CN109945512A - 一种高效的光伏光热集成系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种高效的光伏及热电集成双发电系统，其包括太阳电池光伏组件阵列，其包括多个光伏组件，光伏组件的背面设置有吸热组件，吸热组件通过管道与蒸汽发生器内的加热管道相连，蒸汽发生器内产生的蒸汽通过管道与蒸汽发电机组相连；经过蒸汽发电机组后的热蒸汽经过冷凝器后通过管道回流到蒸汽发生器内；光伏组件和蒸汽发电机组产生电能经过逆变器后直接输至电网。本发明的高效的光伏及热电集成双发电系统，采用平铺在组件背面的吸热芯板吸收组件的热量，可以充分吸收光伏组件产生的热量对蒸汽发生器内的水进行加热产生蒸汽用以发电；同时光伏组件的温度比较平均，可以防止电池过热、热斑，提高发电效率并能延长光伏组件的使用寿命。

Description

一种高效的光伏光热集成系统

技术领域

本发明涉及太阳能光伏技术领域，特别涉及一种基于太阳电池组件的光伏光热集成系统。

背景技术

出于保护环境及可持续发展的目的，绿色可再生能源产业得到了越来越多的重视和快速发展。利用光生伏特效应进行发电的太阳电池技术备受世人关注。由多片太阳电池组合而成的光伏组件被大量使用用于建设各种光伏发电系统，或用于作为建筑物幕墙来建成节能环保型建筑。目前，一般晶硅太阳电池组件的光电转换效率平均约为15%左右，其余80%多的太阳辐射能被电池吸收转化为热能，如果太阳电池组件产生的大量废热不能及时排放，其光电转换效率会严重下降；而且太阳电池组件如果长期在高温环境下工作，也会使得光伏电池迅速老化，降低其使用寿命，从而增加光伏发电系统的成本。在一般情况下，除了比较寒冷的冬季以外，太阳能电池板的表面温度将会达到70～90℃；在高温地区，光伏电池的温度甚至会超过100℃，因此，组件的散热问题是太阳电池发电系统必须克服的问题，否则会对太阳能光伏项目的推广造成一定的影响。

为了解决太阳能光伏组件的发热问题并充分利用太阳能，目前出现了各种各样的光伏光热复合系统，将光伏组件的热量利用背面的集热组件收集对水进行加热，提供热水供工业或用户使用。但是，这种光伏光热系统有非常大的应用局限性，为了充分利用光伏组件的发电能力，往往大型的光伏电站都修建在比较偏远的地区，比如沙漠地带，远离人居和工厂，取水不便而且光伏电站产生的热水不能进行充分利用，因此，这种光伏光热系统只适合设置在人口相对比较密集的小型的离网式光伏电站，不能充分利用光伏电站的发电能力。

太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物镜面或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。相比太阳能光伏发电技术，这种发电装置可以避免昂贵的硅晶光电转换组件，降低发电的成本；而且，这种形式的太阳能利用还有一个相比光伏发电不可比拟的优势，即光热太阳能所烧热的水可以储存在巨大的容器中，在太阳落山后几个小时仍然能够带动汽轮发电。但是，这种专门的太阳能光热发电装置需要较大空间来布局抛物镜面或碟形镜面来收集光热，投入成本较大。

发明内容

针对光伏发电系统中光伏组件的散热需求以及为了充分利用太阳能，本发明的目的是提供一种高效的光伏及热电集成双发电系统，其可以最大程度的吸收光伏组件产生的热量并保证组件的温度均匀性而且可以进行光热发电，光伏发电和光热发电可以同时向电网进行输电，最大限度的利用太阳能。

为达到本发明的目的，本发明的一种高效的光伏及热电集成双发电系统包括太阳电池光伏组件阵列，其包括多个光伏组件，所述光伏组件的背面设置有吸热组件，吸热组件通过管道与蒸汽发生器内的加热管道相连，所述的蒸汽发生器内产生的蒸汽通过管道与蒸汽发电机组相连；经过蒸汽发电机组后的热蒸汽经过冷凝器后通过管道回流到蒸汽发生器内；光伏组件和蒸汽发电机组产生电能经过逆变器后直接输至电网；其中，所述的吸热组件包括与光伏组件的背板贴合的多个吸热芯板，所述的吸热芯板的底部为平板构造，多块平铺在光伏组件的背板上；上部为圆弧形构造，其内部为圆形中空结构，其内设置有铜管，相邻的吸热芯板内的铜管相互连通构成蛇形铜管通道，铜管内为热交换介质；所述的吸收芯板的外侧设有隔热板，吸热芯板以及隔热板的外部设有盖板。

优选的，所述的吸热芯板的材质为铜铝合金。

再优选的，所述的隔热板与吸热芯板的上部圆弧形构造的顶部紧密贴合，在隔热板与吸收芯板之间形成多个密闭的空间。

再优选的，所述的盖板的内侧设置有保温层。

再优选的，所述的保温层的材质为岩棉；所述的隔热板的材质为PC。

再优选的，所述的热交换介质在泵的作用下从进油管进入铜管，在光伏组件背板的吸热组件的作用下加热，加热后的热交换介质通过出油管进入到蒸汽发生器内的加热管道内，最后再回到铜管中。

再优选的，所述的泵为流速可控变量泵。

再优选的，所述的泵与所述的双发电系统的总控制柜通过有线或无线的方式相连，通过总控制柜对热交换介质的流速进行即时的控制调整。

本发明的高效的光伏及热电集成双发电系统，采用平铺在组件背面的吸热芯板吸收组件的热量，对加热芯板内部的铜管内的热交换介质进行加热，如此可以高效的对光伏组件的热量进行吸收并利用其对蒸汽发生器内的水进行加热形成蒸汽进而供给发电机组进行发电；热交换介质的流速可根据工作环境即时调整，光伏组件上电池的温度可以控制在45℃以下，发电平均效率相对提高30%左右；整个组件的温度比较平均，可以防止电池过热、热斑，延长电池板的寿命。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。其中：

图1所示为本发明的高效的光伏及热电集成双发电系统的结构示意图；

图2所示为图1的双发电系统的光伏组件及吸热组件的剖面结构组成示意图。

具体实施方式

结合附图本发明的高效的光伏光热集成系统的结构特点及优点详述如下。

参照图1及图2所示的本发明的高效的光伏及热电集成双发电系统的结构示意图，所述的光伏及热电集成双发电系统包括太阳电池光伏组件阵列100，其包括多个光伏组件10，所述光伏组件10的背面设置有吸热组件，吸热组件通过管道与蒸汽发生器200内的加热管道210相连，所述的蒸汽发生器200内产生的蒸汽通过管道与蒸汽发电机组300相连；经过蒸汽发电机组300后的热蒸汽经过冷凝器320后通过管道回流到蒸汽发生器200内；光伏组件10和蒸汽发电机组300产生电能经过逆变器后直接输至电网。

参照图2所示的本发明的双发电系统的光伏组件和吸热组件的剖面结构示意图，吸热组件设置与光伏组件10的背面，所述的吸热组件包括与光伏组件的背板贴合的多个吸热芯板20，所述的吸热芯板20的底部为平板构造，多块平铺在光伏组件的背板上；上部为圆弧形构造，其内部为圆形中空结构，其内设置有铜管30，相邻的吸热芯板20内的铜管相互连通构成蛇形铜管通道，铜管30内为热交换介质；所述的吸热芯板20的材质优选的选用铜铝合金，既可以保证具有优异的吸热能力，又具有一定的强度，便于工业加工；所述的吸收芯板20的外部设有隔热板40，所述的隔热板40与吸热芯板20的上部圆弧形构造的顶部紧密贴合，以在隔热板40与吸收芯板20之间形成多个密闭的空间34，可以有效抑制空气对流从而减小吸热芯板表面的热损；吸热芯板20以及隔热板30的外部设有盖板50，将吸热芯板20以及隔热板30固定并对其内部的部件进行保护，一方面可以进一步避免热损，利益方面可以避免恶劣天气影响到部件的使用寿命 。在一优选的实施方式中，所述的盖板50的内侧设置有保温层52，所述的保温层可以选用岩棉；；所述的隔热板为PC（聚碳酸酯）材质的隔热板。

在目前的应用中，用在光伏组件背面的集热装置一般都是用U型圆管进行集热，这种U型圆管的热交换方式存在明显的缺陷：圆管与光伏组件背面接触的接触面比较小，热交换效果不是很好，不能充分吸收组件产生的热量；另外，由于U型管的结构特点，会导致组件的温度不均匀，与U型管接触的地方温度低，没有接触的地方温度高，这种温度的不均匀，不仅会影响组件的发电、集热效率，还会形成局部热斑，特别是U型管设置的数量比较少时，电池的温度不均性更大，组件的发电效率更低且严重影响组件的使用寿命。本发明的吸热芯板的底部为薄板状，一方面，可以平铺在光伏组件的背面，避免光伏组件局部高热，保证整个光伏组件的温度的均匀性；另一方面，增大了与光伏组件背板的接触面积，提高热量吸收的效率。

继续参照图1，相邻吸热芯板20中的相互连通的铜管30中的热交换介质，比如为油，在泵120的作用下从进油管进入铜管，在光伏组件背板的吸热组件的作用下加热，加热后的热交换介质通过出油管36进入到蒸汽发生器200内的加热管道210内，对蒸汽发生器200内的水进行加热产生蒸汽，蒸汽通过管道输送到蒸汽发电机组300进行发电，所述的蒸汽发电机组300为现有的蒸汽发电机组，本发明对其型号、规格等不做限定；经过蒸汽发电机组300后的热蒸汽经过冷凝器320后通过管道回流到蒸汽发生器200内进行循环使用。

在一优选的实施方式中，所述的泵120为流速可控变量泵，可以根据气候的不同改变管道中加热油的流速，比如，在天气比较炎热时，如果热交换介质的流速太慢，不利于光伏组件的及时散热；而在天气比较寒冷时，如果热交换介质的流速太快，加热油来不及充分加热升温，又会使集热器中加热的蒸汽达不到使用需求；因此，通过控制管道中的加热油的流速，可以兼顾光伏组件的散热以及蒸汽发电机组300所需的蒸汽要求。

在一更优选的实施方式中，所述的泵120与本发明的双发电系统的总控制柜（未图示）通过有线或无线的方式相连，可以通过总控制柜对热交换介质的流速进行即时的控制调整。

本发明的高效的光伏及热电集成双发电系统，采用平铺在组件背面的吸热芯板吸收组件的热量，对加热芯板内部的铜管内的热交换介质进行加热，如此可以高效的对光伏组件的热量进行吸收并利用其对蒸汽发生器内的水进行加热形成蒸汽进而供给发电机组进行发电；热交换介质的流速可根据工作环境即时调整，光伏组件上电池的温度可以控制在45℃以下，发电平均效率相对提高30%左右；整个组件的温度比较平均，可以防止电池过热、热斑，延长电池板的寿命。

本发明并不局限于所述的实施例，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神即公开范围内，仍可作一些修正或改变，故本发明的权利保护范围以权利要求书限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种高效的光伏及热电集成双发电系统，其特征在于，所述的双发电系统包括太阳电池光伏组件阵列，其包括多个光伏组件，所述光伏组件的背面设置有吸热组件，吸热组件通过管道与蒸汽发生器内的加热管道相连，所述的蒸汽发生器内产生的蒸汽通过管道与蒸汽发电机组相连；经过蒸汽发电机组后的热蒸汽经过冷凝器后通过管道回流到蒸汽发生器内；光伏组件和蒸汽发电机组产生电能经过逆变器后直接输至电网；其中，所述的吸热组件包括与光伏组件的背板贴合的多个吸热芯板，所述的吸热芯板的底部为平板构造，多块平铺在光伏组件的背板上；上部为圆弧形构造，其内部为圆形中空结构，其内设置有铜管，相邻的吸热芯板内的铜管相互连通构成蛇形铜管通道，铜管内为热交换介质；所述的吸收芯板的外侧设有隔热板，吸热芯板以及隔热板的外部设有盖板。

2.如权利要求1所述的一种高效的光伏及热电集成双发电系统，其特征在于，所述的吸热芯板的材质为铜铝合金。

3.如权利要求1或2所述的一种高效的光伏及热电集成双发电系统，其特征在于，所述的隔热板与吸热芯板的上部圆弧形构造的顶部紧密贴合，在隔热板与吸收芯板之间形成多个密闭的空间。

4.如权利要求3所述的一种高效的光伏及热电集成双发电系统，其特征在于，所述的盖板的内侧设置有保温层。

5.如权利要求4所述的一种高效的光伏及热电集成双发电系统，其特征在于，所述的保温层的材质为岩棉；所述的隔热板的材质为PC。

6.如权利要求3所述的一种高效的光伏及热电集成双发电系统，其特征在于，所述的热交换介质在泵的作用下从进油管进入铜管，在光伏组件背板的吸热组件的作用下加热，加热后的热交换介质通过出油管进入到蒸汽发生器内的加热管道内，最后再回到铜管中。

7.如权利要求6所述的一种高效的光伏及热电集成双发电系统，其特征在于，所述的泵为流速可控变量泵。

8.如权利要求7所述的一种高效的光伏及热电集成双发电系统，其特征在于，所述的泵与双发电系统的总控制柜通过有线或无线的方式相连，通过总控制柜对热交换介质的流速进行即时的控制调整。