CN212615037U - 余热利用的热光伏电池系统 - Google Patents

Abstract

一种余热利用的热光伏电池系统，热辐射腔体内设有双端式热辐射管、燃烧器、尾气处理装置和余热回收利用装置；燃烧器和尾气处理装置分别连接在双端式热辐射管的两端，余热回收利用装置套设在燃烧器的外部；压气机、燃气涡轮和发电机同轴连接，发电机与功率变换装置连接；压气机的空气出口连接回热器的空气入口，回热器的空气出口连接燃烧室的空气入口，燃烧室的第一、二烟气出口分别连接燃气涡轮、回热器的烟气入口，燃气涡轮的烟气出口连接余热回收装置的烟气入口，回热器的烟气出口连接废气处理器的烟气入口；余热回收装置的烟气出口连接尾气处理器的烟气入口；热辐射腔体、辐射器、光子滤波器和光伏电池依次排列。本实用新型能实现能源的节约利用。

Description

余热利用的热光伏电池系统

技术领域

本实用新型属于发电技术领域，具体涉及一种余热利用的热光伏电池系统。

背景技术

能源是推动现代经济发展的动力，在全球经济体系占据着重要的地位。为了解决能源问题，许多国家都制定了新能源的发展规划。作为新能源领域的前沿技术，热光伏电池也是最近几年研究的重点。但是，由于热光伏系统还处于研究阶段，大多数工业发电主要还是通过蒸汽轮机和燃气涡轮进行。随着光伏板发电效率的提高和价格的降低，光伏电池作为一种新兴的发电系统，其投资低，启停灵活，在分布式发电领域具有良好的发展前景。

热光伏电池是一种能量转换系统，即将燃料燃烧后产生的热辐射能转换成电能。与常规的太阳能电池不同，热光伏电池系统不是直接接受太阳光照射从而进行光生伏特效应产生电流，而是将高温辐射器红外波段的辐射能通过低能带隙热光伏电池直接转换成电能。因此，相比于普通太阳能电池，这种系统具有能量密度高、功率密度高、维护成本低、无噪音、无污染和燃料丰富等特点。

但是热光伏电池需要消耗大量的燃料，燃料燃烧后高温热烟气的排放会造成大量能量浪费，降低了系统整体发电效率。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种余热利用的热光伏电池系统，该系统不仅能缓解普通燃气涡轮尾气排放造成的环境污染，而且减少热光伏电池燃料的使用量，可实现能源的节约利用，提高整个系统的发电效率，并能够缓解燃烧化石能源带来的环境问题。

本实用新型提供一种余热利用的热光伏电池系统，包括光伏电池，其特征在于，还包括热辐射腔体、压气机、燃气涡轮、发电机、功率变换装置、辐射器和光子滤波器；

所述热辐射腔体内设置有双端式热辐射管、燃烧器、尾气处理器和余热回收装置；所述燃烧器和尾气处理器分别连接在双端式热辐射管的两端，所述余热回收装置套设在燃烧器的外部；

所述压气机的主轴、燃气涡轮的主轴和发电机的主轴同轴地连接，发电机的电力输出端与功率变换装置的电力输入端连接；

所述压气机的空气进口连通大气，其空气出口通过管路连接回热器的空气入口，回热器的空气出口通过管路连接燃烧室的空气入口，燃烧室的第一烟气出口通过管路连接燃气涡轮的烟气入口，燃气涡轮的烟气出口通过管路连接余热回收装置的烟气入口，燃烧室的第二烟气出口连接回热器的烟气入口，回热器的烟气出口连接废气处理器的烟气入口；余热回收装置的烟气出口通过管路连接尾气处理器的烟气入口；

所述热辐射腔体、辐射器、光子滤波器和光伏电池依次排列。

进一步，为了便于调节空气流量，所述燃烧器的空气管道上依次串接有空气流量调节阀和空气压力阀，燃烧器的燃料管道上串接有燃气稳压器。空气流量调节阀可以便于调节空气流量，进而能保证空气的充分供应，也能在停止燃烧时便于切断空气的供应通路。燃气稳压器的设置可以保证燃气的稳定供应，从而可以更好地实现燃料与空气的供应平稳。

进一步，为了实现自动化地控制，所述燃烧器上还连接有火控系统，所述火控系统包括用于实时检测燃烧器内温度信号的温度传感器、串接在燃烧器的燃料管道上的电磁阀、分别与电磁阀和温度传感器连接的控制器；所述温度传感器将温度信号实时发送给控制器，所述控制器根据温度信号获取温度值，并在温度值大于等于设置定时控制电磁阀关闭燃气的通路，在温度值小于设定时控制电磁阀打开燃气的通路。

作为一种优选，所述控制器为PLC控制器。

本实用新型中，通过回收器的设置可以利用燃烧室烟气中的热量来对进入燃烧室中空气进行预热，从而可以有效提高燃烧室的燃烧效率。通过燃气涡轮来接收燃烧室一部分烟气，可以利用高温烟气来带动叶片做功进而驱动发电机进行发电。通过余热回收装置来接收燃烧室另一部分烟气，可以对燃烧器中的燃料和空气增温，进而可以提高双端式热辐射管的辐射温度。通过尾气处理器的设置，可以对燃气涡轮的尾气和燃烧器的尾气进行处理，并能对热量进行回收，然后再排入大气中，既能节约能源又能保护大气环境。由于普通的燃气涡轮可将燃烧大量的化石能源所取得的高温热能转换成机械能，而普通燃气涡轮在工作过程中会有大量的热能被作为尾气排出，这样会造成很多不必要浪费。本实用新型利用燃气涡轮的高温尾气对热辐射管进行增温，减少了热光伏电池燃料的使用，还将尾气的热能进行了回收利用，与热光伏电池系统相结合，提高了能量的利用效率。本系统不仅能缓解普通燃气涡轮尾气排放造成的环境污染，而且减少热光伏电池燃料的使用量。实现能源的节约利用，提高整个系统的发电效率，能够缓解燃烧化石能源带来的环境问题。另外，热光伏电池有能量密度高、功率密度高、维护成本低、无噪音、无污染和燃料丰富等特点，可以有效提高能量的利用率。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中燃烧器的结构示意图。

图中：1、废气处理器，2、回热器，3、压气机，4、余热回收装置，5、燃烧室，6、燃气涡轮，7、燃烧器，8、尾气处理器，9、发电机，10、功率变换装置，11、辐射器，12、光子滤波器，13、光伏电池，14、双端式热辐射管，15、热辐射腔体，16、空气流量调节阀，17、空气压力阀，18、燃气稳压器，19、火控系统。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1和图2所示，一种余热利用的热光伏电池系统，包括光伏电池13，其特征在于，还包括热辐射腔体15、压气机3、燃气涡轮6、发电机9、功率变换装置10、辐射器11和光子滤波器12；

所述热辐射腔体15内设置有双端式热辐射管14、燃烧器7、尾气处理器8和余热回收装置4；所述燃烧器7和尾气处理器8分别连接在双端式热辐射管14的两端，所述余热回收装置4套设在燃烧器7的外部；双端式热辐射管14利用燃烧器7产生流动的高温烟气。热辐射腔体15可以便于集中收集双端式热辐射管14产生的热辐射能。

所述压气机3的主轴、燃气涡轮6的主轴和发电机9的主轴同轴地连接，发电机9的电力输出端与功率变换装置10的电力输入端连接；功率变换装置10可以将直流电转换成交流电，以便于后续的使用。

所述压气机3的空气进口连通大气，其空气出口通过管路连接回热器2的空气入口，回热器2的空气出口通过管路连接燃烧室5的空气入口，回热器2用于回收燃烧室5产生的高温烟气。燃烧室5的第一烟气出口通过管路连接燃气涡轮6的烟气入口，燃气涡轮6的烟气出口通过管路连接余热回收装置4的烟气入口，燃烧室5的第二烟气出口连接回热器2的烟气入口，回热器2的烟气出口连接废气处理器1的烟气入口，废气处理器1的烟气出口连通到大气，废气处理器1对废气进行处理，以使排放的气体达到环保排放要求；余热回收装置4的烟气出口通过管路连接尾气处理器8的烟气入口，尾气处理器8的烟气出口连通到大气；燃烧室5提供燃料燃烧的空间，并产生高温烟气。

燃气涡轮6可以将高温热能转换为机械能，作为一种优选，燃气涡轮6出口烟气温度约为1400℃。通过余热回收装置4的设置可以对燃气涡轮6排出的尾气的热量进行充分回收。

所述热辐射腔体15、辐射器11、光子滤波器12和光伏电池13依次排列。辐射器11用于吸收热辐射腔体15释放出的有用的热辐射。光子滤波器12可以将辐射能转换成光子。光伏电池11可以将光能转换成电能。

为了便于调节空气流量，所述燃烧器7的空气管道上依次串接有空气流量调节阀16和空气压力阀17，燃烧器7的燃料管道上串接有燃气稳压器18。空气流量调节阀可以便于调节空气流量，进而能保证空气的充分供应，也能在停止燃烧时便于切断空气的供应通路。燃气稳压器的设置可以保证燃气的稳定供应，从而可以更好地实现燃料与空气的供应平稳。

为了实现自动化地控制，所述燃烧器7上还连接有火控系统19，所述火控系统包括用于实时检测燃烧器7内温度信号的温度传感器、串接在燃烧器7的燃料管道上的电磁阀、分别与电磁阀和温度传感器连接的控制器；所述温度传感器将温度信号实时发送给控制器，所述控制器根据温度信号获取温度值，并在温度值大于等于设置定时控制电磁阀关闭燃气的通路，在温度值小于设定时控制电磁阀打开燃气的通路。

作为一种优选，所述控制器为PLC控制器。

工作过程：空气经过压气机3压缩，并经回热器2加热后进入到燃烧室5，燃料进入燃烧室5中充分燃烧后产生高温烟气，其中一部分烟气进入燃气涡轮6带动叶片做功驱动发电机9发电，产生的电力经过功率变换装置10转换后输出，另一部分烟气通过回热器2换热，以便于加热进入燃烧室5的空气。换热后的烟气经废气处理器1处理后排出。燃气涡轮6排出尾气中的剩余高温烟气进入余热回收装置4进行余热利用，提高双端式热辐射管14的辐射温度，可以更充分地利用热光伏电池13进行发电。燃料和空气进入热辐射管14连接的燃烧器7内燃烧，所述高温尾气通过余热回收装置4对燃烧器7中的燃料和空气增温。双端式热辐射管14内的高温辐射收集到热辐射腔体15内，由辐射器11接受有用的辐射能，并通过光子滤波器12将辐射能转换成光子，最后由光伏电池13接受光子进行光生伏特效应，把辐射能转化为电能。双端式热辐射管14尾部配置尾气处理器8，使产生尾气处理后排出。

通过回收器的设置可以利用燃烧室烟气中的热量来对进入燃烧室中空气进行预热，从而可以有效提高燃烧室的燃烧效率。通过燃气涡轮来接收燃烧室一部分烟气，可以利用高温烟气来带动叶片做功进而驱动发电机进行发电。通过余热回收装置来接收燃烧室另一部分烟气，可以对燃烧器中的燃料和空气增温，进而可以提高双端式热辐射管的辐射温度。通过尾气处理器的设置，可以对燃气涡轮的尾气和燃烧器的尾气进行处理，并能对热量进行回收，然后再排入大气中，既能节约能源又能保护大气环境。由于普通的燃气涡轮可将燃烧大量的化石能源所取得的高温热能转换成机械能，而普通燃气涡轮在工作过程中会有大量的热能被作为尾气排出，这样会造成很多不必要浪费。本实用新型利用燃气涡轮的高温尾气对热辐射管进行增温，减少了热光伏电池燃料的使用，还将尾气的热能进行了回收利用，与热光伏电池系统相结合，提高了能量的利用效率。本系统不仅能缓解普通燃气涡轮尾气排放造成的环境污染，而且减少热光伏电池燃料的使用量。实现能源的节约利用，提高整个系统的发电效率，能够缓解燃烧化石能源带来的环境问题。另外，热光伏电池有能量密度高、功率密度高、维护成本低、无噪音、无污染和燃料丰富等特点，可以有效提高能量的利用率。

Claims (4)

1.一种余热利用的热光伏电池系统，包括光伏电池（13），其特征在于，还包括热辐射腔体（15）、压气机（3）、燃气涡轮（6）、发电机（9）、功率变换装置（10）、辐射器（11）和光子滤波器（12）；

所述热辐射腔体（15）内设置有双端式热辐射管（14）、燃烧器（7）、尾气处理器（8）和余热回收装置（4）；所述燃烧器（7）和尾气处理器（8）分别连接在双端式热辐射管（14）的两端，所述余热回收装置（4）套设在燃烧器（7）的外部；

所述压气机（3）的主轴、燃气涡轮（6）的主轴和发电机（9）的主轴同轴地连接，发电机（9）的电力输出端与功率变换装置（10）的电力输入端连接；

所述压气机（3）的空气进口连通大气，其空气出口通过管路连接回热器（2）的空气入口，回热器（2）的空气出口通过管路连接燃烧室（5）的空气入口，燃烧室（5）的第一烟气出口通过管路连接燃气涡轮（6）的烟气入口，燃气涡轮（6）的烟气出口通过管路连接余热回收装置（4）的烟气入口，燃烧室（5）的第二烟气出口连接回热器（2）的烟气入口，回热器（2）的烟气出口连接废气处理器（1）的烟气入口；余热回收装置（4）的烟气出口通过管路连接尾气处理器（8）的烟气入口；

所述热辐射腔体（15）、辐射器（11）、光子滤波器（12）和光伏电池（13）依次排列。

2.根据权利要求1所述的一种余热利用的热光伏电池系统，其特征在于，所述燃烧器（7）的空气管道上依次串接有空气流量调节阀（16）和空气压力阀（17），燃烧器（7）的燃料管道上串接有燃气稳压器（18）。

3.根据权利要求2所述的一种余热利用的热光伏电池系统，其特征在于，所述燃烧器（7）上还连接有火控系统（19），所述火控系统包括用于实时检测燃烧器（7）内温度信号的温度传感器、串接在燃烧器（7）的燃料管道上的电磁阀、分别与电磁阀和温度传感器连接的控制器；所述温度传感器将温度信号实时发送给控制器，所述控制器根据温度信号获取温度值，并在温度值大于等于设置定时控制电磁阀关闭燃气的通路，在温度值小于设定时控制电磁阀打开燃气的通路。

4.根据权利要求3所述的一种余热利用的热光伏电池系统，其特征在于，所述控制器为PLC控制器。

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