CN109520152A - 一种双流道布置太阳能聚光分频电热联产装置 - Google Patents
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Abstract
一种双流道布置太阳能聚光分频电热联产装置，其分频流体回路布置在太阳能电池板前方，吸收太阳能电池板无法利用的红外波段太阳辐射能，实现对太阳能分频利用的目的，之后流过热电材料热端进行热电转换，最后流入余热利用系统将余热回收利用。冷却流体回路流经热电材料冷端，对热电材料冷端进行冷却提升热电转换效率并回收余热，之后流经太阳能电池板背面，实现对太阳能电池板的冷却提高光电转换效率并回收余热，最后流入余热利用系统将余热回收利用。本发明通过分频回路对太阳能分频利用，实现太阳能全光谱的高效利用；引入冷却回路，提升系统光电、热电模块转换效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能复合利用技术领域，涉及一种太阳能电热联产利用系统，具体涉及一种双流道布置太阳能聚光分频电热联产装置。
背景技术
随着传统化石能源的枯竭和环境污染的加剧，人类对清洁高效的新能源的需求越来越迫切。太阳能作为一种绿色无污染的清洁能源，取之不尽用之不竭。据计算，太阳每分钟辐射到地球上的能量相当于300亿桶石油所具有的能量。因此，如何高效地开发利用太阳能具有极其重要的意义。
目前太阳能的转换方式主要由光热转换，光电转换，光化学转换等主要方式。除了光热转换方式外，其他的单一的转换方式效率较低。但光热转换所产生的热能品位较低，应用较少。而电能在生活中具有广泛的应用。通过光伏电池发电是太阳能利用中最普遍的一种方式，然而对于特定的半导体材料，只能对特定波段的太阳能进行有效转换，余下的太阳辐射不仅不能被利用，而且会产生废热，导致电池板温度升高，光电转换效率下降，并且降低太阳能电池板使用寿命。传统的光电光热一体化复合利用系统通过在电池板背面布置冷却流体，回收余热的同时提高太阳能电池的效率，但是受限于太阳能电池的工作温度，光热单元回收的只是低品位的热能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够有效提高太阳能总转化效率的双流道布置太阳能聚光分频电热联产装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括太阳能聚光器以及安装在该太阳能聚光器上的太阳能电池板，在太阳能电池板与太阳能聚光器之间的太阳能聚光器焦点位置安装有真空集热管，在太阳能电池板背面安装有冷却管；
所述的真空集热管内流有分频流体，真空集热管的入口端与第一余热利用系统相连，出口端与热电转换模块的热端相连构成循环集热管回路；
所述的冷却管内流有冷却流体，冷却管的入口端与热电转换模块的冷端相连，出口端与第二余热利用系统相连构成循环冷却管回路。
所述的分频流体采用红外吸收效果好且沸点高的导热油Royco 782。
所述的冷却流体为水或水基碳纳米管纳米流体。
所述的太阳能聚光器采用槽式太阳能反射镜聚光器，其焦点为分频流体流过的真空集热管的中心，且太阳能聚光器安装在太阳光跟踪系统上。
所述的冷却管采用铜管通过粘结层固定在太阳能电池板背面。
所述的冷却管循环回路及热端表面包裹有隔热保温材料。
所述的真空集热管回路的入口、冷却管回路的出口分别与第一、第二余热利用系统的换热器相连。
所述的循环集热管回路和循环冷却管回路上自来流方向均依次安装有流量调节阀和循环泵。
所述的真空集热管为由内而外布置的内层玻璃通道、真空层和外层玻璃。
所述的太阳能电池板为硅晶电池板。
本发明通过真空集热管内的分频流体将太阳光中不能光电转换利用的红外太阳辐射能吸收并转化为热能，流入热电转换模块进行热电利用，提高了系统的光电转换效率。此外，系统同时布置了一条冷却流体回路，冷却流体流经热电材料冷端并以较低的温度流过太阳能电池板背面，降低太阳能电池板温度，提升太阳能电池板光电转换效率，并回收余热。双流道布置系统的优势在于可以采用不同的分频和冷却流体，而且通过降低分频流体的流速采用沸点较高的分频流体可以获得更高的出口温度，获得高品位的热能；在冷却流体回路采用较高流速较高热导率的冷却流体，获得更好的冷却效果。同时本发明对光热转换的热能进一步进行了热电及余热的分级利用，有效的提高了系统的电能转换效率和热能利用率。相比传统光电光热一体化复合系统，本系统具有更高的太阳能转换效率，能够产生更高品位的热能。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明局部剖面示意图；
图中：1、冷却管；2、太阳能电池板；3、真空集热管；4、太阳能聚光器；5、热电转换模块；6-1、第一余热利用系统；6-2、第二余热利用系统；7、流量调节阀；8、循环泵。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
参见图1以及图2，本发明包括安装在太阳光跟踪系统上的槽式太阳能反射镜聚光器4以及安装在该槽式太阳能反射镜聚光器4上的硅晶电池板2，在硅晶电池板2与槽式太阳能反射镜聚光器4之间的槽式太阳能反射镜聚光器4焦点位置安装有真空集热管3，真空集热管3为由内而外布置的内层玻璃通道、真空层和外层玻璃，在硅晶电池板2背面通过粘结层固定，固定有铜冷却管1；
所述的真空集热管3内流有分频流体即红外吸收效果好且沸点高的导热油Royco782，真空集热管3的入口端与第一余热利用系统6-1的换热器相连，出口端与热电转换模块5的热端相连构成循环集热管回路；
所述的铜冷却管1内流有冷却流体水，铜冷却管1的入口端与热电转换模块5的冷端相连，出口端与第二余热利用系统6-2的换热器相连构成循环冷却管回路；
在循环集热管回路和循环冷却管回路上自来流方向均依次安装有流量调节阀7和循环泵8。
本发明槽式太阳能反射镜聚光器4的焦点为分频流体流过的真空集热管3的中心，在冷却管循环回路及热端表面包裹有隔热保温材料。
本发明真空集热管布置在槽式太阳能反射聚光器的焦点上，并且设计成单面或双面内凹型通道。当真空集热管内流过分频流体时，由于光的折射作用，真空集热管可以使得汇聚的太阳光再次变为平行光或发散光入射到太阳能电池板表面。这样设计可以提升入射到太阳能电池板表面辐射的均匀性，提高太阳能电池板的光电转换效率。真空集热管内的分频流体可对红外辐射能进行吸收产生热能，并将适合太阳能电池板发电的太阳辐射能进行选择性吸收和透过。
太阳能电池板对透过的太阳辐射进行光电转换，铜冷却管通过导热胶布置粘贴在太阳能电池板外侧表面。铜冷却管内具有通道，通道内流过导热流体-水或水基碳纳米管纳米流体，用于回收太阳能电池板在光电转换过程中产生的废热，降低太阳能电池板的工作温度，提升太阳能电池寿命，提高系统光电转换效率。
本发明基于太阳能高效复合利用的理念，设计一种双流道布置太阳能聚光分频电热联产装置，本装置可对太阳光进行聚光分频利用，分频流体吸收太阳能电池光电转换无法利用的太阳红外光谱，进行光热转换，并将产生的高温热能进行热电及余热利用；剩余波段的太阳辐射能透过光热利用模块并入射到太阳能电池板进行光电利用。冷却流体回路先流入热电材料冷端，再流入布置在太阳能电池板背面的冷却流道，进一步降低太阳能电池板组的温度，提高了太阳能电池的效率及使用寿命，冷却流体在回收太阳能电池板产生的废热之后流入余热利用系统进行余热利用。系统通过双回路布置对太阳能光热转换获得的热能进行分级利用，提高了光热利用模块分频流体的出口温度，设计并引入热电利用系统将系统产生的热能转换为品位更高的电能，同时回收太阳能电池板产生的废能，最后将光热转换的热能和太阳能电池板产生的废热进行余热利用，实现了对投入系统太阳辐射能的高效利用。
Claims (10)
1.一种双流道布置太阳能聚光分频电热联产装置，其特征在于：包括太阳能聚光器(4)以及安装在该太阳能聚光器(4)上的太阳能电池板(2)，在太阳能电池板(2)与太阳能聚光器(4)之间的太阳能聚光器(4)焦点位置安装有真空集热管(3)，在太阳能电池板(2)背面安装有冷却管(1)；
所述的真空集热管(3)内流有分频流体，真空集热管(3)的入口端与第一余热利用系统(6-1)相连，出口端与热电转换模块(5)的热端相连构成循环集热管回路；
所述的冷却管(1)内流有冷却流体，冷却管(1)的入口端与热电转换模块(5)的冷端相连，出口端与第二余热利用系统(6-2)相连构成循环冷却管回路。
2.根据权利要求1所述的双流道布置太阳能聚光分频电热联产装置，其特征在于：所述的分频流体采用红外吸收效果好且沸点高的导热油Royco 782。
3.根据权利要求1所述的双流道布置太阳能聚光分频电热联产装置，其特征在于：所述的冷却流体为水或水基碳纳米管纳米流体。
4.根据权利要求1所述的双流道布置太阳能聚光分频电热联产装置，其特征在于：所述的太阳能聚光器(4)采用槽式太阳能反射镜聚光器，其焦点为分频流体流过的真空集热管(3)的中心，且太阳能聚光器(4)安装在太阳光跟踪系统上。
5.根据权利要求1所述的双流道布置太阳能聚光分频电热联产装置，其特征在于：所述的冷却管(1)采用铜管通过粘结层固定在太阳能电池板(2)背面。
6.根据权利要求1所述的双流道布置太阳能聚光分频电热联产装置，其特征在于：所述的冷却管循环回路及热端表面包裹有隔热保温材料。
7.根据权利要求1所述的双流道布置太阳能聚光分频电热联产装置，其特征在于：所述的真空集热管回路的入口、冷却管回路的出口分别与第一、第二余热利用系统(6-1、6-2)的换热器相连。
8.根据权利要求1所述的双流道布置太阳能聚光分频电热联产装置，其特征在于：所述的循环集热管回路和循环冷却管回路上自来流方向均依次安装有流量调节阀(7)和循环泵(8)。
9.根据权利要求1所述的双流道布置太阳能聚光分频电热联产装置，其特征在于：所述的真空集热管(3)为由内而外布置的内层玻璃通道、真空层和外层玻璃。
10.根据权利要求1所述的双流道布置太阳能聚光分频电热联产装置，其特征在于：所述的太阳能电池板(2)为硅晶电池板。
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