CN202696508U - 高倍聚光太阳能光热综合发电系统 - Google Patents
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Abstract
高倍聚光太阳能光热综合发电系统是利用温差发电模块将砷化镓太阳能电池发电后产生的热量加载在温差发电模块受热面，温差发电模块的冷面与高效超导散热器连接，在温差发电模块的冷热面间形成温度梯度产生电势.温差发电模块的冷端的高效超导散热器散发的热量将由ORC低温发电系统来的TR工质加热气化为高压蒸汽，推动ORC低温发电系统透平机转动带动发电机再发电。由于该系统采用高效发电材料和传热散热技术进行多级综合发电，太阳能热利用效率高达50％，无污染，用于大规模发电可有效降低成本、降低生产能耗。
Description
技术领域
本发明属于太阳能发电领域，具体讲是一种用高倍聚光镜与光电、光热组件结合进行综合发电的技术。
背景技术
太阳能是地球上最直接，最普遍，最清洁的巨量可再生能源。太阳的辐射功率达3.8X1023kw，其中约1.08X1014kw辐射到地球表面，即使光电转换效率仅为万分之一，也能达到全世界总发电容量的近4.6倍。我国是太阳能资源相当丰富的国家，国土面积2/3地区日照射数大于2300h，单位面积太阳能年辐射总量高于5016MJ/m2，利用取之不尽用之不竭的绿色能源太能发电对我国乃至全人类持续发展意义重大。
随着世界能源危机加剧和环境污染压力增加，目前，各国政府相继出台辅助方案，以及协议碳权或开征碳税，希望能协助太阳能发电产业快速发展，使其技术有机会追上火力发电的低成本以缔造干净的新能源环境。
在太阳能诸多发电产品中，聚光型太阳能发电(HCPV)是未来光伏发展的方向：因硅晶相关太阳能是一个高耗能、高污染、高毒害、低效率产业，已被国内制造商进行托拉斯式的低价垄断，相继造成国内众多企业严重亏损及许多国际贸易纠纷；薄膜式太阳能目前效率偏低，且投产设备金额过巨；聚光型(CPV)的技术为最新技术，它的极端 效率高达42％，生态环境保护最好，生产与回收污染最少，大量使用时，每瓦综合价格可比目前火力和水利发电的成本要低。它耐热、耐温，衰减少是唯一目前可使用在太空的太阳能。但因聚光型(CPV)的多结砷化镓GaAs太阳能电池组件与高倍聚光镜的结合后，由于聚光太阳能发电系统使用1200高倍聚光镜，将太阳光集中在面积很小的聚光太阳能砷化镓电池芯片上，砷化镓电池芯片上接受阳光后温度很高(可达500℃以上)，即是使用散热片后90％以上的太阳辐射能仍以热的形式散失掉了。若配合高效超导散热器利用温差发电模块将以热的形式浪费掉的这部分太阳能加以利用，再将散热器150℃左右余热用ORC低温发电技术再加以利用，可以使整个系统的发电效率得以提高。从而使整个系统的发电效率达到50％左右。
发明内容
高倍聚光太阳能光热综合发电系统是通过高倍聚光镜以聚光的方式把一定面积上的太阳光会聚成一个狭小的焦斑，将焦斑面积大小的多结砷化镓GaAs太阳能电池放置在太阳光会聚的焦斑上，利用温差发电模块将砷化镓GaAs太阳能电池工作时产生的热量加载在温差发电模块的受热面，温差发电模块的冷面与高效超导散热器连接，在温差发电模块的冷热面间形成温度梯度从而产生电势。温差发电模块的冷端的高效超导散热器散发的热量用来将ORC低温发电系统的TR工质加热气化成高压蒸汽，推动ORC低温发电系统透平机转动带动发电机再发电。具体方案如下：
一种高倍聚光太阳能光热综合发电系统，由高倍聚光太阳能发电系统和ORC低温发电系统两部分组成，其特征是高倍聚光太阳能发电系统由高倍聚光镜、二次聚光棱镜、装在高倍聚光镜会聚焦斑上的多结砷化镓电池、紧贴在多结砷化镓电池下面的超导散热板、紧贴在超导散热板下面的温差发电模块、紧贴在温差发电模块冷面的通道散热器组成，通道散热器的两端设置有TR工质入口和TR工质出口：通道散热器的TR工质出口通过管道与ORC低温发电系统透平机连通，透平机与发电机连轴，发电机与蓄电器连接，发出的电可以存储在蓄电器中。透平机通过管道与回热器的过气热交换器连通，过气热交换器与冷凝器的过气热交换器连通，冷凝器的过气热交换器与TR工质储液罐连通，TR工质储液罐与液体泵连通，液体泵与回热器的过液热交换器连通，回热器的过液热交换器与通道散热器的TR工质入口连通，以上构件按序构成TR工质循环回路。TR工质不工作时装在TR工质储液罐中。冷凝器的冷却源是冷却塔，冷却塔的水泵与冷凝器的过水热交换器连通，用水为冷凝器提供冷源。
为了能使太阳光经高倍聚光镜聚焦照在多结砷化镓电池上，高倍聚光太阳能发电系统一般与太阳跟踪器配合使用。
所述的高倍聚光镜是聚光倍数为300～1200倍的平面化菲涅尔聚光镜或者短焦距聚光镜，菲涅尔透镜为矩阵型排列，每个镜的聚光比大于150，透光率大于85％，以满足太阳能聚光聚热系统中高能量要求。
所述的多结砷化镓电池是具有大光谱吸收、高转换效率的多结III-V族化合物电池。
所述的超导散热板为超导体主动式散热系统，能迅速有效的将高热瞬间传导出去，可达无风平衡温度《75度的高导热散热系统。
所述的通道散热器为翅片散热器，以增大散热器与TR工质的换热面积。
所述的装在TR工质储液罐中和TR发电回路中的TR工质是低沸点、无CFCS的有机液体工质，外观无色透明，易流动，极易相变挥发，冰点-150℃，临界温度260℃，临界压力460Kpa。
所述的的透平机是螺杆膨胀机，或者向心透平机，或者滚动转子膨胀机，或者涡旋式膨胀机。
工作时，高倍聚光太阳能发电系统在太阳跟踪器配合下，太阳光线经高倍聚光镜聚焦照在多结砷化镓电池上发电，产生的高温通过下面的超导散热板使紧贴在超导散热板下面的温差发电模块发电，温差发电模块发电产生的热量使从TR工质入口进入通道散热器的TR工质汽化，经过TR工质出口和管道进入ORC低温发电系统的透平机带动连轴的发电机发电，发电机与蓄电器连接，发的电存储在蓄电器中。透平机发电后出来的TR工质汽体通过管道与回热器的过气热交换器进入冷凝器的过气热交换器，经冷却液化进入TR工质储液罐，再经液体泵进入回热器预热后又通过TR工质入口进入通道散热器吸收温差发电模块发电产生的余热汽化，如此周而复始完成ORC低温发电过程。
由于采用高效发电材料和传热散热技术进行多级综合发电，太阳能热利用效率高达50％，环保无污染。用聚光器件替代昂贵的半导体材料，在大规模应用于发电时可有效降低成本、降低生产能耗。
附图说明
图1是高倍聚光太阳能光热综合发电系统示意图。
图1中，1、高倍聚光镜2、二次聚光棱镜3、多结砷化镓电4、超导散热板5、温差发电模块6、通道散热器7、TR工质入口8、TR工质出口9、管道10、透平机11、发电机12、蓄电器13、管道14、回热器15、过气热交换器16冷凝器17、过气热交换器18、TR工质储液罐19、液体泵20、过液热交换器21、管道22、TR工质23、冷却塔24、水泵25、过水热交换器
具体实施方式
下面结合附图1对本实用新型作进一步说明：一种高倍聚光太阳能光热综合发电系统，由高倍聚光太阳能发电系统和ORC低温发电系统组成，其特征是高倍聚光太阳能发电系统由高倍聚光镜1、二次聚光棱镜2、装在高倍聚光镜1会聚焦斑上的多结砷化镓电池3、紧贴在多结砷化镓电池3下面的超导散热板4、紧贴在超导散热板4下面的温差发电模块5、紧贴在温差发电模块5冷面的通道散热器6组成，通道散热器6的两端设置有TR工质入口7和TR工质出口8：通道散热器6的TR工质出口8通过管道9与ORC低温发电系统透平机10连通，透平机10与发电机11连轴，发电机11与蓄电器12连接， 发出的电可以存储在蓄电器12中。透平机10通过管道13与回热器14的过气热交换器15连通，过气热交换器15与冷凝器16的过气热交换器17连通，冷凝器16的过气热交换器17与TR工质储液罐18连通，TR工质储液罐18与液体泵19连通，液体泵19与回热器14的过液热交换器20连通，回热器14的过液热交换器20与通道散热器6的TR工质入口7连通，以上构件按序构成TR工质循环回路。TR工质22不工作时装在TR工质储液罐18中。冷凝器16的冷却源是冷却塔23，冷却塔23的水泵24与冷凝器的过水热交换器25连通，用水为冷凝器16提供冷源。
所述的高倍聚光镜1是聚光倍数为300～1200倍的平面化的菲涅尔聚光镜或者短焦距聚光镜，菲涅尔透镜为矩阵型排列，每个镜的聚光比大于150，透光率大于85％，以满足太阳能聚光聚热系统中高能量要求。
所述的多结砷化镓电池3是具有大光谱吸收、高转换效率的多结III-V族化合物电池。
所述的超导散热板4为超导体主动式散热系统，能迅速有效的将高热瞬间传导出去，可达无风平衡温度《75度的高导热散热系统。
所述的通道散热器6为翅片散热器，以增大散热器与TR工质的换热面积。。
所述的装在TR工质储液罐18中和TR发电回路中的TR工质22是低沸点、无CFCS的有机液体工质，外观无色透明，易流动，极易相变挥发，冰点-150℃，临界温度260℃，临界压力460Kpa。
所述的的透平机10是螺杆膨胀机，或者向心透平机，或者滚动转子膨胀机，或者涡旋式膨胀机。
工作时，高倍聚光太阳能发电系统在太阳跟踪器配合下，太阳光线经高倍聚光镜1聚焦照在多结砷化镓电池3上发电，产生的高温通过下面的超导散热板4使紧贴在超导散热板4下面的温差发电模块5发电，温差发电模块5发电产生的热量使从TR工质入口21进入通道散热器6的TR工质22汽化，通过TR工质出口8和管道9进入ORC低温发电系统的透平机10带动连轴的发电机11发电，发电机11与蓄电器12连接，发的电存在蓄电器12中。透平机10发电后出来的TR工质汽体通过管道与回热器14的过气热交换器15进入冷凝器16的过气热交换器17经冷却液化进入TR工质储液罐18，再经液体泵19进入回热器14预热后又通过TR工质入口21进入通道散热器6吸收温差发电模块5发电产生的余热汽化，如此周而复始完成ORC低温发电过程。
Claims (7)
1.一种高倍聚光太阳能光热综合发电系统，由高倍聚光太阳能发电系统和ORC低温发电系统组成，其特征是高倍聚光太阳能发电系统由高倍聚光镜(1)、二次聚光棱镜(2)、装在高倍聚光镜(1)会聚焦斑上的多结砷化镓电池(3)、紧贴在多结砷化镓电池(3)下面的超导散热板(4)、紧贴在超导散热板(4)下面的温差发电模块(5)、紧贴在温差发电模块(5)冷面的通道散热器(6)组成，通道散热器(6)的两端设置有TR工质入口(7)和TR工质出口(8)：通道散热器(6)的TR工质出口(8)通过管道(9)与ORC低温发电系统透平机(10)连通，透平机(10)与发电机(11)连轴，发电机(11)与蓄电器(12)连接，发出的电存储在蓄电器(12)中；透平机(10)通过管道(13)与回热器(14)的过气热交换器(15)连通，过气热交换器(15)与冷凝器(16)的过气热交换器(17)连通，冷凝器(16)的过气热交换器(17)与TR工质储液罐(18)连通，TR工质储液罐(18)与液体泵(19)连通，液体泵(19)与回热器(14)的过液热交换器(20)连通，回热器(14)的过液热交换器(20)与通道散热器(6)的TR工质入口(7)连通，以上构件按序构成TR工质循环回路；TR工质（22）装在TR工质储液罐(18)中；冷却塔(23)的水泵(24)与冷凝器的过水热交换器(25)连通，水为冷凝器(16)冷源。
2.根据权利要求1所述的高倍聚光太阳能光热综合发电系统，其特征是所述的高倍聚光镜(1)是聚光倍数为300～1200倍的平面化 的菲涅尔聚光镜或者短焦距聚光镜，菲涅尔透镜为矩阵型排列，每个镜的聚光比大于150，透光率大于85％。
3.根据权利要求1所述的高倍聚光太阳能光热综合发电系统，所述的多结砷化镓电池(3)是具有大光谱吸收、高转换效率的多结III-V族化合物电池。
4.根据权利要求1所述的高倍聚光太阳能光热综合发电系统，所述的超导散热板(4)为超导体主动式散热系统，系无风平衡温度《75度的高导热散热系统。
5.根据权利要求1所述的高倍聚光太阳能光热综合发电系统，所述的通道散热器(6)为翅片散热器。
6.根据权利要求1所述的高倍聚光太阳能光热综合发电系统，所述的装在TR工质储液罐(18)中和TR发电回路中的TR工质(22)是低沸点、无CFCS的有机液体工质，外观无色透明，易流动，极易相变挥发，冰点-150℃，临界温度260℃，临界压力460Kpa。
7.根据权利要求1所述的高倍聚光太阳能光热综合发电系统，所述的的透平机(10)是螺杆膨胀机，或者向心透平机，或者滚动转子膨胀机，或者涡旋式膨胀机。
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