CN108344187A - 基于吸收式热泵的聚光-分光型光伏/光热一体化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于吸收式热泵的聚光‑分光型光伏/光热一体化系统。所述的蝶式聚光装置中部装有集热器，蝶式聚光装置上面装有分光板、匀光筒、电池和冷却背板，冷却背板和集热器分别与吸收式热泵相连通，吸收式热泵与一号换热器和三号阀门相连通，三号阀门分别与四号阀门、热用户和二号换热器相连通，一号换热器和二号换热器用管线相连通，连接管线上分别装有一号阀门、低温储热器、高温储热器和五号阀门，吸收式热泵与一号换热器、二号换热器、二号阀门和六号阀门相连通，六号阀门与二号阀门和补充加热器相连通。该系统是通过Libr‑H2O吸收式热泵提高冷却背板余热温度，以供热用户，实现了太阳光全光谱分级高效利用，极大地提高了太阳光的利用率。
Description
技术领域：
本发明涉及到太阳能综合利用及高效光伏技术领域，特别涉及到一种基于吸收式热泵的聚光-分光型光伏/光热一体化系统。
背景技术：
太阳能由于清洁、无污染、普遍存在和储量丰富等优点，已被许多发达国家从补充能源上升到战略替代能源的地位。光伏转换作为最常见的太阳能利用手段之一，其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置为太阳能电池。太阳能电池价格昂贵，而太阳辐射能流密度较低，给其高效利用带来诸多不便。因此在太阳能转换利用中，高效聚光器件非常重要。目前，光电转换装置在最理想的实验条件下效率普遍介于15%~22%之间，实际光伏产品性能有所降低，光电转化效率一般处于10%~15%。同时，光伏电池无法实现全波段太阳辐射利用，无法进行光电转换的太阳辐射将以热的形式释放，造成光伏电池温度升高，转换效率下降，研究表明温度每升高1K，其输出功率降低0.4%~0.5%。
为了保障电池的安全运行并实现太阳能全波谱的利用，聚光-分光型光伏发电系统被提出，即在垂直入射太阳光经聚光光学系统会聚处理之后，利用色散元件将其按照相应要求进行分光处理，最终由不同的光伏器件进行接收，以提高太阳能综合利用效率。基于这一思想，国内外一些研究团队利用多次空间分光实现太阳光的窄谱划分利用，以期获得较高的光伏转换效率。但是，过多分光单元的引入会导致较高的光学损耗，使得实际接收单元的光电转换效率无显著提高，因此为追求较高的转换效率，系统中的分光次数不宜过多。
除分光技术外，针对光伏发电系统的余热利用技术——光伏/光热（PV/T）一体化系统也可大大提升太阳能的综合利用效率。光伏/光热一体化是指将光伏组件与太阳能集热器组合，同时提供电能和热能，以提高太阳能总利用效率。与分离的光伏系统和集热系统相比，太阳能热电联用可以共用部分组件、降低系统成本、减少安装面积、有利于建筑美观及太阳能综合利用效率的提高。目前，针对光伏/光热一体化系统的研究主要集中在现有光伏/光热系统的优化、新型光伏/光热系统开发、光伏/光热系统在实际应用中的性能和可靠性研究。以期在一定程度上优化光伏/光热系统、拓展其应用范围，最终推进其快速走向商业化。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种基于吸收式热泵的聚光-分光型光伏/光热一体化系统。
本发明的设计思想为：为了提高太阳能的综合利用效率，实现太阳能全光谱分级利用，采用了聚光-分光型光伏发电系统，在垂直入射太阳光经聚光光学系统会聚处理之后，利用分光片将高效光伏转换普段的太阳辐射输送至光伏电池，将其余普段的太阳辐射反射至集热装置，获得较高的集热温度。通过第一类吸收式热泵，利用高温的集热太阳能作为驱动，提升电池板冷却热，最终获得大量的中温热源以供热用户。
基于上述特点，提出基于吸收热泵的的聚光-分光型光伏/光热一体化系统。该系统将高效光伏转换普段的太阳辐射输送至光伏电池，将其余普段的太阳辐射集热回收，不仅降低了光伏电池的热负荷，也获得了更高的集热温度。同时，通过吸收式热泵将电池冷却的低温热源和分光后的高温热源收集，生产大量中温热量以供热用户使用。该系统不仅能够降低电池板温度，实现较高的光电转换效率；同时，热能得到有效利用，提高了能源综合利用效率，是一项应用前景良好的太阳能利用技术。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种基于吸收式热泵的聚光-分光型光伏/光热一体化系统，包括：碟式聚光装置、分光板、匀光筒、电池、冷却背板、集热器、蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器、溶液泵、一号换热器、低温储热罐、高温储热罐、热用户、二号换热器和补充加热器，所述系统中的蝶式聚光装置中部装有集热器，蝶式聚光装置的上面装有分光板，分光板上装有匀光筒，匀光筒的上部装有电池，电池的上部装有冷却背板，冷却背板和集热器分别用管线与吸收式热泵相连通，吸收式热泵的吸收器和冷凝器通过外部管线连通，吸收式热泵中的吸收器用管线分别与一号换热器和三号阀门相连通，三号阀门的另一端用管线分别与四号阀门和热用户相连通，四号阀门的另一端与二号换热器相连通，一号换热器和二号换热器的上下两端分别用管线相连通，连接管线上分别装有一号阀门、低温储热器、高温储热器和五号阀门，吸收式热泵中的冷凝器用管线分别与一号换热器、七号阀门相连通，七号阀门的另一端分别与二号换热器、二号阀门和六号阀门相连通，六号阀门的另一端用管线与二号阀门的另一端相连通，连接管线上装有补充加热器，二号阀门的另一端与热用户相连通。
所述的系统中吸收式热泵由蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器和溶液泵组成，蒸发器用管线分别与吸收器和冷凝器相连通，吸收器用管线分别与发生器相连通，吸收器和发生器之间用两根管线相连通，其中一根连通管线上装有溶液泵，发生器用管线与集热器相连通，蒸发器用管线与冷却背板相连通，吸收式热泵的吸收器和冷凝器通过外部管线连通。
按以上方案，所述碟式聚光分光单元中的分光板薄膜层经过设计，可实现对光伏电池敏感波段的增透和其它波段的增反。
按以上方案，所述太阳能提质单元以LiBr-H2O吸收式热泵为核心，利用太阳能集热器来120℃左右高温热源和太阳能电池冷却背板来60℃左右低温热源，形成大量100℃左右中温热源以供热用户使用。
按以上方案，所述供热单元，配有8小时蓄热装置可实现全天24小时供热运行。同时，在太阳能不充足时可以利用补充加热器对热网水进一步加热，保证供热温度，解决了太阳能间歇性且不稳定的特点，系统运行安全性高。
与现有技术相比，本发明积极的效果为：
1、该系统采用了碟式聚光-分光单元中的分光板薄膜层经过设计，可实现对光伏电池敏感波段的增透和其它波段的增反；
2、该系统透过分光板的太阳光中绝大部分属于红外光，可直接被太阳能电池吸收，减少了太阳能电池的热耗散效应，有利于电池的安全稳定运行；
3、 该系统是通过Libr-H2O吸收式热泵提高电池冷却背板余热温度，以供热用户，实现了太阳光全光谱分级高效利用，极大地提高了太阳光综合利用效率；
4、该系统在太阳能不充足时，可以利用补充加热器对热网水进一步加热，保证供热温度，解决了太阳能间歇性且不稳定的特点，系统运行安全性高。
附图说明：
图1、基于吸收式热泵的聚光-分光型光伏/光热一体化系统原理示意图。
图中：1、碟式聚光装置，2、分光板，3匀光筒，4、电池，5、冷却背板，6、集热器，7、蒸发器，8、吸收器，9、发生器，10、冷凝器，11、溶液泵，12、一号换热器，13、一号阀门，14、低温储热罐，15、高温储热罐，16、二号阀门，17、热用户，18、三号阀门，19、四号阀门，20二号换热器，21、五号阀门，22、六号阀门，23、补充加热器，24、七号阀门。
实施方式
下面结合附图和实施例进一步对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
实施例1
参见图1，该系统主要包括碟式聚光分光单元、太阳能提质单元以及供热单元。太阳光经碟式聚光装置1汇聚到分光板2，部分能够进行高效光伏转换的太阳光透光分光板，进入匀光筒3，经过匀光处理后汇聚到电池4表面被电池4吸收用于发电，电池4产生的热量则由冷却背板5中的冷却水带走。在分光板2处，不利于高效光伏转换的太阳光则被反射至集热器6，由来自发生器9的冷却水完成太阳能余热回收。电池4上部的冷却背板5的热量由蒸发器7来的冷却水吸收，吸热后的水进入蒸发器7放热，使得蒸发器7吸热侧的水蒸发，随后进入吸收器8与来自发生器9的LiBr浓溶液混合放热，形成的LiBr稀溶液进入发生器9。在发生器9中由集热器6来的高温水放热，使吸收器8来的LiBr稀溶液受热生成水蒸气和LiBr浓溶液，水蒸气进入冷凝器10，LiBr浓溶液则由溶液泵11输送至吸收器8。进入冷凝器10的水蒸汽放出热量，冷凝为水。
白天太阳能充足时，打开一号阀门13、二号阀门16、三号阀门18和七号阀门24，关闭五号阀门21、六号阀门22和四号阀门19，热网来的冷却水依次进入吸收器8、冷凝器10吸热形成高温水。一部分高温水进入一号换热器12将热量传递给低温储热罐14来的导热油，升温后的导热油进入高温储热罐15，放热后的水则回到吸收式热泵进行循环吸热。另一部分高温水，直接经七号阀门24和二号阀门16进入热用户17进行供热，热网回水经三号阀门18回到吸收式热泵进行循环吸热。
当晚上无太阳光照射时，打开五号阀门21、四号阀门19和二号阀门16，关闭一号阀门13、三号阀门18和六号阀门22，热网水经四号阀门19进入二号换热器20吸收来自高温储热罐15的导热油带来的热量，放热后的导热油回到低温储热罐14，升温后的热网水则经二号阀门16进入热用户17供热。
当储热能量不足或者太阳辐照不强时，打开六号阀门22，关闭二号阀门16，使得来自第一类吸收热泵或者来自二号换热器20的热网水经六号阀门22进入补充加热器23中进行进一步加热，达到供热温度后进入热用户17供热。
实施例2
如图1所示，在基于吸收式热泵的聚光-分光型光伏/光热一体化系统中，其运行情况与实施例1相同，其中太阳光经分光板2实现对光伏电池敏感波段的增透和其它波段的增反，反射的可见光由于不受电池4运行温度的限制，可以达到较高的集热温度120℃左右。
实施例3
如图1所示，在基于吸收式热泵的聚光-分光型光伏/光热一体化系统中，其运行情况与实施例1相同，其中吸收式热泵利用太阳能集热器来的120℃左右高温热源和冷却背板5送来的60℃左右低温热源，形成大量100℃左右中温热源以供热用户17使用，有效的提高了太阳能的综合利用效率。
实施例4
如图1所示，在基于吸收式热泵的聚光-分光型光伏/光热一体化系统中，其运行情况与实施例1相同，该系统中设有储热装置，同时在太阳能不充足时可以利用补充加热器23对热网水进一步加热，保证供热温度，系统运行稳定性高。
本申请首次提出在碟式聚光-分光型太阳能发电系统中采用第一类吸收式热泵进行太阳能综合利用，一方面减少了太阳能电池的热负荷，有利于其长期安全稳定运行；另一方面，通过吸收式热泵提高电池冷却背板余热温度，以供热用户，极大地提高了太阳光的利用率。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有部件组合及步骤，除了互相排斥的特征和/或组合、步骤以外，均可以任何方式组合。本说明书（包括权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
以上所述仅是发明的非限定实施方式，还可以衍生出大量的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思和不作出创造性劳动的前提下，还可以做出若干变形和改进的实施例，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于吸收式热泵的聚光-分光型光伏/光热一体化系统，包括：碟式聚光装置（1）、分光板（2）、匀光筒（3）、电池（4）、冷却背板（5）、集热器（6）、蒸发器（7）、吸收器（8）、发生器（9）、冷凝器（10）、溶液泵（11）、一号换热器（12）、低温储热罐（14）、高温储热罐（15）、热用户（17）、二号换热器（20）和补充加热器（23），其特征在于：所述的系统中的蝶式聚光装置（1）中部装有集热器（6），蝶式聚光装置（1）的上面装有分光板（2），分光板（2）上装有匀光筒（3），匀光筒（3）的上部装有电池（4），电池（4）的上部装有冷却背板（5），冷却背板（5）和集热器（6）分别用管线与吸收式热泵相连通，吸收式热泵的吸收器（8）和冷凝器（10）通过外部管线连通，吸收式热泵中的吸收器（8）用管线分别与一号换热器（12）和三号阀门（18）相连通，三号阀门的另一端用管线分别与四号阀门（19）和热用户（17）相连通，四号阀门（19）的另一端与二号换热器（20）相连通，一号换热器（12）和二号换热器（20）的上下两端分别用管线相连通，连接管线上分别装有一号阀门（13）、低温储热器（14）、高温储热器（15）和五号阀门（21），吸收式热泵中的冷凝器（10）用管线分别与一号换热器（12）、七号阀门（24）相连通，七号阀门（24）的另一端分别与二号换热器（20）、二号阀门（16）和六号阀门（22）相连通，六号阀门（22）的另一端用管线与二号阀门（16）的另一端相连通，连接管线上装有补充加热器（23），二号阀门（16）的另一端与热用户（17）相连通。
2.根据权利要求1所述的基于吸收式热泵的聚光-分光型光伏/光热一体化系统，其特征在于：所述的系统中吸收式热泵由蒸发器（7）、吸收器（8）、发生器（9）、冷凝器（10）和溶液泵（11）组成，蒸发器（7）用管线分别与吸收器（8）和冷凝器（10）相连通，吸收器（8）用管线与发生器（9）相连通，吸收器（8）和发生器（9）之间用两根管线相连通，其中一根连通管线上装有溶液泵（11），发生器（9）用管线与集热器（6）相连通，蒸发器（7）用管线与冷却背板（5）相连通，吸收式热泵的吸收器（8）和冷凝器（10）通过外部管线连通。
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