CN108444111A - 一种光热双回收太阳能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光热双回收的太阳能系统，涵盖了复合抛物面聚光光伏和管板式流道结构太阳能电池的利用，属于新能源技术领域。其特征在于以水冷式复合抛物面聚光光伏/光热一体化热/电联供技术为突破口、以系统集成和太阳能综合优化利用为技术手段的系统，采用复合抛物面聚光技术和管板式流道结构的太阳能电池相结合，解决太阳能综合利用过程中存在的光电/光热转换效率比较低的问题，并实现建筑冬季供暖与全年洗浴热水的功能，以及实现太阳能规模化、高效低成本的利用。
Description
技术领域
本发明涉及的光热双回收太阳能系统是一种可实现太阳能规模化、高效低成本利用的一条有效途径，也是解决化石能源短缺以及化石能源消费所带来的严重环境污染问题的可行技术手段，属于新能源技术领域。
背景技术
我国是太阳能大国，近十多年来太阳能热水器的大规模普及，极大地改善了广大居民的生活卫生条件；太阳能热利用技术也由小型化的热水器阶段逐步向“大型系统”阶段挺进，然后走上与建筑结合、工业应用等领域，其应用量将会成几何级数增长。
近年来，受政策引导和市场驱动等因素影响，我国光伏市场快速增长。光伏发电将是优化能源结构、实现绿色可持续发展的重要组成部分。
太阳能光伏发电具有可实现光电直接转化、对太阳能辐射强度要求较低、地区适用性强以及可实现小范围分布式联合供能等优点。但是，太阳能光伏利用目前仍有两个亟待解决的问题：光伏发电成本较高以及光电转化效率相对较低。工业生产的晶体硅太阳电池转化效率较低，相当一部分能量转化为热能，使光伏电池温度升高，导致光电转换效率下降，因此太阳能电池的冷却问题成为进一步提高太阳能光伏发电效率的主要瓶颈之一。
本发明的聚光式光伏/光热一体化热与电联供系统是集光伏发电与太阳能低温热利用为一体的新型系统。本发明可以实现太阳能规模化、高效低成本利用，在光伏发电的同时回收热能，而在热能回收的同时亦降低光伏发电板的温度，从而提高了发电效率。
发明内容
本发明是一种以水冷式复合抛物面聚光光伏/光热一体化热/电联供技术为突破口、以系统集成和太阳能综合优化利用为技术手段的系统，采用复合抛物面聚光技术和管板式流道结构的太阳能电池相结合，解决太阳能综合利用过程中存在的光电/光热转换效率比较低的问题，并实现建筑冬季供暖与全年洗浴热水的功能。
为了实现上述目的，本发明采用的主要研发内容如下：
本系统将复合抛物面聚光技术与管板式流道结构的太阳能电池综合使用，获取和利用太阳能，进行发电、采暖、供热水。其特征在于复合抛物面聚光器要与菲涅尔透镜等光学元件的组合，增大接收阳光的面积，为建筑的发电提供了大量太阳能。将大量太阳能聚集到中间太阳板，使温度升到较高温度，为管板式流道结构的太阳能电池的回收热能创造了良好的换热条件；管板式流道结构的太阳能电池的使用，可实现高效散热及热能回收的作用，以水作为冷却介质进行强制换热，不仅可以有效降低电池组件温度，提高光伏电池的光电转换效率，
而且能够提高冷却水工质温度，加热所得热水是一种理想的供热工质，是建筑采暖/用热的理想热媒。
复合抛物面聚光技术，可提高单位面积光伏电池所接收的入射光照强度，减少给定功率所需的电池面积，用相对便宜的聚光器来部分代替昂贵的太阳能电池，削减太阳能电池的利用量，从而降低本系统的制造成本。
以水冷式复合抛物面聚光光热系统的热水作为建筑采暖及用热系统的入口热媒，通过采用热媒共用技术和蓄热技术等手段，将几个独立的用能子系统（如采暖、热水供应等）进行有机融合和相互关联。其中，单独设置蓄热水箱，使得采暖热媒循环回路的容积大大缩小，可以采用防冻液作为热媒，进行循环，动态的转移热能，可有效解决冬季抗冻问题。在太阳能产能的高峰时间段，将过剩的热量贮藏在蓄热水箱中，在太阳能产能的低谷时间段，蓄热水箱再将热量转移给负载或终端的用户，有效地提高了太阳能的利用率。
本发明采用的水冷式复合抛物面聚光光伏/光热一体化热电联供系统技术方案，一方面能够最大限度地利用大自然中的太阳能资源，提高了发电效率和太阳能利用率，对电池板进行持续的冷却使其发电效率保持稳定；另一方面通过吸收电池散热和太阳辐射中的红外辐射热使得工质水作为低位热源供给用户使用。
附图说明
图1为本发明的复合抛物面聚光器聚光原理图
图中：1、入射光线，2、复合抛物面聚光器，3、电池
图2为本发明的聚光式光伏光热建筑一体化热电冷联供系统技术方案示意图
图中: 1、生活热水增压泵，2、热水系统，3、蓄热水箱，4、排污阀，5、换热泵2，6、蓄热换热器，7、换热泵1，8、辅助热源，9、热媒共用箱，10、供暖泵，11、太阳能循环泵，12、采暖外网，13、自动排气阀，14、CPC-PV/T系统，15、光伏逆变系统，16、配电箱，17、双向电表，18、电网。
具体实施方式
下面结合附图，对发明进行详细的说明。
如图二所示，为本发明的聚光式光伏光热建筑一体化热电冷联供系统，其主体框架包括: 1、生活热水增压泵，2、热水系统，3、蓄热水箱，4、排污阀，5、换热泵2，6、蓄热换热器，7、换热泵1，8、辅助热源，9、热媒共用箱，10、供暖泵，11、太阳能循环泵，12、采暖外网，13、自动排气阀，14、CPC-PV/T系统，15、光伏逆变系统，16、配电箱，17、双向电表，18、电网。
热水系统2通过生活热水增压泵1与蓄热水箱3相连接，蓄热水箱3与换热器2（5）连接，换热器2（5）与蓄热换热器6连接，蓄热换热器6再与热媒共用箱9连接热媒共用箱9，通过太阳能循环泵11与CPC-PV/T系统14连接，同时与辅助热源8、供暖泵10、采暖外网12及换热泵1（7）连接，其中，供暖泵10连接采暖外网12，换热泵1（7）连接蓄热换热器6，蓄热换热器6再连接回蓄热水箱3；蓄热水箱3连接有排污阀4，CPC-PV/T系统14与热媒共用箱9直接连接管段上连接有自动排气阀；CPC-PV/T系统14与光伏逆变系统15连接，光伏逆变系统15与配电箱16连接，配电箱16与双向电表17连接，双向电表17又与电网18连接。
工质冷水为热媒共用箱9提供冷量来吸收CPC-PV/T系统14中产生的热量，经过传热后以热水的形式通过换热器7、6将其储存在蓄热水箱3来为住户提供生活热水及供暖热源: 自来水通过冷水管进入蓄热水箱3与蓄热换热器6进行换热后得到高温水，再返回蓄热水箱3得到生活热水，供给住户。供暖回水通过在热媒共用箱里换热，得到供暖热水，为住户采暖。由电网18通过双向电表17和CPC-PV/T系统14通过光伏逆变系统发电，都连接配电箱，为建筑提供电能，同时作为热媒共用箱9的电加热式辅助热源8。
本发明建立了光伏发电、家庭用电、系统耗电与电网系统的匹配关系，在太阳能光伏发电实现光电直接转化的同时，以CPC-PV/T系统光热部分的终端热水为热媒，将“热媒共用装置”作为CPC-PV/T系统与供热/制冷系统的结合点，使光热利用与对光伏电池的散热保护结合起来，以充分利用电池板自身升温的废热，在保证光伏发电效率的同时也使得总系统的可用㶲大大提高。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (6)
1.一种光热双回收太阳能系统，其特征是：光热双回收太阳能系统由蓄热水箱、换热器、热媒共用箱、光伏逆变系统、配电箱、双向电表、电网、换热器、辅助热源组成；它运行时，太阳能电池板上安装的聚光装置可提高太阳光辐照强度，同时采用水冷方式来冷却电池板以降低温度防止光电转换效率下降，还能产生一定温度的热水，可广泛适用于低层建筑太阳能采暖/供电。
2.根据权利要求1所述的光热双回收太阳能系统，其特征是采用复合抛物面聚光技术，可提高光伏电池所接收的入射光照强度，增大太阳能的利用率，降低PV/T系统的制造成本。
3.根据权利要求1所述的光热双回收太阳能系统，其特征是采用管板式流道结构的太阳能电池高效散热及其热能回收技术，以水作为冷却介质进行强制换热，可降低电池组件温度，提高光伏电池的光电转换效率和冷却水工质温度。
4.根据权利要求1所述的光热双回收太阳能系统，其特征是以CPC-PV/T系统产生的热水作为建筑采暖/制冷等用能系统的入口热媒，通过采用热媒共用技术和蓄热技术等手段，将几个独立的用能子系统（如采暖、制冷、热水供应等）进行有机融合和相互关联。
5.根据权利要求1所述的光热双回收太阳能系统，其特征是采用热媒共用技术，针对太阳能采暖存在的系统抗冻问题，采用热媒共用技术，蓄热水系统和热媒介质系统独立运行，使热媒循环回路的通流量大大减小，以防冻液（如乙二醇）作为热媒进行循环，动态的转移热能，有效地解决冬季抗冻问题。
6.根据权利要求1所述的光热双回收太阳能系统，其特征是蓄热水箱，在太阳能产能的高峰时间段，可将过剩的热量贮藏在其中,在太阳能产能的低谷时间段，蓄热水箱再将热量转移给负载或终端的用户，有效地提高太阳能利用率的同时确保热量和热水供应的连续与稳定。
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