CN107947686A - 光伏光热协同调控式太阳能综合利用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了光伏光热协同调控式太阳能综合利用装置，包括太阳能集热器、温度检测单元、温度反馈单元、透光光伏电池组件单元、控制单元和驱动单元；太阳能集热器包括聚光镜和集热管；温度检测单元用来检测集热管内的温度信息；温度反馈单元用来接收温度信息，并将温度信息传输给控制单元；透光光伏电池组件单元位于聚光镜的上方；控制单元根据接收的温度信息给驱动单元发送指令；聚光镜遮挡面积指透光光伏电池组件单元对聚光镜的遮挡面积。本发明通过控制透光光伏电池组件单元的移动，来改变透光光伏电池组件单元对聚光镜的遮挡面积，从而改变太阳能集热器所接收的太阳辐射能量，进而改变太阳能集热器的聚光比，达到控制集热管内温度的目的。
Description
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，具体是一种光伏光热协同调控式太阳能综合利用装置。
背景技术
人类所需能量的绝大部分都直接或间接来自太阳，太阳能作为一种清洁、无污染、储量巨大的可再生能源，对其进行有效地开发利用是当下节能减排、可持续发展的重点研究方向。太阳能的转化利用方式主要包括：太阳能光热利用、太阳能光电利用、太阳能光化学利用、太阳能光生物利用等。光热利用是太阳能利用的主要形式，主要包括太阳能热水器、太阳能海水淡化、太阳灶、太阳温室等。太阳能光电利用主要有光伏发电技术，是利用半导体材料的光生电子效应直接把太阳能转变为电能的发电方式。
太阳能光热利用中，太阳能的能流密度较低，采用聚光的方式可将太阳能转化为较高品位的热能加以利用，几倍甚至几百倍地提高太阳能辐照强度。传统的聚光集热方式如槽式、线性菲涅尔等，因为集热器形状基本固定，其聚光比是一个常数，往往不能准确控制集热管的温度，随着日照辐射强度以及气候的变化，集热管内的温度将随之改变，产生较大的温度梯度和热应力，集热管易发生形变，将降低集热器的使用寿命以及经济性，这一局限性将极大阻碍太阳能集热器的发展。
太阳能光伏利用中，目前的光伏电池只能吸收太阳光的部分光谱，很多的能量以热的形式散失没有得到有效利用，光伏发电的效率不高。聚光光伏技术的显著优点是随着聚光比的增加，光电转化效率提高，但严重的散热问题，导致温度上升反而会降低光电转化效率，通常需要将温度控制在200摄氏度以下以获得较好的光电转化效率。光伏电池的厚度减小到微米量级可使其具备透光特性，在保障一定的光伏效率的同时，为光伏光热综合利用提供条件，提高太阳能利用效率。
发明内容
为了解决现有太阳能光热利用中太阳能集热器聚光比不可变以及太阳能光伏利用中太阳能光伏发电效率有限的问题，本发明提供了光伏光热协同调控式太阳能综合利用装置，该装置可实现太阳能光伏和太阳能光热的综合高效利用。
本发明光伏光热协同调控式太阳能综合利用装置，包括太阳能集热器、温度检测单元、温度反馈单元、透光光伏电池组件单元、控制单元和驱动单元；
所述太阳能集热器包括聚光镜和位于所述聚光镜焦线处的集热管；所述温度检测单元用来检测所述集热管内的温度信息；所述温度反馈单元用来接收温度信息，并将温度信息传输给所述控制单元；
所述透光光伏电池组件单元位于所述聚光镜的上方；所述控制单元根据接收的温度信息给所述驱动单元发送指令，具体为：当温度信息高于预设温度时，控制单元给驱动单元发送向增大聚光镜遮挡面积的方向移动的指令；当温度信息低于预设温度时，控制单元给驱动单元发送向减小聚光镜遮挡面积的方向移动的指令；所述驱动单元根据指令驱动所述透光光伏电池组件单元移动；
所述聚光镜遮挡面积指透光光伏电池组件单元对聚光镜的遮挡面积。
本发明通过控制透光光伏电池组件单元的移动，来改变透光光伏电池组件单元对聚光镜的遮挡面积，从而改变太阳能集热器所接收的太阳辐射能量，进而改变太阳能集热器的聚光比，达到控制集热管内温度的目的。
作为优选，为保障透光光伏电池组件单元的平稳移动，本发明还包括导轨，所述透光光伏电池组件单元安装于所述导轨上。
作为一种具体实施方式，本发明还包括用来支撑所述太阳能集热器的支架。
作为一种具体实施方式，所述聚光镜为线性菲涅尔透镜或抛物面聚光镜。
作为优选，所述透光光伏电池组件单元有2个，分别位于所述聚光镜两端的上方；该2个透光光伏电池组件单元在驱动单元的驱动下相对或相背移动。
为确保集热管内温度均匀，一种优选方案为：
所述集热管上均匀分布若干温度检测单元，用来检测集热器内不同段的温度信息；且所述透光光伏电池组件单元由若干子透光光伏电池组成；
所述控制单元根据接收的各段温度信息给所述驱动单元发送指令，具体为:
对温度信息高于预设温度的集热器段，控制单元给驱动单元发送向增大该集热器段所对应聚光镜区域的遮挡面积的方向移动的指令；
对温度信息低于预设温度的集热器段，控制单元给驱动单元发送向减小该集热器段所对应聚光镜区域的遮挡面积的方向移动的指令；
所述驱动单元根据指令驱动相应的子透光光伏电池移动；
所述聚光镜区域的遮挡面积指子透光光伏电池对聚光镜区域的遮挡面积。
所述透光光伏电池组件单元有2个，分别记为第一透光光伏电池组件单元和第二透光光伏电池组件单元，第一透光光伏电池组件单元和第二透光光伏电池组件单元分别位于所述聚光镜两端的上方；第一透光光伏电池组件单元和第二透光光伏电池组件单元中相对的子透光光伏电池在驱动单元的驱动下相对或相背移动。
本优选方案中，通过控制各子透光光伏电池的移动，来改变各子透光光伏电池对聚光镜的遮挡面积，进而改变太阳能集热器的聚光比，通过分段调控使集热管内温度趋于稳定。
为了在集热管内进行化学反应的情况下确保集热管内温度恒定，一种优选方案为：
所述透光光伏电池组件单元由若干子透光光伏电池组成；
所述控制单元给所述驱动单元发送指令，所述指令具体为：沿着集热管的入口至出口的方向，使各子透光光伏电池向对聚光镜的遮挡面积逐渐增大的方向移动；
所述驱动单元根据指令驱动各子透光光伏电池移动。
所述透光光伏电池组件单元有2个，分别记为第一透光光伏电池组件单元和第二透光光伏电池组件单元，第一透光光伏电池组件单元和第二透光光伏电池组件单元分别位于所述聚光镜两端的上方；第一透光光伏电池组件单元和第二透光光伏电池组件单元中相对的子透光光伏电池在驱动单元的驱动下相对或相背移动。
和现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明利用透光光伏电池组件单元进行发电，并且通过移动透光光伏电池组件单元来调控太阳能集热器的聚光比，从而控制集热管内温度趋于一个相对稳定的温度区间。本发明可极大提高太阳能的综合利用效率。
本发明将大大拓展集热系统的应用范围，并减小由温度梯度较大产生的热应力，从而提高太阳能集热器的使用寿命。与此同时，本发明中透光光伏电池组件单元吸收的部分太阳光谱能量，可转化为电能加以利用，从而显著提高太阳能的综合利用效率，促进太阳能高效、稳定的利用。
附图说明
图1为实施例1中太阳能综合利用装置的结构示意图；
图2为实施例2中太阳能综合利用装置的结构示意图；
图3为实施例3中太阳能综合利用装置的结构示意图。
图中，1-透光光伏电池组件单元，110-子透光光伏电池，2-导轨，3-控制单元，4-驱动单元，5-温度反馈单元，6-太阳能集热器，610-集热管，620-抛物面聚光镜，630-线性菲涅尔透镜，7-温度检测单元，8-支架。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例和/或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合3个优选的实施例，并参照附图对本发明进行详细说明。
实施例1
参阅图1，所示光伏光热协同调控式太阳能综合利用装置，包括太阳能集热器6、温度检测单元7、温度反馈单元5、透光光伏电池组件单元1、控制单元3和驱动单元4。本实施例中，采用支架8支撑太阳能集热器6，透光光伏电池组件单元1安装于导轨2上。太阳能集热器6采用广泛使用的槽式太阳能集热器，包括抛物面聚光镜620和位于抛物面聚光镜620焦线处的集热管610。集热管610上均匀分布若干温度检测单元7，用来检测集热管610内不同段的温度信息，并将温度信息传输给温度反馈单元5，温度反馈单元5将接收的温度信息转发给控制单元3。本实施例中，温度反馈单元5为无线通信模块，用来进行温度信息的无线传输。
本实施例中，有2个透光光伏电池组件单元1，分别位于所述抛物面聚光镜620两端的上方；该2个透光光伏电池组件单元1的结构完全相同，且各透光光伏电池组件单元1上均安装有控制单元3和驱动单元4。各透光光伏电池组件单元1均由若干子透光光伏电池110组成。
控制单元3根据接收的温度信息作出相应的指令，通过安装于透光光伏电池组件单元1上的驱动单元4调控各子透光光伏电池110与集热管610的相对位置，以改变抛物面聚光镜620接收到的太阳辐射能量，从而改变太阳能集热器6的聚光比，进而达到控制集热管610内温度的目的。
控制单元3控制集热管内温度的具体实现过程如下：
设定集热管610内温度为T，控制单元3接收到集热管610各段的温度信息。若某段集热管610的温度大于T，则控制单元3作出指令给驱动单元4，驱动单元4控制该段集热管610上方两端的子透光光伏电池110往趋近集热管610的方向移动，减小该段集热管610所对应抛物面聚光镜区域接收的太阳辐射能量，从而降低该段集热管610内的温度，直至该段集热管610内温度回归到T。
反之，若某段集热管610的温度小于T，则控制单元3作出指令给驱动单元4，驱动单元4控制该段集热管610上方两端的子透光光伏电池110往远离集热管610的方向移动，增大该段集热管610所对应抛物面聚光镜区域接收的太阳辐射能量，进而提高该段集热管610内的温度，直至该段集热管610内温度回归到T。
当温度检测单元7检测集热管610各段的温度都不为温度预设值T时，控制单元3通过控制该段集热管610上方两端的子透光光伏电池110相向或相反移动，使各段集热管610内温度回归到T，进而使得集热管610整段的温度都始终保持为T。
本实施例光伏光热协同调控式太阳能综合利用装置将大大拓展集热系统的应用范围，并减小由温度梯度较大产生的热应力，从而提高太阳能集热器的使用寿命。与此同时，透光光伏电池组件单元1吸收的部分太阳光谱能量，可转化为电能加以利用，从而显著提高太阳能的综合利用效率。
实施例2
参阅图2，本实施例和实施例1的结构相同，区别在于控制方法，本实施例的控制方法适用于集热管610内进行化学反应的情况。当集热管610内进行化学反应时，因为原料在集热管610内一直处于被加热的状态，因此，从原料入口至原料出口，集热管610内温度沿程逐渐升高。由于原料和催化剂的使用温度范围有要求，需要维持集热管610内温度恒定且稳定于要求范围内。要维持集热管610内温度恒定，则集热管610沿着从原料入口至原料出口方向的聚光比应逐渐减小，接收到的太阳辐射能量应逐渐减小，则子透光光伏电池110对抛物面聚光镜620的遮挡面积应逐渐增大。
本实施例采用的控制方法为：
控制单元3给驱动单元4发送指令，驱动单元4控制各子透光光伏电池110移动，使得沿着集热管的入口至出口的方向，各子透光光伏电池110对抛物面聚光镜620的遮挡面积逐渐增大，各透光光伏电池组件单元1均呈现出减缩的形态。
实施例3
参阅图3，本实施例中太阳能集热器1采用线性菲涅尔太阳能集热器，包括线性菲涅尔透镜630和位于线性菲涅尔透镜630焦线处的集热管610。本实施例和实施例1的区别在于采用的太阳能集热器不同。本实施例中，两结构相同的透光光伏电池组件单元分别位于线性菲涅尔透镜630两端的上方，集热管610设于线性菲涅尔透镜630下方焦线处。通过调控各子透光光伏电池110和集热管610的位置，以改变线性菲涅尔透镜630接收到的太阳辐射能量，从而改变太阳能集热器6的聚光比，进而达到控制集热管610内温度的目的。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，但应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.光伏光热协同调控式太阳能综合利用装置，其特征是：
包括太阳能集热器、温度检测单元、温度反馈单元、透光光伏电池组件单元、控制单元和驱动单元；
所述太阳能集热器包括聚光镜和位于所述聚光镜焦线处的集热管；所述温度检测单元用来检测所述集热管内的温度信息；所述温度反馈单元用来接收温度信息，并将温度信息转发给所述控制单元；
所述透光光伏电池组件单元位于所述聚光镜的上方；所述控制单元根据接收的温度信息给所述驱动单元发送指令，具体为：当温度信息高于预设温度时，控制单元给驱动单元发送向增大聚光镜遮挡面积的方向移动的指令；当温度信息低于预设温度时，控制单元给驱动单元发送向减小聚光镜遮挡面积的方向移动的指令；所述驱动单元根据指令驱动所述透光光伏电池组件单元移动；
所述聚光镜遮挡面积指透光光伏电池组件单元对聚光镜的遮挡面积。
2.如权利要求1所述的光伏光热协同调控式太阳能综合利用装置，其特征是：
还包括用来保障透光光伏电池组件单元平稳移动的导轨，所述透光光伏电池组件单元安装于所述导轨上。
3.如权利要求1所述的光伏光热协同调控式太阳能综合利用装置，其特征是：
还包括用来支撑所述太阳能集热器的支架。
4.如权利要求1所述的光伏光热协同调控式太阳能综合利用装置，其特征是：
所述聚光镜为线性菲涅尔透镜或抛物面聚光镜。
5.如权利要求1所述的光伏光热协同调控式太阳能综合利用装置，其特征是：
所述透光光伏电池组件单元有2个，分别位于所述聚光镜两端的上方；该2个透光光伏电池组件单元在驱动单元的驱动下相对或相背移动。
6.如权利要求1所述的光伏光热协同调控式太阳能综合利用装置，其特征是：
所述集热管上均匀分布若干温度检测单元，用来检测集热器内不同段的温度信息；且所述透光光伏电池组件单元由若干子透光光伏电池组成；
所述控制单元根据接收的各段温度信息给所述驱动单元发送指令，具体为:
对温度信息高于预设温度的集热器段，控制单元给驱动单元发送向增大该集热器段所对应聚光镜区域的遮挡面积的方向移动的指令；
对温度信息低于预设温度的集热器段，控制单元给驱动单元发送向减小该集热器段所对应聚光镜区域的遮挡面积的方向移动的指令；
所述驱动单元根据指令驱动相应的子透光光伏电池移动；
所述聚光镜区域的遮挡面积指子透光光伏电池对聚光镜区域的遮挡面积。
7.如权利要求1所述的光伏光热协同调控式太阳能综合利用装置，其特征是：
所述透光光伏电池组件单元由若干子透光光伏电池组成；
当所述集热管内进行化学反应时，所述控制单元给所述驱动单元发送指令，所述指令具体为：沿着集热管的入口至出口的方向，使各子透光光伏电池向对聚光镜的遮挡面积逐渐增大的方向移动；
所述驱动单元根据指令驱动各子透光光伏电池移动。
8.如权利要求6或7所述的光伏光热协同调控式太阳能综合利用装置，其特征是：
所述透光光伏电池组件单元有2个，分别记为第一透光光伏电池组件单元和第二透光光伏电池组件单元，第一透光光伏电池组件单元和第二透光光伏电池组件单元分别位于所述聚光镜两端的上方；
第一透光光伏电池组件单元和第二透光光伏电池组件单元中相对的子透光光伏电池在驱动单元的驱动下相对或相背移动。
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| CN107947686B (zh) | 2019-04-09 |
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