CN106160630B - 一种光伏光热综合利用发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏光热综合利用发电装置，包括相互耦合的光热发电子系统和光伏发电子系统；所述光热发电子系统包括设置在镜场支架上的菲涅尔反射镜，复合抛物面聚光器接收菲涅尔反射镜反射的太阳光并加热集热管中的介质，集热管通过传热系统与汽轮机做功单元相连接；所述光伏发电子系统包括设置在镜场支架上、位于菲涅尔反射镜背面的光伏电池板，以及与光伏电池板相连接的汇流箱、控制器和逆变器；本发明的工作模式可分为独立光热发电、独立光伏发电、或同时运行发电，综合利用太阳直辐射和全辐射进行发电，将有效提高了太阳能光资源的利用效率。

Description

一种光伏光热综合利用发电装置
技术领域
本发明属于太阳能发电技术领域，涉及一种光伏光热综合利用发电装置。
背景技术
太阳能无疑是目前地球上可以开发的最大可再生能源。根据对到达地球上的太阳辐射能量进行转化形式的不同，太阳能的利用可以分为光热和光伏两大类别。光热利用按温度可分为中低温和高温利用。中低温主要包括太阳能热水器、太阳能建筑供暖制冷、太阳能海水淡化、太阳能干燥等；高温热利用主要包括太阳能热发电及太阳能热化学等。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。
太阳能光热利用中除了可以通过材料吸收太阳辐射光谱中不同波长的光能并将其转化为热能供直接使用外，还可以利用聚光器将低密度的太阳能汇聚，生成高密度的能量，加热工作介质，产生蒸汽推动汽轮机发电。聚光器的聚焦方式有点聚焦、线聚焦等。光伏发电最大的优势是应用场合没有明显限制，有阳光资源的地方都可安装光伏系统。在辐照不好或者夜间，光伏系统通过对蓄电池进行充放电实现连续运行。
菲涅尔式太阳能发电技术是太阳能光热利用的途径之一。光热发电需要利用太阳光法向直接辐射，一般要求太阳辐照强度大于300-400W/m2。而光伏发电可利用太阳光全辐射，对太阳光资源要求较低。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种光伏光热综合利用发电装置，包括光热发电子系统和光伏发电子系统，可以根据太阳辐照强度的变化，光热系统运行或光伏系统同时或分别运行，实现光伏光热综合利用，提高太阳能资源的利用效率。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种光伏光热综合利用发电装置，包括相互耦合的光热发电子系统和光伏发电子系统；所述光热发电子系统包括设置在镜场支架4上的菲涅尔反射镜1，复合抛物面聚光器3接收菲涅尔反射镜1反射的太阳光并加热集热管2中的介质，集热管2通过传热系统与汽轮机做功单元相连接；所述光伏发电子系统包括设置在镜场支架4上、位于菲涅尔反射镜1背面的光伏电池板5，以及与光伏电池板5相连接的汇流箱、控制器和逆变器。
根据太阳辐照强度，所述的光热发电子系统和光伏发电子系统同时工作或单独工作。
当太阳辐射强度大于光热发电子系统设计值时，部分菲涅尔反射镜1旋转至背向太阳，维持集热管2的温度设计值，保持额定光热发电效率；菲涅尔反射镜1旋转后暴露在太阳光下的光伏电池板5发电，光热发电子系统和光伏发电子系统同时工作；
当太阳辐射强度低于300～400W/m2时，菲涅尔反射镜1旋转并露出光伏电池板5，光伏电池板5采用跟踪系统跟踪太阳，吸收太阳光全辐射进行光伏发电；
当太阳辐射强度在光热发电子系统设计值附近时，光热发电子系统发电，同时光伏电池板5利用吸收散射光以及遮挡和阴影损失的辐射进行发电。
还以光伏光热综合利用发电装置的总发电量最大为优化目的，对光热发电子系统和光伏发电子系统的转换的临界太阳辐射强度进行优化。
所述光热发电子系统和光伏发电子系统同时工作时，菲涅尔反射镜1和光伏电池板5朝向太阳的数量，通过以光伏光热综合利用发电装置的总发电量最大为优化目的而获得；菲涅尔反射镜1的角度根据太阳辐射强度确定。
所述光伏发电子系统中，当蓄电池端电压达到最高值时，自动切断光伏电池板供给蓄电池的电路，当蓄电池端电压达到最低值时，自动切断蓄电池供给负载的电路。
所述的镜场支架4架设在旋转轴6上，并可绕旋转轴6在0度～360度之间旋转，带动菲涅尔反射镜1和光伏电池板5的旋转。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的光伏光热综合利用发电装置，根据辐照强度的变化，光伏电池板和菲涅尔反射镜可以绕支架旋转轴旋转，根据太阳辐射强度的变化，装置工作模式可分为独立光热发电、独立光伏发电、或同时运行发电，综合利用太阳直辐射和全辐射进行发电，将有效提高了太阳能光资源的利用效率。
本发明提供的光伏光热综合利用发电装置，独立光热发电运行时，光伏发电系统仍可运行，实现光伏光热综合利用；并且由于光伏发电系统属于跟踪光伏发电系统，提升了光伏发电效率；而且增强了对太阳光辐射强度的适应性，提高系统的稳定性，提高太阳能综合利用装置的适应性。
本发明提供的光伏光热综合利用发电装置，通过光伏发电系统对光热系统运行过程中的镜场遮挡和阴影面积的有效利用，提高太阳能资源的利用效率。而且本装置光伏电池板和菲涅尔反射镜共用一套支架，节约支架成本，减小占地面积，增强对太阳辐射强度的适应性。
附图说明
图1是光伏光热综合利用发电装置的结构示意图。
图2是光伏电池板和菲涅尔反射镜支架示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1，一种光伏光热综合利用发电装置，包括相互耦合的光热发电子系统和光伏发电子系统；所述光热发电子系统包括设置在镜场支架4上的菲涅尔反射镜1，复合抛物面聚光器3接收菲涅尔反射镜1反射的太阳光并加热集热管2中的介质，集热管2通过传热系统与汽轮机做功单元相连接；所述光伏发电子系统包括设置在镜场支架4上、位于菲涅尔反射镜1背面的光伏电池板5，以及与光伏电池板5相连接的汇流箱、控制器和逆变器。
根据太阳辐照强度，所述的光热发电子系统和光伏发电子系统同时工作或单独工作。
当太阳辐射强度大于光热发电子系统设计值时，部分菲涅尔反射镜1旋转至背向太阳，维持集热管2的温度设计值，保持额定光热发电效率；菲涅尔反射镜1旋转后暴露在太阳光下的光伏电池板5发电，光热发电子系统和光伏发电子系统同时工作；
当太阳辐射强度低于300～400W/m2时，菲涅尔反射镜1旋转并露出光伏电池板5，光伏电池板5采用跟踪系统跟踪太阳，吸收太阳光全辐射进行光伏发电；
当太阳辐射强度在光热发电子系统设计值附近时，光热发电子系统发电，同时光伏电池板5利用吸收散射光以及遮挡和阴影损失的辐射进行发电。
进一步的，还对光伏、光热子系统的控制进行以下优化：
还以光伏光热综合利用发电装置的总发电量最大为优化目的，对光热发电子系统和光伏发电子系统的转换的临界太阳辐射强度进行优化。
光热发电子系统和光伏发电子系统同时工作时，菲涅尔反射镜1和光伏电池板5朝向太阳的数量，通过以光伏光热综合利用发电装置的总发电量最大为优化目的而获得；菲涅尔反射镜1的角度根据太阳辐射强度确定。
在光伏发电子系统中，当蓄电池端电压达到最高值时，自动切断光伏电池板供给蓄电池的电路，当蓄电池端电压达到最低值时，自动切断蓄电池供给负载的电路。
所述的镜场支架4架设在旋转轴6上，并可绕旋转轴6在0度～360度之间旋转，带动菲涅尔反射镜1和光伏电池板5的旋转。
下面给出具体的实施例。
参见图1、图2，一种光伏光热综合利用发电装置，包括线聚焦菲涅尔光热发电子系统和光伏发电子系统，光伏发电子系统中光伏电池板5置于光热发电子系统中菲涅尔反射镜1背面，光伏电池板5与菲涅尔反射镜1共用一个支架，实现光伏光热综合利用。其中，光热发电子系统包括菲涅尔反射镜1、集热管2、复合抛物面聚光器3、镜场支架4、汽轮机做功单元以及其他辅助单元等。光伏发电子系统主要包括光伏电池板5以及汇流箱、控制器和逆变器等附件。如图2所示，光伏电池板5菲涅尔反射镜1共用一个支架，光伏电池板5与菲涅尔反射镜1可同时绕支架4旋转轴6旋转。
当太阳辐射强度大于光热发电子系统设计值时，部分菲涅尔反射镜可以背向太阳，维持集热温度设计值，保持额定光热效率，同时利用太阳能电池板发电，实现光热与光伏的综合利用；当太阳辐射强度较低时，一般小于300-400W/m2，光伏电池板采用跟踪系统全部跟踪太阳，吸收太阳光全辐射，利用光伏发电；当太阳辐射强度在光热发电子系统设计值附近时，主要依靠光热发电，光伏电池板吸收散射光以及遮挡和阴影损失的辐射。
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种光伏光热综合利用发电装置，其特征在于，包括相互耦合的光热发电子系统和光伏发电子系统；所述光热发电子系统包括设置在镜场支架(4)上的菲涅尔反射镜(1)，复合抛物面聚光器(3)接收菲涅尔反射镜(1)反射的太阳光并加热集热管(2)中的介质，集热管(2)通过传热系统与汽轮机做功单元相连接；所述光伏发电子系统包括设置在镜场支架(4)上、位于菲涅尔反射镜(1)背面的光伏电池板(5)，以及与光伏电池板(5)相连接的汇流箱、控制器和逆变器；
根据太阳辐照强度，所述的光热发电子系统和光伏发电子系统同时工作或单独工作；
当太阳辐射强度大于光热发电子系统设计值时，部分菲涅尔反射镜(1)旋转至背向太阳，维持集热管(2)的温度设计值，保持额定光热发电效率；菲涅尔反射镜(1)旋转后暴露在太阳光下的光伏电池板(5)发电，光热发电子系统和光伏发电子系统同时工作；
当太阳辐射强度低于300W/m2时，菲涅尔反射镜(1)旋转并露出光伏电池板(5)，光伏电池板(5)采用跟踪系统跟踪太阳，吸收太阳光全辐射进行光伏发电；
当太阳辐射强度在光热发电子系统设计值时，光热发电子系统发电，同时光伏电池板(5)利用吸收散射光以及遮挡和阴影损失的辐射进行发电。
2.如权利要求1所述的光伏光热综合利用发电装置，其特征在于，还以光伏光热综合利用发电装置的总发电量最大为优化目的，对光热发电子系统和光伏发电子系统的转换的临界太阳辐射强度进行优化。
3.如权利要求1所述的光伏光热综合利用发电装置，其特征在于，光热发电子系统和光伏发电子系统同时工作时，菲涅尔反射镜(1)和光伏电池板(5)朝向太阳的数量，通过以光伏光热综合利用发电装置的总发电量最大为优化目的而获得；菲涅尔反射镜(1)的角度根据太阳辐射强度确定。
4.如权利要求1所述的光伏光热综合利用发电装置，其特征在于，在光伏发电子系统中，当蓄电池端电压达到最高值时，自动切断光伏电池板供给蓄电池的电路，当蓄电池端电压达到最低值时，自动切断蓄电池供给负载的电路。
5.如权利要求1所述的光伏光热综合利用发电装置，其特征在于，所述的镜场支架(4)架设在旋转轴(6)上，并可绕旋转轴(6)在0度～360度之间旋转，带动菲涅尔反射镜(1)和光伏电池板(5)的旋转。
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