CN104836514A - 一种光伏-温差联合太阳能发电系统 - Google Patents

一种光伏-温差联合太阳能发电系统 Download PDF

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Abstract

一种光伏-温差联合太阳能发电系统，包括反射镜场、透明吸热器、光伏电池、光伏电池散热翅片、温差发动机、热交换箱、发电机。所述的透明吸热器为一中空的箱体，并有一个进口和一个出口，供导热油流动。所述的热交换箱体至少有一个进口与一个出口，供导热油流动；所述的程控开关式温差发动机的加热器封闭在热交换箱体内。所述的透明吸热器的出口至少有一根管道连接到热交换器的进口。所述的透明吸热器的进口通过一个水泵连接到热交换器的出口。该发明提出了一种光伏、光热联合发电的方法，有望大幅提高太阳能转化效率，降低太阳能度电成本，有利于太阳能发电的普及。

Description

一种光伏-温差联合太阳能发电系统
技术领域
本发明涉及太阳能发电的技术领域，特别是涉及太阳能光伏、光热联合发电的技术领域。还涉及一种液氮冷却塔式光伏-温差联合发电站(参见专利申请号201510178155.9)。也涉及一种程控开关式温差发动机(参见专利申请号201410058639.5)、一种多缸式温差发动机(参见专利申请号201410712134.6)、一种转子式温差发动机(参见专利申请号201410679583.5)、一种采用正时系统控制的温差发动机(参见专利申请号201410740508.5)。
背景技术
采用光伏发电、光热发电同时进行可以大幅度提高太阳能利用效率，降低太阳能发电的度电成本。但光热发电在聚光焦点处的温度越高效率也越高，普通的光伏电池则无法在过高的温度下正常工作，因此在一个光伏、光热联合发电的太阳能利用项目中，有一个光伏发电效率和光热发电效率如何平衡的问题。已有的光伏、光热混合发电的技术方案中，常用的方法是采用冷却光伏电池的方法来保障光伏电池在高温下正常工作；还有利用滤光器分离太阳光后分别对太阳光能和太阳热能进行利用的方法。这两种方法对光伏电池的耐温性能要求很高，对散热系统的效率要求也很高。
发明内容
为解决高倍数聚光条件下光伏、光热联合发电时光伏电池正常工作的问题，提出了该发明。本发明的技术方案是：一种光伏-温差联合太阳能发电系统，包括反射镜场、透明吸热器、光伏电池、光伏电池散热翅片、温差发动机、热交换箱、发电机。
所述的透明吸热器为一中空的箱体，并有一个进口和一个出口，供导热油流动。
所述的热交换箱体至少有一个进口与一个出口，供导热油流动；所述的程控开关式温差发动机的加热器封闭在热交换箱体内。
所述的透明吸热器的出口至少有一根管道连接到热交换器的进口。
所述的透明吸热器的进口通过一个水泵连接到热交换器的出口。
水泵驱动管道内的导热油从热交换器的出口向透明吸热器流动。
所述的透明吸热器的厚度设计为最大限度吸收长波电磁波，以加热其中的导热油。
所述的光伏电池安装在散热翅片上，并通过散热翅片固定在相应的支架上。
所述的光伏电池与反射镜、透明吸热器在一条直线上，以充分吸收适当的光波，并将其转化为电力。
本发明的有益效果
本发明提出的一种光伏-温差联合太阳能发电系统，提供了一种新的技术方案，可以同时以光伏发电和基于温差发动机的光热发电这两种方式对太阳能进行利用，有望大幅度提高太阳能的利用率。本发明首创了透明吸热器的概念，通过选择和研发合适的导热油，预先吸收太阳光能中不适合于光伏电池的电磁波，用于加热导热油，并以经过加热的导热油对温差发动机的加热器进行加热，并由温差发动机利用加热器和冷却器之间的温差产生动力。与此同时，适合光伏电池的电磁波段，将穿过透明吸热器到达光伏电池，由光伏电池产生电力输出。这种方法可以降低光伏电池的温度，提高光伏电池的效率和寿命，还可以降低对光伏电池耐高温性能的要求，降低光伏电池的投资成本。本发明通过提高太阳能利用率和降低光伏电池的一次性投资成本，有望使太阳能发电的度电成本大幅降低，使其在未来有很大的机会取代煤电，为经济发展提供清洁廉价的电力，减少煤电的份额，将对节能减排、保护环境、消除雾霾作出贡献，为绿色工业文明的发展提供坚实的能源基础。
附图说明
图1为一种光伏-温差联合太阳能发电系统的系统结构示意图；
图中1.反射镜场、2.透明吸热器、3.光伏电池、4、光伏电池散热翅片、5.温差发动机加热器的热交换箱、6.温差发动机的的冷却器、7.发电机、8.水泵、9、温差发动机缸体、10、配电站、11、电网。
实施方式
实施例一：参见图1，一种光伏-温差联合太阳能发电系统，包括反射镜场、透明吸热器、光伏电池、光伏电池散热翅片、温差发动机、热交换箱、发电机。
所述的透明吸热器为一中空的箱体，并有一个进口和一个出口，供导热油流动。
所述的热交换箱体至少有一个进口与一个出口，供导热油流动；所述的程控开关式温差发动机的加热器封闭在热交换箱体内。
所述的透明吸热器的出口至少有一根管道连接到热交换器的进口。
所述的透明吸热器的进口通过一个水泵连接到热交换器的出口。
水泵驱动管道内的导热油从热交换器的出口向透明吸热器流动。
所述的透明吸热器的厚度设计为最大限度吸收长波电磁波，以加热其中的导热油。
所述的光伏电池安装在散热翅片上，并通过散热翅片固定在相应的支架上。
所述的光伏电池与反射镜、透明吸热器在一条直线上，以充分吸收适当的光波，并将其转化为电力。
本发明提出的一种光伏-温差联合太阳能发电系统，包括反射镜场、透明吸热器、光伏电池、光伏电池散热翅片、温差发动机、热交换箱、发电机。本发明首创了透明吸热器的概念，采用先由透明吸热器中的导热油吸收热量用于基于温差发动机的光热发电，再以光伏电池对适当波长的电磁波进行利用实现光伏发电。这样的组合，一方面可以同时利用太阳能进行光伏发电和光热发电，同时对光伏电池的要求也不高，可以降低投资在光伏电池上的成本。
本方案首先以透明吸热器吸收太阳热能。所述的透明吸热器是一个中空的箱体，箱体前后的壁板由透明耐热的材料组成，一般是耐高温的高强度玻璃。箱体内充满导热油，太阳光能通过透明吸热器时，频率较低的红外线将会加热导热油，用于光热发电。
透明吸热器至少有一个出口和一个进口，经过加温的导热油通过出口进入热交换箱内，温差发动机的加热器封闭在热交换箱内，高温的导热油流经热交换箱时，即对温差发动机的加热器进行加热。加热完成后，温度相对较低的导热油在一个泵的驱动下，从热交换箱的出口流动到透明吸热器，完成一个吸热-放热的循环。所使用的泵可调节流量，受温差发动机的ECU控制，ECU通过控制导热油流量，来保持温差发动机工作在一个适合的功率范围内。透明吸热器必须有一定的厚度，以便导热油能够充分吸收不适合光伏电池的电磁波。
如何选择和开发适合的导热油，将是一个大课题。通过选择适合的导热油，使之尽可能多地吸收不适合光伏电池的电磁波-特别是容易产生热能的频率较低的电磁波；而适合光伏电池的电磁波则以较高的通过率通过透明吸热器，到达光伏电池，由光伏电池将太阳能高效地转化为电力。
光伏电池安装在散热翅片上，并和散热翅片一起固定在相应的支架上。光伏电池、透明吸热器、聚光镜成一条直线，确保太阳光能够直接照射到光伏电池。由于采用了透明吸热器，在正确选择了导热油的前提下，大部分热能已经被导热油吸收，到达光伏电池的电磁波产生的热能较少，所以对光伏电池的散热性能要求相对较低。在采用高倍数聚光的情况下，只需要面积很小的光伏电池，就可以转化大面积范围的太阳光能，这样就可以减少光伏电池的用量，降低光伏发电的度电成本。
本发明采用的透明吸热器，同时作为吸热器和光波过滤器使用，以吸收不适合光伏电池的电磁波的方法对太阳光进行过滤，加热导热油用于光热发电；而适合光伏电池的电磁波则以较高的通过率到达光伏电池，进行光伏发电。这种组合可以降低光伏电池的温度，使得在高倍数聚光的光热发电中也能够同时使用光伏电池，进行光伏、光热联合发电。本发明提供了一种光热发电和光伏发电同时进行的路径，可使太阳能发电达到更高的发电效率，降低太阳能发电的度电成本，有利用太阳能发电的普及。本发明将对节能减排、保护环境、消除雾霾作出贡献，为绿色工业文明的发展提供坚实的能源基础。

Claims (10)

1.一种光伏-温差联合太阳能发电系统，包括反射镜场、透明吸热器、光伏电池、光伏电池散热翅片、温差发动机、热交换箱、发电机。
2.根据权利要求1所述的一种光伏-温差联合太阳能发电系统，其特征是：所述的透明吸热器为一中空的箱体，并有一个进口和一个出口，供导热油流动。
3.根据权利要求1所述的一种光伏-温差联合太阳能发电系统，其特征是：所述的热交换箱体至少有一个进口与一个出口，供导热油流动；所述的程控开关式温差发动机的加热器封闭在热交换箱内。
4.根据权利要求2、3所述的一种光伏-温差联合太阳能发电系统，其特征是：所述的透明吸热器的出口至少有一根管道连接到热交换箱的进口。
5.根据权利要求2、3所述的一种光伏-温差联合太阳能发电系统，其特征是：所述的透明吸热器的进口通过一个水泵连接到热交换箱的出口。
6.根据权利要求5所述的一种光伏-温差联合太阳能发电系统，其特征是：水泵驱动管道内的导热油从热交换器的出口向透明吸热器流动。
7.根据权利要求5所述的一种光伏-温差联合太阳能发电系统，其特征是：所使用的水泵可调节流量，受温差发动机的ECU控制。
8.根据权利要求1所述的一种光伏-温差联合太阳能发电系统，其特征是：所述的透明吸热器的厚度设计为最大限度吸收长波电磁波，以加热其中的导热油。
9.根据权利要求1所述的一种光伏-温差联合太阳能发电系统，其特征是：所述的光伏电池安装在散热翅片上，并通过散热翅片固定在相应的支架上。
10.根据权利要求1所述的一种光伏-温差联合太阳能发电系统，其特征是：所述的光伏电池与反射镜、透明吸热器在一条直线上，以充分吸收适当的光波，并将其转化为电力。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108692468A (zh) * 2017-03-02 2018-10-23 华北电力大学 基于光伏光热的家庭热电节能系统

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