CN202968177U - 高倍聚光光伏发电/光热驱动海水淡化的太阳能装置 - Google Patents

高倍聚光光伏发电/光热驱动海水淡化的太阳能装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种高倍聚光光伏发电/光热驱动海水淡化的太阳能装置，将太阳能发电与海水淡化完美结合，光伏/光热系统集散热和余热回收于一体，即采用高倍聚光电池进行太阳能发电，同时将光伏板本身产生的热量进行收集，用以进行海水淡化。该装置包括光伏发电系统、余热回收系统和光热驱动的海水淡化系统；光伏发电系统包括至少一块高倍聚光光伏电池板；余热回收系统包括热管和蒸发装置，热管的热端与电池板底部连接，热管的冷端置于蒸发装置中，蒸发装置的底部设有浓海水输出端；光热驱动的海水淡化系统包括冷凝装置，冷凝装置与蒸发装置之间通过管路系统连接。基于本实用新型制成的成套装备，可有效提高太阳能的综合利用效率。

Description

高倍聚光光伏发电/光热驱动海水淡化的太阳能装置
技术领域
本实用新型涉及一种高倍聚光光伏发电/光热驱动海水淡化的太阳能装置，具体涉及一种包括利用高倍聚光光伏发电技术、基于振荡流热管的余热利用技术以及光热驱动的海水淡化技术的太阳能光伏/光热综合利用的新装置。 
背景技术
聚光光伏系统的生产过程更加节能环保，同时发电效率高（约35%）、成本低，利于光伏发电的推广和普及。然而在高倍聚光光伏系统中，超过50%入射光转变变成热量被光伏电池吸收，高倍太阳光（一般指高于1000倍的太阳入射光）热辐照热流密度非常高，如果没有良好的散热措施，光伏电池温度骤升，超过1000kW/m2的热流密度使得电池在很短时间内电池将会损坏，目前聚光光伏电池通常采用风冷或水冷的散热方法，对于超过500倍的聚光光伏系统，因其热流密度过大致使传统风冷散热系统已经无法保证电池组件的有效散热，而水冷则显著增大了系统的复杂性和故障率。 
另外，在太阳能资源比较丰富的沿海地区，海水淡化是一个比较严峻的课题。传统的海水淡化方法有以下几种：蒸馏法、膜海水淡化法、冷冻法，其共同特点是要消耗大量的燃料或电力。如果能利用光伏发电产生的热量进行海水淡化，将能显著提高太阳能的利用效率，又能满足人们对淡水的需求。 
中国专利申请200710106015.6公开了一种光伏聚光发电与海水淡化组合装置，采其用热泵作为中间设备完成聚光光伏电池的散热和海水淡化需热，压缩式热泵耗电量大，系统节能效果不佳。 
发明内容
本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种高倍聚光光伏发电/光热驱动海水淡化的太阳能装置，将太阳能发电与海水淡化完美结合，光伏/光热系统集散热和余热回收于一体。即采用高倍聚光电池进行太阳能发电，同时将光伏板本身产生的热量进行收集，用以进行海水淡化。 
为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案： 
一种高倍聚光光伏发电/光热驱动海水淡化的太阳能装置，其特征在于，包括光伏发电单元、余热回收单元和光热驱动的海水淡化单元；所述光伏发电单元分别与余热回收单元和海水淡化单元相连，余热回收单元与海水淡化单元相连。 
所述光伏发电单元包括至少一块高倍聚光光伏电池板，高倍聚光光伏电池板通过导线与控制器、蓄电池、照明装置以及海水淡化单元的水泵相连。 
所述余热回收单元包括振荡流热管换热器，所述振荡流热管换热器的热端与高倍聚光光伏电池板的背面一侧紧密连接，振荡流热管换热器的冷端置于海水淡化单元的注有海水的蒸发装置中。 
所述振荡流热管换热器的热端通过导热硅脂紧密粘接在高倍聚光光伏电池板底部。 
所述海水淡化单元包括蒸发装置，蒸发装置通过管路与冷凝装置相连，蒸发装置上设有与其连通的真空机组，冷凝装置是一管壳式换热器，管壳式换热器的壳程通过管路与蒸发装置连通，壳程与淡水存储装置相连；管壳式换热器的管程的输入端与海水相通，且该端上设有水泵，水泵通过控制器与高倍聚光光伏电池板连接；管程的输出端设有三通阀，三通阀的其中一端连通至蒸发装置中，且三通阀该端与安装在蒸发装置一侧的液位控制器关联。 
所述蒸发装置的底部设有浓海水输出端；蒸发装置上设有第一温度控制器以及与真空机组关联的压力控制器。 
所述浓海水输出端设有阀门。 
所述冷凝装置上还设有第二温度控制器。 
所述蒸发装置为一密封壳体。 
本实用新型利用振荡流热管技术将高倍聚光光伏系统的热量导出，应用于海水淡化系统，既有效提高太阳能的综合利用效率，又能提供海水淡化所需求的能耗。利用本技术制成的成套装备能自成一体，既能提供相应的照明需求，又能满足海水淡化时所需的热能，同时还能提供海水循环所耗电能，其自成一体的特性尤其适宜于太阳能丰富的岛屿及远洋船舶对淡水的需求。本实用新型中利用高效、灵活的振荡流热管实现聚光光伏电池组件的热量传输至海水淡化系统，传热效率高，热传输不需动力，因此总系统相较于中国专利申请200710106015.6更节能，具有明显的改善之处。 
本实用新型的工作原理是，未转换为电能的部分入射光被光伏电池板吸收转换为热量在光伏电池板积存，热量通过固定在光伏电池板背面的振荡流热管导出传递至热管热端，热管的冷端置于注入海水的蒸发装置中，蒸发装置外接抽真空机系统，真空机组能将系统抽至一定的真空度(5000～10000Pa)，海水被振荡流热管加热至相应压力下的气化温度而蒸发，海水蒸发所形成的水蒸气被抽送至冷凝装置，水蒸气在冷凝装置内冷凝为凝结水然后汇集至淡水存储装置。 
冷凝装置为管壳式换热器，水蒸气走壳程，冷却水走管程，冷却水可直接采用常温海水 （10～25℃），水蒸气得以冷凝同时管程内海水温度升高，升温后的海水部分输送至蒸发装置，补充新鲜海水以满足冷凝装置内冷却水（海水）的正常循环。 
振荡流热管采用相变传递热量，热阻接近于零，传递热量的速度非常快，其体积小，安装自由度大，热量传递不受方向限制，因此非常适宜于高倍聚光光伏电池板的散热及热量传递。热管的热端与电池底部接触，并用导热硅脂紧密粘接以减小接触热阻。热管的冷端浸入于注入海水的蒸发装置中，海水蒸发吸收来自光伏电池板的热量，确保光伏电池温度保持在安全工作范围内。 
本实用新型的有益效果是，利用振荡流热管技术将高倍聚光光伏系统的热量导出，应用于海水淡化系统，既有效提高太阳能的综合利用效率，又能提供海水淡化所需求的能耗。利用本技术制成的成套装备能自成一体，既能提供相应的照明需求，又能满足海水淡化时所需的热能，同时还能提供海水循环所耗电能，其自成一体的特性尤其适宜于太阳能丰富的岛屿及远洋船舶对淡水的需求。 
聚光光伏发电单元需要配备高效的散热系统，本实用新型集散热与热回收于一体，应用高效灵活的振荡流热管换热系统，不受光伏板方向限制，工作过程无动力消耗，无易损部件，散热/换热效率高； 
为有效提高太阳能的综合热利用效率，充分利用热管导出的热量，该工艺设计了海水淡化系统，利用积存于光伏板本身的热量，将海水加热蒸发，并在冷凝装置中将水蒸汽冷凝为淡水。 
将太阳能发电与海水淡化完美结合，光伏/光热系统集散热和余热回收于一体，一方面有效降低聚光光伏电池组件的温度，提高光电转换效率、延长光伏电池寿命；另一方面将余热回收加以利用，可有效提高太阳能的综合利用效率。 
本实用新型提出振荡流热管散热技术，从高强度的散热源处利用振荡流热管及时高效的将热量传输至热管另一端，极大的扩展了散热面，可有效增强换热能力，达到散热要求，使其在安全的工作条件下运行，保障较高的光电转换效率和更持久的电池使用寿命。 
基于本实用新型制成的成套装备，集照明、动力、海水淡化于一体，不需要外部能源即可实现海岛或远洋舰船的基本需求，该工艺及系统可有效提高太阳能的综合利用效率，同时成本的降低将为光伏电池的普及提供极大的推动作用。 
附图说明
图1是本实用新型结构示意图； 
其中，1、高倍聚光光伏电池板，2、振荡流热管，3、蒸发装置，4、冷凝装置，5、真 空机组，6、蓄电池，7、照明装置，8、水泵，9、管路系统，10、淡水存储装置，11、三通阀，12、排污阀，13、第一温度控制器，14、压力控制器，15、液位控制器，16、控制器，17、第二温度控制器。 
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本实用新型，并不对其内容进行限定。 
本实用新型包括光伏发电单元、余热回收单元和光热驱动的海水淡化单元； 
光伏发电单元包括高倍聚光光伏电池板1，照射在光伏板上的热流密度大，光电转换效率高，能减少昂贵的光伏板组件的用量，成本降低； 
余热回收单元包括震荡流热管2和蒸发装置3，震荡流热管2的热端通过导热硅脂紧密粘接在电池板1底部，震荡流热管2的冷端置于蒸发装置3中；蒸发装置3的底部设有浓海水输出端，浓海水输出端设有阀门12，蒸发装置3外接真空机组5，蒸发装置3的上方还设有第一温度控制器13以及与真空机组5关联的压力控制器14，保持蒸发装置内处于负压（亚真空）状态。 
光热驱动的海水淡化单元包括冷凝装置4，冷凝装置4与蒸发装置3之间通过管路系统9连接，所述冷凝装置4是一管壳式换热器，壳程和管程分别是水蒸气和冷却水，冷却水是10～25℃的海水，管程的输入端上设有水泵8，水泵8还通过控制器16与电池板1连接，控制器16与水泵8之间还设有蓄电池6和照明装置7；管程的输出端设有三通阀11，三通阀的其中一端连接到蒸发装置3上，且三通阀11与安装在蒸发装置3一侧的液位控制器15关联。冷却水循环动力来自光伏发电本身所产生电能，系统自成一体，无需外部能源。冷凝装置的底部设有淡水输出端，淡水输出端与位于冷凝装置下方的淡水存储装置10相连。冷凝装置上还设有第二温度控制器17。 
本实用新型的工作原理是，未转换为电能的部分入射光被光伏电池板1吸收转换为热量在光伏电池板1积存，热量通过固定在光伏电池板1背面的振荡流热管2导出传递至振荡流热管2的热端，振荡流热管2的冷端置于注入海水的蒸发装置中，蒸发装置3外接抽真空机系统，真空机组5能将系统抽至一定的真空度(5000～10000Pa)，海水被振荡流热管2加热至相应压力下的气化温度而蒸发，海水蒸发所形成的水蒸气被抽送至冷凝装置，水蒸气在冷凝装置4内冷凝为凝结水然后汇集至淡水存储装置10。 
冷凝装置4为管壳式换热器，水蒸气走壳程，冷却水走管程，冷却水可直接采用常温海水（10～25℃），水蒸气得以冷凝同时管程内海水温度升高，升温后的海水部分输送至蒸发装 置3，补充新鲜海水以满足冷凝装置4内冷却水（海水）的正常循环。 
所述振荡流热管2采用相变传递热量，热阻接近于零，传递热量的速度非常快，其体积小，安装自由度大，热量传递不受方向限制，因此非常适宜于高倍聚光光伏电池板1的散热及热量传递。振荡流热管2的热端与光伏电池板1的底部接触，并用导热硅脂紧密粘接以减小接触热阻。振荡流热管2的冷端浸入于注入海水的蒸发装置3中，海水蒸发吸收来自光伏电池板1的热量，确保光伏电池温度保持在安全工作范围内。 
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。 

Claims (9)

1.一种高倍聚光光伏发电/光热驱动海水淡化的太阳能装置，其特征在于，包括光伏发电单元、余热回收单元和光热驱动的海水淡化单元；所述光伏发电单元分别与余热回收单元和海水淡化单元相连，余热回收单元与海水淡化单元相连。 
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光伏发电单元包括至少一块高倍聚光光伏电池板，高倍聚光光伏电池板通过导线与控制器、蓄电池、照明装置以及海水淡化单元的水泵相连。 
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述余热回收单元包括振荡流热管换热器，所述振荡流热管换热器的热端与高倍聚光光伏电池板的背面一侧紧密连接，振荡流热管换热器的冷端置于海水淡化单元的注有海水的蒸发装置中。 
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述振荡流热管换热器的热端通过导热硅脂紧密粘接在高倍聚光光伏电池板底部。 
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述海水淡化单元包括蒸发装置，蒸发装置通过管路与冷凝装置相连，蒸发装置上设有与其连通的真空机组，冷凝装置是一管壳式换热器，管壳式换热器的壳程通过管路与蒸发装置连通，壳程与淡水存储装置相连；管壳式换热器的管程的输入端与海水相通，且该端上设有水泵，水泵通过控制器与高倍聚光光伏电池板连接；管程的输出端设有三通阀，三通阀的其中一端连通至蒸发装置中，且三通阀该端与安装在蒸发装置一侧的液位控制器关联。 
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述蒸发装置的底部设有浓海水输出端；蒸发装置上设有第一温度控制器以及与真空机组关联的压力控制器。 
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述浓海水输出端设有阀门。 
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述冷凝装置上还设有第二温度控制器。 
9.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述蒸发装置为一密封壳体。 
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