CN216668001U - 一种基于纳米流体分频的光伏发电甲醇裂解一体化系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于纳米流体分频的光伏发电甲醇裂解一体化系统，包括太阳能电池板、纳米液体分频集热管、线性菲涅尔式太阳能聚光器；纳米液体分频集热管、太阳能电池板依次置于线性菲涅尔式太阳能聚光器的上部，在太阳能电池板的上表面铺设多根预热管道，预热管道的入口连接甲醇储罐的出口，预热管道的出口连接纳米液体分频集热管的入口，纳米液体分频集热管的出口连接冷凝回流装置；冷凝回流装置的气体出口连接产品储罐，冷凝回流装置液体出口连接预热管道的输入管。本系统利用纳米流体分频装置将光伏板吸收光谱之外的光用于发热，热量供给甲醇的裂解，在光伏板发电的同时，实现热化学的过程，将太阳光最大化程度利用。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能利用技术领域，尤其是能光伏发电和进行甲醇裂解的新型一体化系统。
背景技术
目前，能源短缺已经成为许多国家面临的一大难题，根据相关统计，太阳能向地面释放了近80万kW的能量，足够每年生产5.6×10W·h电量，因此，将太阳能用于光伏发电将成为中国电力工业发展的主要趋势[1]。但相比于其他发达国家，我们的技术还相对落后，对于商用硅电池，转换效率通常在10-25％[2]，这就意味着有近80％的太阳能被直接转化为热能，其中光伏电池效率过低最主要的一个原因是其对太阳光谱选择性利用，只有部分短波段的太阳光(如单晶硅太阳能电池380-1100nm)可以被太阳能电池利用并转换为电能。对于这部分未被转化为电能的太阳能有两种去向：一是任其以散热的形式直接散失到环境中；二是将其以热能的形式收集利用。太阳能光热利用，除太阳能热水器，还有太阳房、阳灶、太阳能温室、太阳能干燥系统、太阳能土壤消毒杀菌技术等，现阶段光热也开始较多地用于光催化化学反应。
为了避免太阳能的能源浪费，所以现在很多的研究开始将太阳能发电和发热相结合。光伏光热综合利用(PV/T)技术是当前研究的热点，该技术不仅能获得电能还能获取热能，并且在收集热量的同时降低了光伏电池温度，提高了发电效率，使太阳能得到了极大地利用[3]。目前，太阳能光伏发电技术日趋成熟，达到了商业使用所要求的能级。从目前形势来看，在全球范围内已经掀起了新的投资和建设热潮，并且不断有新的市场加入，全球太阳能光热发电总装机规模持续上升，世界各国宣布建设的光热装机规模爆发式增长，太阳能光热发电行业呈现出一派蓬勃发展的繁荣景象。为了提高太阳能的利用率，在多数太阳能光伏光热相耦合的系统，多会采用聚光器，从而提高太阳光的能流密度。按聚光形式的不同，可主要分为以下四类：槽式、塔式、碟式以及线性菲涅尔式[4]。线性菲涅尔式太阳能聚光系统具有结构简单、风阻小、成本低、土地利用率高等优点，但目前也存在系统光学效率低、光学设计和试验测试没有标准方法等问题[5]。
在太阳能的全光谱利用研究中，现阶段多采用太阳光谱分频技术。基于光谱分频技术，采用分频器将太阳光谱中能被光伏电池高效利用的谱段分离用于光伏发电，其余分配给热接收器进行光热利用，可避免因温度耦合而限制热利用温度受限的问题[6]。目前在太阳能发电系统中使用和研究的分频器主要有固体薄膜干涉分频、液体分频、全息分频和荧光分频等，又以固体薄膜干涉分频和液体分频的研究最受关注。许多的固体分频和液体分频技术还不能将太阳光中的短波长部分完全吸收，所以固体分频材料和液体分频液的确定是最为核心的环节。
但是现有的太阳能光伏装置存在不能高效全光谱利用太阳光、利用形式单一的问题。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的不足，本申请提出了一种基于纳米流体分频的光伏发电甲醇裂解一体化系统，利用纳米流体分频装置将光伏板吸收光谱之外的光用于发热，热量供给甲醇的裂解，在光伏板发电的同时，实现热化学的过程，将太阳光最大化程度利用。
本实用新型所采用的技术方案如下：
一种基于纳米流体分频的光伏发电甲醇裂解一体化系统，包括反应区域、准备段、冷凝回流装置和产品储罐，
所述准备段包括甲醇储罐；
所述反应区域包括太阳能电池板、纳米液体分频集热管、线性菲涅尔式太阳能聚光器；所述纳米液体分频集热管、太阳能电池板依次置于线性菲涅尔式太阳能聚光器的上部，在太阳能电池板的上表面铺设多根预热管道，所述预热管道的入口连接甲醇储罐的出口，所述预热管道的出口连接纳米液体分频集热管的入口，所述纳米液体分频集热管的出口连接冷凝回流装置；
所述冷凝回流装置的气体出口连接产品储罐，所述冷凝回流装置液体出口连接预热管道的输入管。
进一步，所述纳米液体分频集热管设置在线性菲涅尔式太阳能聚光器的焦点处。
进一步，所述纳米液体分频集热管采用同心圆柱形，圆柱的外围液体为纳米银流体，内层为甲醇流道。
进一步，所述太阳能电池板采用单晶硅制成，在太阳能电池板的反面均匀铺设多根预热管道。
进一步，所述准备段还包括甲醇供给泵，甲醇供给泵的输入管连接甲醇储罐，甲醇供给泵的输出管连接预热管道。
进一步，在甲醇供给泵的输出管上设置流量计量器。
本实用新型的有益效果：
有益效果：
1)本申请采用纳米流体分频技术，一部分太阳光直接射到太阳能光伏电池板上，光伏板吸收部分波长的太阳光，用于发电；光伏板表面的余热用于给光伏板上管道中的甲醇进行预热；通过最底部的聚光器将太阳光进行聚集，再反射，小于400纳米和大于1200纳米的太阳光会先被液体分频集热管吸收，发出的热量用于给刚刚预热过后流入集热管(同心圆柱结构)内部的甲醇再加热，达到让甲醇裂解的目的；而在400～1200纳米之间的太阳光则又被太阳能光伏板吸收用于发电。实现太阳能光伏光热同时进行，全光谱利用了太阳光。
2)太阳能电池板将太阳能转化为电能，通过电能储存单元进行存储，可自发自用或向外提供电能，实现节能减排。
3)本系统中的装置结构简单，操作条件温和。
4)甲醇裂解产生氢气可以多方面利用。
附图说明
图1是本申请一体化系统的示意图。
图2是甲醇裂解流单元结构示意图。
图3是甲醇裂解流单元侧视图。
图中:10、反应区域；10a、太阳能电池板；10b、纳米液体分频集热管；10d、线性菲涅尔式太阳能聚光器；10c、预热管道；10e、导管；20、准备段；20a、甲醇储罐；20b、甲醇供给泵；20c、流量计量器；30、冷凝回流装置；40、产品储罐。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本申请提出了一种基于纳米流体分频的光伏发电甲醇裂解一体化装置如图1所示，包括反应区域10、准备段20、冷凝回流装置30和产品储罐40；其中，准备段20包括甲醇储罐20a，甲醇储罐20a的输出管道连接甲醇供给泵20b，甲醇供给泵20b的输出管上装有流量计量器20c，用于监测甲醇供给的流量。
反应区域10包括太阳能电池板10a、纳米液体分频集热管10b、线性菲涅尔式太阳能聚光器10d；如图3所示，在线性菲涅尔式太阳能聚光器10d的焦点处铺设纳米液体分频集热管10b，在纳米液体分频集热管10b的上方设置太阳能电池板10a，所述太阳能电池板10a为弧形板或者水平板，接受透过纳米液体分频集热管10b的光线，并且转化为电能，通过电能储存单元进行存储，可自发自用或向外提供电能。在太阳能电池板10a的反面均匀铺设多根预热管道10c，预热管道10c的输入端连接甲醇供给泵20b的输出管，预热管道10c的输出端连接纳米液体分频集热管10b的输入端，将预热后的甲醇输入纳米液体分频集热管10b内；由于纳米液体分频集热管10b在光线的加热下，纳米液体分频集热管10b及其内部的甲醇迅速升温进而甲醇发生裂解产生氢气。纳米液体分频集热管10b的输出端连接冷凝回流装置30，冷凝回流装置30的气体出口连接产品储罐40，冷凝回流装置30的液体出口连接预热管道10c的入口管道，再次进入循环。
在本申请中，聚光器部分采用线性菲涅尔式太阳能聚光器，具有结构简单、风阻小、成本低、土地利用率高等优点，尤其采用复合抛物面二次聚光器(Compound ParabolicConcentrator,CPC)对聚光效率进行优化，能达到甲醇裂解所需的温度。
以下结合本系统的工作过程做进一步说明：
在图1中：甲醇从甲醇储罐20a中通过甲醇供给泵20b通入流量计量器20c，甲醇从太阳能电池板上表面的预热管道10c中通入，进行预加热。预加热后的甲醇通进纳米液体分频集热管10b。在被线性菲涅尔式太阳能聚光器10d吸收的波长<400nm或者波长>1200nm的光线加热后，甲醇裂解，产生氢气，与气态的甲醇从纳米液体分频集热管10b的另一端通出，进入冷凝器。冷凝后的甲醇循环利用，分离出来的氢气则被收集起来，进行下一步利用。
以上实施例仅用于说明本实用新型的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，本实用新型的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本实用新型所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于纳米流体分频的光伏发电甲醇裂解一体化系统，其特征在于，包括反应区域(10)、准备段(20)、冷凝回流装置(30)和产品储罐(40)，
所述准备段(20)包括甲醇储罐(20a)；
所述反应区域(10)包括太阳能电池板(10a)、纳米液体分频集热管(10b)、线性菲涅尔式太阳能聚光器(10d)；所述纳米液体分频集热管(10b)、太阳能电池板(10a)依次置于线性菲涅尔式太阳能聚光器(10d)的上部，在太阳能电池板(10a)的上表面铺设多根预热管道(10c)，所述预热管道(10c)的入口连接甲醇储罐(20a)的出口，所述预热管道(10c)的出口连接纳米液体分频集热管(10b)的入口，所述纳米液体分频集热管(10b)的出口连接冷凝回流装置(30)；
所述冷凝回流装置(30)的气体出口连接产品储罐(40)，所述冷凝回流装置(30)液体出口连接预热管道(10c)的输入管。
2.根据权利要求1所述的一种基于纳米流体分频的光伏发电甲醇裂解一体化系统，其特征在于，所述纳米液体分频集热管(10b)设置在线性菲涅尔式太阳能聚光器(10d)的焦点处。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于纳米流体分频的光伏发电甲醇裂解一体化系统，其特征在于，所述纳米液体分频集热管(10b)采用同心圆柱形，圆柱的外围液体为纳米银流体，内层为甲醇流道。
4.根据权利要求1所述的一种基于纳米流体分频的光伏发电甲醇裂解一体化系统，其特征在于，所述太阳能电池板(10a)采用单晶硅制成，在太阳能电池板(10a)的反面均匀铺设多根预热管道(10c)。
5.根据权利要求1所述的一种基于纳米流体分频的光伏发电甲醇裂解一体化系统，其特征在于，所述准备段(20)还包括甲醇供给泵(20b)，甲醇供给泵(20b)的输入管连接甲醇储罐(20a)，甲醇供给泵(20b)的输出管连接预热管道(10c)。
6.根据权利要求5所述的一种基于纳米流体分频的光伏发电甲醇裂解一体化系统，其特征在于，在甲醇供给泵(20b)的输出管上设置流量计量器(20c)。
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