CN105823236A

CN105823236A - 一种基于磁性纳米流体的聚光型光伏热装置

Info

Publication number: CN105823236A
Application number: CN201610207985.4A
Authority: CN
Inventors: 罗朋; 白建波; 李华锋; 彭俊; 张超; 王喜炜; 陆晓; 曹飞; 刘演华; 张臻; 章国芳
Original assignee: 河海大学常州校区
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2016-04-06
Publication date: 2016-08-03
Also published as: CN105823236B

Abstract

本发明公开了一种基于磁性纳米流体聚光型光伏热装置，包括光伏热一体化装置、菲涅尔聚光镜、流量控制阀、第一水泵、第二水泵、磁性纳米流体保温水箱、热交换器、竖排固定支架、横排固定支架、热水保温水箱、节流阀，本发明不仅利用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，提高了光电光热转换效率，而且通过调控磁场大小，调控系统能量的输出，提高太阳能的利用率。同时，磁性纳米流体分频吸收特性和高效导热的特性，能充分快速的吸收PV组件的热能，快速降低PV组件的温度，维持较高的光电光热转换效率。

Description

一种基于磁性纳米流体的聚光型光伏热装置

技术领域

[0001]本发明提供一种基于磁性纳米流体聚光型光伏热装置，属于光伏发电领域。

背景技术

[0002]发展新能源与可再生能源是当今世界能源发展大趋势，尤其太阳能光伏光热的发展利用，是发展战略性新兴产业的重要内容。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。

[0003]太阳能作为新能源的发展利用的方式，主要为单一的光电转换和光热转换光电转换效率一般在17%〜25%，光热转换效率为45%〜50%。在光伏组件中的光电转换的效率比较低，大部分太阳能转换成了热能使太阳能S1-PV组件的温度升高。PV组件温度每升高TC，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。

[0004]磁性纳米流体是一种特殊的纳米流体，它具有一般纳米流体所具备的优异的热性，单相流体中的纳米颗粒比表面积较大，可显著增大流体的导热系数与换热面积，纳米颗粒在流体中作不规则布朗运动，增强了流体内部热交换，由于磁流体具有磁性，它的一些热物性参数(如密度、粘度、导热系数等)会随着外磁场的变化而改变，从而成为一种“可控”的传热流体，可以实现流体流动和能量传递过程的可控性。由于磁流体本身的强化传热特性和在外磁场下的可控性，在热科学领域，特别在一些特殊传热场合(如航空、航天、电子、生物等领域)有着非常重要的应用价值。磁性纳米流体在光伏热一体化装置上的利用与设计，有助于有效的吸收太阳能PV组件热量提高光伏热转换效率，以及上层磁性纳米流体有助于吸收红外光，避免电池板吸收温度过高效率降低，从而提高太阳能新能源的综合利用效率，缓解能源枯竭与环境污染的现象，以改善生态环境，创建可持续发展的生活环境。

[0005]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，能量的输入输出不可调控。第三，太阳能电池温度过高，每超过一度，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

[0006]目的:针对上述不足，本发明提供一种基于磁性纳米流体聚光型光伏热装置，采用，并利用磁性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，以及利用磁场对磁性纳米流体的热物性参数进行实时调控。不仅提高光热转换效率，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，也有利于利用调控磁场强度进一步的调控光伏转换效率与光热转换效率，即能量的可调节输出。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。

[0007]技术方案:为了达到上述目的，本发明的技术方案如下:

一种基于磁性纳米流体聚光型光伏热装置，包括光伏热一体化装置、菲涅尔聚光镜、流量控制阀、第一水栗、第二水栗磁性纳米流体保温水箱、热交换器、竖排固定支架、横排固定支架、热水保温水箱、节流阀，所述竖排固定支架的一端与在横排固定支架的一端垂直连接，所述菲涅尔聚光镜的两端分别连接在竖排固定支架和横排固定支架的另一端，且与竖排固定支架和横排固定支架形成直角三棱柱结构，所述光伏热一体化装置的两侧边分别固定在竖排固定支架和横排固定支架上，且所述光伏热一体化装置与菲涅尔聚光镜平行，设置在直角三棱柱结构内部，所述光伏热一体化装置、热交换器、磁性纳米流体保温箱、第一水栗、流量控制阀按顺序连接构成循环冷却回路;所述热交换器、第二水栗和热水保温箱按顺序连接构成能量输出循环回路，所述热水保温箱连接有节流阀。

[0008]优选地，所述光伏热一体化装置包括上层纳米流体腔道、两个液体入口、正负接线口、两个液体出口、太阳能电池片、下层纳米流体腔道、第一磁性线圈、第二磁性线圈、第三磁性线圈、上层超白玻璃、两个U型通道，所述太阳能电池片设置在上层纳米流体腔道和下层纳米流体腔道之间，所述上层超白玻璃覆盖在上层纳米流体腔道上方，所述第一磁性线圈和第二磁性线圈分别设置在上层纳米流体腔道的两平行侧边上，所述第三磁性线圈设置在上层纳米流体腔道上，且位于第一磁性线圈和第二磁性线圈之间，将上层纳米流体腔道分为两个腔道，所述磁性线圈上均设有正负接线口，所述上层纳米流体腔道的两个腔道分别通过U型通道连通下层纳米流体腔道，所述上层纳米流体腔道的两个腔道侧边上均设有一个液体出口，且在下层纳米流体腔道的侧边上与液体出口相对应的位置各设有一个液体入口，所述液体出口与热交换器连接，所述液体入口与流量控制阀连接。

[0009]优选地，所述竖排固定支架和横排固定支架均由钢板焊接而成。

[0010]有益效果:本发明提供一种基于磁性纳米流体聚光型光伏热装置，不仅利用菲涅尔聚光镜将太阳辐射聚集在太阳能光伏热一体化装置上，提高了光电光热转换效率，而且通过调控磁场大小，调控系统能量的输出，提高太阳能的利用率。同时，磁性纳米流体分频吸收特性和高效导热的特性，能充分快速的吸收PV组件的热能，快速降低PV组件的温度，维持较高的光电光热转换效率。

附图说明

[0011]图1为本发明的装置系统示意图；

图2为本发明的安装结构设计示意图；

图3为光伏热一体化装置的结构设计示意图；

图中:竖排固定支架1、横排固定支架2、菲涅尔聚光镜3、光伏热一体化装置4、热交换器

5、磁性纳米流体保温水箱6、第一水栗7、流量控制阀8、第二水栗9、热水保温水箱10、节流阀

11、上层纳米流体腔道12、液体入口 13、正负接线口 14、液体出口 15、太阳能电池片16、下层纳米流体腔道17、第一磁性线圈18、第二磁性线圈19、第三磁性线圈20、上层超白玻璃21、U型通道22。

具体实施方式

[0012]为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

[0013]如图1-3所示，一种基于磁性纳米流体聚光型光伏热装置，包括光伏热一体化装置

4、菲涅尔聚光镜3、流量控制阀8、第一水栗7、第二水栗9、磁性纳米流体保温水箱6、热交换器5、竖排固定支架1、横排固定支架2、热水保温水箱10、节流阀11，所述竖排固定支架I的一端与在横排固定支架2的一端垂直连接，所述菲涅尔聚光镜3的两端分别连接在竖排固定支架I和横排固定支架2的另一端，且与竖排固定支架I和横排固定支架2形成直角三棱柱结构，所述光伏热一体化装置4的两侧边分别固定在竖排固定支架I和横排固定支架2上，且所述光伏热一体化装置4与菲涅尔聚光镜3平行，设置在直角三棱柱结构内部，所述光伏热一体化装置4、热交换器5、磁性纳米流体保温箱6、第一水栗7、流量控制阀8按顺序连接构成循环冷却回路;所述热交换器5、第二水栗9和热水保温箱10按顺序连接构成能量输出循环回路，所述热水保温箱10连接有节流阀11。

[0014]优选地，所述光伏热一体化装置4包括上层纳米流体腔道12、两个液体入口 13、正负接线口 14、两个液体出口 15、太阳能电池片16、下层纳米流体腔道17、第一磁性线圈18、第二磁性线圈19、第三磁性线圈20、上层超白玻璃21、两个U型通道22，所述太阳能电池片16设置在上层纳米流体腔道12和下层纳米流体腔道17之间，所述上层超白玻璃12覆盖在上层纳米流体腔道12上方，所述第一磁性线圈18和第二磁性线圈19分别设置在上层纳米流体腔道12的两平行侧边上，所述第三磁性线圈20设置在上层纳米流体腔道12上，且与第一磁性线圈18和第二磁性线圈19平行，将上层纳米流体腔道平分为两个腔道，所述磁性线圈18，19，20上均设有正负接线口，所述上层纳米流体腔道12的两个腔道分别通过U型通道22连通下层纳米流体腔道17，所述上层纳米流体腔道12的两个腔道侧边上均设有一个液体出口 15，且在下层纳米流体腔道17的侧边上与液体出口 15相对应的位置各设有一个液体入口 13，所述液体出口 15与热交换器5连接，所述液体入口 13与流量控制阀8连接。

[0015]优选地，所述竖排固定支架I和横排固定支架2均由钢板焊接而成。

[0016]本发明装置的工作流程如下:

如图1-2所示，菲涅尔聚光镜3将太阳辐射聚焦到光伏热一体化装置4上，磁性纳米流体如Fe203、Fe等纳米流体从液体入口流入下层纳米流体腔道内，快速吸收PV组件电池片的热量，再分别由两个U型通道22流入上层纳米流体腔道12的两个腔道内，磁性纳米流体利用其分频吸收特性吸收太阳红外光，并透射可实现光电转换的光线，避免红外光照射在PV组件太阳能电池片上导致温度过高，降低光电转换效率，同时，上层流体腔道12内的磁感线圈分别通过正负接线口通入电流，形成磁场，磁场大小随电流大小变化而改变，通过控制电流大小调控磁场大小，通过调控磁场大小，调节磁性纳米流体的物性参数，成为一种“可控”的传热流体;从上层纳米流体腔道12的液体出口 15流出的磁性纳米流体经过热交换器5与冷水介质进行热交换，随后按顺序流经磁性纳米流体保温水箱6、第一水栗7和流量控制阀8，最后通过液体入口 13流入下层纳米流体腔道17，形成循环。经热交换的冷水介质吸热变为热水通过第二水栗流入热水保温箱，并与热交换器5形成能量输出循环，热水保温箱10里面的热水通过节流阀11供生活所需，并及时通过节流阀11补充冷水以供循环加热。

[0017]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种基于磁性纳米流体聚光型光伏热装置，其特征在于:所述装置包括光伏热一体化装置、菲涅尔聚光镜、流量控制阀、第一水栗、第二水栗、磁性纳米流体保温水箱、热交换器、竖排固定支架、横排固定支架、热水保温水箱、节流阀，所述竖排固定支架的一端与在横排固定支架的一端垂直连接，所述菲涅尔聚光镜的两端分别连接在竖排固定支架和横排固定支架的另一端，且与竖排固定支架和横排固定支架形成直角三棱柱结构，所述光伏热一体化装置的两侧边分别固定在竖排固定支架和横排固定支架上，且所述光伏热一体化装置与菲涅尔聚光镜平行，设置在直角三棱柱结构内部，所述光伏热一体化装置、热交换器、磁性纳米流体保温箱、第一水栗、流量控制阀按顺序连接构成循环冷却回路;所述热交换器、第二水栗和热水保温箱按顺序连接构成能量输出循环回路，所述热水保温箱连接有节流阀。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁性纳米流体聚光型光伏热装置，其特征在于:所述光伏热一体化装置包括上层纳米流体腔道、两个液体入口、正负接线口、两个液体出口、太阳能电池片、下层纳米流体腔道、第一磁性线圈、第二磁性线圈、第三磁性线圈、上层超白玻璃、两个U型通道，所述太阳能电池片设置在上层纳米流体腔道和下层纳米流体腔道之间，所述上层超白玻璃覆盖在上层纳米流体腔道上方，所述第一磁性线圈和第二磁性线圈分别设置在上层纳米流体腔道的两平行侧边上，所述第三磁性线圈设置在上层纳米流体腔道上，且位于第一磁性线圈和第二磁性线圈之间，将上层纳米流体腔道平分为两个腔道，所述磁性线圈上均设有正负接线口，所述上层纳米流体腔道的两个腔道分别通过U型通道连通下层纳米流体腔道，所述上层纳米流体腔道的两个腔道侧边上均设有一个液体出口，且在下层纳米流体腔道的侧边上与液体出口相对应的位置各设有一个液体入口，所述液体出口与热交换器连接，所述液体入口与流量控制阀连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁性纳米流体聚光型光伏热装置，其特征在于:所述竖排固定支架和横排固定支架均由钢板焊接而成。