CN208688009U - 一种太阳能集热管及太阳能温差发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能温差发电系统，包括：太阳能集热装置、温差发电装置和储热装置。太阳能集热装置将太阳辐射转变为热能，向温差发电装置提供热量，并将剩余热量储存于储热装置。在没有阳光时，由储热装置向温差发电装置供热，由此实现连续发电。本实用新型还公开了一种太阳能集热管，包括玻璃管，管盖以及置于玻璃管内的线型菲涅尔透镜、吸热板、传热管、传热管绝热层。本实用新型以成本更加低廉的方式获取中低温太阳能热并稳定地用于热电转换，具有较好的经济性。

Description

一种太阳能集热管及太阳能温差发电系统

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能集热管和太阳能温差发电系统，属于太阳能发电技术领域。

背景技术

随着太阳能发电技术的不断进步，太阳能已成为一种重要的电力来源形式，并日益受到世界各国的重视。太阳能发电主要有两种方式：光伏发电和光热发电，两者均已达到大规模并网发电的水平。现有的光热发电技术类似于燃煤发电，通过太阳能聚光获得高温用于产生蒸汽，从而推动汽轮机做功。太阳能温差发电利用热电材料的塞贝克效应将太阳能热转化为电能，不需要现有光热发电机组的动力循环设备，因此，具有无运动部件、无噪声、容易微型化、易于控制、可靠性高、寿命长等优点。近年来，热电材料技术蓬勃，商业化应用得到长足发展，结合已有的太阳能集热技术，可形成具有潜在竞争力的新型太阳能热发电技术。

鉴于现有的热电材料的性能不高，温差发电的效率较低，在发电效率方面不足以与光伏或聚光太阳能热发电技术相竞争。但是，温差发电可利用中低温太阳能热发电，中低温太阳能热容易获取，并且相应的热电材料也十分成熟，从每单位发电功率的价格角度，可以形成一定的优势。现有技术存在的问题是，采用不聚光的太阳能集热技术，如：玻璃真空集热管、平板集热器，集热温度通常低于150℃，低于常规的温差发电最佳工作温度(200℃及以上)，进一步提高集热温度则会造成集热效率急剧下降，发电经济性差。采用中高温太阳能热发电的聚光方式，如：槽式、塔式、碟式，需要复杂的聚光集热系统，成本太高。因此，以成本更加低廉的方式获取中低温太阳能热并稳定地用于热电转换是目前亟需解决的问题。

实用新型内容

实用新型针对上述技术问题，本实用新型提供了一种太阳能集热管及太阳能温差发电系统。

本实用新型的一个方面，提供了一种太阳能集热管，包括管体和位于管体内的菲涅尔透镜、吸热板和传热管，其中菲涅尔透镜悬置于吸热板上方，阳光通过菲涅尔透镜聚焦到吸热板上，吸热板将太阳辐射能量转换为热量，从而获取中低温太阳能热。

优选的，所述菲涅尔透镜为线性菲涅尔透镜。优选的，所述线性菲涅尔透镜的聚光比为 5以上，吸热板的宽度可适当大于线性菲涅尔透镜形成的聚光带宽度，以降低太阳跟踪精度要求，从而简化跟踪装置。

进一步的，本实用新型的太阳能集热管的管体包括玻璃管和管盖，进一步的，玻璃管仅一端开口，开口端通过管盖密封，玻璃管中被抽成真空，形成真空腔体。菲涅尔透镜置于真空玻璃管内可减少环境老化作用，并且不受风吹干扰。

进一步的，本实用新型的太阳能集热管的吸热板的一面有太阳能选择性吸收涂层，另一面与传热管接触，优选的，可与传热管焊接。线性菲涅尔透镜将阳光聚焦发到吸热板的太阳能选择性吸收涂层上，吸热板通过太阳能选择性吸收涂层吸收太阳辐射能量并转换为热量，传递给传热管中的传热介质。

进一步的，传热管的进口和出口穿过管盖，伸出管体外，通过传热管内传热介质的流动将吸热板收集的热量传出集热管外。进一步的，吸热板、传热管由金属材料制成，优选由铜、铝等导热性好的金属材料制成。进一步的，传热管外还包裹由传热管绝热层，用于传热管的绝热。

本实用新型的另一方面，提供一种太阳能温差发电系统，包括太阳能集热装置和温差发电装置，其中太阳能集热装置中包括一个或多个本实用新型的太阳能集热管，所述太阳能集热装置将太阳辐射转换为热量，传递给温差发电装置，由温差发热装置进一步转化为电能。

进一步的，本实用新型的太阳能集热装置还包括安装支架，所述太阳能集热管安装在安装支架上，所述安装支架设有旋转机构，旋转机构可使太阳能集热管轴向转动跟踪太阳光。

进一步的，本实用新型的温差发电装置包括板翅换热器、温差发电模块和水冷设备，其中板翅换热器为扁平结构，其上、下两个换热平面与温差发电模块接触，将热量传递给温差发电模块的热端，使热端保持较高的温度。水冷设备与温差发电模块的冷端接触，降低冷端的温度。进一步的，温差发电模块之间有隔热材料。

进一步的，本实用新型的温差发电装置还包括侧边绝热层，侧边绝热层包裹在板翅换热器两侧，减少板翅换热器侧边热量损失。

本实用新型的温差发电模块可利用热端与冷端的温差发电，将传热介质中的一部分热量转换为电能，可为常规的商业化温差发电片，优选的，可为Bi2Te3材料的温差发电片。

进一步的，本实用新型的水冷设备为水冷袋，其中水冷袋与水泵和冷却塔连接，形成回路，冷却水在水泵的驱动下在水冷袋和冷却塔之间循环，冷却塔为最终热阱。

进一步的，本实用新型的太阳能温差发电系统包括一组或多组温差发电装置，优选为两组或两组以上。进一步的，多个温差发电装置的板翅换热器出口汇集后与管道连接。

进一步的，本实用新型的太阳能温差发电系统还包括电力转换装置，电力转换装置连接温差发电模块，将温差发电装置输出的电能转换成用户需要的模式。

进一步的，本实用新型的太阳能温差发电系统还包括储能装置，所述储能装置、太阳能集热装置和温差发电装置通过管道连接，形成回路。进一步的，储能装置包括高压储水箱和换热器，换热器置于高压储水箱内，可将换热器中传热介质的热量传递给高压水，通过高压水进行储能。进一步的，本实用新型的太阳能温差发电系统可以包括多组并联的储热装置，优选为两组或两组以上。进一步的，多个并联的储热装置的换热器出口汇集后与管道连接。

进一步的，本实用新型的太阳能温差发电系统还包括旁路管道和阀门，所述旁路管道绕过太阳能集热装置，直接连接储热装置和温差发电装置，所述阀门可控制管道内的传热介质是否流经太阳能集热装置。优选的，所述阀门为设置在旁路管道端口的三通阀门，通过切换三通阀门可控制管道中的传热介质是否流经太阳能集热装置。

进一步的，本实用新型的太阳能温差发电系统还包括循环泵，循环泵设置在管道上，可驱动传热介质在管道中循环流动。

本实用新型太阳能温差发电系统工作时，集热管跟踪太阳光，将太阳辐射能转变为热能，其中线型菲涅尔透镜将太阳光聚焦到吸热板，吸热板上的太阳能选择性吸收涂层吸收太阳辐射能量，转化成热量传递给吸热板，吸热板通过传热管将热量给传热介质，传热介质在循环泵的驱动下不断向温差发电装置中的板翅换热器提供热量，剩余热量通过高压储水箱中的换热器传递给水，温差发电模块的热端面由板翅换热器加热，冷端面由水冷袋冷却，水冷袋由水泵提供冷却水，冷却塔为最终热阱。在没有太阳光的时段，切换阀门使传热介质绕过集热管，由高压储水箱为温差发电装置提供热量，由此可实现24小时连续发电，降低系统造价。

本实用新型利用线性菲涅尔透镜在真空玻璃管内聚焦，获取中低温太阳能热，然后通过温差发电，与现有技术相比，可获得更高的太阳能热，温差发电效率更高。

附图说明

图1为一种太阳能温差发电系统示意图；

图2为集热管纵剖面示意图；

图3为集热管横截面示意图；

图4为温差发电装置横截面示意图；

其中：

1-太阳能集热管，2-安装支架，3-温差发电装置，4-高压储水箱，5-换热器，6-循环泵， 7-三通阀门，8-水泵，9-冷却塔，10-电力转换装置，11-玻璃管，12-线型菲涅尔透镜，13-吸热板，14-传热管，15-传热管绝热层，16-管盖，31-板翅换热器，32-温差发电模块，33-水冷袋，34-侧边绝热层。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本实用新型的范围。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，太阳能温差发电系统包括太阳能集热装置、温差发电装置3和储热装置，其中太阳能集热装置、温差发电装置3和储热装置通过管道顺序连接，形成回路，传热介质可通过管道在太阳能集热装置、温差发电装置3和储热装置间循环流动，传输热量。太阳能温差发电系统中还设有旁路管道，旁路管道绕过太阳能集热装置，直接连通温差发电装置3和储热装置。本实施例中，旁路管道的入口设有三通阀门7，通过切换三通阀门7可控制管道中的传热介质是否流经太阳能集热装置。在本实用新型的其它实施方式中，也可以采用其它方式，例如通过设置在不同管道上的多个普通阀门的配合控制传热介质的流向。

如图1所示，太阳能温差发电系统中还包括循环泵6，循环泵6设置在管道上，可驱动传热介质在管道中循环流动。本实施例中，循环泵6位于三通阀门7与储热装置之间，其出口与三通阀门7的入口相连。但本领域技术人员能够理解，本实用新型中循环泵的位置不限于此，只要能够驱动传热介质在管道中循环流动即可。

太阳能集热装置包括安装支架2和固定在安装支架2上的太阳能集热管1，其中安装支架2配有用于轴向旋转太阳能集热管1的旋转机构，使用时，转动旋转机构可使太阳能集热管1轴向旋转跟踪太阳光。本实用新型中，太阳能集热装置可以包括一个或多个太阳能集热管。

如图2所示，太阳能集热管1包括管体和置于管体内的线性菲涅尔透镜12、吸热板13、传热管14和传热管绝热层15。其中管体包括玻璃管11和管盖16，玻璃管11仅一端开口，开口端通过管盖16密封，玻璃管11被抽成真空，形成真空腔体。线性菲涅尔透镜12悬置于吸热板13上方，吸热板13的一面有太阳能选择性吸收涂层，另一面与传热管14焊接，吸热板13和传热管14可由导热性好的金属材料制成，例如可由铜、铝等金属材料制成。传热管 14外包裹有传热管绝热层15，用于传热管14的绝热。传热管14的进口和出口穿过管盖16，伸出玻璃管11外与管道相连。传热介质经传热管的进口流入，出口流出，将太阳能集热管内的热量传出。太阳能集热装置包括多个太阳能集热管时，管道以并联方式连接太阳能集热管的传热管进口，传热管出口汇集后以并联方式与管道连接。

如图3所示，阳光通过线性菲涅尔透镜12聚焦到吸热板13的太阳能选择性吸收涂层上，吸热板13通过太阳能选择性吸收涂层吸收太阳辐射能量并转换为热量，热量通过传热管14 传递给传热管14中的传热介质。优选的，太阳能集热管1中所采用的线性菲涅尔透镜12的聚光比为5以上，吸热板13的宽度可适当大于线性菲涅尔透镜12形成的聚光带宽度，以降低太阳跟踪精度要求。

如图4所示，温差发电装置包括板翅换热器31、温差发电模块32、水冷袋33、侧边绝热层34，其中板翅换热器31为扁平结构，其上、下两个换热平面与温差发电模块32接触，传热介质从板翅换热器31中流过时，将热量传递给温差发电模块32的热端，使热端保持较高的温度。板翅换热器31两侧可包裹侧边绝热层34，减少板翅换热器31侧边热量损失。

温差发电模块32利用热端与冷端的温差发电，将热量转换为电能，本实用新型中，温差发电模块32可为常规的商业化温差发电片，例如可选用Bi2Te3材料的温差发电片。如图4 所示，温差发电模块32的热端面与换热器31接触，由换热器31加热，冷端面与水冷袋33接触，由水冷袋33冷却，温差发电模块之间有隔热材料。

如图1所示，水冷袋33与水泵8和冷却塔9连接，形成回路，冷却水在水泵8的驱动下在水冷袋33和冷却塔9之间循环，冷却塔9为最终热阱。

本实用新型的太阳能温差发电系统还可包括电力转换装置10，电力转换装置10连接温差发电模块32，可将温差发电装置3输出的电能转换成用户需要的模式。本实用新型中，太阳能温差发电系统可以包括一组或多组并联的温差发电装置3，优选为两组或两组以上；当太阳能温差发电装置包括多组并联的温差发电装置时，多个温差发电装置的板翅换热器出口汇集后通过管道与储热装置连接。

储热装置包括高压储水箱4和换热器5。换热器5置于高压储水箱4内，传热介质流经换热器5时，可将热量传递给高压水，从而通过高压水储存剩余的热量。本实用新型中，太阳能温差发电系统可以包括一组或多组并联的储热装置，优选为两组或两组以上。当包括多个并联的储热装置时，多个储热装置的换热器出口汇集后与管道连接。

本实用新型太阳能温差发电系统的各个设备之间通过管道连接，根据系统控制需要，管道上还可布置阀门、仪表等设备。太阳能温差发电系统中还可包括辅助设施、电气系统、控制系统等。

本实施例提供的太阳能温差发电系统的具体实施步骤如下：

在有太阳光照的情况下，太阳能集热管1在安装支架2的驱动机构的作用下轴向旋转跟踪太阳光，线型菲涅尔透镜12将太阳光聚焦到吸热板13，吸热板13上的太阳能选择性吸收涂层吸收太阳辐射能量并转换成热量，热量通过传热管14传给传热介质，传热介质在循环泵 6的驱动下不断向温差发电装置3中的板翅换热器31提供热量，传热介质剩余热量通过高压储水箱4中的换热器5传递给水。温差发电模块32的热端一面由板翅换热器31加热，例如：加热至200℃，冷端一面将由水冷袋33冷却，例如：至35℃，水冷袋33由水泵8提供冷却水，冷却塔9为最终热阱。

在没有太阳光照的时段，切换三通阀门7，传热介质绕过集热管1，在储热装置和温差发电装置之间循环，由高压储水箱4为温差发电装置3提供热量，由此可实现连续发电。温差发电模块32选用最广泛使用的Bi2Te3材料的温差发电片，利用热端与冷端的温差发电，输出的电能通过电力转换装置10转换成用户需要的电能模式。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时，凡依据本实用新型的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能集热管，包括管体、位于管体内的吸热板和传热管，所述吸热板与传热管接触，传热管的进口和出口伸出管体外，其特征在于，管体内还包括菲涅尔透镜，所述菲涅尔透镜悬置于吸热板上方。

2.如权利要求1所述的太阳能集热管，其特征在于，所述菲涅尔透镜为线性菲涅尔透镜，聚光比在5以上。

3.如权利要求1所述的太阳能集热管，其特征在于，所述吸热板为金属材料。

4.如权利要求1所述的太阳能集热管，其特征在于，所述传热管外包裹有绝热层。

5.一种太阳能温差发电系统，包括太阳能集热装置和温差发电装置，所述太阳能集热装置与温差发电装置连接，向温差发电装置传递热量，其特征在于，所述太阳能集热装置包括权利要求1-4任一项所述的太阳能集热管。

6.如权利要求5所述的太阳能温差发电系统，其特征在于，所述太阳能集热装置还包括安装支架，所述太阳能集热管安装在安装支架上，所述安装支架设有可使太阳能集热管轴向转动的旋转机构。

7.如权利要求5所述的太阳能温差发电系统，其特征在于，还包括储能装置，所述储能装置、太阳能集热装置和温差发电装置通过管道连接。

8.如权利要求7所述的太阳能温差发电系统，其特征在于，所述储能装置包括高压储水箱和换热器，换热器置于高压储水箱内。

9.如权利要求8所述的太阳能温差发电系统，其特征在于，所述太阳能温差发电系统还包括旁路管道和阀门，所述旁路管道绕过太阳能集热装置，直接连接储热装置和温差发电装置，所述阀门可控制管道内的传热介质是否流经太阳能集热装置。

10.如权利要求5所述的太阳能温差发电系统，其特征在于，所述温差发电装置包括温差发电片、板翅换热器和水冷袋，所述温差发电片热端面和冷端面分别接触板翅换热器和水冷袋。