CN111371403A - 喷雾冷却型碟式聚光发电供热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了喷雾冷却型碟式聚光发电供热系统，包括碟式太阳能聚光器、冷却工质循环模块、喷雾冷却箱和光伏组件；冷却工质循环模块包括工质供应管路和工质回流系统，工质供应管路作为支架将喷雾冷却箱和其中的光伏组件支撑在碟式太阳能聚光器上，光伏组件位于碟式太阳能聚光器的焦点处，喷雾冷却箱顶部设有内混式喷嘴，形成喷雾为光伏电池降温，冷却工质混合液通过回流管流入工质回流系统，对冷却工质混合液进行降温、分解后再次输入工质供应段管路，实现冷却工质的循环利用；本系统中使用的碟式聚光器可以根本实际应用情况灵活调整聚光倍数，而且采用水和乙醇作为冷却工质，其配比可调，能循环利用，冷却效果好，经济效益强。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能应用领域，尤其是涉及一种喷雾冷却型碟式聚光发电供热系统。
背景技术
随着经济的快速发展，能源短缺情况与环境污染问题日益严重。太阳能是世界上最丰富、潜力最大，能解决能源危机和环境问题的主要无污染可再生能源之一，已被证明是一种很好的替代能源，并得到了广泛的应用。
光伏发电是目前太阳能转化最普遍、最商业化的技术，光伏发电主要运用光伏电池进行光能与电能的转换，但是光伏电池受环境因素影响很大，当温度升高时，光伏电池输出电压将下降，一般温度每升高1℃，电压值下降约2～3mV。对硅太阳电池多年的研究数据表明，单晶硅电池对温度上升反应十分明显，温度每提高1度，功率输出相对减少0.4％--0.5％，甚至达到0.73％--0.75％，多晶硅电池温度系数在一0.3％左右。相应的太阳电池效率同比下降。夏季情况下，一般太阳电池的输出功率将比标准状况低15％--30％。
因此，为了降低高温对光伏电池聚光转换效率的影响，需要通过一些物理手段对工作中的光伏电池进行持续降温，以此来提高聚光系统的综合效率。在现有技术中，大多采用循环水冷降温的方式对光伏电池降温，例如专利申请号为201120432938.2、专利申请号为201611171379.8中均明确了采用循环水冷方式进行降温，但是包括以上专利申请的现有技术中，均未提及用以进行冷却工质的具体类型及成分，只是笼统的给出了水冷降温的方案。但是在实际操作过程中，因为光伏电池在全天中所受到的光照程度并不恒定也不均匀，因此在不同时段，光伏电池的发热程度不一样，所需降温的强度也不一样，如果仅使用水这种单一成分进行物理降温，显然不能达到光伏电池的降温要求。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提出一种喷雾冷却型碟式聚光发电供热系统，该系统针对光伏组件在高温下转换效率低的问题，提出了运用水和乙醇两种冷却工质进行混合雾化后喷洒在光伏组件上进行降温的方案，水和乙醇可以任意比例混合使用，针对光伏组件不同发热状况可以适应性调整混合比例，灵活性高，不仅提高了聚光系统的综合效率，而且因其可得性高，可以循环利用，具有很强的经济效益。
本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：喷雾冷却型碟式聚光发电供热系统，包括碟式太阳能聚光器、冷却工质循环模块、喷雾冷却箱和光伏组件；所述冷却工质循环模块包括工质供应管路和工质回流系统，其中工质供应管路与喷雾冷却箱连通，并作为支架将光伏组件和喷雾冷却箱支撑在碟式太阳能聚光器上，所述光伏组件位于碟式太阳能聚光器的焦点位置，并置于喷雾冷却箱内，所述喷雾冷却箱内设有两个以上内混式喷嘴；所述工质供应段管路包括乙醇供应管、供水管和回流管，所述每个内混式喷嘴与乙醇供应管和供水管并联连接，内混式喷嘴对着光伏组件喷射冷却工质，使用后的冷却工质通过回流管流入工质回流系统，所述工质回流系统对冷却工质进行降温处理后将其重新分解为水和乙醇并再次输入工质供应段管路，实现冷却工质的循环利用。
进一步的，所述碟式太阳能聚光器包括底座、跟踪控制装置和碟式抛物面反射镜，所述跟踪控制系统安装在底座上方，碟式抛物面反射镜的背面，通过传递控制信号，随时根据太阳光强改变来调整整个系统的方位角和高度角，从而做到实时跟踪太阳方向；所述碟式抛物面反射镜由多个聚光片组成，聚光片采用金属反光材料，能够将入射的太阳光反射聚焦到光伏组件上。
进一步的，所述聚光片为调节式聚光片，通过调节所述调节式聚光片的位置与个数，能够改变碟式抛物面反射镜的反射区域面积，不同的区域面积对应不同的聚光倍数，所述聚光倍数的数值范围为300～1000倍。
进一步的，所述内混式喷嘴至少为一个，所有内混式喷嘴阵列排布在喷雾冷却箱顶部，每个内混式喷嘴同时连接两个管道，分别为乙醇供应管的支管和供水管的支管。
进一步的，所述每个内混式喷嘴沿液流方向分别设有第一液流入口、雾化室和喷口，在内混式喷嘴的侧壁上还设有第二液流入口，所述雾化室设在内混式喷嘴内中部，第一液流入口和第二液流入口分别与雾化室连通，乙醇供应管和供水管分别与两个液流入口连通，二者位置能互换，乙醇和水在雾化室内混合雾化完成后通过喷口将冷却工质喷向光伏组件。
进一步的，所述喷雾冷却箱为一个非密封式的框架结构体，其底部设有一个储液槽，所述光伏组件设在储液槽上方，储液槽侧壁上设有冷却介质出口，冷却介质出口与回流管连接，使用后的冷却工质液滴流入储液槽中，并通过回流管流入工质回流系统中。
进一步的，所述光伏组件包括电池基板、光伏电池、发光二极管和光伏电池翅片，光伏电池翅片连接在电池基板上，光伏电池的数量和光伏电池翅片的数量根据电池的功率或者散热要求进行选择，优选数量不少于2个。
进一步的，所述多个光伏电池采用阵列式排布连接在电池基板上，所述每个光伏电池通过一个发光二极管与另一个光伏电池串联，当其中一个光伏电池出现故障的时候电流可以选择从发光二极管流过，不会影响整个光伏组件的供电效率。
进一步的，在所述工质回流系统中，沿冷却工质的回流方向依次设有冷却工质冷却器和乙醇-水分离器，分别用于对回流的冷却工质进行降温和分解，经分解生成的乙醇和水分别进入对应的储存箱中，储存箱与工质供应管路连接，连接部分设有过滤器，回收至储存箱的乙醇和水经过过滤后再次进入工质供应管路，实现循环利用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、所述的喷雾冷却箱中采用乙醇—水混合物作为冷却工质，喷雾利用乙醇和水在雾化室内混合雾化后，再一起喷射出去，可以使冷却均匀、节约冷却水，并达到高效散热的效果；同时乙醇-水作为冷却工质有助于设备的短期清洁，安全环保，环境成本大大减少。
2、所述乙醇和水能够以任意比例混合，形成不同浓度的乙醇溶液，针对光伏组件在不同光照下的发热程度不同，采用不同浓度的乙醇喷雾进行降温，相比于以水作为冷却工质的方案，本系统降温效果更好，使用更加灵活。
3、光伏组件中增加了多块光伏电池翅片，可以加强电池散热效果，光伏电池之间使用发光二级管串接，避免了因单个光伏电池故障而出现整个光伏组件短路等情况。
4、本发明中的工质供应管路作为支架结构固定在类碟式太阳能聚光装置上方，节省了支架所需材料和所占空间。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明；
图1为本发明的整体系统图；
图2为本发明中的碟式太阳能聚光器；
图3为本发明中的喷嘴结构图；
图4为本发明中的光伏组件工作系统图；
图5是本发明中喷雾喷射光伏组件的单个具体工作图；
图6为本发明中的喷嘴系统图；
图中标记为：乙醇—水分离器1、乙醇储存箱2、水箱3、过滤器4、底座5、冷却工质冷却器6、调节式聚光片7、回流管8、喷雾冷却箱9、乙醇供应管10、光伏电池11、供水管12、聚光片固定装置13、辅助支撑14、乙醇供应管接口15、回流管出口16、水管接口17、跟踪控制装置18、雾化室19、喷口20、乙醇流入口21、水流入口22、发光二极管23、光伏电池翅片24、内混式喷嘴25、冷却工质出口26、光伏电池27、光伏电池基板28、用电设备29、储液槽30。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。以下附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，方向和参照(例如，上、下、左、右、等等)可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。
如图1所示，本发明为喷雾冷却型碟式聚光发电供热系统，包括碟式太阳能聚光器、冷却工质循环模块、喷雾冷却箱和光伏组件；其中太阳能聚光器中的碟式抛物面反射镜能反射聚焦太阳光，所述光伏组件设置在碟式抛物面反射镜的焦点位置，反射的太阳光线聚集于光伏组件处，光伏组件产生光电效应，所述冷却工质循环模块分为工质供应管路和工质回流系统，其中工质供应管路为刚性管路，用于将喷雾冷却箱和光伏组件支撑在碟式抛物面反射镜的焦点位置，同时向喷雾冷却箱供应冷却工质。
如图2所示为本发明中的碟式太阳能聚光器，所述调节式聚光片7是由两片厚度很薄的不锈钢(一般厚度不超过1mm)通过冲压的方式制作成抛物面的形状，借助外界方法使前后两层抛物面之间形成真空的状态，从而使前后两层膜的位置和形状不易发生改变。碟式抛物面反射镜安装在聚光片固定装置13上，通过聚光片固定装置13与下方的支柱和底座5连接，碟式抛物面反射镜会跟踪太阳光，并根据太阳光的的运动而运动，入射太阳光通过调节式聚光片7聚焦于碟式抛物面反射镜的焦点上，聚焦到光伏电池上；喷雾冷却箱和其中的光伏组件由工质供应管路作为支架支撑起，喷雾冷却箱和碟式抛物面反射镜边缘同时设有一组辅助支撑14，能够辅助固定本装置，光伏组件和太阳能聚光系统固定在一块可以将太阳光的到充分的利用，从而提高光伏电池的效率。
如图3所示为本发明中的喷嘴结构图，所述内混式喷嘴25内部设有雾化室19，乙醇供应管10和供水管12分别通过内混式喷嘴25上的乙醇流入口21和水流入口22将乙醇和水输入雾化室19进行混合雾化，雾化完成后通过喷口20将乙醇-水混合液喷向光伏组件，达到高效散热的目的。
如图4所示为本发明中的光伏组件工作系统图，光伏组件是由24块三结砷化镓电池27和12个发光二极管23光伏电池基板28组成，三结砷化镓电池采用4×6的排列方式串并联焊接在一块光伏电池基板28上，并在光伏电池上增加了多块光伏电池翅片24，并且将电能进行引出利用，与用电设备29连接，能够很大程度的提高光电转化率，增强耐热性。所述三结砷化镓电池27是用半导体材料GaAs为原料制成的一种高倍聚光电池，具有耐高温的特性，通过在光伏电池基板28上增加导热性较强的光伏电池翅片24，能够增大换热装置的换热表面积，有效地加强了电池散热的功能。所述每两个三结砷化镓电池27起始端连接一个发光二极管23，当光伏组件中的三结砷化镓电池27某个出现故障的时候电流可以选择从发光二极管23流过，不会影响光伏电池的供电效率。
如图5所示为本发明中喷雾喷射光伏组件的单个具体工作图，所述喷雾冷却箱为一个非密封式的框架结构体，其底部设有一个储液槽30，所述光伏组件设在储液槽30上方，储液槽30侧壁上设有一个连接出液管的冷却介质出口26，当内混式喷嘴25对光伏电池基板28喷射喷雾时，利用后的冷却介质通过光伏电池与喷雾冷却箱之间的间隙流到喷雾冷却箱下方的储液槽30，再通过冷却介质出口26进入回流管8。
如图6所示为本发明的喷嘴系统图，包括24个内混式喷嘴25采用4×6的排列方式串并联连接在乙醇供应管道10和供水管12上，阵列式的内混式喷嘴25在喷雾冷却箱顶部运行，在对光伏电池基板28进行喷射冷却后，冷却工质通过回流管8回到冷却工质供应系统。
所述冷却工质循环模块中的工质供应管路和工质回流系统通过跟踪控制装置18而连通，跟踪控制系统18中贯穿设置有乙醇供应管接口15、回流管出口16和供水管接口17，工质供应管路包括乙醇供应管10、供水管12和回流管8，所述工质回流系统中，回流的冷却工质先经过冷却工质冷却器6进行降温，再经过乙醇-水分离器1进行分解，分解后的乙醇流回乙醇储存箱2中，水流回水箱3中，箱中的乙醇和水经管道上过滤器4过滤后再次进入工质供应管路。
在本系统运行过程中，碟式抛物面反射镜跟踪太阳光的运动而运动，入射太阳光照射到碟式太阳能聚光器的调节式聚光片7上聚焦于碟式抛物面反射镜的焦点上，光伏组件安装于碟式抛物面反射镜的焦点位置，则太阳光聚焦到光伏电池11上，于是太阳能传给光伏电池11并使之产生发电现象，所产生的电能可以供给给用电设备29，进而使用电设备29工作。当太阳光照射到光伏电池11时，由于太阳光的高温会使光伏电池11发热影响其工作效率，采取通过乙醇供应管10与供水管12与喷雾冷却箱顶部方阵排列的内混式喷嘴25连接的方式，对光伏电池基板28喷射乙醇-水混合液喷雾，使光伏电池11得以高效散热。利用后的冷却介质，即乙醇-水混合液通过回流管8经过跟踪控制装置18上的回流管出口16流出回到工质回流系统中，在工质回流系统内，未处理的冷却工质先经过冷却工质冷却器6进行冷却，再经过乙醇-水分离器1进行分解，分解后的乙醇流回乙醇储存箱2中，水流回水箱3中，箱中的乙醇和水经管道上过滤器4过滤后再次进入工质供应管路。
以上所述，仅为本发明较佳的几个实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化和替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (9)
1.喷雾冷却型碟式聚光发电供热系统，其特征在于：包括碟式太阳能聚光器、冷却工质循环模块、喷雾冷却箱和光伏组件；所述冷却工质循环模块包括工质供应管路和工质回流系统，其中工质供应管路与喷雾冷却箱连通，并作为支架将光伏组件和喷雾冷却箱支撑在碟式太阳能聚光器上，所述光伏组件位于碟式太阳能聚光器的焦点位置，并置于喷雾冷却箱内，所述喷雾冷却箱内设有两个以上内混式喷嘴；所述工质供应段管路包括乙醇供应管、供水管和回流管，所述每个内混式喷嘴与乙醇供应管和供水管并联连接，内混式喷嘴对着光伏组件喷射冷却工质，使用后的冷却工质通过回流管流入工质回流系统，所述工质回流系统对冷却工质进行降温处理后将其重新分解为水和乙醇并再次输入工质供应段管路，实现冷却工质的循环利用。
2.根据权利要求1所述的喷雾冷却型碟式聚光发电供热系统，其特征在于：所述碟式太阳能聚光器包括底座、跟踪控制装置和碟式抛物面反射镜，所述跟踪控制系统安装在底座上方，碟式抛物面反射镜的背面，通过传递控制信号，随时根据太阳光强改变来调整整个系统的方位角和高度角，从而做到实时跟踪太阳方向；所述碟式抛物面反射镜由多个聚光片组成，聚光片采用金属反光材料，能够将入射的太阳光反射聚焦到光伏组件上。
3.根据权利要求2所述的喷雾冷却型碟式聚光发电供热系统，其特征在于：所述聚光片为调节式聚光片，通过调节所述调节式聚光片的位置与个数，能够改变碟式抛物面反射镜的反射区域面积。
4.根据权利要求1所述的喷雾冷却型碟式聚光发电供热系统，其特征在于：所述内混式喷嘴数量为一个以上，所有内混式喷嘴阵列排布在喷雾冷却箱顶部，每个内混式喷嘴同时连接两个管道，分别为乙醇供应管的支管和供水管的支管。
5.根据权利要求4所述的喷雾冷却型碟式聚光发电供热系统，其特征在于：所述每个内混式喷嘴沿液流方向分别设有第一液流入口、雾化室和喷口，在内混式喷嘴的侧壁上还设有第二液流入口，所述雾化室设在内混式喷嘴内中部，第一液流入口和第二液流入口分别与雾化室连通，乙醇供应管和供水管分别与两个液流入口连通，二者位置能互换，乙醇和水在雾化室内混合雾化完成后通过喷口将冷却工质喷向光伏组件。
6.根据权利要求1所述的喷雾冷却型碟式聚光发电供热系统，其特征在于：所述喷雾冷却箱为一个非密封式的框架结构体，其底部设有一个储液槽，所述光伏组件设在储液槽上方，储液槽侧壁上设有冷却介质出口，冷却工质出口与回流管连接，使用后的冷却工质液滴流入储液槽中，并通过回流管流入工质回流系统中。
7.根据权利要求1所述的喷雾冷却型碟式聚光发电供热系统，其特征在于：所述光伏组件包括电池基板、光伏电池、发光二极管和光伏电池翅片，光伏电池翅片连接在电池基板上。
8.根据权利要求7所述的喷雾冷却型碟式聚光发电供热系统，其特征在于：所述多个光伏电池采用阵列式排布连接在电池基板上，所述每个光伏电池通过一个发光二极管与另一个光伏电池串联，当其中一个光伏电池出现故障的时候电流可以选择从发光二极管流过，不会影响整个光伏组件的供电效率。
9.根据权利要求1所述的喷雾冷却型碟式聚光发电供热系统，其特征在于：在所述工质回流系统中，沿冷却工质的回流方向依次设有冷却工质冷却器和乙醇-水分离器，分别用于对回流的冷却工质进行降温和分解，经分解生成的乙醇和水分别进入对应的储存箱中，储存箱与工质供应管路连接，连接部分设有过滤器，回收至储存箱的乙醇和水经过过滤后再次进入工质供应管路，实现循环利用。
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| CN202010166262.0A Active CN111371403B (zh) | 2020-03-11 | 2020-03-11 | 喷雾冷却型碟式聚光发电供热系统 |
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|---|---|
| CN (1) | CN111371403B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113250661A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-08-13 | 常州大学 | 菲涅尔聚光注水采油系统 |
| CN113465191A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-10-01 | 江苏大学 | 一种结合电喷雾技术的光伏光热氢电联产装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110055759A (ko) * | 2009-11-20 | 2011-05-26 | 주식회사 바이트론 | 공냉식 태양광 발전기 냉각시스템 |
| CN102957345A (zh) * | 2012-11-12 | 2013-03-06 | 中国科学技术大学 | 高倍聚光光伏发电供热系统 |
| CN106998188A (zh) * | 2017-05-02 | 2017-08-01 | 江苏大学 | 一种基于纳米流体强化传热技术的聚光光伏电池板喷雾冷却装置 |
-
2020
- 2020-03-11 CN CN202010166262.0A patent/CN111371403B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110055759A (ko) * | 2009-11-20 | 2011-05-26 | 주식회사 바이트론 | 공냉식 태양광 발전기 냉각시스템 |
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| CN113465191A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-10-01 | 江苏大学 | 一种结合电喷雾技术的光伏光热氢电联产装置 |
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| Publication number | Publication date |
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| CN111371403B (zh) | 2023-12-12 |
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