CN104748407A - 一种太阳能热电联产联供系统 - Google Patents

Abstract

一种太阳能热电联产联供系统，主要由水系统和电力系统组成，两系统之间相对独立。系统的主要构成部件为太阳能热电联产组件。该组件的结构材料自上而下分别为：玻璃盖板层；空气绝缘层；光伏电池片；EVA胶膜；金属吸热板；换热管液体流道；保温层；封装底板。金属吸热板与玻璃盖板之间用硅胶垫片支撑，形成空气绝缘层；金属吸热板上喷涂高选择性吸热涂层，用以提高对太阳光的吸收效率。在太阳光的照射下，最外层的电池片利用光生伏特效应将光能转化成电能，输出向外部供电；下层的金属吸热板内纵贯的换热管作为太阳能集热管收集太阳光的能量和电池片发热产生的热量并将其转化为循环工质的热能输出，从而在最大程度上提高能量利用效率，实现热电联产。

Description

一种太阳能热电联产联供系统

技术领域

本发明涉及一种利用太阳能光伏发电技术和光热技术实现太阳能热电联产的太阳能热电联产联供系统。

背景技术

太阳能集热器目前已经在能源动力、制冷空调、社会生活、航天科技等领域中有着十分广泛的应用，但是对太阳能能源的利用也存在诸多问题，太阳能利用率较低是目前太阳能能源利用的瓶颈，其原因不仅与当前的发展技术有关，而且还与其对太阳能使用的单一性有关。太阳能热电联产同时利用了太阳能光热技术和光伏发电技术，实现了一机多用，能够在最大程度上提高对太阳能能量的利用效率。因此，发明一种结构简单、能量利用率高的可以实现太阳能热电联产的新型组件及其热电联供系统工艺具有较大的实用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种同时利用了太阳能光热技术和光伏发电技术、能量利用效率更高的、结构简单的一种太阳能热电联产联供系统。

上述目的通过以下技术方案实现：

一种太阳能热电联产联供系统，主要由水系统和电力系统组成，两系统之间相对独立。系统的主要构成部件为太阳能热电联产组件主要组成部件为太阳能热电联产组件，由电池片、换热管液体流道、金属吸热板、保温层等组成结构部分，光伏焊带、光伏汇流带、EVA胶膜、接线盒、硅胶垫片等组成附属配件，并用铝合金边框封装成型。该组件的结构自上而下分别为：玻璃盖板；空气绝缘层；光伏电池片；EVA胶膜；金属吸热板；换热管液体流道；保温层；封装底板。金属吸热板与玻璃盖板之间用硅胶垫片支撑，形成空气绝缘层；金属吸热板上喷涂高选择性吸热涂层，用以提高对太阳光的吸收效率。

太阳能热电联产组件的金属吸热板和换热管液体流道采用整板层压成型焊接技术。金属吸热板是整块金属板，同种金属的金属吸热板层压制作成整体的金属吸热板；将金属吸热板层压形成液体流道，带有相同液体流道的金属吸热板层整体焊接成型，即制得带液体流道的换热管。

太阳能热电联产组件的换热管液体流道形式有两种设计方案，一种是直管，一种是蛇形盘管，前者出于加工制作方便的考虑，后者可显著提高换热效率，但会相应增加制作难度。

EVA胶膜是一种热固性有粘性的胶膜，用于放在光伏电池片与金属吸热板中间。由于EVA胶膜在粘着力、耐久性、光学特性等方面具有的优越性，在组件中对光伏电池片起粘附和保护作用，而且具有较高的透光性，稳定性和绝缘性。

太阳能热电联供系统主要分为水系统和电力系统，两系统之间的运行情况相对独立。

水系统主要由太阳能热电联产组件、连接管路、循环水泵、蓄热水箱、膨胀水箱等部件组成，可以辅助以电锅炉或风冷热泵协同使用，以提高综合利用效率。

电力系统分为并网发电系统、市电互补离网发电系统和储能及智能微电网系统三种形式。光伏并网发电系统是将组件发出的电量并入国家电网，再从国家电网取电供给用户负载使用，该套系统主要由并网逆变器、智能电表、用户配电柜等组成，之间用导线连接。市电互补离网发电系统是将组件发出的电量全部储存在蓄电池组中，再通过离网逆变器从蓄电池组中取电，供给用户负载使用，蓄电池组的充放电由光伏控制器来实现，该套系统主要由光伏控制器、蓄电池组和离网逆变器组成。储能及智能微电网系统是太阳能光伏组件与国家电网并列运行的，光储系统可以独立供电，支持市电优先、微网优先及并列运行三种模式，可以实现各模式间的无缝切换，该套系统主要由光伏控制器、蓄电池组、储能变流器和智能配电柜等部件组成。

太阳光照射到组件上，在最外层的电池片利用光生伏特效应将光能直接转化成电能，输出直流电能，通过逆变器的转换，向外部供给交流电能。电池片上下层的空气绝缘层和EVA胶膜可以起到良好的绝缘效果。下层的金属吸热板内纵贯有换热管液体流道，内部流通循环工质，热能的来源一部分是换热管作为太阳能集热管收集太阳光的能量，另一部分来自于电池片在发电过程中发出的热量通过吸热板向下传导，将这两部分热量转化为循环工质的热能，通过不断的循环将热能输出。金属吸热板上喷涂高选择性吸热涂层，具有高的太阳能辐射吸收比和低的热辐射发射比，以提高太阳光转换成热的能力，从而提高对太阳光的吸收效率。

太阳能热电联供系统在工作时，太阳光照射到太阳能热电联产组件上，在最外层的电池片利用光生伏特效应将太阳能转化为电能，输出直流电，再通过逆变器的逆变作用，将直流电转化为交流电输出，可以储存在蓄电池组内，也可以并入国家电网，也可以实现发电自用、余量上网的运行模式，此即分别为离网发电系统、并网发电系统和储能微电网系统。

太阳能热电联产组件下层的金属吸热板内纵贯有换热管液体流道，内部流通循环工质，换热管作为太阳能集热管收集太阳光的能量和电池片发出的热量并将其转化为工质的热能，通过不断的循环将热能输出。换热管的结构形式根据加工制作工艺的难易和换热效率的高低可分为直管式和蛇形盘管式等结构形式。金属吸热板表面喷涂高选择性吸热涂层，用以提高太阳能转化成热能的能力。

太阳能热电联产组件及热电联供系统工艺主要利用的是太阳能光热技术和光伏发电技术，可以将太阳能同时转化为热能和电能输出利用，实现了热电联产的效果，能够满足建筑的部分用热和用电需求，可以极大提高太阳能的利用效率，解决了太阳能利用形式单一的问题。

太阳能热电联供系统在冬季产热量不足的情况下可以搭配电锅炉使用，以提高系统的综合使用效率；在夏季产热量丰富的情况下可以搭配风冷热泵机组协同使用，以达到热-电-冷三联供，从而在最大程度上提高系统使用效率，达到最优运行效果。而且系统中组件发出的电能可以提供给水泵、电锅炉和风冷热泵机组，不需要额外输入电能，从而达到系统电能的“自给自足”。

太阳能热电联供系统的电力系统设计有三种模式可选，并网发电系统、市电互补离网发电系统和储能及微电网系统，并可以协同配合使用和灵活转变切换。

太阳能热电联产组件及热电联供系统经过系统的模拟运行计算得出，组件吸收的全部太阳能转化的能量分配约为：75％的太阳能通过内部的工质换热管转换为热能输出；15％的太阳能通过内部的电池片转换为电能输出；另外有10％的能量在系统运行的各个环节中损失掉。

附图说明

图1为太阳能热电联产组件整体封装俯视图。

图2为太阳能热电联产组件内部直管式换热管布置图。

图3为太阳能热电联产组件内部直管式换热管布置A-A剖面图。

图4为太阳能热电联产组件内部蛇形盘管式换热管布置图。

图5为太阳能热电联产组件内部蛇形盘管式换热管布置B-B剖面图。

图6为太阳能热电联供系统水系统示意图。

图中：1光伏电池片，2进出口水管，3光伏焊带及汇流带，4硅胶垫片，5铝合金边框，6换热管液体流道。7玻璃盖板，8金属吸热板，9EVA胶膜，10保温层，11封装底板，12接线盒。

具体实施方式

太阳光照射到太阳能热电联产组件上，位于最外层的电池片利用光生伏特效应将光能直接转化成直流电能输出，通过逆变器的转换，向外部输出交流电能。在电池片发电的同时会产生大量热量，此时下层的金属吸热板内纵贯的换热管液体流道，内部流通循环工质，换热管作为太阳能集热管一方面收集太阳光的能量，另一方面吸收电池片散发的热量，并将这两部分热量转化为循环工质的热能，通过不断的工质循环将热能输出到蓄热水箱中。这样不仅可以将热量有效的利用，还可以给电池片起到降温的作用，以提高综合利用效率。

太阳能热电联供系统的水系统工作过程：采用PPR热熔管作为连接管路将各组件串接起来，循环水泵作为动力装置，蓄热水箱作为蓄热装置，还需设置一个膨胀水箱，用以给系统补水定压排气。在系统中可以辅助以电锅炉或风冷热泵协同使用，可以有效提高系统工作效率。

太阳能热电联供系统的电力系统工作过程：电力系统可分为并网发电系统、市电互补离网发电系统和储能及智能微电网系统。光伏并网发电系统是将组件发出的电量并入国家电网，再从国家电网取电供给用户负载使用，工作模式可以有全部上网、全部自用和自发自剩余电量上网三种，该套系统主要由并网逆变器、智能电表、用户配电柜等组成，之间用导线连接。市电互补离网发电系统是将组件发出的电量全部储存在蓄电池组中，再通过离网逆变器从蓄电池组中取电，供给用户负载使用，并由光伏控制器来控制蓄电池的充放电过程，并具有过充过放保护作用，该套系统主要由光伏控制器、蓄电池组、离网逆变器组成。储能及智能微电网系统是太阳能光伏组件与国家电网并列运行的，光储系统可以独立供电，支持市电优先、微网优先、并列运行三种工作模式，可以实现各模式间的无缝切换，该套系统主要由光伏控制器、蓄电池组、储能变流器和智能配电柜等设备部件组成。

太阳能热电联供系统中的水泵、电锅炉、风冷热泵等用电设备的电力来源全部可以由热电联产组件提供，可以实现系统用电的“自给自足”。

太阳能热电联产组件及热电联供系统不消耗任何常规能源，而是利用取之不尽、用之不竭的太阳能清洁能源，能源来源充足，绿色无污染。

太阳能热电联产组件及热电联供系统安全可靠，没有爆炸、漏电、漏气等会造成人身伤害的危险，且自动运行，操作简单，无维修工作量。

太阳能热电联产组件及热电联供系统没有固、液、气体排污，对环境无任何不利影响。该装置设有辅助加热设施和储热蓄电设施，即使夜间或阴雨天以及太阳被云层遮蔽时，可充分发挥其功能，也能全天候使用。

太阳能热电联产组件及热电联供系统工艺简单，制作加工方便，组件轻便，便于连接和组装，打破了传统太阳能集热器的单一运行模式，可以同时实现太阳能向热能和电能的转化，实现太阳能的多元化利用，能够显著提高太阳能的利用效率，最大程度上达到了节能减排的效果。

Claims (1)

1.一种太阳能热电联产联供系统，主要由水系统和电力系统组成，两系统之间相对独立；系统的主要构成部件为太阳能热电联产组件；其特征在于，太阳能热电联产组件由电池片、换热管液体流道、金属吸热板、保温层组成结构部分，光伏焊带、光伏汇流带、EVA胶膜、接线盒、硅胶垫片组成附属配件，并用铝合金边框封装成型；结构部分自上而下分别为：玻璃盖板；空气绝缘层；光伏电池片；EVA胶膜；金属吸热板；换热管液体流道；保温层；封装底板；金属吸热板与玻璃盖板之间用硅胶垫片支撑，形成空气绝缘层；金属吸热板上喷涂高选择性吸热涂层，用以提高对太阳光的吸收效率；

太阳能热电联产组件的金属吸热板和换热管液体流道采用整板层压成型焊接技术。金属吸热板是整块金属板，同种金属的金属吸热板层压制作成整体的金属吸热板；将金属吸热板层压形成液体流道，带有相同液体流道的金属吸热板层整体焊接成型，即制得带液体流道的换热管；

太阳能热电联产组件的换热管液体流道形式有两种：一种是直管，一种是蛇形盘管；

太阳能热电联供系统主要分为水系统和电力系统，两系统之间的运行情况相对独立；

水系统主要由太阳能热电联产组件、连接管路、循环水泵、蓄热水箱、膨胀水箱等部件组成，辅助以电锅炉或风冷热泵协同使用，以提高综合利用效率；

电力系统分为并网发电系统、市电互补离网发电系统和储能及智能微电网系统三种形式。