CN115001359A - 一种基于太阳能分频的光伏光热联合发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于太阳能分频的光伏光热联合发电装置，包括聚光模块、光谱分裂器、光热发电模块、光伏发电模块和用于存储电能的蓄电池；聚光模块用于将太阳光聚焦在光谱分裂器上；光谱分裂器用于将聚光模块所聚焦的太阳光按照频谱分成两路，其中一路为高频的光热发电光路，另一路为低频的光伏发电光路；光热发电模块包括能吸收高频光的集热板和贴合于集热板底部的第一热电组件，光伏发电模块包括外壳体和设于外壳体内底部的光伏组件；光伏发电模块的外壳体开口处设有用于吸收红外光进行光热发电的分频器，分频器的热量和光伏组件的余热通过第二热电组件发电。该装置结构简单不仅提高了光伏发电的效率，同时提高了太阳能的利用效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能发电领域，涉及一种太阳能发电技术，具体涉及一种基于太阳能分频的光伏光热联合发电装置。
背景技术
太阳能作为重要的清洁能源，其高效利用能够提高清洁能源整体利用率，促进太阳能的普及应用。太阳能目前一个重要应用是采用太阳能电池光伏发电，一般商用太阳能电池的光电转换效率最大约为15％-20％，未被利用的太阳辐射能大部分被电池吸收转化为热能。如果这些热量不能及时排除，电池温度会升高，发电效率降低，电池温度每升高1℃效率降低约0.5％。另外，太阳能电池长期在高温下工作还会因迅速老化而缩短使用寿命。现有太阳能光伏光热发电装置装有光热发电模块，将多余的热量用于发电，防止了电池板过热，提高了效率，延长了使用寿命。目前的太阳能光热发电系统有槽式、塔式，碟式(盘式)三种系统。但是三种形式都各有其缺陷，主要是技术不成熟，结构复杂，不能得到大规模推广。目前尚没有能综合利用上述光电、光热发电的系统。
发明内容
本发明解决现有光热发电存在的发电效率不高或不成熟和光热光伏发电不能综合利用的问题，设计一种结构简单的太阳能分频光伏光热发电系统，能够高效利用太阳能光热量个光伏发电产生的热量综合发电。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于太阳能分频的光伏光热联合发电装置，其特征在于，包括
聚光模块，用于将太阳光聚焦；
光谱分裂器，设于聚光模块下方的焦点处，用于将聚光模块所聚焦的太阳光按照频谱分成两路，其中一路为高频的光热发电光路，另一路为低频的光伏发电光路；
光热发电模块，设置在光热发电光路上，用于进行光热发电；
光伏发电模块，设置于光伏发电光路的光路上，用于进行光伏发电；
蓄电池，用于存储光热发电模块和光伏发电模块所发的电。
进一步地，所述光热发电模块包括能吸收高频光的集热板和贴合于集热板底部的第一热电组件，所述第一热电组件利用集热板所集热量发电。
进一步地，所述光伏发电模块包括外壳体和设于外壳体内底部的光伏组件。
所述光伏发电模块的外壳体开口处设有分频器，所述外壳体内设有第二热电组件，所述分频器包括透明夹层、自由流动于透明夹层之间能吸收红外光谱的硅油和与硅油连通的换热器，所述光伏组件的背面设有冷却盘管；所述冷却盘管和换热器的冷端均通过充满换热介质的换热管道与第二热电组件的热端相连，所述硅油吸收的热量和光伏组件产生的余热通过第二热电组件发电。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
本发明的光伏光热联合发电装置，将太阳光分为个波段进行利用，采用光谱分裂器将太阳光进行第一次分频处理，仅将对光伏电池发电效能利用率较高的低频长波长波段的太阳光照射到光伏发电模块，然后通过分频器进一步处理，滤去其中吸收效率不高的红外波段，使得吸收效率高的光照射在光伏电池上，红外波段的光通过分频器内的硅油吸收转换为热能，将热能通过第二热电组件发电；其余波段的太阳光被所述光谱分裂器折射至光热发电模块的集热板上转换为热能，该热能通过第一热电组件发电。第一热电组件和第二热电组件通过温差发电，一般来说，第一热电组件工作温度高一些，所以需要选用工作温度更高的材料。更进一步的，本发明还可以在第一热电组件和第二热电组件的冷端设置散热装置，提高温差发电效率。本发明结构简单不仅提高了光伏发电的效率，同时提高了太阳能的利用效率。
附图说明
图1为本发明实施例中光伏光热联合发电装置结构示意图。
图2为本发明实施例中光伏光热联合发电装置去掉聚光模块后局部示意图。
1-菲涅尔聚光透镜，2-光谱分裂器，3-集热板，4-第一热电组件，5-换热介质，6-分频器，7-硅油，8-光伏电池板，9-冷却介质，10-第二热电组件，11-循环泵，12-换热器，13-散热器，14-冷却介质储箱，15-外壳体，16-光伏组件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
本发明解决现有光热发电存在的发电效率不高或不成熟和光热光伏发电不能综合利用的问题，设计一种结构简单基于太阳能分频的光伏光热联合发电装置，能够高效利用太阳能光热量个光伏发电产生的热量综合发电。如图1和图2所示，该装置包括
聚光模块，用于将太阳光聚焦；
光谱分裂器2，设于聚光模块下方的焦点处，用于将聚光模块所聚焦的太阳光按照频谱分成两路，其中一路为高频的光热发电光路，另一路为低频的光伏发电光路；
光热发电模块，设置在光热发电光路上，用于进行光热发电；
光伏发电模块，设置于光伏发电光路的光路上，用于进行光伏发电；
蓄电池(图中未画出)，用于存储光热发电模块和光伏发电模块所发的电。
本发明利用聚光模块将太阳光聚焦在光谱分裂器2上，光谱分裂器2将聚焦后的太阳光分成两路，一路为适合光热发电的高频短波长光，一路为适合光伏组件16发电的低频长波长光；具体根据光热发电模块和光伏发电模块各自的发电材料选择，比如本发明实施例中，采用SiO2/TiO2干涉薄膜滤光片或乙二醇ZnO纳米流体吸收滤光片作为所述光谱分裂器2，以450纳米波长为分界点，波长低于450纳米通过光谱分裂器2分裂好后到光热发电模块，波长高于或等于450纳米的通过光谱分裂器2分裂好后到光伏发电模块，利用光热发电模块和光伏发电模块在各自高效的吸收波长下发电，大大提高发电效率。
需要说明的是，本发明的光谱分裂器2还可以采用光栅光谱仪进行分成两个光路，或者通过棱镜折射分成两个光路，对于光路位置做适应性调整即可(图1中光谱分裂器2分裂出的两路光的相对位置是示意位置，并不表示只能一个折射，一个投射两个光路)。
作为优选实施例，所述光热发电模块包括能吸收高频光的集热板3和贴合于集热板3底部的第一热电组件4，所述第一热电组件4利用集热板3所集热量发电，第一热电组件4所发电量通过蓄电池储存，第一热电组件4的材料可以采用现有技术中的材料，比如碲化铋及其合金等，当然为了顺利存储电量，还需要控制电路和导线相连等等，均采用现有成熟的技术实现即可，并非本发明的发明点，本发明不做具体限定。
作为优选实施例，如图1所示，所述光伏发电模块包括外壳体15和设于外壳体15内底部的光伏组件16。
作为优选实施例，如图2所示，所述光伏发电模块的外壳体15开口处设有分频器6，所述外壳体15内设有第二热电组件10(材料可以选取和第一热电组件4一样，也可以选择工作温度更低的热电材料)，所述分频器6包括透明夹层、自由流动于透明夹层之间能吸收红外光谱的硅油7(吸收波长1100nm到2500nm的红外线并升温)和与硅油7连通的换热器12，所述光伏组件16的背面设有冷却盘管；所述冷却盘管和换热器12的冷端均通过充满换热介质5的换热管道与第二热电组件10的热端相连，所述硅油7吸收的热量和光伏组件16产生的余热通过第二热电组件10发电。本发明透明夹层可以采用两块透明玻璃，硅油7自由在两块玻璃之间的夹层流动，所述换热器12可以是板式，也可以是管壳式换热器，换热器12热端的出入口分别与两块透明玻璃之间不同区域连通，可以是上下设置，这样利用高低温对流使得硅油7在两块透明玻璃之间夹层空间和换热器12热端之间流通，无需要动力。
作为优选实施例，所述第一热电组件4和第二热电组件10的冷端均设有冷却散热装置，比如为贴合于冷端的散热翘片，利用空气被动散热，提高热端组件冷热两端温差，从而提高发电效果。
作为优选实施例，所述冷却散热装置还可以采用主动式散热器，具体包括散热器13(比如散热翘片)、冷却介质储箱14和循环泵11，所述第一热电组件4的冷端、第二组件热电组件的冷端、散热器13、冷却介质储箱14、循环泵11依次通过管道循环相连，所述循环泵11将冷却介质储箱14内的冷却介质9依次或者分别送往第一热电组件4和第二热电组件10的冷端，冷却介质9吸热冷却第一热电组件4和第二热电组件10的冷端后经过散热器13散热后返回冷却介质储箱14，循环使用。
作为优选实施例，用于冷却所述第一热电组件4和第二热电组件10冷端的循环介质可以是水，此时，所述冷却介质储箱14为水箱，循环泵11为水泵。
作为优选实施例，所述聚光模块为菲涅尔聚光透镜1。
作为优选实施例，所述光伏组件16为若干高低不同布置的光伏电池板8，如图2所示，包括中间较低的一块和两边较高的两块，高低错开设置，既有利于散热，也有利于提高光吸收效率，当然，如果外壳体15整体为圆柱形，那么也可以设置为中间的圆形光伏电池板和四周的环形光伏电池板，具体根据外壳形状和需要设置；所述光伏电池板8材料为机械堆叠钙钛矿/晶硅叠层太阳能薄膜电池，对450纳米以上波长具有较高的发电效率。
需要说明的是，第一热电组件4、第二热电组件10和光伏组件16所发电量传输到蓄电池储存，需要设置相应的充放控制电路，为成熟技术，采用现有技术即可，本发明不做特殊限制。
本发明的光伏光热联合发电装置，将太阳光分为个波段进行利用，采用光谱分裂器2将太阳光进行第一次分频处理，仅将对光伏电池发电效能利用率较高的低频长波长波段的太阳光照射到光伏发电模块，然后通过分频器6进一步处理，滤去其中光伏吸收效率不高的红外波段，使得吸收效率高的光照射在光伏电池上，红外波段的光通过分频器6内的硅油7吸收转换为热能，将热能通过第二热电组件10发电；其余波段的太阳光被所述光谱分裂器2折射至光热发电模块的集热板3上转换为热能，该热能通过第一热电组件4发电。第一热电组件4和第二热电组件10通过温差发电，一般来说，第一热电组件4工作温度高一些，所以需要选用工作温度更高的材料。更进一步的，本发明还可以在第一热电组件4和第二热电组件10的冷端设置散热装置，提高温差发电效率。本发明结构简单不仅提高了光伏发电的效率，同时提高了太阳能的利用效率。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种基于太阳能分频的光伏光热联合发电装置，其特征在于，包括
聚光模块，用于将太阳光聚焦；
光谱分裂器，设于聚光模块下方的焦点处，用于将聚光模块所聚焦的太阳光按照频谱分成两路，其中一路为高频的光热发电光路，另一路为低频的光伏发电光路；
光热发电模块，设置在光热发电光路上，用于进行光热发电；
光伏发电模块，设置于光伏发电光路的光路上，用于进行光伏发电；
蓄电池，用于存储光热发电模块和光伏发电模块所发的电。
2.根据权利要求1所述的光伏光热联合发电装置，其特征在于：所述光热发电模块包括能吸收高频光的集热板和贴合于集热板底部的第一热电组件，所述第一热电组件利用集热板所集热量发电。
3.根据权利要求2所述的光伏光热联合发电装置，其特征在于：所述光伏发电模块包括外壳体和设于外壳体内底部的光伏组件。
4.根据权利要求3所述的光伏光热联合发电装置，其特征在于：所述光伏发电模块的外壳体开口处设有分频器，所述外壳体内设有第二热电组件，所述分频器包括透明夹层、自由流动于透明夹层之间能吸收红外光谱的硅油和与硅油连通的换热器，所述光伏组件的背面设有冷却盘管；所述冷却盘管和换热器的冷端均通过充满换热介质的换热管道与第二热电组件的热端相连，所述硅油吸收的热量和光伏组件产生的余热通过第二热电组件发电。
5.根据权利要求4所述的光伏光热联合发电装置，其特征在于：所述第一热电组件和第二热电组件的冷端均设有冷却散热装置。
6.根据权利要求5所述的光伏光热联合发电装置，其特征在于：所述冷却散热装置为贴合于冷端的散热翘片。
7.根据权利要求5所述的光伏光热联合发电装置，其特征在于：所述冷却散热装置包括散热器、冷却介质储箱和循环泵，所述第一热电组件的冷端、第二组件热电组件的冷端、散热器、冷却介质储箱、循环泵依次通过管道循环相连，所述循环泵将冷却介质储箱内的冷却介质送往第一热电组件和第二热电组件的冷端，冷却介质吸热冷却第一热电组件和第二热电组件的冷端后经过散热器散热后返回冷却介质储箱，循环使用。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的光伏光热联合发电装置，其特征在于：所述聚光模块为菲涅尔聚光透镜。
9.根据权利要求1-7任意一项所述的光伏光热联合发电装置，其特征在于：所述光谱分裂器为SiO2/TiO2干涉薄膜滤光片或乙二醇ZnO纳米流体吸收滤光片。
10.根据权利要求37任意一项所述的光伏光热联合发电装置，其特征在于：所述光伏组件为若干高低不同布置的光伏电池板，所述光伏电池板为机械堆叠钙钛矿/晶硅叠层太阳能薄膜电池。
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Cited By (1)
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| CN116697622A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-09-05 | 山东核电设备制造有限公司 | 基于太阳能二次聚光分频的分布式综合能源系统及方法 |
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- 2022-05-25 CN CN202210577042.6A patent/CN115001359A/zh active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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