CN201062902Y - 太阳能聚光光伏热泵联合系统 - Google Patents

太阳能聚光光伏热泵联合系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种太阳能聚光光伏热泵联合系统，属于太阳能利用技术领域。该系统包括聚光光伏集热系统和热泵系统，聚光光伏集热系统由聚光器、太阳能电池组件、自动跟踪太阳装置和太阳能集热器组成，热泵系统是由蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀组成的压缩式热泵系统，所述太阳能集热器位于太阳能电池组件背部并通过连接管路与热泵系统的蒸发器相连，聚光光伏集热系统中的集热工质可以是水、冷却油或空气等其他介质。本实用新型将太阳能的光电转换和光热转换综合利用于一套系统，充分利用了散失掉的热能，而且降低了太阳能电池温度，提高了太阳能电池的输出功率。

Description

太阳能聚光光伏热泵联合系统
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能聚光光伏热泵联合系统，属于太阳能利用技术领域。
背景技术
太阳能是一种清洁无污染的可再生能源，取之不尽，用之不竭，充分开发利用太阳能不仅可以节约日益枯竭的常规能源，缓解严峻的资源短缺问题，而且还可以减少污染，保护人类赖以生存的生态环境。以太阳能为主导的可再生能源的开发利用将在二十一世纪成为与生物、信息、材料并驾齐驱的最具发展潜力的领域。开发利用太阳能已成为国际事务的一大主题和世界各国可持续发展的重要战略决策。
太阳能光电转换直接将太阳能转化为电能，是一种方便的太阳能利用方式，它具有运行安全可靠、无需燃料、无噪声、无污染、可就地利用、无需增设输变电设备、使用维护简便、规模可大可小等优点，因而受到了世界各国的重视。但是由于人们采用的聚光光伏发电技术中商业化太阳能电池的光电转化率不到20％，剩余80％以上的能量均以热能的形式散失掉了，而产生的热能又使聚光太阳能电池的性能下降，进一步降低了太阳能的利用率，极大的限制了太阳能应用的进一步推广。申请人经过研究发现，如果将太阳能的光电转换和光热转换综合成一套系统，则系统单位面积内太阳能的综合效率明显高于单独的光电或者光热利用系统，因为综合系统不仅利用了散失掉的热能，而且降低了太阳能电池温度，提高了太阳能电池的输出功率，结果必将有力地推进太阳能利用技术的发展。
实用新型内容
本实用新型的目的是：提出了一种可以在光电转换基础上进一步将热能收集以便利用的太阳能聚光光伏热泵联合系统，从而克服现有聚光光伏发电系统中太阳能利用率不到20％和现有光热利用系统中综合利用效率不高的缺点。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种太阳能聚光光伏热泵联合系统，包括聚光光伏集热系统和热泵系统，所述聚光光伏集热系统含有安置在自动跟踪太阳装置上的聚光器、位于聚光器聚焦位置附近的太阳能电池组件，所述热泵系统含有蒸发器，所述聚光光伏集热系统还含有太阳能集热器和连接管路，所述太阳能集热器位于太阳能电池组件背部，与热泵系统的蒸发器耦合相连。
聚光光伏集热系统的具体结构可参见申请人在另一份发明专利(申请号为2007100243395)中的描述。聚光光伏集热系统中的集热工质可以是水、冷却油或空气等其他介质。
整个系统工作时，太阳辐照中的短波辐照被太阳能电池组件通过光电转换形成电流输出，长波辐照则通过光热转换形成热能被太阳能集热器中的集热工质吸收，集热工质再通过蒸发器将热能传递给热泵系统中的冷却剂。
本实用新型将聚光光伏的光电利用装置与热泵装置有机结合起来，不仅使太阳能电池组件工作在较低的温度范围，得到有效冷却，光电效率和光热效率同时得以提高；而且太阳辐射通过光热转换作为热泵的低温热源，提高了热泵循环的蒸发温度和蒸发压力，使得热泵性能系数得以提高。因此，整套太阳能聚光光伏热泵联合系统提高了综合利用效率和性能价格比，降低了使用成本，将有利于进行大规模应用。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
图1为本实用新型实施例一的结构示意图。
图2为本实用新型实施例二的结构示意图。
图3为本实用新型实施例三的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
本实施例的太阳能聚光光伏热泵联合系统如图1所示，包括聚光光伏集热系统和热泵系统，聚光光伏集热系统由聚光器1、太阳能电池组件2、自动跟踪太阳装置3和太阳能集热器4组成，热泵系统由形成串联回路的蒸发器5、压缩机6、冷凝器7和节流阀8组成，为压缩式热泵系统。聚光光伏集热系统的具体结构可参见申请人在另一份发明专利(申请号为2007100243395)中的描述，其中太阳能集热器4位于太阳能电池组件2背部，并通过连接管路9与热泵系统的蒸发器5耦合相连。太阳能集热器4中流有集热工质10，集热工质10可以为水、冷却油或空气等介质之一。
如图1所示，集热工质10经过位于太阳能电池组件2背后的太阳能集热器4后温度升高，通过连接管路9进入蒸发器5并对热泵系统中的冷却剂11进行加热。同时，集热工质10经过与冷却剂11的换热而温度降低，返回后可以对太阳能电池组件2进行再次冷却，从而实现了聚光光伏系统集热工质10的循环使用，不仅提高了太阳能电池的输出功率以及光伏系统的经济性，而且由于采用了太阳能作为热泵系统的低温热源，使得蒸发温度和蒸发压力高于普通热泵，提高了热泵的性能系数，同时还可以避免普通热泵在冬季存在的严重结霜现象。
实施例二
本实施例的太阳能聚光光伏热泵联合系统与实施例一的基本结构大体相同，其主要区别在于实施例一热泵系统中的蒸发器在此实施例中位于太阳能电池组件2背部，并与太阳能电池组件一起构成一体式太阳能集热蒸发器12。例如，可以将太阳能电池组件、太阳能集热器和热泵蒸发器层压为一体，使之构成一体式太阳能集热蒸发器，
如图2所示，冷却剂11进入位于太阳能电池组件2背后的太阳能集热蒸发器12，经太阳能电池组件2加热后吸热蒸发，带走太阳能电池组件2因聚光而产生的大量热量，使其工作温度维持在一个较低的范围，从而提高了太阳能电池组件2的输出功率，进而提高了光伏系统的经济性。相对于实施例一而言，本实施例少了一次换热器换热的过程，进一步提高了太阳能聚光光伏热泵联合系统对太阳能的利用率，而且与实施例一一样，由于采用了太阳能作为热泵系统的低温热源，使得蒸发温度和蒸发压力高于普通热泵，提高了热泵的性能系数，还避免了冬季的结霜现象。
实施例三
本实施例的太阳能聚光光伏热泵联合系统与实施例一的基本结构也大体相同，其主要区别在于热泵系统是由发生器13、溶液泵14、吸收器15、节流阀8、冷凝器7和蒸发器5、分凝器16、精馏器17、过冷器18和热交换器19组成的吸收式热泵系统。聚光光伏集热系统仍由聚光器1、太阳能电池组件2、自动跟踪太阳装置3和太阳能集热器4组成，其中太阳能集热器4位于太阳能电池组件2背部并通过连接管路9与吸收式热泵系统的蒸发器5相连，太阳能集热器4中流有集热工质10，集热工质10为水、冷却油或空气等介质。
工作时，发生器13产生的制冷剂蒸汽中带有吸收剂蒸汽，为得到纯度高的制冷剂蒸汽，热泵系统中设置了分凝器16和精馏器17。制冷剂蒸汽进入冷凝器7中放出热量，冷凝器7出来的液体经过过冷器18被过冷却，然后经节流阀8节流降低压力，进入蒸发器5中，从聚光光伏集热系统引来的低位热源吸收热量，吸收器15中，稀溶液吸收制冷剂蒸汽后变成浓溶液，由溶液泵升压，再经热交换器19输送到发生器13中，而发生器13中的浓溶液由于制冷剂汽化而转变为稀溶液，这些稀溶液经热交换器19和节流阀8节流后进入吸收器15。聚光光伏集热系统的集热工质10在热泵的蒸发器5中放出热量，温度降低后可以重复冷却太阳能电池组件2，实现循环利用。
除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种太阳能聚光光伏热泵联合系统，包括聚光光伏集热系统和热泵系统，所述聚光光伏集热系统含有安置在自动跟踪太阳装置上的聚光器、位于聚光器聚焦位置附近的太阳能电池组件，所述热泵系统含有蒸发器，其特征在于：所述聚光光伏集热系统还含有太阳能集热器和连接管路，所述太阳能集热器位于太阳能电池组件背部，与热泵系统的蒸发器耦合相连。
2.根据权利要求1所述太阳能聚光光伏热泵联合系统，其特征在于：所述热泵系统为由连接管路串联的蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀组成的压缩式热泵系统。
3.根据权利要求1或2所述太阳能聚光光伏热泵联合系统，其特征在于：所述热泵系统中的蒸发器位于太阳能电池组件背部，与太阳能电池组件一起构成一体式太阳能集热蒸发器。
4.根据权利要求3所述太阳能聚光光伏热泵联合系统，其特征在于：所述太阳能电池组件、太阳能集热器和热泵蒸发器层压为一体，构成一体式太阳能集热蒸发器。
5.根据权利要求1所述太阳能聚光光伏热泵联合系统，其特征在于：所述热泵系统为由发生器、溶液泵、吸收器、节流阀、冷凝器、蒸发器、分凝器、精馏器、过冷器、热交换器组成的吸收式热泵系统；所述太阳能集热器位于太阳能电池组件背部，并通过连接管路与热泵系统的蒸发器耦合相连。
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