CN107947642A - 一种新型热管式聚光光伏光热温差发电一体化系统 - Google Patents
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Abstract
一种新型热管式聚光光伏光热温差发电一体化系统应用于晴朗天气的热电联供，属于太阳能利用技术领域，该系统包括聚光光伏系统、热管、温差发电组件、水冷系统。本系统通过热管将聚光光伏系统产生的剩余热量传递到温差发电组件热端，温差发电组件冷端连接水冷系统，从而将光伏与温差发电结合发电。聚光光伏组件和温差发电组件产生的电通过MPPT逆变器并到用户使用，冷却水吸收温差发电片多余热量温度升高之后储存至热水箱作为生活用水。该系统相比传统聚光光伏系统，热管给光伏电池降温并使其温度分布均匀，同时利用了光伏系统剩余的热量产生了应用范围更广的电能，提高了太阳能综合利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种将热管式CPC复合抛物面聚光光伏系统与温差发电组合到一体，增多电能产量并产生热水用于生活用水，属于太阳能总和利用领域。
背景技术
太阳能作为清洁能源越来越受到广泛的重视，建筑结合的太阳能利用主要形式是太阳能发电与太阳能产热两种，太阳能发电最常见方式是用光伏电池接收太阳光直接发电；太阳能产热是用集热器接收太阳光产生热能来满足用户热水或供暖需求。光伏电池接收太阳光进行发电时只能有效转换太阳光中与电池半导体能隙相近的光能，因材料的限制转换效率通常限制在30%以下。光伏电池未能利用的多余的能量会导致电池板温度的升高，而电池板温度的升高会导致转换效率的降低，温度每升高1℃电效率降低0.5%左右。这些电池板发电的多余热量除了可以用冷却流体收集利用这些收热量，还可以采用温差发电技术直接用于发电。当温差发电组件两端存在温度差时通过seebeck效应直接将热能转换为电能，温差发电没有运动部件、可靠性高，可有效与光伏系统结合。
本发明将热管式聚光光伏系统与温差发电耦合，针对聚光条件下的高温情况，在保证电池板维持高效率和均温性的同时，热能又被温差发电片利用来产生一部分电能后被收集起来供给生活用水，提高了太阳能综合利用效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种晴朗天气下使用的热管式聚光光伏光热温差发电一体化系统，在保证光伏电池均温高效的同时利用多余热量进行温差发电并产生热水用于生活用水，实现对太阳能的高效综合利用，产生电能和热能满足用户两方面需求。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：
一种新型热管式聚光光伏光热温差发电一体化系统应用于晴朗天气的热电联供，主要包括热管式CPC聚光光伏组件、冷水箱、增压泵、调节阀、转子流量计、温差发电及水冷组件、MPPT及输出端口、热电偶、保温热水箱，系统光伏组件和温差发电片用于产生电能供给照明等用途，作为温差发电片冷端冷源的水吸热后升温用于生活用水。
所述热管式CPC聚光PV/T组件包括CPC聚光器、光伏电池组件、平板式热管、保温材料等，其中CPC聚光镜通过金属镜托固定在钢架上，光伏电池与热管之间通过导热硅胶连接，光伏电池板发电后的多余热量被热管热端工质蒸发带走，热量被输送至热管冷端释放给温差发电片用于发电，然后热管中的工质冷凝回到热端进行循环。
所述热管式聚光光伏光热温差发电一体化系统包括冷水箱、增压泵、调节阀、转子流量计等，用于实现给水、水流量监测与调节的目的。
所述温差发电及水冷组件包括温差发电片、水冷块、连接管路，热管冷端与温差发电片热端通过导热硅胶连接作为热源，水冷块与温差发电片之间通过导热硅胶连接作为冷源，冷却水通过水冷块吸热后升温作为生活用水，温差发电片两端存在温差从而发电供给用户使用。
所述MPPT及输出端口包括MPPT控制器、直流转220V交流逆变器、蓄电池、供电输出端口，MPPT作用是时刻保证光伏组件在最大功率点附近输出，维持系统稳定性，直流转220V交流逆变器是将光伏组件产生的直流电转化成可供正常家用的交流电，蓄电池用于储存剩余电能，供电输出端口用于将电输送至各个电器使用。
所述调节阀、热电偶、保温热水箱等，通过将热电偶测得的温度与生活热水要求的温度进行对比，利用负反馈调节的方式产生驱动调节阀工作的电信号，从而控制调节阀开度以此控制给水流量来调节出口水
温，最终实现对保温供热水箱中的水温实现自动控制。
本发明利用热管式聚光光伏光热温差发电一体化系统，系统在晴朗天气下运行时可以保证光伏组件的均温高效，利用剩余热量进行温差发电，并产生足够热水用于生活用水。系统整体尽可能多的产生高品味的电能，并满足用户热、电两方面的需求，提高了太阳能综合利用效率。
本发明的有益效果为：
1、实现了光伏电池使用时的均温高效
2、实现了温度可控的生活热水的供给
3、实现了利用多余热量转化为电能。
附图说明
下面根据附图对本发明作进一步详细说明。
图1是热管式聚光光伏光热温差发电一体化系统结构示意图。
图中各标号列示如下：
1-冷水箱；2-截止阀；3-增压泵；4-调节阀；5-转子流量计；6-CPC聚光器；7-光伏电池组件；8-平板式热管；9-温差发电组件；10-水冷块；11-小功率负载；12-MPPT；13-蓄电池；14-负载；15-热水箱。
具体实施方式
附图非限制性地公开了本发明涉及优选实施例的结构示意图，以下结合具体实施例对上述方案进一步说明。
一种新型微热管式聚光光伏光热与温差发电装置的耦合应用于夏季的热电联供系统，主要包括冷水箱（1）、截止阀（2）、增压泵（3）、调节阀（4）、转子流量计（5）、CPC聚光器（6）、光伏电池组件（7）、平板式热管（8）、温差发电组件（9）、水冷块（10）、小功率负载（11）、MPPT（12）、蓄电池（13）、负载（14）、热水箱（15）。
该装置的工作方式是：光伏电池板接收太阳辐照发电，温度升高，热量通过电池板背板后的热管带走，热管冷端连接温差发电片的热端，温差发电片冷端连接水冷块进行水冷，从而在温差发电片两端形成温差而发电。光伏电池板组件与MPPT相连用于提高光伏电池的效率，光伏发电用于供给日常用电或者储存；温差发电片发出的电能较少，用于给小功率电器供电。冷水箱中的自来水由增压泵泵入水冷块冷却温差发电片，从而带走热管冷端的热量而降低光伏电池的温度使其效率升高，冷却水吸收热量升温后通往热水箱储存，直接或加热后用于生活用热水。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种新型热管式聚光光伏光热温差发电一体化系统应用于晴朗天气的热电联供，主要包括热管式CPC聚光光伏组件（1）、冷水箱（2）、增压泵（3）、调节阀（4）、转子流量计（5）、温差发电及水冷组件（6）、MPPT及输出端口（7）、热电偶（8）、保温热水箱（9），热管式CPC聚光PV/T组件（1）包括CPC聚光器（101）、光伏电池组件（102）、平板式热管（103）、保温材料（104）等，其中CPC聚光镜（101）通过金属镜托固定在钢架上，光伏电池（102）与热管（103）之间通过导热硅胶连接，温差发电及水冷组件（6）包括温差发电片（601）、水冷块（602）、连接管路（603），温差发电片（601）跟水冷块（602）之间通过导热硅胶连接，MPPT及输出端口（7）包括MPPT控制器（701）、直流转220V交流逆变器（702）、蓄电池（703）、供电输出端口（704）。
2.根据权利要求1中所述的热管式CPC聚光光伏组件，其特征在于：聚光器（101）为通过镜托与钢架连接4倍聚光的抛物面型聚光器，光伏电池组件（102）是相比传统组件传热效率高的双玻型组件，板式热管（103）为并列布置的微流道结构。
3.根据权利要求1中所述的温差发电及水冷组件，其特征在于：采用的温差发电片（601）为TEG1-242-1.0-1.2-250，一侧与热管（103）冷端通过导热硅胶连接，一侧与水冷块（602）通过导热硅胶连接，水冷块中通水冷却温差发电片（601）冷端，温差发电片两端存在温差从而发电，发出的电能储存在蓄电池可以供给小型用电设备使用。
4.根据权利要求1中所述的MPPT及用电设备，其特征在于：MPPT控制器（701）主要作用保证光伏组件实时在最大功率点附近输出，维持光伏组件相对稳定的电压、电流，为直流转220V交流逆变器（702）提供良好的运行条件，该装置有效减少了辐照改变引起的功率波动对系统稳定性的影响。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180420 |