CN208887130U - 一种光伏光热一体化装置及太阳能综合利用电站 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及太阳能利用技术领域，尤其涉及一种光伏光热一体化装置及太阳能综合利用电站，该光伏光热一体化装置，包括聚光结构及用于接收汇聚太阳光的接收结构，接收结构包括玻璃外管和金属内管,玻璃外管与金属内管之间设有选择性光学膜；接收结构还包括光伏接收组件，光伏接收组件固定于玻璃外管的外部、位于选择性光学膜沿入射光线的后方。本申请中的一种光伏光热一体化装置及太阳能综合利用电站，光伏技术与光热技术相结合，太阳辐射能量的利用率与现有技术相比提高显著；而且，选择性光学膜内置的形式，使其具有集热损失小、耐候性强、机械强度高、结构简单、成本低，生产制造方便，占用空间小，利于施工及维护维修等优点。

Description

一种光伏光热一体化装置及太阳能综合利用电站

技术领域

本实用新型涉及太阳能利用技术领域，尤其涉及一种光伏光热一体化装置及太阳能综合利用电站。

背景技术

随着化石燃料等不可再生能源日趋减少，太阳能作为可再生能源越来越多的得到人们的重视，太阳能发电技术近年来得到快速的发展。其中，太阳能发电主要包括光伏发电、光热发电两种。光伏发电是将太阳光辐射能转化为电能，即光-电直接转化过程，光热发电是太阳光辐射能转化为热能，热能再进行发电，即光-热-电转化过程。

光伏发电过程中，利用太阳能电池板将太阳光辐射能转化为电能；太阳光线中在特定波长范围内，光伏发电的光电转换效率非常高，能够达到60-90％；太阳能光热发电设备通过太阳能聚光装置对全光谱太阳光能量进行收集，具体地，太阳光照射在一次反射镜结构上发生反射，太阳光反射照射到集热管等接收装置上，接收装置对热量进行收集，并通过加热传热介质进行热机发电或储能后再发电等，其热电转换效率40％左右。

现有技术中，根据上述光伏发电及光热发电的发电特性得到一种光伏光热综合利用系统，通过筛分出高转换效率波段的太阳光能量进行光伏发电，其余波段能量用于热电转换或热利用。如中国专利CN201521010379.0，如图8所示，利用分光膜对太阳辐射光谱进行选择性透过，特定波段的太阳辐射光谱辐射到光伏器件上，其余波段的太阳辐射光谱辐射到热接收器上。

但是，目前常用的光伏光热综合利用系统中，光伏器件、分光器、二次反射结构以及热接收器均单独设置，不仅导致综合利用系统的存在结构复杂、建设成本高、占用的空间等缺点，而且，太阳光的散光现象较为严重，影响反射精度，集热损失较大，太阳辐射能量的利用率较低。因此，如何得到一种结构更加合理、太阳能辐射能量的利用率更高的光伏光热综合利用系统是目前迫切需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种光伏光热一体化装置及太阳能综合利用电站，利用选择性光学膜对不同波段的太阳光进行选择性的透过、反射，实现光伏技术及光热技术的高效结合,进而更充分的利用太阳辐射能量，提高光伏光热转换效率，同时，其能够简化结构降低成本。

根据本实用新型的实施例，提供了一种光伏光热一体化装置，包括聚光结构及用于接收汇聚太阳光的接收结构，所述接收结构包括玻璃外管和金属内管,所述玻璃外管与所述金属内管之间设有选择性光学膜；

所述接收结构还包括光伏接收组件，所述光伏接收组件固定于所述玻璃外管的外部、位于所述选择性光学膜沿入射光线的后方。

进一步地，所述金属内管和所述玻璃外管同轴线设置，所述选择性光学膜设置在所述金属内管和所述玻璃外管之间的空隙内，所述金属内管的轴线与所述选择性光学膜的轴线平行。

进一步地，所述金属内管相对于所述玻璃外管偏心设置，所述选择性光学膜覆在所述玻璃外管的内壁上，所述金属内管的轴线与所述选择性光学膜的轴线平行。

进一步地，所述选择性光学膜反射汇聚±25度夹角范围内的太阳光至所述金属内管的表面。

进一步地，所述选择性光学膜可透过波段区间为小于1500nm的太阳光。

进一步地，所述选择性光学膜透过波段区间为350nm～1100nm的太阳光。

进一步地，所述选择性光学膜为氧化铟锡薄膜或至少一种波长选择性光学膜与氧化铟锡薄膜的叠加。

进一步地，所述光伏接收组件还包括散热装置。

进一步地，所述玻璃外管和所述金属内管之间抽真空。

进一步地，还包括跟踪聚光结构，所述聚光结构和/或所述接收结构设于所述跟踪聚光结构上用于太阳追踪。

本实用新型还提供一种太阳能综合利用电站，包括多个阵列布置的上述光伏光热一体化装置。

进一步地，包括热量存储系统，所述热量存储系统对所述金属内管得热进行储存或热利用。

由以上技术方案可知，本申请中的一种光伏光热一体化装置及太阳能综合利用电站，利用聚光结构将太阳光汇聚到金属内管及选择性光学膜上，选择性光学膜进行二次汇聚，利用选择性光学膜将光电转换效率高的太阳光透过，照射到光伏接收组件上用于光伏发电，而其余波段的大部分太阳光反射到金属内管上，使金属内管中的换热介质吸热升温。光伏接收组件接收特定波段的太阳辐射能量，不仅提高光电转换效率，同时，可降低高温对光伏接收组件的影响；而其余波段的太阳辐射能量大部分反射到金属内管上，使金属内管的传热介质可更充分吸收热能。

该光伏光热一体化装置及太阳能综合利用电站，光伏技术与光热技术相结合，太阳辐射能量的利用率与现有技术相比提高显著；而且，选择性光学膜内置的形式，使其具有集热损失小、耐候性强、机械强度高、结构简单、成本低，生产制造方便，占用空间小，利于施工及维护维修等优点。

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为根据一优选实施例示出的接收结构的截面图；

图2为根据一优选实施例示出的接收结构的另一形式的截面图；

图3为根据一优选实施例示出的接收结构中辐射能量透光、反射状态的截面图；

图4为根据一优选实施例示出的光伏光热一体化装置的截面图；

图5为根据一优选实施例示出的光伏光热一体化装置的另一结构形式的截面图；

图6为根据一优选实施例示出的光伏光热一体化装置的又一结构形式的截面图；

图7为根据一优选实施例示出的波长选择性光学膜及ITO薄膜的辐射能量透过曲线图；

图8为现有技术中光伏光热综合利用系统的示意图。

图中：

1、聚光结构；2、接收结构；21、玻璃外管；22、金属内管；23、选择性光学膜；24、光伏接收组件。

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、完整的描述，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在没有做出创造性劳动前提下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1-6所示，一种光伏光热一体化装置，包括聚光结构1及用于接收汇聚太阳光的接收结构2，接收结构2包括玻璃外管21和金属内管22,玻璃外管21与金属内管22之间设有选择性光学膜23；

接收结构2还包括光伏接收组件24，光伏接收组件24固定于玻璃外管21的外部、位于选择性光学膜23沿入射光线的后方。

光伏发电产品中，仅特定波段的太阳光的光电转换效率高，其余波段的太阳光大部分会产生热能，此为光伏电池板发热的主要原因。该实施例中，对于光伏接收组件24来说，特定波段的太阳光可透过选择性光学膜23，照射到光伏接收组件24上，该特定波段的太阳光是光电转换效率高的波段，而其余波段的太阳光，即能使光伏接收组件24升温的太阳光大部分反射到金属内管22上转换为热能，本实施例中太阳光辐射能被光伏光热充分的利用，使得光伏光热利用率更高。

选择性光学膜23使用低吸收率的薄膜，吸收率小于1％，大部分的辐射能量可被透过或反射；选择性光学膜23可将部分辐射能量反射到金属内管22上起到二次反射的作用，优选地，选择性光学膜23反射汇聚±25度夹角范围内的一次护具太阳光(该一次汇聚太阳光可以是由透射或反射聚光系统汇聚而来)至金属内管22的表面，由于选择性光学膜23接受范围较宽泛，截光尺寸远大于金属内管外径，因而本申请中的接收装置能够大幅度降低对于一次反射聚光系统的精度要求，即如图4所示,聚光结构1汇聚太阳光后的光线夹角α不大于50°，进一步优选地，光线夹角α小于36°。

选择性光学膜23采用圆弧形结构，与常用的复合抛物面集热器(CPC)的形状不同，若采用较大的光线夹角聚光结构1汇聚的太阳光可能无法正常的反射到金属内管22上，导致能量损失。由该选择性光学膜23构成的接收结构具有较高的聚光倍数，且入射光线角度变化小，进而使其光学损失小，集热效果好、精度高，以得到更优的聚光接收效率。

同时，选择性光学膜23与传统的二次反射或选择性透过结构相比，其设置在玻璃外管21内部，位于玻璃外管21与金属内管22之间，此结构具有集热损失小、耐候性强、机械强度高、结构简单、成本低，生产制造方便，占用空间小，利于施工及维护维修等优点。

作为本实施例的优选实施方式，选择性光学膜23为氧化铟锡薄膜或至少一种波长选择性光学膜与氧化铟锡薄膜的叠加。选择性光学膜23可以为氧化铟锡薄膜(ITO薄膜)，ITO薄膜可透过波段区间为小于1500nm的太阳光，透过的部分用于光伏发电，其余波段的大部分则反射至金属内管22进行储热，仅少部分被ITO薄膜自身吸收。ITO薄膜的生产制造技术成熟，成本低，可降低光伏光热一体化装置的制造成本。

为了进一步优化选择性光学膜23的性能，还可在ITO薄膜的基础上叠加一种波长选择性光学膜，优化可透过的辐射能量的波段，进一步提高光伏桀纣组件24光电转换效率以及金属内管22的得热量，使光伏光热利用更充分。

如图7所示，一种波长选择性光学膜与ITO叠加状态的辐射能量透过曲线图，波长选择性光学膜在波长1600nm以后其透过率的稳定性较差，而ITO薄膜在波长1700nm之前具有较高的透过率，而在1700nm之后的波段透过率较低，反射率很高，因此，两者相互叠加，可使选择性光学膜23在700nm～900nm波段实现良好的透过，其余波段进行反射，其透过、反射功能更加稳定。

作为本实施例的优选实施方式，选择性光学膜23透过波段区间为350nm～1100nm的太阳光。优选地，选择性光学膜23透过波段区间为700nm～900nm的太阳光。

光伏接收组件24使用的光电转换材料不同，可选择不同透过的波段区间，如：光伏接收组件24为晶硅发电组件，选择性光学膜23优选地透过的波段区间为700-1000nm；光伏接收组件24为砷化镓发电组件，选择性光学膜23优选地透过的波段区间为500-850nm。光伏接收组件24为碲化镉发电组件，选择性光学膜23优选地透过的波段区间为550-850nm。光伏接收组件24为铜铟镓硒发电组件，选择性光学膜23优选地透过的波段区间为450-1000nm。

作为本实施例的优选实施方式，玻璃外管21和金属内管22之间抽真空。将玻璃外管21和金属内管22之间进行真空绝热处理，真空绝热状态既不影响辐射能量的传递，又能达到隔热的效果，可避免热量散失。

光伏接收组件24在玻璃外管21的外部、位于选择性光学膜23沿入射光线的后方；光伏接收组件24可利用支撑结构设置在玻璃外管21的后方；或者为了方便固定光伏接收组件24，还可将其粘贴在玻璃外管21的外壁上。

为了降低高温光伏接收组件24的影响，接收结构还包括散热装置，可在光伏接收组件24的背部设置相应的散热装置，散热装置可为散热翅片、水冷散热结构等。优选地可采用水冷散热结构，吸收光伏接收组件的热量的水升温，可进行再利用。

作为本实施例的优选实施方式，该光伏光热一体化装置还包括跟踪聚光结构，聚光结构1和/或接收结构2设于跟踪聚光结构上用于太阳追踪。聚光结构1与接收结构2均设置在跟踪聚光结构上，跟踪聚光结构包括相应的支架、轨道等结构，利用跟踪聚光结构调整聚光结构1和/或接收结构2的偏转角及俯仰角，实现对聚光结构1和/或接收结构2的二维角度调整，完成对太阳高度角及方位角的追踪。

本实施例还提供一种太阳能综合利用电站，包括多个阵列布置的上述光伏光热一体化装置。

光热电站中包括热量存储系统，热量存储系统对金属内管22得热进行储存用于调峰发电或夜间发电或热利用。

使用时，利用聚光结构1向接收结构2反射太阳光，被反射的太阳光部分直接照射到金属内管22上，部分照射到选择性光学膜23上，选择性光学膜23将特定波段的太阳光透过，如波段为350nm～1100nm的太阳光透过选择性光学膜23进一步照射到光伏接收组件24上，该特定波段的太阳光光电转换效率高，大部分可转换为电能，即提高了光伏接收组件24的光电转换效率，同时可避免其余波段辐射能量造成光伏接收组件24受热升温。

在350nm～1100nm以外波段的太阳光大部分被选择性光学膜23反射到金属内管22上，仅小部分被吸收(总辐射能量的1％以下)，在金属内管22内设有可流动的换热介质，换热介质吸热升温，升温后的换热介质进入热量存储系统，进行热能存储。热能可用于汽轮机发电用于调峰发电或夜间发电，其中，发电量还可电站自用，使电站无电耗成本；另外，热能还可用于热利用，如进行供暖，生活用热水等。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (12)

1.一种光伏光热一体化装置，包括聚光结构及用于接收汇聚太阳光的接收结构，其特征在于，所述接收结构包括玻璃外管和金属内管,所述玻璃外管与所述金属内管之间设有选择性光学膜；

所述接收结构还包括光伏接收组件，所述光伏接收组件固定于所述玻璃外管的外部、位于所述选择性光学膜沿入射光线的后方。

2.根据权利要求1所述的光伏光热一体化装置，其特征在于，所述金属内管和所述玻璃外管同轴线设置，所述选择性光学膜设置在所述金属内管和所述玻璃外管之间的空隙内，所述金属内管的轴线与所述选择性光学膜的轴线平行。

3.根据权利要求1所述的光伏光热一体化装置，其特征在于，所述金属内管相对于所述玻璃外管偏心设置，所述选择性光学膜覆在所述玻璃外管的内壁上，所述金属内管的轴线与所述选择性光学膜的轴线平行。

4.根据权利要求1-3任一项所述的光伏光热一体化装置，其特征在于，所述选择性光学膜反射汇聚±25度夹角范围内的太阳光至所述金属内管的表面。

5.根据权利要求1-3任一项所述的光伏光热一体化装置，其特征在于，所述选择性光学膜可透过波段区间为小于1500nm的太阳光。

6.根据权利要求5所述的光伏光热一体化装置，其特征在于，所述选择性光学膜透过波段区间为350nm～1100nm的太阳光。

7.根据权利要求6所述的光伏光热一体化装置，其特征在于，所述选择性光学膜为氧化铟锡薄膜或至少一种波长选择性光学膜与氧化铟锡薄膜的叠加。

8.根据权利要求1-3任一项所述的光伏光热一体化装置，其特征在于，所述光伏接收组件还包括散热装置。

9.根据权利要求1-3任一项所述的光伏光热一体化装置，其特征在于，所述玻璃外管和所述金属内管之间抽真空。

10.根据权利要求1-3任一项所述的光伏光热一体化装置，其特征在于，还包括跟踪聚光结构，所述聚光结构和/或所述接收结构设于所述跟踪聚光结构上用于太阳追踪。

11.一种太阳能综合利用电站，其特征在于，包括多个阵列布置的如权利要求1-10任一项所述的光伏光热一体化装置。

12.根据权利要求11所述的太阳能综合利用电站，其特征在于，包括热量存储系统，所述热量存储系统对所述金属内管得热进行储存或热利用。