一种太阳灶式光伏-光热-温差发电综合利用系统
技术领域
本发明涉及太阳能利用技术领域,更具体地说,涉及一种太阳灶式光伏-光热-温差发电综合利用系统。
背景技术
太阳能是一种清洁、经济、无污染的能源,随着经济的发展和科学技术的不断进步,太阳能的利用受到人们越来越多的关注。太阳能集热技术也不断发展创新,在国民经济的各个领域中广泛应用,特别在民用领域,太阳灶的应用已经得到人们的认可,给人们的生活带来了实实在在的方便。普通太阳能光伏电池发电的原理是太阳光透过盖板和EVA照射到光伏电池上,光伏电池吸收透过的太阳光能后,不到20%转换出电能,其余转换成热量,被电池组件吸收,最后散失在空气中。如果不能加以利用,一方面造成较大的浪费,另一方面热量被光伏组件吸收会使电池板温度升高,降低发电效率的同时缩短了电池组件的寿命。
跟随国家政策的趋势,民用的太阳能光伏发电系统将会成为常见的普通家电。但是目前,一般用户需要同时利用太阳能来发电和产生热水,则安装两套系统:太阳能光伏发电系统和太阳能热水系统。两套系统需要的成本较高,在安装面积受限的情况下不一定能满足用户的需求。而现有技术中的太阳能综合利用装置多为锅炉式,其热循环效率较低,综合性能差,集热器与太阳灶不能很好地结合,存在很多待解决问题。
本方案发明人之前已公开过相关的技术方案,其已授权专利文件申请号:201420221311.6,公告日:2014年9月3日,发明创造名称为:一种太阳灶聚光式光伏光热发电综合利用装置,该申请案公开了一种太阳灶聚光式光伏光热发电综合利用装置,包括光伏光热温差发电锅炉、聚光式太阳灶和太阳灶及锅炉支架组件,聚光式太阳灶将收集到的太阳光反射给光伏光热温差发电锅炉;顶部光伏发电组件和底部光伏发电集热器分别位于炉体的顶端和底端,底部光伏发电集热器与炉体之间还设置有温差发电片,均用于太阳能光伏发电。该方案主要是针对锅炉式热水装置,所用的太阳灶支架为专用产品,而普通锅炉本身作为热水容器,其重量较大,对太阳灶支架的承载能力要求较高,且采用锅炉作为容器时受热面积较小,对太阳能的利用率低,还需要进一步改进。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中太阳能利用装置集热发电效率低、综合性能差的不足,提供了一种太阳灶式光伏-光热-温差发电综合利用系统,本发明的技术方案,置物圈与聚光太阳灶的外圆口所在面平行设置,且双面集热器由上部光伏组件、中部集热总成和下部光伏组件组成,使双面集热器两侧能够同时进行光伏发电、光热制热水和温差发电,提高了系统的发电、集热效率,减轻了太阳灶支架的负重量,易于安装更换,综合性能好。
2.技术方案
为达到上述目的,本发明提供的技术方案为:
本发明的一种太阳灶式光伏-光热-温差发电综合利用系统,包括光热采集系统和水路循环系统,还包括双面集热器,所述的光热采集系统包括太阳灶支架和聚光太阳灶,所述太阳灶支架底部为三角支撑杆,在三角支撑杆上固连有竖直的支架主杆,所述聚光太阳灶设置在支架主杆下部的承载环上,在支架主杆的顶端铰接有置物圈把柄,该置物圈把柄外端固连有置物圈,所述支架主杆上部还铰连有伸缩杆,该伸缩杆的另一端与置物圈把柄铰连,通过置物圈把柄与伸缩杆使置物圈与聚光太阳灶的外圆口所在面平行设置;
所述双面集热器包括上部光伏组件、中部集热总成和下部光伏组件,其中:所述上部光伏组件包括上玻璃盖板、EVA填充层、上部太阳能电池片、上部背板和上组件铝边框,所述上玻璃盖板和上部背板平行设置,在上玻璃盖板和上部背板之间为EVA填充层,该EVA填充层中分布有上部太阳能电池片,所述上部太阳能电池片与蓄电系统相连,所述上玻璃盖板、EVA填充层和上部背板通过上组件铝边框层压固定,且在上部光伏组件与中部集热总成之间设置有传热铝板;
所述下部光伏组件为圆环结构,在下部光伏组件的外环设置有下组件外铝边框,在下部光伏组件内环设有下组件内合金边框,所述下组件外铝边框和下组件内合金边框将下玻璃盖板、下EVA填充层、下部太阳能电池片和下部背板分层压紧固定构成下部光伏组件,所述下部太阳能电池片与蓄电系统相连,且在下部光伏组件与中部集热总成之间还设置有下部传热铝板;
所述中部集热总成包括环状集热水管、温差发电片、外硬橡皮圈和内硬橡皮圈,所述环状集热水管呈圆环状分布在通水管路两侧,在环状集热水管上、下两侧对应位置设置有温差发电片,该温差发电片通过导热胶分别与传热铝板、下部传热铝板紧固粘结,且每层中的温差发电片串联后连接至蓄电系统,所述外硬橡皮圈、内硬橡皮圈为圆环状且与环状集热水管同心设置,该外硬橡皮圈、内硬橡皮圈与温差发电片分布于同一层并通过绝热胶被紧固粘结;所述上部光伏组件、中部集热总成和下部光伏组件通过紧固边框层压固定,在上部光伏组件外侧设置有L形边框,所述L形边框通过紧固螺丝与紧固边框固连,所述双面集热器通过L形边框连接到置物圈上,该双面集热器通过通水管路与水路循环系统相连。
作为本发明更进一步的改进,所述的水路循环系统包括第一保温桶、第一水泵、电磁阀、控制装置、上水位传感器、下水位传感器、第二水泵、第二保温桶和辅助加热装置,所述中部集热总成的进水口、出水口通过通水管路与第一保温桶相连通,在中部集热总成进水端的通水管路上设有两条支路,一条支路上安装有第一水阀,另一条支路上安装有第一水泵和第二水阀;所述第一保温桶上部通过电磁阀连接至自来水管道,在第一保温桶的侧壁设置有上水位传感器和下水位传感器,该第一保温桶的底部的出水口通过第二水泵连接至第二保温桶顶部,所述电磁阀、上水位传感器、下水位传感器、第二水泵分别与控制装置相连,所述第二保温桶内部设置有辅助加热装置,且第一保温桶和第二保温桶底部设置有出水阀门。
作为本发明更进一步的改进,所述的聚光太阳灶上连接有调节装置,用于调节聚光太阳灶的倾斜角度。
作为本发明更进一步的改进,所述下水位传感器上设置有温度传感器,且该温度传感器与控制装置相连。
作为本发明更进一步的改进,所述第一保温桶设置在保温桶支架上,使第一保温桶高度与双面集热器高度相对应。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案,与现有技术相比,具有如下有益效果:
(1)本发明的一种太阳灶式光伏-光热-温差发电综合利用系统,在中部集热总成的上下侧分别设有上部光伏组件和下部光伏组件,使双面集热器的两侧能均匀受光、受热,提高了太阳能利用率,并在中部集热总成内设有环状集热水管,减轻了太阳灶支架的负载,加快了热循环效率;
(2)本发明的一种太阳灶式光伏-光热-温差发电综合利用系统,通过置物圈把柄与伸缩杆使置物圈与聚光太阳灶的外圆口所在面平行设置,使聚光太阳灶的焦点部分落在双面集热器下表面的正中央,又能使太阳光垂直照射双面集热器上表面,提高了发电、制热效率;
(3)本发明的一种太阳灶式光伏-光热-温差发电综合利用系统,在下部光伏组件内环设有下组件内合金边框,通过该下组件内合金边框防止下部光伏组件因光照而疲劳损坏,且该下组件内合金边框导热性好,进一步提高了制热效率;
(4)本发明的一种太阳灶式光伏-光热-温差发电综合利用系统,结构设计合理,原理简单,便于推广使用。
附图说明
图1为本发明的一种太阳灶式光伏-光热-温差发电综合利用系统的结构示意图;
图2为本发明中光热采集系统的结构示意图;
图3为本发明中置物圈把柄的结构示意图;
图4为本发明中双面集热器的结构示意图;
图5为本发明中双面集热器内部构造的结构示意图;
图6为本发明中双面集热器内部结构的俯视结构示意图。
示意图中的标号说明:
1、双面集热器;1-1、上部光伏组件;1-1-1、紧固边框;1-1-2、上玻璃盖板;1-1-3、EVA填充层;1-1-4、上部太阳能电池片;1-1-5、上部背板;1-1-6、L形边框;1-1-7、上组件铝边框;1-1-8、紧固螺丝;1-1-9、传热铝板;1-2、中部集热总成;1-2-1、环状集热水管;1-2-2、温差发电片;1-2-3、外硬橡皮圈;1-2-4、内硬橡皮圈;1-3、下部光伏组件;1-3-1、下玻璃盖板;1-3-2、下EVA填充层;1-3-3、下部太阳能电池片;1-3-4、下部背板;1-3-5、下部传热铝板;1-3-6、下组件外铝边框;1-3-7、下组件内合金边框;
2、聚光太阳灶;3、太阳灶支架;3-1、支架主杆;3-2、伸缩杆;3-3、置物圈把柄;3-3-1、外套管;3-3-2、内套管;3-3-3、紧固装置;3-3-4、第一夹脚;3-3-5、第二夹脚;3-4、置物圈;4、第一保温桶;5、保温桶支架;6、第一水泵;7、第一水阀;8、第二水阀;9、电磁阀;10、控制装置;11、上水位传感器;12、下水位传感器;13、第二水泵;14、第二保温桶;15、辅助加热装置。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容,结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
结合图1、图2和图3,本实施例的一种太阳灶式光伏-光热-温差发电综合利用系统,主要由光热采集系统、水路循环系统和双面集热器1等组成。本实施例中的光热采集系统包括太阳灶支架3和聚光太阳灶2,其中的太阳灶支架3底部为三角支撑杆,在三角支撑杆上固连有竖直的支架主杆3-1,聚光太阳灶2设置在支架主杆3-1下部的承载环上,在支架主杆3-1的顶端铰接有置物圈把柄3-3,该置物圈把柄3-3外端固连有置物圈3-4,在支架主杆3-1上部还铰连有伸缩杆3-2,该伸缩杆3-2的另一端与置物圈把柄3-3铰连。上述置物圈把柄3-3包括外套管3-3-1、内套管3-3-2、紧固装置3-3-3、第一夹脚3-3-4和第二夹脚3-3-5,内套管3-3-2上设置有7个插孔,外套管3-3-1上设置有紧固孔,紧固装置3-3-3贯穿于上述的插孔和紧固孔,使外套管3-3-1与内套管3-3-2相互固定,第一夹脚3-3-4与支架主杆3-1相连,第二夹脚3-3-5与置物圈3-4固接,通过紧固装置3-3-3可以改变外套管3-3-1与内套管3-3-2的相对位置,以改变置物圈把柄3-3的长度。通过调节置物圈把柄3-3与伸缩杆3-2的长度,使置物圈3-4与聚光太阳灶2的外圆口所在面平行设置。此外,在聚光太阳灶2上还连接有调节装置,该调节装置用于调节聚光太阳灶2的倾斜角度。
如图4、图5和图6所示,本实施例中的双面集热器1包括上部光伏组件1-1、中部集热总成1-2和下部光伏组件1-3,其中的上部光伏组件1-1包括上玻璃盖板1-1-2、EVA填充层1-1-3、上部太阳能电池片1-1-4、上部背板1-1-5和上组件铝边框1-1-7。所述上玻璃盖板1-1-2和上部背板1-1-5平行设置,在上玻璃盖板1-1-2和上部背板1-1-5之间为EVA填充层1-1-3,该EVA填充层1-1-3中均匀分布有上部太阳能电池片1-1-4,上部太阳能电池片1-1-4串联后与蓄电系统相连。所述上玻璃盖板1-1-2、EVA填充层1-1-3和上部背板1-1-5通过上组件铝边框1-1-7层压固定,且在上部光伏组件1-1与中部集热总成1-2之间设置有传热铝板1-1-9,使上部光伏组件1-1中的热量只能沿设定的方向传递,而不易向外部散失,提高了集热效率。
上述的下部光伏组件1-3为圆环结构,在下部光伏组件1-3的外环设置有下组件外铝边框1-3-6,在下部光伏组件1-3内环设有下组件内合金边框1-3-7,下组件外铝边框1-3-6和下组件内合金边框1-3-7将下玻璃盖板1-3-1、下EVA填充层1-3-2、下部太阳能电池片1-3-3和下部背板1-3-4分层压紧固定构成下部光伏组件1-3,其中的下部太阳能电池片1-3-3串联后与蓄电系统相连。在下部光伏组件1-3与中部集热总成1-2之间还设置有下部传热铝板1-3-5,以便使热量更快、更均匀的传递到中部集热总成1-2。设置的下组件内合金边框1-3-7导热性能好,保护了下部光伏组件1-3不受聚光太阳灶2聚光点长期高温的照射而疲劳损坏,且能将光照直接反射到中部集热总成1-2的环状集热水管1-2-1上,对延长下部光伏组件1-3的使用寿命及提高光热转化效率有较好的效果。
上述中部集热总成1-2包括环状集热水管1-2-1、温差发电片1-2-2、外硬橡皮圈1-2-3和内硬橡皮圈1-2-4,环状集热水管1-2-1呈圆环状分布在通水管路两侧,在环状集热水管1-2-1上、下两侧对应位置设置有温差发电片1-2-2,该温差发电片1-2-2通过导热胶分别与传热铝板1-1-9、下部传热铝板1-3-5紧固粘结,且每层中的温差发电片1-2-2串联后连接至蓄电系统。外硬橡皮圈1-2-3、内硬橡皮圈1-2-4为圆环状且与环状集热水管1-2-1同心设置,该外硬橡皮圈1-2-3、内硬橡皮圈1-2-4与温差发电片1-2-2分布于同一层,并通过绝热胶被紧固粘结。通过外硬橡皮圈1-2-3和内硬橡皮圈1-2-4可以保护温差发电片1-2-2不被压坏,且外硬橡皮圈1-2-3和内硬橡皮圈1-2-4的导热系数为0.15W/m.K,具有防止热量散失的功能。将上述上部光伏组件1-1、中部集热总成1-2和下部光伏组件1-3通过紧固边框1-1-1层压固定,在上部光伏组件1-1外侧设置有L形边框1-1-6,该L形边框1-1-6通过紧固螺丝1-1-8与紧固边框1-1-1固连,使双面集热器1通过L形边框1-1-6搭载到置物圈3-4上,安装方便,且双面集热器1重量轻,不会对太阳灶支架3造成损坏。
本实施例中的双面集热器1通过通水管路与水路循环系统相连。所述的水路循环系统包括第一保温桶4、第一水泵6、电磁阀9、控制装置10、上水位传感器11、下水位传感器12、第二水泵13、第二保温桶14和辅助加热装置15。中部集热总成1-2的进水口、出水口通过通水管路与第一保温桶4相连通,在中部集热总成1-2进水端的通水管路上设有两条支路,一条支路上安装有第一水阀7,另一条支路上安装有第一水泵6和第二水阀8。第一保温桶4设置在保温桶支架5上,使第一保温桶4高度与双面集热器1相对应,以便能够使通水管路中的水实现自循环。第一保温桶4上部连接至自来水管道,且在自来水管道上设置有电磁阀9,在第一保温桶4的侧壁设置有上水位传感器11和下水位传感器12,下水位传感器12上设置有温度传感器,该第一保温桶4的底部的出水口通过第二水泵13连接至第二保温桶14顶部。所述电磁阀9、上水位传感器11、下水位传感器12、第二水泵13、温度传感器分别与控制装置10相连。在第二保温桶14内部还设置有辅助加热装置15,在第一保温桶4和第二保温桶14底部设置有出水阀门。为了保证能够正常地进行水循环,将第一保温桶4设置在保温桶支架5上,使第一保温桶4高度与双面集热器1相对应。此外,在阴雨天气时,可以启动辅助加热装置15对第二保温桶14内的水进行加热,以保证正常的热水供应。
具体使用时,通过聚光太阳灶2上的调节装置调节聚光太阳灶2的倾斜角度,使其开口方向朝向光照方向,然后调节置物圈把柄3-3与伸缩杆3-2的长度,一方面使置物圈3-4与聚光太阳灶2的外圆口所在面平行,以使双面集热器1底部的光照更均匀,另一方面使聚光太阳灶2的焦点部分落在双面集热器1下表面的正中央,通过下组件内合金边框1-3-7进行传热,提高了太阳能利用率。调整好位置后启动系统工作,由控制装置10控制电磁阀9开阀,进水口进水,当水位上升至上水位传感器11所在高度时,由控制装置10控制电磁阀9停止进水;打开第一水阀7,水进入双面集热器1加热,双面集热器1内的水温升高,密度减小,高温部分的水位上升,在密度差的作用下,水流在第一保温桶4与双面集热器1之间循环。在下水位传感器12上设置有温度传感器,当水温上升一定值后,由控制装置10启动第二水泵13把第一保温桶4的水排到第二保温桶14,当第一保温桶4内的水位下降到下水位传感器12所在高度时,第二水泵13停止排水,电磁阀9开阀,进行下一轮的水循环。对于第一水阀7,在工作中始终处于开启状态,当系统工作一段时间一周以上后,双面集热器1内会产生水垢,通过第一水泵6清除水垢。清除水垢时,首先关闭第一水阀7,打开第二水阀8,启动第一水泵6工作在高速状态,产生高压水流,把双效集热器1及相连管道内的水垢清除到第一保温桶4,再打开第一保温桶4侧壁底部的出水阀门排除水垢,残留部分可用手清除。值得说明的是,本实施例也可以通过第一水泵6向双面集热器1供水进行水路循环。
本实施例的太阳灶式光伏-光热-温差发电综合利用系统,将置物圈3-4与聚光太阳灶2的外圆口所在面平行设置,且双面集热器1由上部光伏组件1-1、中部集热总成1-2和下部光伏组件1-3组成,使双面集热器1两侧能够同时进行光伏发电、光热制热水和温差发电,提高了系统的发电、集热效率,减轻了太阳灶支架3的负重量,综合性能好,便于推广使用。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述,该描述没有限制性,附图中所示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。所以,如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。