CN105591607B - 基于纳米流体与菲涅尔聚光式光伏热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于纳米流体与菲涅尔聚光式光伏热新型装置，包括太阳能光伏热CPV/T装置阵列、菲涅尔聚光镜、系统纳米流体冷却工质出口、横竖固定轴、系统纳米流体工质入口、横排固定阵列、竖排固定阵列、单元光伏热装置冷却工质循环出口、单元光伏热装置冷却工质循环入口、纳米流体输送管道。本发明不仅实现了对太阳能光电系统与光热系统的耦合，利用大面积菲涅尔聚光镜将太阳辐射聚集在太阳能光伏热CPV/T装置上，而且利用纳米流体的分频吸收辐射特性与高效导热特性，在上层流道吸收太阳能的红外光照与对PV组件的冷却。提高对太阳能的光热转换效率，与冷却PV组件，维持较高的光电转换效率，从而提高太阳能的综合利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于纳米流体与菲涅尔聚光式光伏热装置，属于太阳能光伏热技术领域。
背景技术
面对化石燃料能源的快速枯竭，和环境问题的日益突出，太阳能的有效利用及其相关技术的开发来提高综合效率，对于缓解全球能源问题、改善空气质量、减缓温室效应以及实现可持续发展，都具有极其重大的意义。
目前，太阳能的发展利用的方式，主要为单一的光伏组件以实现光电转换，将太阳能转换为为电能，转换效率一般在17%~25%；对于光热的利用也主要为单一的光热转换，直接将太阳能转换为热能以为生活用供热，对于一般的太阳能热水器的光热转换效率在45%~50%。在单一的太阳能转换上，光电转换效率比较低，大部分太阳能转换成了热能使太阳能Si-PV组件的温度升高。PV组件温度每升高1℃，光电转换效率降低0.4%~0.5%，温度过高严重影响PV组件的光电转换。单一热源的光热转换热源效率虽然达到45%~50%，但热源能源品位较低难以利用，太阳能光热一般作为热水方式供生活所需。
纳米流体具体对太阳进行选择行吸收和高效导热的特点，利用纳米流体吸收光电转换利用不上的红外光谱，避免PV组件升温过高影响光电转换；纳米流体具有高效导热特性，能够很好的吸收PV组件的热量，降低组件的温度。
目前太阳能电池板存在有诸多不足之处，第一，太阳能电池板的光电转换效率低并且很容易受环境温度的影响。第二，太阳能电池板，在建立太阳能电站系统的利用上，具有不容易维护，容易积灰降低转换效率。第三，太阳能电池温度过高，没超过一度，光电转换效率大概降低0.4%，温度的影响比较明显。第四，单一太阳能光热转换形成的热源品位低。
发明内容
本发明提供一种基于纳米流体与菲涅尔聚光式光伏热新型装置，不仅实现了对太阳能光电系统与光热系统的耦合，技术上功能上的相互融合与相互作用，并利用大面积菲涅尔聚光镜将太阳辐射聚集在太阳能光伏热CPV/T装置上，而且利用纳米流体的分频吸收辐射特性与高效导热特性，在上层流道吸收太阳能的红外光照与对PV组件的冷却。提高对太阳能的光热转换效率，与冷却PV组件，维持较高的光电转换效率，从而提高太阳能的综合利用。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于纳米流体与菲涅尔聚光式光伏热装置，所述装置包括太阳能光伏热CPV/T装置阵列、菲涅尔聚光镜、横竖固定轴、横排固定阵列、竖排固定阵列；所述若干横排固定阵列的一端间隔安装在横竖固定轴上，所述若干竖排固定阵列的一端间隔安装在横竖固定轴上；所述菲涅尔聚光镜的两端连接在横排固定阵列和竖排固定阵列的另一端上，形成一个底面为三角形的柱体，所述菲涅尔聚光镜为三角柱体的一个侧面；所述太阳能光伏热CPV/T装置阵列由若干个太阳能光伏热CPV/T装置组成，所述太阳能光伏热CPV/T装置阵列与菲涅尔聚光镜平行，插入三角柱体中，所述太阳能光伏热CPV/T装置阵列的一端连接在横排固定阵列上，另一端连接在竖排固定阵列上；所述太阳能光伏热CPV/T装置阵列的两个连接端下方设置纳米流体输送管道，所述纳米流体输送管道上方设置系统纳米流体冷却工质出口，下方设置系统纳米流体冷却工质入口；所述每个太阳能光伏热CPV/T装置与横排固定阵列连接端设置单元光伏热装置冷却工质循环入口，所述每个太阳能光伏热CPV/T装置与竖排固定阵列连接端设置单元光伏热装置冷却工质循环出口。
上述太阳能光伏热CPV/T装置包括太阳能Si-PV组件、上层透光玻璃、下层透光玻璃、上层纳米流体冷却工质腔道、左缓冲流道、右缓冲流道、纳米流体工质上层出口、下层纳米流体冷却工质腔道、纳米流体冷却工质下层入口，所述太阳能光伏热CPV/T装置为矩形“U”型状，开口处插入太阳能Si-PV组件，使得整个装置形成上层纳米流体冷却工质腔道和下层纳米流体冷却工质腔道，所述上层纳米流体冷却工质腔道上方是上层透光玻璃，所述下层纳米流体冷却工质腔道的下方是下层透光玻璃；所述上层纳米流体冷却工质腔道的外端设置纳米流体工质上层出口，所述下层纳米流体冷却工质腔道的外端设置纳米流体冷却工质下层入口，纳米流体工质上层出口与纳米流体冷却工质下层入口位于同一矩形长边处，且在两个不同端点；所述纳米流体工质上层出口与纳米流体冷却工质下层入口之间为左缓冲流道，另一矩形长边为右缓冲流道，左缓冲流道分为上下两部分，上部与上层纳米流体冷却工质腔道连通，下部与下层纳米流体冷却工质腔道连通，右缓冲流道为一个整体，与上层纳米流体冷却工质腔道和下层纳米流体冷却工质腔道均连通；所述单元光伏热装置冷却工质循环出口与左缓冲流道的上部相连通，所述单元光伏热装置冷却工质循环入口与左缓冲流道的下部相连通；所述下层纳米流体冷却工质腔道与左缓冲流道的下部之间设置第一溢流口，下层纳米流体冷却工质腔道与右缓冲流道之间设置第二溢流口，所述上层纳米流体冷却工质腔道与右缓冲流道之间设置第三溢流口，上层纳米流体冷却工质腔道与左缓冲流道的上部之间设置第四溢流口，纳米流体冷却工质通过所述单元光伏热装置冷却工质入口进入左缓冲流道的下部，经过第一溢流口进入下层纳米流体冷却工质腔道，然后经过第二溢流口流向右缓冲流道，通过第三溢流口流向上层纳米流体冷却工质腔道，再经过第四溢流口再回到左缓冲流道的上部，通过单元光伏热装置冷却工质出口汇入纳米流体输送管道。
上述下层透光玻璃下方还设置TDD保温装饰一体板。
本发明所达到的有益效果：
1、本发明由光伏热CPV/T装置阵列、菲涅尔聚光镜、横竖固定阵列支架构成，可以利用菲涅尔聚光镜将太阳辐射聚焦到光伏热CPV/T装置中，提高光电转换效率，结构简单可靠，易于维护。
2、本发明利用了纳米流体分频吸收特性吸收太阳红外光，透射可光电转换光线，避免红外光照射在PV组件上导致温度过高，降低光电转换效率
3、本发明利用了纳米流体高效导热特性，充分快速的吸收PV组件的热能，快速降低PV组件的温度，维持较高的光电转换效率，同时提高光热转换效率。
4、本发明设计了上下纳米流体腔道，上层纳米流体有利于分频吸收太阳能吸收红外光，与冷却PV上组件，下层纳米流体有利于快速吸收PV下组件，对PV组件进行全方位冷却，避免温度过高。
5、本发明设计了一种太阳能光伏热CPV/T装置阵列单元，设计了缓冲流道，缓冲流道连通上下两层纳米流体腔道，使纳米流体平缓的进入上层腔道，不会产生过大扰动影响纳米流体对太阳辐射的透射率。
附图说明
图1为本发明的太阳能光伏热CPV/T装置阵列单元；
图2为本发明的基于纳米流体的光伏热装置示意图；
图3 纳米流体冷却循环流道设计图；
图4太阳能光伏热CPV/T装置冷却工质流道设计图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图2、图3所示，一种基于纳米流体与菲涅尔聚光式光伏热装置，装置包括太阳能光伏热CPV/T装置阵列1、菲涅尔聚光镜2、横竖固定轴3、横排固定阵列4、竖排固定阵列5；若干横排固定阵列4的一端间隔安装在横竖固定轴3上，若干竖排固定阵列5的一端间隔安装在横竖固定轴3上；菲涅尔聚光镜2的两端连接在横排固定阵列4和竖排固定阵列5的另一端上，形成一个底面为三角形的柱体，菲涅尔聚光镜2为三角柱体的一个侧面；太阳能光伏热CPV/T装置阵列1由若干个太阳能光伏热CPV/T装置组成，太阳能光伏热CPV/T装置阵列1与菲涅尔聚光镜2平行，插入三角柱体中，太阳能光伏热CPV/T装置阵列1的一端连接在横排固定阵列4上，另一端连接在竖排固定阵列5上；太阳能光伏热CPV/T装置阵列1的两个连接端下方设置纳米流体输送管道6，纳米流体输送管道6上方设置系统纳米流体冷却工质出口7，下方设置系统纳米流体冷却工质入口8；每个太阳能光伏热CPV/T装置与横排固定阵列4连接端设置单元光伏热装置冷却工质循环入口9，每个太阳能光伏热CPV/T装置与竖排固定阵列5连接端设置单元光伏热装置冷却工质循环出口10。
如图1、图4所示，上述太阳能光伏热CPV/T装置包括太阳能Si-PV组件11、上层透光玻璃12、下层透光玻璃13、上层纳米流体冷却工质腔道14、左缓冲流道15、右缓冲流道16、纳米流体工质上层出口17、下层纳米流体冷却工质腔道18、纳米流体冷却工质下层入口19，太阳能光伏热CPV/T装置为矩形“U”型状，开口处插入太阳能Si-PV组件11，使得整个装置形成上层纳米流体冷却工质腔道14和下层纳米流体冷却工质腔道17，上层纳米流体冷却工质腔道14上方是上层透光玻璃12，下层纳米流体冷却工质腔道18的下方是下层透光玻璃13；上层纳米流体冷却工质腔道14的外端设置纳米流体工质上层出口17，下层纳米流体冷却工质腔道18的外端设置纳米流体冷却工质下层入口19，纳米流体工质上层出口17与纳米流体冷却工质下层入口19位于同一矩形长边处，且在两个不同端点；纳米流体工质上层出口17与纳米流体冷却工质下层入口19之间为左缓冲流道15，另一矩形长边为右缓冲流道16，左缓冲流道15分为上下两部分，上部与上层纳米流体冷却工质腔道14连通，下部与下层纳米流体冷却工质腔道18连通，右缓冲流道16为一个整体，与上层纳米流体冷却工质腔道14和下层纳米流体冷却工质腔道18均连通；单元光伏热装置冷却工质循环出口10与左缓冲流道15的上部相连通，单元光伏热装置冷却工质循环入口9与左缓冲流道15的下部相连通；下层纳米流体冷却工质腔道18与左缓冲流道15的下部之间设置第一溢流口20，下层纳米流体冷却工质腔道18与右缓冲流道16之间设置第二溢流口21，上层纳米流体冷却工质腔道14与右缓冲流道16之间设置第三溢流口22，上层纳米流体冷却工质腔道14与左缓冲流道15的上部之间设置第四溢流口23，纳米流体冷却工质通过单元光伏热装置冷却工质入口9进入左缓冲流道15的下部，经过第一溢流口20进入下层纳米流体冷却工质腔道18，吸收太阳能Si-PV组件11的热量后，经过第二溢流口21流向右缓冲流道16，通过第三溢流口22流向上层纳米流体冷却工质腔道14，吸收太阳辐射红外光与吸收PV组件热量，再经过第四溢流口23再回到左缓冲流道15的上部，通过单元光伏热装置冷却工质出口10汇入纳米流体输送管道6。将热能通过纳米流体溶液带出加以利用。
作为优选方案，上述下层透光玻璃13下方还设置TDD保温装饰一体板24。
通过横排固定阵列4和竖排固定阵列5将光伏热装置和菲涅尔聚光镜2支撑起来，利用菲涅尔聚光镜2将太阳辐射聚集在太阳能Si-PV组件11上，提高光电转换效率，并且结构简便、有效，可以很快搭建出系统的工作平台，也易于维护；太阳能光伏热CPV/T装置阵列单元，设计上下两层纳米流体腔道，通过缓冲流道连通，上层纳米流体直接吸收太阳红外光与利用其高效导热效果吸收上层PV组件热量，以对其冷却，下层纳米流体吸收PV组件的热量以实现对PV组件的全方位的冷却，避免温度过高影响光电转效率。
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形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于纳米流体与菲涅尔聚光式光伏热装置，其特征在于：所述装置包括太阳能光伏热CPV/T装置阵列、菲涅尔聚光镜、横竖固定轴、横排固定阵列、竖排固定阵列；若干横排固定阵列的一端间隔安装在横竖固定轴上，所述若干竖排固定阵列的一端间隔安装在横竖固定轴上；所述菲涅尔聚光镜的两端连接在横排固定阵列和竖排固定阵列的另一端上，形成一个底面为三角形的柱体，所述菲涅尔聚光镜为三角柱体的一个侧面；所述太阳能光伏热CPV/T装置阵列由若干个太阳能光伏热CPV/T装置组成，所述太阳能光伏热CPV/T装置阵列与菲涅尔聚光镜平行，插入三角柱体中，所述太阳能光伏热CPV/T装置阵列的一端连接在横排固定阵列上，另一端连接在竖排固定阵列上；所述太阳能光伏热CPV/T装置阵列的两个连接端下方设置纳米流体输送管道，所述纳米流体输送管道上方设置系统纳米流体冷却工质出口，下方设置系统纳米流体冷却工质入口；每个太阳能光伏热CPV/T装置与横排固定阵列连接端设置单元光伏热装置冷却工质循环入口，每个太阳能光伏热CPV/T装置与竖排固定阵列连接端设置单元光伏热装置冷却工质循环出口；
所述太阳能光伏热CPV/T装置包括太阳能Si-PV组件、上层透光玻璃、下层透光玻璃、上层纳米流体冷却工质腔道、左缓冲流道、右缓冲流道、纳米流体工质上层出口、下层纳米流体冷却工质腔道、纳米流体冷却工质下层入口，所述太阳能光伏热CPV/T装置为矩形“U”型状，开口处插入太阳能Si-PV组件，使得整个装置形成上层纳米流体冷却工质腔道和下层纳米流体冷却工质腔道，所述上层纳米流体冷却工质腔道上方是上层透光玻璃，所述下层纳米流体冷却工质腔道的下方是下层透光玻璃；所述上层纳米流体冷却工质腔道的外端设置纳米流体工质上层出口，所述下层纳米流体冷却工质腔道的外端设置纳米流体冷却工质下层入口，纳米流体工质上层出口与纳米流体冷却工质下层入口位于同一矩形长边处，且在两个不同端点；所述纳米流体工质上层出口与纳米流体冷却工质下层入口之间为左缓冲流道，另一矩形长边为右缓冲流道，左缓冲流道分为上下两部分，上部与上层纳米流体冷却工质腔道连通，下部与下层纳米流体冷却工质腔道连通，右缓冲流道为一个整体，与上层纳米流体冷却工质腔道和下层纳米流体冷却工质腔道均连通；所述单元光伏热装置冷却工质循环出口与左缓冲流道的上部相连通，所述单元光伏热装置冷却工质循环入口与左缓冲流道的下部相连通；所述下层纳米流体冷却工质腔道与左缓冲流道的下部之间设置第一溢流口，下层纳米流体冷却工质腔道与右缓冲流道之间设置第二溢流口，所述上层纳米流体冷却工质腔道与右缓冲流道之间设置第三溢流口，上层纳米流体冷却工质腔道与左缓冲流道的上部之间设置第四溢流口，纳米流体冷却工质通过所述单元光伏热装置冷却工质入口进入左缓冲流道的下部，经过第一溢流口进入下层纳米流体冷却工质腔道，然后经过第二溢流口流向右缓冲流道，通过第三溢流口流向上层纳米流体冷却工质腔道，再经过第四溢流口再回到左缓冲流道的上部，通过单元光伏热装置冷却工质出口汇入纳米流体输送管道。
2.根据权利要求1所述的基于纳米流体与菲涅尔聚光式光伏热装置，其特征在于：所述下层透光玻璃下方还设置TDD保温装饰一体板。
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