CN112177898B - 太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置，包括太阳能光伏电池及冷却装置、介质换热系统、空气近等温系统、太阳能集热装置；空气及压缩空气通过管路在所述空气近等温系统中进行输送和连接，所述太阳能光伏电池及冷却装置、所述空气近等温系统、所述太阳能集热装置通过所述介质换热系统连通，实现热量的转换及输送。本发明提供的太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置及其储能方法，集高效太阳能光伏电池发电与近等温压缩空气储能于一体，最大限度的提高了太阳能光伏电池的能量利用效率。

Description

太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置及方法

技术领域

本发明涉及太阳能光伏电池以及压缩空气储能技术领域，更具体的说是涉及一种提升太阳能光伏电池发电效率以及压缩空气储能效率的装置及方法。

背景技术

大力发展可再生能源，尤其是太阳能光伏电池，是解决全球能源危机和生态环境问题的主要途径。各国大力推进太阳能光伏，装机容量和发电都在增加。截至2019年，中国的太阳能累计装机容量高达2亿千瓦，占全球太阳能装机容量的35％。并且光伏发电量达2243亿千瓦时，但其中弃光电量高达46亿千瓦时，不能高效的利用。因此，要不断提高太阳能光伏电池的能源使用率，解决其间歇性和波动性的缺点。

由于太阳能光伏电池材料固有特性，太阳能光伏电池的光电转化效率局限于15-25％的范围内。同时，太阳能光伏电池的光电转化效率以及峰值功率随温度的升高而降低，致使其光电转换效率以及峰值功率降低。以单体太阳能电池为例，峰值功率随温度升高而降低约0.15％/℃，若其峰值功率最高的工作温度为25℃，但实际工作在温度65℃的环境中，其峰值功率下降约6％。因此，需要对太阳能光伏电池进行降温使其光电转化效率以及峰值功率保持在较高的水平。

压缩空气储能是有效弥补太阳能光伏电池间歇性和波动性缺点的有效途径之一，存储容量大，能够改善电场输出功率的可控性、提高稳定性并且环境友好。但常规的压缩空气储能系统存在能量密度低和储能、释能效率低的问题，一般在50％左右。为提高其能源利用率，一方面，在空气压缩阶段需要将空气压缩产生的热量及时导出，进行散热；另一方面，在压缩空气膨胀的阶段需要将压缩空气膨胀产生的冷量及时消除，进行吸热；上述的冷、热能量的需求，从而限制其在可再生能源方面的大规模应用。

因此，如何提供一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置及其储能方法的是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置及其储能方法，用以提升太阳能光伏电池发电效率以及压缩空气储能效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置，包括太阳能光伏电池及冷却装置、介质换热系统、空气近等温系统、太阳能集热装置；

空气及压缩空气通过管路在所述空气近等温系统中进行输送和连接，所述太阳能光伏电池及冷却装置、所述空气近等温系统、所述太阳能集热装置通过所述介质换热系统连通，实现热量的转换及输送。

优选的，在上述一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置中，所述介质换热系统包括低温换热介质储存装置、低温换热介质输送装置、中温换热介质输送装置、高温换热介质储存装置和高温换热介质输送装置；

所述低温换热介质储存装置输出端通过所述低温换热介质输送装置将低温换热介质输送至所述太阳能光伏电池及冷却装置，所述太阳能光伏电池及冷却装置通过所述中温换热介质输送装置将中温换热介质输送至所述太阳能集热装置，所述太阳能集热装置通过所述高温换热介质输送装置将高温换热介质输送至所述高温换热介质储存装置。

优选的，在上述一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置中，所述空气近等温系统包括气雾混合发生装置，以及通过所述管路依次连通的压缩装置、第一气液分离装置、储气装置、膨胀装置和第二气液分离装置。

优选的，在上述一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置中，所述气雾混合发生装置通过所述低温换热介质输送装置与所述低温换热介质储存装置输出端、所述太阳能光伏电池及冷却装置输入端的交汇处连通；

所述第一气液分离装置通过所述中温换热介质输送装置与所述太阳能光伏电池及冷却装置输出端、所述太阳能集热装置输入端的交汇处连通；

所述膨胀装置通过所述高温换热介质输送装置与所述高温换热介质储存装置的输出端连通；

所述第二气液分离装置通过所述低温换热介质输送装置与所述低温换热介质储存装置的输入端连通。

本发明还公开了一种上述太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置的储能方法，包括太阳能光伏电池降温方法，换热介质的存储、输送、循环方法，以及空气的近等温压缩、近等温储存、近等温膨胀方法。

优选的，在上述一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能方法中，所述太阳能光伏电池降温方法包括：

低温换热介质储存装置通过低温换热介质输送装置将低温换热介质输送至太阳能光伏电池及冷却装置，低温换热介质吸热转变成中温换热介质，太阳能光伏电池及冷却装置温度降低，实现太阳能光伏电池的降温。

优选的，在上述一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能方法中，所述换热介质的存储、输送、循环方法包括：

低温换热介质对太阳能光伏电池及冷却装置中的太阳能光伏电池降温后，吸热转变成中温换热介质，继续通过中温换热介质输送装置输送至太阳能集热装置；

利用太阳能集热装置继续加热，中温换热介质转变成高温换热介质；

换热介质在相应的低温换热介质输送装置、中温换热介质输送装置、高温换热介质输送装置中进行输送，并分别存储在相应的低温换热介质储存装置、高温换热介质储存装置中，进行循环使用。

优选的，在上述一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能方法中，所述空气的近等温压缩方法包括：

所述太阳能光伏电池及冷却装置产生的电能处于电网用电低谷时，将多余的电能储存于压缩空气中，所述压缩装置对所述气雾混合发生装置中输出的空气与低温雾滴的混合物进行近等温压缩，混合液经过第一气液分离装置得到压缩空气和中温换热介质。

优选的，在上述一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能方法中，所述空气的近等温储存方法包括：

压缩空气储存进储气装置中，进行近等温储存。

优选的，在上述一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能方法中，所述空气的近等温膨胀方法包括：

太阳能光伏电池及冷却装置在提供较少甚至不提供电能并处于用电高峰时，通过膨胀装置将存在储气装置中的压缩空气与高温换热介质混合实现近等温膨胀；

压缩空气的内能转化为电能供给电网，高温换热介质降温转换成低温换热介质，经第二气液分离装置回收并存储于低温换热介质储存装置中循环利用。

优选的，在上述一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能方法中，低温换热介质和中温换热介质以液态的形式存在，高温换热介质以高温液态或者相变气态的形式存在。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置及储能方法，本发明通过使用大比热容的低温换热介质吸收太阳能光伏电池的热量，降低太阳能光伏电池的温度，解决了太阳能光伏电池随温度升高致使光电转换效率低的问题；

同时，低温换热介质雾化与空气混合以备吸收空气压缩时产生的热量，达到近等温压缩的目的，将太阳能光伏电池产生的多余电能储存进压缩空气中，对电力供应起到削峰的作用；

产生的中温换热介质经太阳能集热装置转变成高温换热介质储存起来，至用电高峰时，压缩空气通过膨胀装置与高温换热介质混合，高温介质释放热量，压缩空气膨胀吸收热量，达到近等温膨胀的目的，对电力供应起到填谷的作用。

本发明集高效太阳能光伏电池发电与近等温压缩空气储能于一体，实现了冷能、热能互补，峰值功率输出提高至少6％，压缩空气储能效率提高至少15％，最大限度的提高了太阳能光伏电池的能量利用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置及储能方法原理图。

在图中：

1为太阳能光伏电池及冷却装置、2为电能、3为低温换热介质储存装置、4为低温换热介质、5为低温换热介质输送装置、6为中温换热介质、7为中温换热介质输送装置、8为太阳能集热装置、9为高温换热介质、10为高温换热介质输送装置、11为高温换热介质储存装置、12为管路、13为气雾混合发生装置、14为雾滴、15为压缩装置、161为第一气液分离装置、162为第二气液分离装置、17为储气装置。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置及其方法，解决了太阳能光伏电池随温度升高致使光电转换效率低以及压缩空气储能能耗高、效率低的问题，达到削峰填谷，提高可再生能源利用率的作用。本发明通过大比热容的换热介质的循环，应用于降低太阳能光伏电池的温度以及利用低温换热介质和高温换热介质循环实现近等温压缩空气储能，本发明集高效太阳能光伏电池发电与近等温压缩空气储能于一体，最大限度提高太阳能光伏电池的能量利用效率。

一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置，包括太阳能光伏电池及冷却装置1、介质换热系统、空气近等温系统、太阳能集热装置8；

空气及压缩空气通过管路12在空气近等温系统中进行输送和连接，太阳能光伏电池及冷却装置1、空气近等温系统、太阳能集热装置8通过介质换热系统连通，实现热量的转换及输送。

为了进一步优化上述技术方案，介质换热系统包括低温换热介质储存装置3、低温换热介质输送装置5、中温换热介质输送装置7、高温换热介质储存装置11和高温换热介质输送装置10；

低温换热介质储存装置3输出端通过低温换热介质输送装置5将低温换热介质4输送至太阳能光伏电池及冷却装置1，太阳能光伏电池及冷却装置1通过中温换热介质输送装置7将中温换热介质6输送至太阳能集热装置8，太阳能集热装置8通过高温换热介质输送装置10将高温换热介质9输送至高温换热介质储存装置11。

为了进一步优化上述技术方案，空气近等温系统包括气雾混合发生装置13，以及通过管路12依次连通的压缩装置15、第一气液分离装置161、储气装置17、膨胀装置19和第二气液分离装置162。

为了进一步优化上述技术方案，气雾混合发生装置13通过低温换热介质输送装置5与低温换热介质储存装置3输出端、太阳能光伏电池及冷却装置1输入端的交汇处连通；

第一气液分离装置161通过中温换热介质输送装置7与太阳能光伏电池及冷却装置1输出端、太阳能集热装置8输入端的交汇处连通；

膨胀装置19通过高温换热介质输送装置10与高温换热介质储存装置11的输出端连通；

第二气液分离装置162通过低温换热介质输送装置5与低温换热介质储存装置3的输入端连通。

太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能方法以下面的具体实施例进行说明。

由于每天或每季太阳照射强度的不同，太阳能光伏电池的温度不断变化，为使其工作在光电转换效率及峰值功率最高的状态，因此，需要对其进行冷却降温处理。具体方式如下：

将储存在低温换热介质储存装置3中的液态低温换热介质4通过低温换热介质输送装置5对太阳能光伏电池及冷却装置1进行降温。液态的低温换热介质4吸收太阳能光伏电池及冷却装置1的热量后转变成液态的中温换热介质6，太阳能光伏电池及冷却装置1中的太阳能光伏电池对外产生电能2。

太阳能光伏电池及冷却装置1产生的电能2在处于电网用电低谷时，将多余的电能2储存于压缩空气中，通过压缩装置15对空气与低温的雾滴14混合物，进行近等温压缩，混合物经第一气液分离装置161得到压缩空气18和中温换热介质6。压缩空气18通过管路12储存进储气装置17中，进行近等温存储；低温的雾滴来自于低温换热介质储存装置3中的液态低温换热介质4，通过低温换热介质输送装置5经气雾混合发生装置13得到。

将来自于太阳能光伏电池及冷却装置1和压缩装置15的中温换热介质6通过中温换热介质输送装置7经太阳能集热装置8继续加热中温换热介质6转变成高温换热介质9，并以高温液态或相变气态形式存在；高温换热介质9在相应的高温换热介质输送装置10中进行输送，存储在高温换热介质储存装置11中；

在太阳能光伏电池及冷却装置1在提供较少甚至不提供电能2并处于用电高峰时，通过膨胀装置19将存储在储气装置17中的压缩空气18与高温换热介质9混合进而实现近等温膨胀。将压缩空气18的内能转化为电能2，并供给电网；整个过程中，压缩空气膨胀并吸收高温换热介质9释放的热量，实现近等温膨胀。液态或气态的高温换热介质9降温转换成液态的低温换热介质4经第二气液分离装置162回收并存储于低温换热介质储存装置3中循环利用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方案而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置，其特征在于，包括太阳能光伏电池及冷却装置、介质换热系统、空气近等温系统、太阳能集热装置；

空气及压缩空气均通过管路在所述空气近等温系统中进行输送，所述太阳能光伏电池及冷却装置、所述空气近等温系统、所述太阳能集热装置通过所述介质换热系统连通，实现热量的转换及输送；

所述介质换热系统包括低温换热介质储存装置、低温换热介质输送装置、中温换热介质输送装置、高温换热介质储存装置和高温换热介质输送装置；

所述低温换热介质储存装置输出端通过所述低温换热介质输送装置将低温换热介质输送至所述太阳能光伏电池及冷却装置，所述太阳能光伏电池及冷却装置通过所述中温换热介质输送装置将中温换热介质输送至所述太阳能集热装置，所述太阳能集热装置通过所述高温换热介质输送装置将高温换热介质输送至所述高温换热介质储存装置；

所述空气近等温系统包括气雾混合发生装置，以及通过所述管路依次连通的压缩装置、第一气液分离装置、储气装置、膨胀装置和第二气液分离装置；

所述气雾混合发生装置通过所述低温换热介质输送装置与所述低温换热介质储存装置输出端、所述太阳能光伏电池及冷却装置输入端的交汇处连通；

所述第一气液分离装置通过所述中温换热介质输送装置与所述太阳能光伏电池及冷却装置输出端、所述太阳能集热装置输入端的交汇处连通；

所述膨胀装置通过所述高温换热介质输送装置与所述高温换热介质储存装置的输出端连通；

所述第二气液分离装置通过所述低温换热介质输送装置与所述低温换热介质储存装置的输入端连通。

2.一种如权利要求1所述的太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置的储能方法，其特征在于，包括太阳能光伏电池降温方法，换热介质的存储、输送、循环方法，以及空气的近等温压缩、近等温储存、近等温膨胀方法。

3.根据权利要求2所述的一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置的储能方法，其特征在于，所述太阳能光伏电池降温方法包括：

低温换热介质储存装置通过低温换热介质输送装置将低温换热介质输送至太阳能光伏电池及冷却装置，低温换热介质吸热转变成中温换热介质，太阳能光伏电池及冷却装置温度降低，实现太阳能光伏电池的降温。

4.根据权利要求2或3所述的一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置的储能方法，其特征在于，所述换热介质的存储、输送、循环方法包括：

低温换热介质对太阳能光伏电池及冷却装置中的太阳能光伏电池降温后，吸热转变成中温换热介质，继续通过中温换热介质输送装置输送至太阳能集热装置；

利用太阳能集热装置继续加热，中温换热介质转变成高温换热介质；

换热介质在相应的低温换热介质输送装置、中温换热介质输送装置、高温换热介质输送装置中进行输送，并分别存储在相应的低温换热介质储存装置、高温换热介质储存装置中，进行循环使用。

5.根据权利要求2所述的一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置的储能方法，其特征在于，所述空气的近等温压缩方法包括：

所述太阳能光伏电池及冷却装置产生的电能处于电网用电低谷时，将多余的电能储存于压缩空气中，所述压缩装置对所述气雾混合发生装置中输出的空气与低温雾滴的混合物进行近等温压缩，混合物经过第一气液分离装置得到压缩空气和中温换热介质。

6.根据权利要求5所述的一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置的储能方法，其特征在于，所述空气的近等温储存方法包括：

压缩空气储存进储气装置中，进行近等温储存。

7.根据权利要求6所述的一种太阳能光伏电池降温及近等温压缩空气储能装置的储能方法，其特征在于，所述空气的近等温膨胀方法包括：

太阳能光伏电池及冷却装置在提供较少甚至不提供电能并处于用电高峰时，通过膨胀装置将存在储气装置中的压缩空气与高温换热介质混合实现近等温膨胀；

压缩空气的内能转化为电能供给电网，高温换热介质降温转换成低温换热介质，经第二气液分离装置回收并存储于低温换热介质储存装置中循环利用。

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