CN108468623B - 一种热电输出比例可调的太阳能热电联供系统 - Google Patents

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Abstract

一种热电输出比例可调的太阳能热电联供系统，涉及新能源的光伏发电系统。本发明提供的一种热电输出比例可调的太阳能热电联供系统中，采用光谱分频器将太阳光分离并分别射在聚光集热器和光伏电板上，分别用于发热和发电，有效提高了太阳能的利用效率；通过聚光集热器和余热回收装置提供热量，使系统的热量来源更加丰富，减少了太阳能资源的浪费，同时余热回收装置还能降低光伏电板的温度，提高光伏电板的发电效率；通过主控模块对三个开关进行调节，实现了根据用户需求调节热能和电能的输出，同时通过热电的相互转换减少了热量的浪费以及弃光限电现象。

Description

一种热电输出比例可调的太阳能热电联供系统
技术领域
本发明涉及新能源的光伏发电系统，具体涉及一种热电输出比例可调的太阳能热电联供系统。
背景技术
近年来，随着一次能源的不断减少以及越来越严重的环境问题，人们开始不断探索节能环保的新能源。其中，太阳能以其取之不尽用之不竭、且对环境无污染的优点得到了研究者的广泛关注。目前，太阳能主要应用于供电系统，但是光伏电池的发电效率一直较低，大部分能源以热能的形式消耗。因此，如何充分利用太阳能资源，减少太阳能资源的浪费，是目前研究的热点问题。
目前，大多太阳能热电联供系统存在热能和电能不能充分利用的问题，如某些联供系统通过散热器给光伏电池降温以便提高发电效率，但这样浪费了热能，散热器同时也会浪费一部分电能。同时，某些系统还存在弃光限电的问题，导致大量的光伏发电系统停止运作，不仅浪费了太阳能资源还增加了系统的维护成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种热电输出比例可调的太阳能热电联供系统，用户可根据需求调节热能和电能的输出比例，以适应不同的应用环境。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种热电输出比例可调的太阳能热电联供系统，包括光谱分频器1、聚光集热器2、光伏电板3、余热回收装置4、第一开关5、第二开关6、蓄热水箱7、温度传感器8、供热系统9、主控模块10、ORC发电系统11、供电系统12、第三开关13、加热器14；
所述光谱分频器1将太阳光分频后分别照射在聚光集热器2和光伏电板3上；所述聚光集热器2通过第一开关5连接到蓄热水箱7，通过第二开关6连接到ORC发电系统11，ORC发电系统11产生的电能输送至供电系统12；所述光伏电板3产生的电能输送至供电系统12，产生的热能通过余热回收装置4连接到蓄热水箱7；所述供电系统12通过第三开关13连接加热器14实现对蓄热水箱7的加热；所述蓄热水箱7连接供热系统9；
所述主控模块包括分别控制第一开关5、第二开关6和第三开关13的第一开关控制单元、第二开关控制单元和第三开关控制单元，对温度传感器8进行数据采集和处理的数据采集单元和AD转换单元，以及中心控制单元。
进一步地，所述主控模块10用于实现系统的热电调控，主控模块中的数据采集单元对蓄热水箱7的温度进行采集，并经AD转化单元后传输至中心控制单元，中心控制单元中的第一开关控制单元、第二开关控制单元和第三开关控制单元分别控制第一开关5、第二开关6和第三开关13的关断，实现对系统的热电输出比例的调控；具体过程为：
首先，设定水箱初始温度，主控模块中的中心控制单元控制第一开关控制单元，使第一开关闭合，聚光集热器产生的热量通过第一开关5收集到蓄热水箱；然后主控模块中的中心控制单元控制数据采集单元，对蓄热水箱的温度进行采集，并经AD转化单元传输至中心控制单元；当蓄热水箱的温度低于初始设定温度时，中心控制单元控制第三开关控制单元，使第三开关13闭合，通过加热器14对蓄热水箱进行加热；当蓄热水箱的温度高于初始设定温度时，主控模块中的中心控制单元控制第一开关控制单元和第二开关控制单元，使第一开关5断开、第二开关6闭合，将聚光集热器产生的热能经ORC发电系统11转化为电能后输送至供电系统；
当用电设备增加，光伏电板的供电不足时，调低蓄热水箱的初始设定温度；当用热设备增加，供热系统11需要的热量大于聚光集热器和余热回收装置产生的热量时，调高蓄热水箱的初始设定温度。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种热电输出比例可调的太阳能热电联供系统中，采用光谱分频器将太阳光分离并分别射在聚光集热器和光伏电板上，分别用于发热和发电，有效提高了太阳能的利用效率；通过聚光集热器和余热回收装置提供热量，使系统的热量来源更加丰富，减少了太阳能资源的浪费，同时余热回收装置还能降低光伏电板的温度，提高光伏电板的发电效率；通过主控模块对三个开关进行调节，实现了根据用户需求调节热能和电能的输出，同时通过热电的相互转换减少了热量的浪费以及弃光限电现象。
附图说明
图1为本发明提供的一种热电输出比例可调的太阳能热电联供系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种热电输出比例可调的太阳能热电联供系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，详述本发明的技术方案。
如图1所示，为本发明提供的一种热电输出比例可调的太阳能热电联供系统的结构示意图；包括光谱分频器1、聚光集热器2、光伏电板3、余热回收装置4、第一开关5、第二开关6、蓄热水箱7、温度传感器8、供热系统9、主控模块10、ORC发电系统11、供电系统12、第三开关13、加热器14；
所述光谱分频器1将太阳光分频后分别照射在聚光集热器2和光伏电板3上；所述聚光集热器2通过第一开关5连接到蓄热水箱7，通过第二开关6连接到ORC发电系统11，ORC发电系统11产生的电能输送至供电系统12；所述光伏电板3产生的电能输送至供电系统12，产生的热能通过余热回收装置4连接到蓄热水箱7；所述供电系统12通过第三开关13连接加热器14实现对蓄热水箱7的加热；所述蓄热水箱7连接供热系统9，所述温度传感器8用于检测蓄热水箱7的温度；
所述主控模块包括分别控制第一开关5、第二开关6和第三开关13的第一开关控制单元、第二开关控制单元和第三开关控制单元，对温度传感器8进行数据采集和处理的数据采集单元和AD转换单元，以及中心控制单元。
进一步地，所述聚光集热器2和余热回收装置4共同为系统提供热量。其中，聚光集热器为系统的主要热量来源，余热回收装置通过吸收光伏电板3产生的热量并储存在蓄热水箱7中，是系统的另一个热量来源。
进一步地，所述ORC发电系统可利用聚光集热器中加热的介质进行低温发电，传输给供电系统。
进一步地，所述主控模块10用于实现系统的热电调控，主控模块中的数据采集单元通过温度传感器8对蓄热水箱7的温度进行采集，并经AD转化单元后传输至中心控制单元，中心控制单元中的第一开关控制单元、第二开关控制单元和第三开关控制单元分别控制第一开关5、第二开关6和第三开关13的关断，实现对系统的热电输出比例的调控。
实施例
如图2所示，为实施例提供的一种热电输出比例可调的太阳能热电联供系统的结构示意图；该联供系统主要包括发热部分、发电部分、控制部分和光谱分频器。其中，发热部分为聚光集热器收集的热量和光伏电板余热回收的热量，主要包括聚光集热器、余热回收装置、第一开关、第二开关、ORC发电系统、介质循环泵、温度传感器、蓄热水箱、冷水池、第一水泵、第二水泵和供热系统；发电部分主要包括光伏电板、单向直流变换器、直流母线、直流负载、逆变器、交流负载、双向直流变换器、蓄电池、第三开关和加热器；控制部分为主控模块；
所述光谱分频器将不同波长的太阳光进行分频，然后分别照射在聚光集热器和光伏电板上，实现太阳能的发热和发电；
所述聚光集热器与第一开关、蓄热水箱、介质循环泵形成循环回路1，聚光集热器与第二开关、ORC发电系统、介质循环泵形成循环回路2；其中，介质分别通过蓄热水箱和ORC发电系统降温，第一开关为常开开关，第二开关为常闭开关；
所述余热回收装置设置于光伏电板的背面，冷水池中的水通过第一水泵流过余热回收装置以吸收光伏电板的热量，然后再流进蓄热水箱；蓄热水箱中的热水直接输给供热系统，然后冷水池通过第二水泵流入蓄热水箱用以维持蓄热水箱的水位；其中，温度传感器分别检测余热回收装置和蓄热水箱的温度，当余热回收装置的温度过低时关闭第一水泵反之则打开第二水泵，当蓄热水箱的水位过低时，打开第二水泵反之则关闭第二水泵；
所述光伏电板通过单向直流变换器连接到直流母线，直流母线直接连接直流负载；直流母线通过双向直流变换器连接蓄电池，通过逆变器连接交流负载；主控模块中的直流母线控制单元通过控制直流母线，实现光伏电池的MPPT控制、蓄电池的充放电控制，从而维持母线电压的稳定。
进一步地，所述主控模块用于实现系统的热电调控，具体过程为：
首先，用户根据用电用热情况给蓄热水箱设定一初始温度，主控模块中的中心控制单元控制第一开关控制单元，使第一开关闭合，聚光集热器产生的热量通过第一开关收集到蓄热水箱；然后主控模块中的中心控制单元控制数据采集单元，通过温度传感器对蓄热水箱的温度进行采集，并经AD转化单元传输至中心控制单元；当蓄热水箱的温度低于初始设定温度时，中心控制单元控制第三开关控制单元，使第三开关闭合，通过加热器对蓄热水箱进行加热；当蓄热水箱的温度高于初始设定温度时，主控模块中的中心控制单元控制第一开关控制单元和第二开关控制单元，使第一开关断开、第二开关闭合，将聚光集热器产生的热能经ORC发电系统转化为电能传输至直流母线，直流母线电压高于设定电压，就将多余的电能储存到蓄电池中，从而维持整个系统的动态稳定；
当用电设备增加，蓄电池与光伏系统的供电不足时，调低水箱的初始设定温度；当用热设备增加，供热系统要的热量大于聚光集热器和余热回收装置产生的热量时，调高水箱的初始设定温度。
综上所述，本发明提供的一种热电输出比例可调的太阳能热电联供系统中，采用光谱分频器将太阳光分频并分别射在聚光集热器和光伏电板上，用于发热和发电，有效提高了太阳能的利用效率；通过聚光集热器和余热回收装置提供热量，使系统的热量来源更加丰富，减少了太阳能资源的浪费，同时余热回收装置还能降低光伏电板的温度，提高光伏电板的发电效率；通过主控模块对三个开关进行调节，实现了根据用户需求调节热能和电能的输出比例，同时通过热电的相互转换减少了热量的浪费以及弃光限电现象；通过蓄电池、直流变换器和直流母线维持系统电能的稳定输出及存储；通过蓄热水箱实现热能的储存。本发明联供系统的应用十分灵活，可以在蓄热水箱的端口接入制冷系统，实现冷热电三联供，也可以在直流母线处通过连接逆变器接入公共电网，实现系统的并网运行。
这里所述的实例是为了帮助技术人员理解本发明的原理，本发明的保护范围不局限在这样的特殊实例，本领域的技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明的其它各种变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种热电输出比例可调的太阳能热电联供系统，包括光谱分频器(1)、聚光集热器(2)、光伏电板(3)、余热回收装置(4)、第一开关(5)、第二开关(6)、蓄热水箱(7)、温度传感器(8)、供热系统(9)、主控模块(10)、ORC发电系统(11)、供电系统(12)、第三开关(13)、加热器(14)；
所述光谱分频器(1)将太阳光分频后分别照射在聚光集热器(2)和光伏电板(3)上；所述聚光集热器(2)通过第一开关(5)连接到蓄热水箱(7)，通过第二开关(6)连接到ORC发电系统(11)，ORC发电系统(11)产生的电能输送至供电系统(12)；所述光伏电板(3)产生的电能输送至供电系统(12)，产生的热能通过余热回收装置(4)连接到蓄热水箱(7)；所述供电系统(12)通过第三开关(13)连接加热器(14)实现对蓄热水箱(7)的加热；所述蓄热水箱(7)连接供热系统(9)；
所述主控模块包括分别控制第一开关(5)、第二开关(6)和第三开关(13)的第一开关控制单元、第二开关控制单元和第三开关控制单元，对温度传感器(8)进行数据采集和处理的数据采集单元和AD转换单元，以及中心控制单元。
2.根据权利要求1所述的热电输出比例可调的太阳能热电联供系统，其特征在于，所述主控模块(10)用于实现系统的热电调控，主控模块中的数据采集单元对蓄热水箱(7)的温度进行采集，并经AD转化单元后传输至中心控制单元，中心控制单元中的第一开关控制单元、第二开关控制单元和第三开关控制单元分别控制第一开关(5)、第二开关(6)和第三开关(13)的关断，实现对系统的热电输出比例的调控。
3.根据权利要求2所述的热电输出比例可调的太阳能热电联供系统，其特征在于，所述主控模块(10)实现系统的热电调控的具体过程为：
首先，设定水箱初始温度，主控模块中的中心控制单元控制第一开关控制单元，使第一开关闭合，聚光集热器产生的热量通过第一开关(5)收集到蓄热水箱；然后主控模块中的中心控制单元控制数据采集单元，对蓄热水箱的温度进行采集，并经AD转化单元传输至中心控制单元；当蓄热水箱的温度低于初始设定温度时，中心控制单元控制第三开关控制单元，使第三开关(13)闭合，通过加热器(14)对蓄热水箱进行加热；当蓄热水箱的温度高于初始设定温度时，主控模块中的中心控制单元控制第一开关控制单元和第二开关控制单元，使第一开关 (5)断开、第二开关(6)闭合，将聚光集热器产生的热能经ORC发电系统(11)转化为电能后输送至供电系统；
当用电设备增加，光伏电板的供电不足时，调低蓄热水箱的初始设定温度；当用热设备增加，供热系统(9 )需要的热量大于聚光集热器和余热回收装置产生的热量时，调高蓄热水箱的初始设定温度。
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