CN106982028B - 一种槽式分段聚光太阳能光伏光热一体化组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种槽式分段聚光太阳能光伏光热一体化组件，包括两段槽式抛物面聚光器1和2。聚光器采用低倍线聚光方式，上方布有三块平板型晶硅太阳能电池板3、4和5，电池板3与4间用绝热材料6紧密连接，并与电池板5构成一定面积的封闭空间。其内部填充导热材料7，导热材料中央布置有双流道8，流道中以水或乙二醇等为工质。当太阳光垂直入射时，光线经槽式聚光器反射至两侧的电池板3和4上并产生电流，三块电池板所产生的热量被流动的工质带走。其中一个流道为入口流道，工质由该流道流入，另一个流道为出口流道。工质带走的热量可以生产出低温热水以供使用。
Description
技术领域
本发明属于光伏光热的综合利用领域，同时也包含低倍太阳能聚光的技术领域。涉及一种平板型线聚光的槽式抛物面聚光器，也涉及了光伏光热一体化组件的内部传热设计。
背景技术
在太阳能聚光利用系统提供中，聚光器的选择直接影响了整个系统的布置。目前对槽式太阳能聚光器的研究多是基于光热的利用，一些光伏光热联产的装置多使用薄膜电池，薄膜电池造价昂贵。同时由于槽式聚光器的几何聚光比较小，若使用晶硅电池做低倍聚光受电池板本身的遮挡影响较大，因此单纯的抛物槽式太阳能聚光发电系统在进一步提高热效率和降低发电成本方面的难度较大，因此如果解决用于低倍聚光的抛物面槽式聚光器的遮挡问题，将会极大地降低制造成本。
对于光伏电池，当其表面温度升高时，光伏发电效率将降低。据统计，在太阳光热流密度为0.8kW/m2，晶硅电池工作温度每增加1℃，光电转换效率降低0.4-0.5％。因此可以采用的做法是在电池板背面加装散热装置，若对散发出去的废热加以利用，实行光伏光热联产，可以极大地提高整个装置的经济效益。
发明内容
针对上述的缺陷或不足，本发明的目的在于改进槽式抛物面聚光器的聚光光线路径，将其被电池板遮挡的部分去除以节省材料，未被遮挡的部分的光线经抛物面反射后被以一定角度放置的电池板接收，这种设计可以保持落在电池板上的光线具有较高的均匀度。整个装置采用低倍聚光，聚光器包括两段槽式抛物面聚光器1和2。聚光器采用低倍线聚光方式，可以节省电池板的数量，节约成本。其上方布有三块平板型晶硅太阳能电池板3、4和5，相邻电池板以金属框架固定，电池板3与4间用绝热材料6紧密连接，并与电池板5构成一定面积的封闭空间。其内部填充导热材料，导热材料中央布置有双流道8，流道中以水或乙二醇等为工质。当太阳光垂直入射时，一部分光线将垂直射到上方的太阳能电池板5上，另一部分太阳光将射到两侧的槽式抛物面太阳能聚光器1和2上，光线经槽式聚光器反射至两侧的电池板3和4上并产生电流，三块电池板所产生的热量将通过封闭空间中的导热材料传导到中央的流道，被流动的工质带走，起到为电池板散热的作用。其中一个流道为入口流道，工质从入口进入，经过流道时吸收导热材料从电池板传导的热量，可以降低电池板表面温度，提高发电效率，流经一个组件后，可以根据工质温度选择工质流向下一个组件或该组件的出口流道。另一个流道为出口流道，接收从上一个组件的工质或该组件入口流道的工质。双流道布置可以加强换热，以保证电池板温度的均匀性，提高发电效率。若流道中的工质使用水，则由组件生产出的低温热水可以用作生活用水或北方供暖用水；若流道中使用其它工质，则可以使用二次换热装置同样生产出低温热水以供使用。由电池板发出的电可以通过逆变器等装置并网发电。
本发明的有益效果为：
1、改进槽式聚光器的光线反射路径，通过将电池板以一定角度布置，可以保证照射到电池板上太阳光的均匀度，提高发电效率。
2、组件的设计可以降低电池板表面温度，保证较高的发电效率，并产生生活用低温热水。
3、中央流道使用双流道布置，可以提高换热效率，并使电池板表面温度更加均匀，同时提高发电效率。
4、通过使用聚光器的分段布置，将集聚更多的热量，将流道中的工质提高到更高温度，并可以在节省材料的同时稳固支撑结构。
附图说明
附图1为本发明的横截面结构示意图，附图2为本发明的聚光原理示意图。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明附图1为本发明的结构示意图，本发明包括两段槽式抛物面聚光器1和2，其上方布有三块平板型晶硅太阳能电池板3、4和5，与底部的绝热材料6构成封闭空间。其内部含有导热材料，导热材料中央布置有流道，流道中的工质为水。当太阳光垂直入射时，一部分光线将垂直射到组件上方的太阳能电池板5上，另一部分太阳光将射到两侧的槽式抛物面太阳能聚光器1和2上，光线经槽式聚光器反射至联产装置下方两侧的电池板3和4上产生电流，三块电池板所产生的热量将通过联产装置中的导热材料传导到中央的流道，被流动的工质带走，起到为电池板散热的作用。
所述的抛物面1和抛物面2是属于同一个抛物面的不同部位，且左右对称。
所述的抛物面槽式聚光器表面采用全反射镀银表面，以保证较高的反射率。
整个组件需加装自动跟踪系统以保证电池板5所在的平面与太阳光入射方向保持垂直。
所述的电池板3的左侧边缘与其同侧聚光器3的左侧边缘和抛物面焦点O点在同一直线上，右侧边缘与其同侧聚光器1的右侧边缘和抛物面焦点在同一直线上。电池板4的右侧边缘与其同侧聚光器2的右侧边缘和抛物面焦点在同一直线上，左侧边缘与其同侧聚光器2的左侧边缘和抛物面焦点在同一直线上。
电池板3与4的长度和放置角度可以通过计算得到，以保证聚光后光线分布相对较均匀。
所述的组件内部填充了导热材料，中间布置有流动工质的流道，起到为电池板散热和产生热水的作用。
所述的流道布置为一进一出双流道，这样可以使换热更加均匀，其中一个流道为入口流道，工质从入口进入，经过流道时吸收导热材料从电池板传导的热量，可以降低电池板表面温度，提高发电效率，流经一个组件后，可以根据工质温度选择工质流向下一个组件入口流道或该组件的出口流道。另一个流道为出口流道，接收从上一个组件的工质入口流道流出的工质或该组件入口流道流出的工质。
若流道中的工质使用水，则由组件生产出的低温热水可以用作生活用水或北方供暖用水；若流道中使用乙二醇等工质，则可以有效避免北方冬季管道冻裂问题，并利用二次换热装置同样生产出低温热水以供使用。由电池板发出的电可以通过逆变器等装置并网发电。
图2为抛物面槽式聚光器的原理图，所述的电池板3的长度及布置角度的计算过程为：在槽式抛物面聚光器的横切面建立xoy平面直角坐标系，以抛物面截面最底端为原点，切线为x轴，整个槽式抛物面聚光器关于y轴对称。
令抛物线方程为
抛物线开口半角为令A点坐标为
O(0，f)，点C坐标为
则直线OC的方程为
因此A点坐标为
可以得到与f、b的关系：
令∠FAB＝θ，
则
下面求FE的长度。
D点坐标为
直线OD的方程为
将F点纵坐标
代入
则
因此
则
线段
则可求得
化简后可得
整个装置聚光部分的几何聚光比为：
Claims (6)
1.一种槽式分段聚光太阳能光伏光热一体化组件，其特征在于：包含槽式抛物面聚光器以及设于槽式抛物面聚光器上方的集热装置，整个组件左右对称；槽式抛物面聚光器为两段槽式抛物面聚光器，由槽式抛物面聚光器一(1)和槽式抛物面聚光器二(2)组成，集热装置由三段晶硅电池板、绝热材料(6)、导热材料(7)和流道(8)组成，三段晶硅电池板为晶硅电池板一(3)、晶硅电池板二(4)、晶硅电池板三(5)；三段晶硅电池板与绝热材料(6)所包围的内部为导热材料(7)，导热材料(7)中央有流有工质用于散热的流道(8)；
晶硅电池板一(3)与晶硅电池板二(4)通过角度θ放置，保证聚光后光线分布相对较均匀；
在槽式抛物面聚光器的横切面建立xoy平面直角坐标系，以抛物面截面最底端为原点，切线为x轴，整个槽式抛物面聚光器关于y轴对称，则晶硅电池板一(3)与晶硅电池板二(4)的长度AB及布置角度θ的计算公式为：
其中，f为抛物面焦点与x轴的垂直距离；a为晶硅电池板一(3)或晶硅电池板二(4)与y轴的最远垂直距离；b为槽式抛物面聚光器一(1)或槽式抛物面聚光器二(2)与y轴的最远垂直距离。
2.根据权利要求1所述的一种槽式分段聚光太阳能光伏光热一体化组件，其特征在于：槽式抛物面聚光器一(1)和槽式抛物面聚光器二(2)属于同一抛物面的不同部分，其横截面在同一条抛物线上。
3.根据权利要求1所述的一种槽式分段聚光太阳能光伏光热一体化组件，其特征在于：晶硅电池板一(3)的左侧边缘与其同侧槽式抛物面聚光器一(1)的左侧边缘和抛物面焦点在同一直线上，右侧边缘与其同侧槽式抛物面聚光器一(1)的右侧边缘和抛物面焦点在同一直线上，晶硅电池板二(4)的右侧边缘与其同侧槽式抛物面聚光器二(2)的右侧边缘和抛物面焦点在同一直线上，左侧边缘与其同侧槽式抛物面聚光器二(2)的左侧边缘和抛物面焦点在同一直线上。
4.根据权利要求1所述的一种槽式分段聚光太阳能光伏光热一体化组件，其特征在于：晶硅电池板三(5)所在的平面与太阳光入射方向保持垂直关系。
5.根据权利要求1所述的一种槽式分段聚光太阳能光伏光热一体化组件，其特征在于：散热的流道(8)布置方式为双流道布置，以加强换热，其中一个流道为入口流道，工质从入口进入，经过流道时吸收导热材料从电池板传导的热量，可以降低电池板表面温度，提高发电效率，流经一个组件后，可以根据工质温度选择工质流向下一个组件或该组件的出口流道，另一个流道为出口流道，接收从上一个组件的工质或该组件入口流道的工质。
6.根据权利要求5所述的一种槽式分段聚光太阳能光伏光热一体化组件，其特征在于：工质为水或乙二醇，若流道(8)中的工质使用水，则由组件产出的低温热水可以用作生活用水或北方供暖用水；若流道(8)中使用乙二醇，则可以有效避免北方冬季管道冻裂问题，且可通过二次换热装置产出低温热水以供使用。
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