CN114244274A - 一种冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，所述系统包括光伏光热温差发电子系统和吸收式热泵子系统，所述光伏光热温差发电子系统与所述吸收式热泵子系统之间通过循环水路连接。该系统引入了吸收式热泵子系统，用来利用温差发电低温端产生的低品位热能，温差发电低温端冷却水的热量被用来加热吸收式热泵的发生器，驱动制冷剂蒸汽流动到冷凝器中进行放热，获得品位较高的热能，制冷剂液体流经节流装置后在蒸发器中吸热，还可以产生制冷量，解决了温差发热低温端冷却水温度不能满足生活用水需要以及夏季热水需求较少时可能存在热量浪费的问题，提高了整体的能源利用率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能光伏光热一体化领域，具体涉及一种冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统。
背景技术
光伏发电以太阳能光伏电池为主要发电部件，太阳能光伏电池的工作原理基于光生伏特效应，简单来说即物质在受到光照时其内部的电荷分布产生变化并因此产生电动势的效应。由于太阳能光伏板仅对具有一定能量的太阳光具有较高的转化效率，太阳能光伏发电的效率较低，一般在20％-30％，其余能量以热能形式散失。这部分热能会导致太阳能光伏板的温度升高，从而降低光伏发电的效率。因此，出现了能够将这部分热量利用起来的光伏光热一体化装置。
光伏光热一体化装置根据对热量的不同利用方式有多种形式，其中有一种形式是通过温差发电片利用热能发电的光伏光热温差发电装置。这种装置把温差发电片高温段与太阳能光伏板连接，低温端与冷却水路连接，可以实现冷却太阳能光伏板的同时进行温差发电，同时温差发电片的低温端冷却水可以用来供应生活热水。但是，现有技术存在以下问题：由于温差发电的效率与高低温端的温差相关，为了维持这一温差，低温端冷却水的温度通常不高，很难完全满足生活用热水的需要；在夏季时，由于生活用热水需求较少，通过冷却水路产生的热水可能存在浪费。这两个问题导致光伏光热温差发电系统对热量的利用不够充分和有效。
因此，需提供一种能充分和有效的利用热量的发电系统来解决上述问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明目的在于提供一种冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，所述系统包括光伏光热温差发电子系统和吸收式热泵子系统，所述光伏光热温差发电子系统与所述吸收式热泵子系统之间通过循环水路连接。
本发明所提供的冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，还具有这样的特征，所述光伏光热温差发电子系统包括：
太阳能光伏板，用于将太阳能转化为电能和热能；
热管，热管的热端连接太阳能光伏板的背面，用于传递热能；
温差发电片，高温端与所述热管的冷端连接，用于在高温端接收热能后通过高温端和低温端的温差发电；
换热器，与所述温差发电片的低温端连接，换热器内通冷却水用于保证温差发电片两端的温差；
第一蓄热水箱，与所述换热器连接，用于存储经过温差发电片加热后的冷却水；
冷水箱，冷水箱的进水口与所述第一蓄热水箱通过所述循环水路连接，用于存储冷却水。
本发明所提供的冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，还具有这样的特征，所述冷水箱的出水口过第一电磁阀和第一水泵与所述换热器连接，用于给所述换热器提供冷却水。
本发明所提供的冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，还具有这样的特征，所述太阳能光伏板和所述温差发电片所产生的电能均直接输出。
本发明所提供的冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，还具有这样的特征，所述吸收式热泵子系统包括：
发生器，设置在循环水路上，发生器内设有制冷剂-吸收剂二元溶液；
冷凝器，与所述发生器的出口连接，用于将气态制冷剂冷凝成液态制冷剂，冷却水吸收冷凝放热后流入第二蓄热水箱；
蒸发器，与所述第二节流阀出口连接，用于将液态制冷剂蒸发为气态制冷剂，蒸发所需的热量，由蓄冷水箱中的冷却水提供；
吸收器，与所述发生器和所述蒸发器分别连接，发生器中的吸收剂流进吸收器，吸收蒸发器获得的气态制冷剂，获得制冷剂-吸收剂二元溶液。
本发明所提供的冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，还具有这样的特征，所述第二蓄热水箱中的热水可直接供应给用户。
本发明所提供的冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，还具有这样的特征，所述蓄冷水箱中的冷却水可直接用于供冷。
本发明所提供的冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，还具有这样的特征，所述吸收器所获得的制冷剂-吸收剂二元溶液通过发生泵流回发生器中循环使用。
本发明所提供的冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，还具有这样的特征，所述发生器出口与所述吸收器入口之间设有用于降压的第一节流阀。
本发明所提供的冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，还具有这样的特征，所述冷凝器出口与所述蒸发器之间设有第二节流阀。
有益效果：
本发明所提供的冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，引入了吸收式热泵子系统，用来利用温差发电低温端产生的低品位热能，温差发电低温端冷却水的热量被用来加热吸收式热泵的发生器，驱动制冷剂蒸汽流动到冷凝器中进行放热，获得品位较高的热能，制冷剂液体流经节流装置后在蒸发器中吸热，还可以产生制冷量，解决了温差发热低温端冷却水温度不能满足生活用水需要以及夏季热水需求较少时可能存在热量浪费的问题，提高了整体的能源利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统的结构示意图；
其中：1：太阳能光伏板；2：热管；3：温差发电片；4：换热器；5：第一蓄热水器；6：冷水箱；7：第一电磁阀；8：第一水泵；9：第二电磁阀；10：第二水泵；11：发生器；12：第一节流阀；13：吸收器；14：冷凝器；15：第二节流阀；16：蒸发器；17：发生泵；18：第二蓄热水箱；19：第三水泵；20：第三电磁阀；21：第四水泵；22：蓄冷水箱；23：第四电磁阀；24：第五水泵。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明所提供的耦合系统作具体阐述。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
如图1所示，提供了一种冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，所述系统包括光伏光热温差发电子系统和吸收式热泵子系统，所述光伏光热温差发电子系统与所述吸收式热泵子系统之间通过循环水路连接。其中，循环水路上设有第二电磁阀9和第二水泵10。
在部分实施例中，所述光伏光热温差发电子系统包括：
太阳能光伏板1，用于将太阳能转化为电能和热能；
热管2，热管2的热端连接太阳能光伏板1的背面，用于传递热能；
温差发电片3，高温端与所述热管2的冷端连接，用于在高温端接收热能后通过高温端和低温端的温差发电；
换热器4，与所述温差发电片3的低温端连接，换热器4内通冷却水用于保证温差发电片3两端的温差；
第一蓄热水箱5，与所述换热器4连接，用于存储经过温差发电片3加热后的冷却水；
冷水箱6，冷水箱6的进水口与所述第一蓄热水箱5通过所述循环水路连接，用于存储冷却水。
在部分实施例中，所述冷水箱6的出水口通过第一电磁阀7和第一水泵8与所述换热器4连接，用于给所述换热器4提供冷却水。
在部分实施例中，所述太阳能光伏板1和所述温差发电片3所产生的电能均直接输出。
在部分实施例中，所述吸收式热泵子系统包括：
发生器11，设置在循环水路上，发生器11内设有制冷剂-吸收剂二元溶液；冷凝器14，与所述发生器11的出口连接，用于将气态制冷剂冷凝成液态制冷剂，冷却水吸收冷凝放热后流入第二蓄热水箱18；第二蓄热水箱18通过第三水泵19、第三电磁阀20、第四水泵21的冷却水路与吸收器13和冷凝器14连接，冷却水经两次加热后储存在第二蓄热水箱18中，在有供热需求时输出供热。
蒸发器16，与所述第二节流阀15出口连接，用于将液态制冷剂蒸发为气态制冷剂，蒸发所需的热量，由蓄冷水箱22中的冷却水提供；蓄冷水箱22通过包括第四电磁阀23、第五水泵24在内的循环水路与蒸发器16连接，循环水冷却后储存在蓄冷水箱中用来供冷。
吸收器13，与所述发生器11和所述蒸发器16分别连接，发生器中的吸收剂流进吸收器，吸收蒸发器获得的气态制冷剂，获得制冷剂-吸收剂二元溶液。
在上述实施例中，发生器11、第一节流阀12、吸收器13、发生泵17依次连接组成吸收剂循环通道，发生器11、冷凝器14、第二节流阀15、蒸发器16、吸收器13依次连接组成制冷剂流通通道，通过吸收剂和制冷剂的工作循环实现制冷和制热。其中，制冷剂-吸收剂二元溶液的溶质选择取决于发生器11所能达到的温度，一般而言，不同太阳光照辐强度不同，因此，太阳能光伏板1的背板温度不同，现有技术中的背板不超过70℃左右，基于第一蓄热水箱5中的热水为温差发电片3的低温端冷却所换取的热能，因此温差发热片3低温端温度＜温差发热片3高温端的温度＜热管2热端温度＜太阳能光伏背板1温度，在一般的光照强度下，太阳能光伏板1的背板温度为40℃-50℃，考虑到热交换的损耗，则第一蓄热水箱5中的热水温度大致为30℃-40℃之间，此时，则直接选取沸点在该温度区间内的制冷剂和沸点高于此温度区间的吸收剂。综上，制冷剂选取沸点在第一蓄热水箱5中热水温度范围内的溶质，吸收剂选择沸点高于第一蓄热水箱5中热水温度的溶质。
在部分实施例中，所述第二蓄热水箱18中的热水可直接供应给用户。
在部分实施例中，所述蓄冷水箱22中的冷却水可直接用于制冷。
在部分实施例中，所述吸收器13所获得的制冷剂-吸收剂二元溶液通过发生泵17流回发生器11中循环使用。
在部分实施例中，所述发生器11出口与所述吸收器13入口之间设有用于降压的第一节流阀12。
在部分实施例中，所述发生器11出口与所述蒸发器16之间设有第二节流阀15。
工作流程：
太阳能光伏板1接受太阳光照，产生电能的同时太阳光中不可利用的部分转化为热能。热管2的热端接太阳能光伏板1的背面，冷端接温差发电片3的高温端，高效地把太阳能光伏板的1热量传递到温差发电片3的高温端。温差发电片3的低温端接换热器4，换热器4中通冷却水，使温差发电片两端产生温差，从而进行发电。冷却水加热后流入第一蓄热水箱5储存。
第一蓄热水箱5中的热水经过包括第二电磁阀9、第二水泵10在内的循环水路加热发生器11，之后流入冷水箱6储存。发生器11中制冷剂-吸收剂二元溶液被加热沸腾，低沸点的制冷剂气化形成高压气态，与吸收剂分离并进入冷凝器14。冷凝器14中制冷剂放热冷凝，热量由冷却水吸收，流入第二蓄热水箱18中。液态制冷剂流经第二节流阀15后变为气液混合状态，在蒸发器16中吸热重新变为气态，同时使蓄冷水箱22中的水温降低。发生器11中浓缩的吸收剂通过第一节流阀12降压以后流入吸收器13，重新吸收气态制冷剂形成二元溶液，并通过发生泵17流回发生器11中，完成循环。系统工作过程中，太阳能光伏板1、温差发电片3产生电能；第二蓄热水箱18中的水在吸收器13、冷凝器14中被加热，可以供热水满足生活需要；蓄冷水箱22中的水在蒸发器16中温度降低，可以提供制冷量，从而实现冷热电联产。
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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，其特征在于，所述系统包括光伏光热温差发电子系统和吸收式热泵子系统，所述光伏光热温差发电子系统与所述吸收式热泵子系统之间通过循环水路连接。
2.根据权利要求1所述的冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，其特征在于，所述光伏光热温差发电子系统包括：
太阳能光伏板，用于将太阳能转化为电能和热能；
热管，热管的热端连接太阳能光伏板的背面，用于传递热能；
温差发电片，高温端与所述热管的冷端连接，用于在高温端接收热能后通过高温端和低温端的温差发电；
换热器，与所述温差发电片的低温端连接，换热器内通冷却水用于保证温差发电片两端的温差；
蓄热水箱，与所述换热器连接，用于存储经过温差发电片加热后的冷却水；
冷水箱，冷水箱的进水口与所述蓄热水箱通过所述循环水路连接，用于存储冷却水。
3.根据权利要求2所述的冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，其特征在于，所述冷水箱的出水口通过第一电磁阀和第一水泵与所述换热器连接，用于给所述换热器提供冷却水。
4.根据权利要求3所述的冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，其特征在于，所述太阳能光伏板和所述温差发电片所产生的电能均直接输出。
5.根据权利要求1所述的冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，其特征在于，所述吸收式热泵子系统包括：
发生器，设置在循环水路上，发生器内设有制冷剂-吸收剂二元溶液；
冷凝器，与所述发生器的出口连接，用于将气态制冷剂冷凝成液态制冷剂，冷却水吸收冷凝放热后流入第二蓄热水箱；
蒸发器，与第二节流阀出口连接，用于将液态制冷剂蒸发为气态制冷剂，蒸发所需的热量，由蓄冷水箱中的冷却水提供；
吸收器，与所述发生器和所述蒸发器分别连接，发生器中的吸收剂流进吸收器，吸收蒸发器获得的气态制冷剂，获得制冷剂-吸收剂二元溶液。
6.根据权利要求5所述的冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，其特征在于，所述第二蓄热水箱中的热水可直接供应给用户。
7.根据权利要求5所述的冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，其特征在于，所述蓄冷水箱中的冷却水可直接用于供冷。
8.根据权利要求5所述的冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，其特征在于，所述吸收器所获得的制冷剂-吸收剂二元溶液通过发生泵流回发生器中循环使用。
9.根据权利要求5所述的冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，其特征在于，所述发生器出口与所述吸收器入口之间设有用于降压的第一节流阀。
10.根据权利要求5所述的冷热电联产的光伏光热、温差发电耦合系统，其特征在于，所述冷凝器出口与所述蒸发器之间设有第二节流阀。
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