CN113945015B - 一种分光反射高倍聚光光伏光热一体化腔式接收器 - Google Patents

一种分光反射高倍聚光光伏光热一体化腔式接收器 Download PDF

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Abstract

本发明一种分光反射高倍聚光光伏光热一体化腔式接收器，包括光热组件和光伏组件；所述光热组件包括高温储热系统和低温储热系统，以及若干换热管束布置形成的反射腔体；所述反射腔体内表面设置紫外可见光反射膜，所述若干换热管束连通形成集热回路；所述集热回路的输入端连接低温储热系统，输出端连接高温储热系统；所述光伏组件设置在反射腔体的聚光焦点处，包括沿光线入射方向依次叠放设置的近红外反射膜、高倍聚光光伏集成接收器和聚光光伏冷却器；所述反射腔体采用抛物线回转反射腔体，所述抛物线回转反射腔体由单流程环形换热管束或双流程环形换热管束缠绕形成。本发明设计合理，结构简单，转化效率高，能有效提高集热量品位。

Description

一种分光反射高倍聚光光伏光热一体化腔式接收器
技术领域
本发明涉及太阳能发电领域，具体为一种分光反射高倍聚光光伏光热一体化腔式接收器。
背景技术
高倍聚光光伏组件理论上可承受1000以上的聚光比，但是受到其材料和结构影响，聚光光伏电池在高温状态下效率下降明显，并且还很容易发生损坏。聚光光伏电池温度的上升主要是由于太阳光线中的近红外以上波段光线热辐射造成的，而这部分热辐射的光电转化效率不高，并不能够被光伏电池有效吸收。因此，常规高倍聚光光伏系统不能充分利用砷化镓电池的聚光比转化能力，而其集热量品味较低，可利用性不强。由于聚光发电和高温集热之间的冲突，因此无法实现对光能的充分利用，导致两个系统的光利用效率低，无法进一步提升。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种分光反射高倍聚光光伏光热一体化腔式接收器，设计合理，结构简单，转化效率高，能有效提高集热量品位。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种分光反射高倍聚光光伏光热一体化腔式接收器，包括光热组件和光伏组件；
所述光热组件包括高温储热系统和低温储热系统，以及若干换热管束布置形成的反射腔体；
所述反射腔体内表面设置紫外可见光反射膜，所述若干换热管束连通形成集热回路；所述集热回路的输入端连接低温储热系统，输出端连接高温储热系统；
所述光伏组件设置在反射腔体的聚光焦点处，包括沿光线入射方向依次叠放设置的近红外反射膜、高倍聚光光伏集成接收器和聚光光伏冷却器。
进一步的，所述反射腔体采用抛物线回转反射腔体，所述抛物线回转反射腔体由单流程环形换热管束或双流程环形换热管束缠绕形成。
进一步的，所述反射腔体采用多面体反射腔体，所述多面体反射腔体由若干回型面板换热管束外切抛物线回转体连通形成。
进一步的，所述紫外可见光反射膜通过绝热支架与相邻的换热管束连接。
进一步的，所述高倍聚光光伏集成接收器采用多结砷化镓高倍聚光光伏电池组成的一体化接收器。
进一步的，所述聚光光伏冷却器通过导热胶与高倍聚光光伏集成接收器贴合设置。
进一步的，所述聚光光伏冷却器采用板式换热器、管束式换热器和打印电路板微通道换热器中的任意一种。
进一步的，所述聚光光伏冷却器内盛装水、空气、导热油和有机工质中的任意一种光伏组件冷却器冷却介质。
进一步的，所述低温储热系统和高温储热系统采用储罐或固体储热系统中的任意一种，储热介质采用热水、熔盐和导热油中的任意一种。
进一步的，所述反射腔体的开口设置有腔式接收器透光密封罩。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过采用集热回路与紫外可见光反射膜构成腔式接收装置腔体外壳，将近红外反射膜、高倍聚光光伏集成接收器和聚光光伏冷却器依次叠放组成的接收器叠片放置在腔体聚光焦点处，通过近红外反射膜和紫外可见光反射膜对光线进行的分离利用，解决了高倍聚光光伏光热一体化系统聚光发电和高温集热之间的冲突，能够同时利用高效发电光谱波段通过高倍聚光光伏集成接收器发电，利用高效集热光谱波段通过集热回路、低温储热系统和高温储热系统集热，将系统整体效率提升，并且提高了接热量品位，可进一步用于发电或高参数热利用，提高了系统整体效率。
进一步，本发明采用的反射腔体为由单流程环形换热管束或双流程环形换热管束缠绕形成的抛物线回转反射腔体，结构简单，设计合理，适用范围广，能有效提高系统集热效率。
进一步，本发明采用的反射腔体为由若干回型面板换热管束外切抛物线回转体连通形成的多面体反射腔体，结构简单，设计合理，适用范围广，能有效提高系统集热效率。
进一步，本发明通过绝热支架将紫外可见光反射膜和集热回路连接，安全可靠，可有效保证近红外反射膜将大部分红外线反射至紫外可见光反射膜和集热回路组成的腔体表面加热集热回路。
进一步，本发明采用多结砷化镓高倍聚光光伏电池组成的一体化接收器作为高倍聚光光伏集成接收器，整体性强，进一步提高了大部分紫外光和可见光可透过近红外反射膜照射到高倍聚光光伏集成接收器上发电的效率。
进一步，本发明通过设置聚光光伏冷却器和光伏组件冷却器冷却介质实现高倍聚光光伏集成接收器的冷却，聚光光伏冷却器和光伏组件冷却器冷却介质采用的种类多样，适用范围广，冷却效果好，有效提高系统的安全可靠性和整体效率。
进一步，本发明采用低温储热系统和高温储热系统实现热量的收集，即利用低温储热系统内的各种储热介质经集热回路加热后进入高温储热系统储存，设计合理，简单高效，有效提高了系统集热效率。
进一步，本发明通过设置腔式接收器透光密封罩实现装置的密封，能提高整个系统的安全性，保证系统的发电和集热效率。
附图说明
图1为实施例中所述系统的结构示意图。
图2为近红外反射膜、高倍聚光光伏集成接收器、聚光光伏冷却器叠放组成的接收器叠片的结构示意图。
图3为集热回路采用单流程环形换热管束组成抛物线腔体的结构示意图。
图4为集热回路采用双流程环形换热管束组成抛物线腔体的结构示意图。
图5为集热回路采用多块回型管束面板组成抛物线腔体的结构示意图。
图中：1-集热回路，2-近红外反射膜，3-高倍聚光光伏集成接收器，4-聚光光伏冷却器，5-光伏组件冷却器冷却介质，6-紫外可见光反射膜，7-腔式接收器透光密封罩，8-高温储热系统，9-低温储热系统。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种分光反射高倍聚光光伏光热一体化腔式接收装置，如图1所示，包括集热回路1、近红外反射膜2、高倍聚光光伏集成接收器3、聚光光伏冷却器4、光伏组件冷却器冷却介5、紫外可见光反射膜6、腔式接收器透光密封罩7、高温储热系统8、低温储热系统9和反射腔体；
所述的高温储热系统8、低温储热系统9、以及若干换热管束布置形成的反射腔体组成光热组件；所述反射腔体内表面设置紫外可见光反射膜6，所述反射腔体采用抛物线回转反射腔体或者多面体反射腔体；所述抛物线回转反射腔体由单流程环形换热管束或双流程环形换热管束缠绕形成，所述多面体反射腔体由若干回型面板换热管束外切抛物线回转体连通形成；所述若干换热管束连通形成集热回路1；如图3、图4、图5所示，所述的集热回路1包含单流程或双流程环形换热管束或者多块回型管束面板，其组成抛物线腔体或者方腔体；如图1所示，所述集热回路1管束入口连接低温储热系统9，管束出口连接高温储热系统8；所述的紫外可见光反射膜6通过绝热支架与集热回路1内表面连接；所述反射腔体外壳的开口通过设置腔式接收器透光密封罩7密封；
如图2所示，所述的近红外反射膜2、高倍聚光光伏集成接收器3、聚光光伏冷却器4组成光伏组件，设置在反射腔体的聚光焦点处；近红外反射膜2、高倍聚光光伏集成接收器3、聚光光伏冷却器4叠放组成接收器叠片；所述接收器叠片设置在反射腔体外壳内部的聚光焦点处，近红外反射膜2一侧面向腔体外壳开口；所述的近红外反射膜2可将大部分红外线反射至紫外可见光反射膜6和集热回路1组成的腔体表面加热集热回路1，大部分紫外光和可见光可透过近红外反射膜2照射到高倍聚光光伏集成接收器3上发电；
其中，所述低温储热系统9和高温储热系统8可以是储罐或固体储热系统；所述低温储热系统9中的集热介质经集热回路1加热后进入高温储热系统8储存，集热介质可以是热水、熔盐或者是导热油；
其中，所述的高倍聚光光伏集成接收器3为多结砷化镓高倍聚光光伏电池组成的一体化接收器；
其中，所述的聚光光伏冷却器4可以是板式换热器、管束式换热器或者打印电路板微通道换热器中的一种，且通过导热胶与高倍聚光光伏集成接收器3贴合；
其中，所述的聚光光伏冷却器4内盛装光伏组件冷却器冷却介质5；所述光伏组件冷却器冷却介质5可以是水、空气、导热油或者有机工质中的一种，其流经聚光光伏冷却器4对高倍聚光光伏集成接收器3进行冷却。
以下以本发明装置中各个结构采用具体的参数，对本发明装置的原理或使用进行具体说明，
如图1所示，本实施例中提供的一种分光反射高倍聚光光伏光热一体化腔式接收装置，其中的集热回路1采用双回路螺旋盘管，材料为20G，管道直径20mm，入口介质为290℃，出口介质温度为390℃；所述近红外反射膜2，截止波长为900nm；所述高倍聚光光伏集成接收器3，容量1MW；所述聚光光伏冷却器4，采用打印电路板换热器；所述光伏组件冷却器冷却介质5，采用水，入口水温25℃，出口水温80℃；所述紫外可见光反射膜6，截止波段为900nm；所述腔式接收器透光密封罩7，采用超白玻璃；所述高温储热系统8和低温储热系统9中的储热介质为熔盐；
假设光线30％进入焦点的接收器叠片，近红外光线经近红外反射膜2反射到反射腔体外壳内壁面，光线70％照射在腔体外壳内壁面的紫外可见光反射膜6，紫外和可见光部分反射到焦点的接收器叠片；近红外反射膜2在小于900nm波段的反射率为20％，大于900nm波段的反射率为80％；紫外可见光反射膜6在小于900nm波段的反射率为80％，大于900nm波段的反射率为20％，设计点DNI为800W/㎡，聚光比为1000，聚光光伏电池效率为37％；
聚光光伏的主要吸收波段为900nm以下波段，因此理论上不影响电池光电转换效率，考虑冷却水不高于80℃，光伏电池始终处于高效率工况工作。本发明综合效率如下：光电转化效率30％以上，光热转换效率60％以上，热介质出口温度390℃，可进行高温热利用或发电。
上述本实施例中的各参数用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种分光反射高倍聚光光伏光热一体化腔式接收器，其特征在于，包括光热组件和光伏组件；
所述光热组件包括高温储热系统(8)和低温储热系统(9)，以及若干换热管束布置形成的反射腔体；
所述反射腔体内表面设置紫外可见光反射膜(6)，所述若干换热管束连通形成集热回路(1)；所述集热回路(1)的输入端连接低温储热系统(9)，输出端连接高温储热系统(8)；
所述光伏组件设置在反射腔体的聚光焦点处，包括沿光线入射方向依次叠放设置的近红外反射膜(2)、高倍聚光光伏集成接收器(3)和聚光光伏冷却器(4)；
所述高倍聚光光伏集成接收器(3)采用多结砷化镓高倍聚光光伏电池组成的一体化接收器；
所述聚光光伏冷却器(4)通过导热胶与高倍聚光光伏集成接收器(3)贴合设置。
2.根据权利要求1所述的一种分光反射高倍聚光光伏光热一体化腔式接收器，其特征在于，所述反射腔体采用抛物线回转反射腔体，所述抛物线回转反射腔体由单流程环形换热管束或双流程环形换热管束缠绕形成。
3.根据权利要求1所述的一种分光反射高倍聚光光伏光热一体化腔式接收器，其特征在于，所述反射腔体采用多面体反射腔体，所述多面体反射腔体由若干回型面板换热管束外切抛物线回转体连通形成。
4.根据权利要求1所述的一种分光反射高倍聚光光伏光热一体化腔式接收器，其特征在于，所述紫外可见光反射膜(6)通过绝热支架与相邻的换热管束连接。
5.根据权利要求1所述的一种分光反射高倍聚光光伏光热一体化腔式接收器，其特征在于，所述聚光光伏冷却器(4)采用板式换热器、管束式换热器和打印电路板微通道换热器中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种分光反射高倍聚光光伏光热一体化腔式接收器，其特征在于，所述聚光光伏冷却器(4)内盛装水、空气、导热油和有机工质中的任意一种光伏组件冷却器冷却介质(5)。
7.根据权利要求1所述的一种分光反射高倍聚光光伏光热一体化腔式接收器，其特征在于，所述低温储热系统(9)和高温储热系统(8)采用储罐或固体储热系统中的任意一种，储热介质采用热水、熔盐和导热油中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的一种分光反射高倍聚光光伏光热一体化腔式接收器，其特征在于，所述反射腔体的开口设置有腔式接收器透光密封罩(7)。
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