CN205986754U - 一种基于光伏光热集热器的光电光热优化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于光伏光热集热器的光电光热优化系统，包括PV/T模块、水冷模块和自动追踪系统；PV/T模块包括太阳能电池板，太阳能电池板的前端与热管的前端相重合，热管的后端从太阳能电池板的后端伸出与水冷块相连，太阳能电池板连接有控制器和蓄电池，控制器与蓄电池相连；水冷系统包括冷水箱，冷水箱的出水口通过管路与给水泵的入水口相连，给水泵的出水口通过管路与节流阀的入水口相连，节流阀的出水口通过管路与水冷块的入水口相连，水冷块的出水口通过管路与热水箱的入水口相连；自动追踪系统包括与太阳能电池板相连的聚光器，聚光器包括聚光器本体，聚光器本体分别与太阳传感器和电机相连，太阳传感器和电机均与控制器相连。

Description

一种基于光伏光热集热器的光电光热优化系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能技术领域，具体来说，涉及一种基于光伏光热集热器的光电光热优化系统。

背景技术

近年来，随着世界范围内太阳能光伏技术和光伏产业的发展，光伏发电不仅能够解决边远地区的用电和特殊用电，而且逐步向并网发电和建筑结合供电的方向迅速发展。与国际上蓬勃发展的光伏发电技术相比，国内平板式光伏发电系统技术已经比较成熟，而聚光光伏发电系统还处于技术开发阶段。

太阳能的优点主要体现为以下几点：

1、发电过程不耗水、不耗气、不耗煤、不耗柴、不耗油、不耗铀；

2、无噪声、无烟尘、无摩擦、无振动、无隐患、无需管理。

太阳能发电是太阳能最高效利用的方式之一，有两种方式：

1、光伏发电；

2、光热发电。

太阳能的缺点主要体现在其投资和发电成本高，并且传统的太阳能热发电系统工作时电池板温度过高。利用太阳能来发电，设备成本高，且太阳能利用率较低，不能广泛应用，除去在特殊场合(如航天器、孤岛等)的应用,还不存在和常规能源发电方式进行市场竞争的能力。欲在电力市场占有一席之地,只有通过两种途径来实现——大步伐提高转换率或大幅度降低系统成本。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种基于光伏光热集热器的光电光热优化系统，能够有效提高太阳能的利用效率，降低太阳能电池板的温度，可以延长电池板的使用寿命，达到提高电效率和热效率的目的。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种基于光伏光热集热器的光电光热优化系统，包括PV/T(太阳能光伏/热)模块、水冷系统和自动追踪系统；所述PV/T模块包括太阳能电池板，所述太阳能电池板的前端与热管的前端相重合，所述热管的后端从太阳能电池板的后端伸出与水冷块相连，所述太阳能电池板连 接有控制器和蓄电池，所述控制器与所述蓄电池相连；所述水冷系统包括冷水箱，所述冷水箱的出水口通过管路与给水泵的入水口相连，所述给水泵的出水口通过管路与节流阀的入水口相连，所述节流阀的出水口通过管路与所述水冷块的入水口相连，所述水冷块的出水口通过管路与热水箱的入水口相连；所述自动追踪系统包括与太阳能电池板相连的聚光器，所述聚光器包括聚光器本体，所述聚光器本体分别与太阳传感器和电机相连，所述太阳传感器和电机均与所述控制器相连。

进一步的，所述水冷块至所述热水箱的管路中设有流量计，所述流量计的入水口与所述水冷块的出水口相连，所述流量计的出水口与所述热水箱的入水口相连。

进一步的，所述聚光器为反射式聚光器。

进一步的，所述控制器为可编程逻辑控制器。

本实用新型的有益效果：本产品解决了传统太阳能发电系统工作时温度过高导致发电效率低、组件寿命短的问题；本产品能够有效提高太阳能的利用效率，降低太阳能电池板的温度，可以延长电池板的使用寿命，达到提高电效率和热效率的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的一些实施例，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是根据本实用新型实施例所述的基于光伏光热集热器的光电光热优化系统的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例所述的聚光器的工作原理图；

图3是根据本实用新型实施例的热管传热作用效果图。

图中：

1、冷水箱；2、给水泵；3、节流阀；4、水冷块；5、流量计；6、热水箱；7、聚光器本体；8、太阳传感器；9、电机；10、控制器；11、太阳能电池板；12、热管；13、蓄电池。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-2所示，根据本实用新型实施例所述的一种基于光伏光热集热器的光电光热优化系统，包括PV/T模块、水冷系统和自动追踪系统；所述PV/T模块包括太阳能电池板11，所述太阳能电池板11的前端与热管12的前端相重合，所述热管12的后端从太阳能电池板11的后端伸出与水冷块4相连，所述太阳能电池板11连接有控制器10和蓄电池13，所述控制器10与所述蓄电池13相连；所述水冷系统包括冷水箱1，所述冷水箱1的出水口通过管路与给水泵2的入水口相连，所述给水泵2的出水口通过管路与节流阀3的入水口相连，所述节流阀3的出水口通过管路与所述水冷块4的入水口相连，所述水冷块4的出水口通过管路与热水箱6的入水口相连；所述自动追踪系统包括与太阳能电池板11相连的聚光器，所述聚光器包括聚光器本体7，所述聚光器本体7分别与太阳传感器8和电机9相连，所述太阳传感器8和电机9均与所述控制器10相连。

其中，所述水冷块4至所述热水箱6的管路中设有流量计5，所述流量计5的入水口与所述水冷块4的出水口相连，所述流量计5的出水口与所述热水箱6的入水口相连。

其中，所述聚光器为反射式聚光器。

其中，所述控制器10为可编程逻辑控制器。

如图1所示，本实用新型采用太阳能电池板11与热管12平行集中集成方式，太阳能电池板11与热管12平行无间隔平铺粘接。热管12前端为蒸发端，液态工质在蒸发端吸收热量蒸发；热管12后端为冷凝端，气态工质在冷凝端放热冷凝回流至蒸发端。太阳能电池板11前端与热管12前端相重合，热管12后端从太阳能电池板5后端伸出与水冷块7相连。这样的集成方式在太阳能电池板11长度上各点的温度不是完全相等，但无间隔地平铺粘接使太阳能电池板11散发的热量绝大部分通过热管12传递到水冷块。

太阳能电池板11与热管12平行集中集成方式可广泛用于家用，将光热利用与对光伏电池的散热保护结合起来，以充分利用太阳能电池板11自身升温的废热，在保证光伏发电效率的同时使得总系统的可用火用大大提高。实现CPC-PV/T系统光热部分的终端产品为温度在45℃左右的热水。

采用太阳能电池板11与热管12平行集中集成方式，需要根据太阳能电池板11的尺寸确定热管12的尺寸。热管12必须是长条扁状，若热管12为方形或者太厚，热管12内部的工质在蒸发和冷凝的时候会发生流动混乱的情况，从而无法正常传热。

假设太阳能电池板11长为x，宽为y，单位mm；热管长为m，宽为n，单位mm。具体实施时以太阳能电池板11为前提，要求热管12几何尺寸满足以下关系加工即可：

如图3所示，本实用新型针对于传统的太阳能光伏发电的局限性,提出使太阳能光伏发电和热量重利用结合的“光-电-热”高效发电模式，并对热管大小排列集成方式进行了着重的研究与设计,从而有效弥补了太阳能的不稳定性,充分利用太阳能的光伏发电来节省部分化石燃料，降低火力发电站的运行成本。

本产品由自动追踪系统、PV/T光热系统和水冷系统组成。PV/T系统保证太阳能电池板11的发电效率，同时吸收的废热由水冷系统再次利用，通过对跟踪系统的控制来保证太阳能电池板11受到最大的辐照强度。下文分别对聚光系统、自动追踪系统、PV/T光热系统、水冷系统组成进行分别介绍：

一、自动追踪系统

自动跟踪系统指使聚光器的轴线始终对准太阳光线。本装置采用的跟踪太阳的方法为光电跟踪，即通过太阳传感器(光敏电阻)8作为反馈信号控制电机9运转，使聚光器轴线对准太阳光线。该跟踪方式可以实现大范围内各种天气情况下的自动跟踪，可以满足各种需要控制跟踪装置的系统。

反射式聚光器具有制造成本低，加工方便，便于安装等优点，可分为平板、旋转抛物面、组合抛物面和抛物槽等，考虑到聚光精度，我们采用抛物面型线聚焦反射式聚光器。

点聚光结构的聚光器一般要求双轴跟踪，线聚光结构的聚光器仅需单轴跟踪。由于本装置采用了线聚光结构的聚光器，所以使用水平轴旋转结构的单轴跟踪。

本装置的聚光器的主要反射材料是镀银面和镀铝面。充分利用太阳能辐射的散射部分。通过聚光器获得理想的发电效率。

二、PV/T模块

在PV/T系统中，以水为介质可获得比以空气为介质更好的电池冷却效果。但是对于传统的水冷型PV/T系统而言，当外界温度较低时，铜管里的水就会冻结，对管道造成伤害的同时会引起电池板芯形变造成电池损坏，同时，传统的水冷型PV/T系统冷却水直接与管道接触，会造成管道的腐蚀，降低使用寿命。

热管12是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件，具有很高的导热性、优良的等温性、热流密度可变性。适合用于聚光条件下太阳能电池板11的冷却。

本装置将热管12蒸发端与太阳能电池板11用硅酮粘合剂相连接，冷凝端与水冷系统接触换热，构成PV/T光热系统。由于热管12蒸发端内部发生的是工质的相变传热，沿热管传热方向温度梯度很小，使得太阳能电池板11温度较均匀。有效提高组件光电转换效率。

三、水冷系统

水冷系统由冷水箱1，管道，给水泵2，调节阀3，流量计5，热水箱6构成，来自冷水箱1的冷水被给水泵2带动流过管道。当热管的冷凝端与水冷系统换热后，冷水吸收光伏电池的废热，温度升高，进入热水箱6，作为生活用水储存，通过调节流速可得到不同温度的终端热水。由于冷却水直接从集热器顶部的集管流出，并未进入集热器内部，因此可以大大缩短系统的水路长度，减小了储存在系统管路内的热水量，提高了系统的热水可利用率。

综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，本产品解决了传统太阳能发电系统工作时温度过高导致发电效率低、组件寿命短的问题；本产品能够有效提高太阳能的利用效率，降低太阳能电池板的温度，可以延长电池板的使用寿命，达到提高电效率和热效率的目的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于光伏光热集热器的光电光热优化系统，其特征在于，包括PV/T模块、水冷系统和自动追踪系统；所述PV/T模块包括太阳能电池板(11)，所述太阳能电池板(11)的前端与热管(12)的前端相重合，所述热管(12)的后端从太阳能电池板(11)的后端伸出与水冷块(4)相连，所述太阳能电池板(11)连接有控制器(10)和蓄电池(13)，所述控制器(10)与所述蓄电池(13)相连；所述水冷系统包括冷水箱(1)，所述冷水箱(1)的出水口通过管路与给水泵(2)的入水口相连，所述给水泵(2)的出水口通过管路与节流阀(3)的入水口相连，所述节流阀(3)的出水口通过管路与所述水冷块(4)的入水口相连，所述水冷块(4)的出水口通过管路与热水箱(6)的入水口相连；所述自动追踪系统包括与太阳能电池板(11)相连的聚光器，所述聚光器包括聚光器本体(7)，所述聚光器本体(7)分别与太阳传感器(8)和电机(9)相连，所述太阳传感器(8)和电机(9)均与所述控制器(10)相连。

2.根据权利要求1所述的基于光伏光热集热器的光电光热优化系统，其特征在于，所述水冷块(4)至所述热水箱(6)的管路中设有流量计(5)，所述流量计(5)的入水口与所述水冷块(4)的出水口相连，所述流量计(5)的出水口与所述热水箱(6)的入水口相连。

3.根据权利要求1所述的基于光伏光热集热器的光电光热优化系统，其特征在于，所述聚光器为反射式聚光器。

4.根据权利要求1所述的基于光伏光热集热器的光电光热优化系统，其特征在于，所述控制器(10)为可编程逻辑控制器。