旋转轴(14)包括第一旋转轴和第二旋转轴，第一旋转轴安装于回转装置(2)孔内，第二旋转轴安装于回转轴承(8)孔内。
优选的，阳光接收器的安装方向为，阳光接收器中太阳能电池与阳光接收器的中心点的夹角的中分线方向为铅垂方向，阳光接收器铅垂方向安装。
优选的，安装架(4)为槽式骨架结构，反射镜(6)安装在安装架(4)的骨架上，组成槽式结构。
优选的，安装架(4)为槽式封闭结构，反射镜(6)安装在安装架(4)的槽壁上，槽壁下端开有漏水孔。
优选的，回旋装置(2)为回旋减速机，回旋减速机内有控制电路控制减速机动作。
一种槽式聚光光电、热能混合式发电系统组，混合式发电系统组由至少两个以上所述的槽式聚光光电、热能混合式发电系统串联组成。
优选的，回转装置(2)为回旋轴承，第一旋转轴穿过回旋轴承的孔与其安装。
优选的，系统组的串联方式为，槽式聚光光电、热能混合式发电系统有L型摇臂(9)，摇臂(9)的短臂与任一旋转轴(14)相连接，所有摇臂(9)通过连杆(10)相连，连杆(10)一端与推杆(12)一端连接，推杆(12)安装在推杆安装支架(11)上，推杆(12)由推杆控制器(13)控制动作。
一种槽式聚光光电、热能混合式发电系统的控制方法，回旋减速机内安装有定时装置或光照传感器，定时装置可根据预先设定的时间定时驱动回旋减速机运动，带动安装架倾斜一定的角度，使安装架上的反射镜最大限度的反射阳光至阳光接收器；光照传感器可根据光照强度自动寻找最佳光照角度，通过回旋减速机带动安装架旋转到光照传感器所找到的角度，使安装架上的反射镜最大限度的反射阳光至阳光接收器。
一种槽式聚光光电、热能混合式发电系统组的控制方法，推杆控制器内安装有动力装置，定时装置或光照传感器，定时装置可根据预先设定的时间定时驱动动力装置运动，动力装置带动推杆运动，推杆带动连杆和摇臂运动，从而使安装架倾斜一定的角度，使安装架上的反射镜最大限度的反射阳光至阳光接收器；光照传感器可根据光照强度自动寻找最佳光照角度，驱动动力装置运动，动力装置带动推杆运动，推杆带动连杆和摇臂运动，从而使安装架旋转到光照传感器所找到的角度，使安装架上的反射镜最大限度的反射阳光至阳光接收器。
(三)有益效果
本发明将太阳能光热能量转换和光电效应发电的各自优点结合起来，发明一种组成新的发电装置，将太阳能光热能的发电价格低廉性和太阳光能发电快的性能结合在一起的槽式聚光光电、热能混合式发电系统及使用该系统串联而成的系统组。
附图说明
图1是本发明的一种阳光接收器的结构图；
图2是本发明的一种槽式聚光光电、热能混合式发电系统工作原理图；
图3是本发明的一种槽式聚光光电、热能混合式发电系统的结构图；
图4是本发明的一种槽式聚光光电、热能混合式发电系统组的结构图；
图中：1：立柱；2：回转装置；3：冷却介质进管；4：安装架；5：阳光接收器；5-1：导入介质；5-2：太阳能电池；5-3：黑涂层；6：反射镜；7：冷却介质出管；8：回旋轴承；9：摆臂；10：连杆；11：推杆安装支架；12：推杆；13：推杆控制器；14：旋转轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式做进一步描述。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。
如图1所示的一种阳光接收器5的结构图，阳光接收器主体为外表面分布太阳能电池的中空柱状体，有冷却介质5-1流通，经高倍聚光后直接加热冷却介质5-1，然后加热水后产生蒸汽，驱动汽轮发电机发电，产生电能。冷却介质也可是水或其他第沸点液体，如果是水作为冷却介质，可利用没有汽化的冷却介质，保存在储热罐中，可对储热罐中的冷却介质加热，使之汽化，推动汽轮机。当不需要使用汽轮机发电时，可利用冷却介质加热工业或生活用热水、比如地暖、暖气、炉灶、热能制冷、热电转换等。当冷却介质为低沸点液体时，可使用封闭循环系统，当冷却介质冷却汽化推动汽轮机发电后，冷却介质蒸汽被完全回收，继续加热工业或生活用热水、比如地暖、暖气、炉灶、热能制冷等设备，使冷却介质进一步冷却呈较低温度液态冷却介质状态，然后从新流入阳光接收器，使冷却介质再被加热。阳光接收器一端连接冷却介质进管3，另一端连接冷却介质出管7。太阳能电池5-2分布在中空柱状体外表面的方式为粘贴，焊接，挂壁，卡扣，镀层附着。冷却介质5-1除了起到产生蒸汽，驱动汽轮发电机发电的作用外，还起着冷却太阳能电池5-2的作用，通过冷却介质5-1冷却的太阳能电池5-2可提高发电效率，延长太阳能电池5-2的使用时限。经过测试技术，当太阳能电池5-2分布在中空柱状体外表面的角度为与水平夹角120-130度、剩余部分镀黑色涂层5-3时，由采用本发明的阳光接收器的一种槽式聚光光电、热能混合式发电系统及其系统组的发电-投资性价比最高。太阳能电池5-2可选为砷化镓太阳能电池，砷化镓太阳能电池性价比较高，发电效率较高。
实施例1
单独使用本发明的阳光接收器的槽式聚光光电、热能混合式发电系统，系统的工作原理图如2所示，系统的结构图如图3所示。
该系统包括至少一组与地面固定的立柱1，立柱1包括第一立柱和第二立柱，第一立柱上端安装有回转装置2，第二立柱上端安装有回转轴承8、安装架4为槽式结构，安装架4上安装有反射镜6和本发明的阳光接收器，安装架4两端各有旋转轴14，旋转轴14包括第一旋转轴和第二旋转轴，第一旋转轴安装于回转装置2孔内，第二旋转轴安装于回转轴承8孔内。阳光接收器的安装方向为，阳光接收器中太阳能电池与阳光接收器的中心点的夹角的中分线方向为铅垂方向，阳光接收器铅垂方向安装。安装架4可为槽式骨架结构，反射镜6安装在安装架4的骨架上，组成槽式结构。安装架4也可为槽式封闭结构，反射镜6安装在安装架4的槽壁上，槽壁下端开有漏水孔。回旋装置2为回旋减速机，回旋减速机内有控制电路控制减速机动作。
太阳光经反射镜6反射后高倍聚焦至阳光接收器5下半圆弧面，即与反射镜面对面的面，阳光接收器5下半圆弧面贴有砷化镓太阳能电池5-2片，从而进行光热发电；太阳能接收器5上半圆弧面采用镀黑工艺，可以更加充分的吸收上面阳光的照射热量，以及吸收经反射镜6反射到太阳能接收器下半圆弧面产生的散射光。太阳能接收器5内充满冷却介质5-1，冷却介质5-1从冷却介质进管3流进太阳能接收器5，再从冷却介质出管7流出太阳能接收器5；太阳能接收器5内的冷却介质5-1除了可以给砷化镓太阳能电池5-2片降温，保证砷化镓太阳能电池5-2片正常工作性能外，冷却介质5-1还可以经收集后加热工业或生活用水，甚至在聚光倍数不是太高的情况下，可以直接用水做为冷却介质。
单独使用本发明的槽式聚光光电、热能混合式发电系统时，回旋装置2为回旋减速机。通过回旋减速机控制安装架4的角度，从而调制反射镜6的反射角度，使最大限度的将阳光反射到阳光接收器5上。回旋减速机内安装有定时装置或光照传感器，定时装置可根据预先设定的时间定时驱动回旋减速机运动，带动安装架倾斜一定的角度，使安装架4上的反射镜6最大限度的反射阳光至阳光接收器5；光照传感器可根据光照强度自动寻找最佳光照角度，通过回旋减速机带动安装架4旋转到光照传感器所找到的角度，使安装架上的反射镜6最大限度的反射阳光至阳光接收器5。
实施例2
使用本发明的阳光接收器的槽式聚光光电、热能混合式发电系统，将多个该系统串联起来，即可组成槽式聚光光电、热能混合式发电系统组，图如4所示。其系统组发电工作原理与实施1相同。
该系统组的回转装置2为回旋轴承，第一旋转轴穿过回旋轴承的孔与其安装。该系统组使用槽式聚光光电、热能混合式发电系统的串联方式为，将至少两个槽式聚光光电、热能混合式发电系统串联，具体串联方式为槽式聚光光电、热能混合式发电系统有L型摇臂9，摇臂9的短臂与任一旋转轴14相连接，所有摇臂9通过连杆10相连，连杆10一端与推杆12一端连接，推杆12安装在推杆安装支架(11)上，推杆12由推杆控制器13控制动作。
该电系统组的控制方法为使用推杆控制器13控制安装架4的角度，进而控制反射镜6的角度，使阳光尽可能的反射到阳光接收器5上。推杆控制器13内安装有动力装置，定时装置或光照传感器，定时装置可根据预先设定的时间定时驱动动力装置运动，动力装置带动推杆12运动，推杆12带动连杆10和摇臂9运动，从而使安装架4倾斜一定的角度，使安装架4上的反射镜6最大限度的反射阳光至阳光接收器5；光照传感器可根据光照强度自动寻找最佳光照角度，驱动动力装置运动，动力装置带动推杆12运动，推杆12带动连杆10和摇臂9运动，从而使安装架4旋转到光照传感器5所找到的角度，使安装架4上的反射镜6最大限度的反射阳光至阳光接收器5。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范畴。

Claims (12)

1.一种槽式聚光光电、热能混合式发电系统，其特征在于，该系统包括至少一组与地面固定的立柱(1)，立柱(1)包括第一立柱和第二立柱，第一立柱上端安装有回转装置(2)，第二立柱上端安装有回转轴承(8)、安装架(4)为槽式结构，安装架(4)上安装有反射镜(6)和阳光接收器，安装架(4)两端各有旋转轴(14)，旋转轴(14)包括第一旋转轴和第二旋转轴，第一旋转轴安装于回转装置(2)孔内，第二旋转轴安装于回转轴承(8)孔内；
所述阳光接收器的主体为外表面分布太阳能电池的中空柱状体，中空柱状体内有冷却介质流通，阳光接收器一端连接冷却介质进管，另一端连接冷却介质出管；所述太阳能电池分布在中空柱状体外表面的角度为与水平夹角成120-130度，所述中空柱状体的外表面未分布太阳能电池部分镀黑色涂层；
所述冷却介质除了起到产生蒸汽，驱动汽轮发电机发电的作用外，还起着冷却太阳能电池的作用，通过冷却介质冷却的太阳能电池可提高发电效率，延长太阳能电池的使用时限。
2.根据权利要求1所述的槽式聚光光电、热能混合式发电系统，其特征在于，
所述太阳能电池分布在中空柱状体外表面的方式为蒸镀，粘贴，焊接，挂壁，卡扣或镀层附着。
3.根据权利要求1所述的槽式聚光光电、热能混合式发电系统，其特征在于，
所述太阳能电池为砷化镓太阳能电池。
4.根据权利要求1所述的槽式聚光光电、热能混合式发电系统，其特征在于，所述阳光接收器的安装方向为，阳光接收器中太阳能电池与阳光接收器的中心点的夹角的中分线方向为铅垂方向，阳光接收器铅垂方向安装。
5.根据权利要求1所述的槽式聚光光电、热能混合式发电系统，其特征在于，所述安装架(4)为槽式骨架结构，反射镜(6)安装在安装架(4)的骨架上，组成槽式结构。
6.根据权利要求5所述的槽式聚光光电、热能混合式发电系统，其特征在于，所述安装架(4)为槽式封闭结构，反射镜(6)安装在安装架(4)的槽壁上，槽壁下端开有漏水孔。
7.根据权利要求1所述的槽式聚光光电、热能混合式发电系统，其特征在于，所述的回转装置(2)为回旋减速机，回旋减速机内有控制电路控制减速机动作。
8.一种槽式聚光光电、热能混合式发电系统组，其特征在于，所述的混合式发电系统组由至少两个根据权利要求1-6任一所述的槽式聚光光电、热能混合式发电系统串联组成。
9.根据权利要求8所述的一种槽式聚光光电、热能混合式发电系统组，其特征在于，所述发电系统的回转装置(2)为回旋轴承，第一旋转轴穿过回旋轴承的孔与其安装。
10.根据权利要求9所述的一种槽式聚光光电、热能混合式发电系统组，其特征在于所述的系统组的串联方式为，槽式聚光光电、热能混合式发电系统有L型摇臂(9)，摇臂(9)的短臂与任一旋转轴(14)相连接，所有摇臂(9)通过连杆(10)相连，连杆(10)一端与推杆(12)一端连接，推杆(12)安装在推杆安装支架(11)上，推杆(12)由推杆控制器(13)控制动作。
11.根据权利要求7所述的一种槽式聚光光电、热能混合式发电系统的控制方法，其特征在于，回旋减速机内安装有定时装置或光照传感器，定时装置根据预先设定的时间定时驱动回旋减速机运动，带动安装架倾斜一定的角度，使安装架上的反射镜最大限度的反射阳光至阳光接收器；光照传感器可根据光照强度自动寻找最佳光照角度，通过回旋减速机带动安装架旋转到光照传感器所找到的角度，使安装架上的反射镜最大限度的反射阳光至阳光接收器。
12.根据权利要求10所述的一种槽式聚光光电、热能混合式发电系统组的控制方法，其特征在于，推杆控制器内安装有动力装置，定时装置或光照传感器，定时装置可根据预先设定的时间定时驱动动力装置运动，动力装置带动推杆运动，推杆带动连杆和摇臂运动，从而使安装架倾斜一定的角度，使安装架上的反射镜最大限度的反射阳光至阳光接收器；光照传感器可根据光照强度自动寻找最佳光照角度，驱动动力装置运动，动力装置带动推杆运动，推杆带动连杆和摇臂运动，从而使安装架旋转到光照传感器所找到的角度，使安装架上的反射镜最大限度的反射阳光至阳光接收器。
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