一种基于碟式聚光的复合分频太阳能光伏光热联产装置的制作方法

本发明涉及太阳能光伏光热综合利用技术领域，具体涉及一种基于碟式聚光的复合分频太阳能光伏光热联产装置。

背景技术：

聚光型太阳能光伏光热系统采用聚光技术，既可以解决太阳辐射能由于能流密度低导致光伏发电系统产电量不高的问题，还可以减少太阳能电池的使用量从而降低发电成本，同时通过在光伏组件背侧布置冷却流道来解决组件温度上升的问题，且回收的热量还可以二次利用，因此该系统在太阳能利用领域引起了不小的关注。但是，传统聚光型太阳能光伏光热系统的热采集器主要从光伏组件背面获取热量，所以热采集器的温度受限于光伏组件的温度。这是因为为了维持光伏组件的高效运行，太阳能电池的工作温度不能太高，进而其背面冷却流道中换热工质的出口温度也就不会太高，获得的热能品位相应很低。因此，为了获得较高光伏转换效率的同时获得高品位的热能以提高太阳能的综合利用效率，把新的技术和方法应用于聚光型太阳能光伏光热系统以解决光伏单元和光热单元的热耦合问题是非常必要的。其中，太阳能光谱分频技术在解决传统聚光型太阳能光伏光热系统热耦合问题上被寄予厚望。

但是，目前研究的基于太阳能光谱分频技术聚光型太阳能光伏光热系统多采用单一分频器(多层薄膜固体干涉滤光或选择性吸收液体滤光)，而实际上不同的单一分频器因各有优劣要实现太阳辐射宽光谱分频困难重重。中国专利“一种太阳能聚光分频光伏光热联产装置”(申请公布号cn102779885a)已提出采用复合分频来实现光伏光热联产，但是他们所用的太阳能分频玻璃和液体分频器水均只能吸收近红外光，没有起到吸收电池非响应短波段光的作用，无法实现太阳辐射宽光谱分频，这样聚光型太阳能光伏光热系统综合效率提升受到限制，因此需要对复合分频器组合进行改进优化。此外，上述专利(申请公布号cn102779885a)采用的是复合抛物面聚光器，属于低倍聚光器，将此聚光器应用在太阳能光谱分频型光伏光热系统中不具有效率和经济优势，因为otanicar等在《appliedenergy》(应用能源)(2015年140卷2期)上发表的“envisioningadvancedsolarelectricitygeneration:parametricstudiesofcpv/tsystemswithspectralfilteringandhightemperaturepv”一文中指出采用光谱分频技术聚光型光伏光热系统要在高倍聚光条件下才凸显优势。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于碟式聚光的复合分频太阳能光伏光热联产装置，可以实现太阳辐射宽光谱分频，降低聚光电池组件温度的同时输出更高品位的热能，而且热能的转换和储存均在滤光液内进行，避免了二次换热引起的效率损失，提高了热效率。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于碟式聚光的复合分频太阳能光伏光热联产装置，包括碟式聚光器和复合分频太阳能光伏光热接收器，所述复合分频太阳能光伏光热接收器接收用碟式聚光器汇聚的太阳光线；所述碟式聚光器为高倍聚光器；所述复合分频太阳能光伏光热接收器包括高透光玻璃外管、高透光玻璃内管、固体分频器、液体分频器、反射壁面、硅胶封装剂、聚光硅电池、光伏电池电路板、聚光硅电池冷却水流道和保温层；所述高透光玻璃外管上贴有第一减反射层，所述高透光玻璃内管上贴有第二减反射层；所述固体分频器由可吸收短波长光，但聚光硅电池高响应波段可透过的材料构成；所述液体分频器由可吸收近红外波长光，但聚光硅电池高响应波段可透过的材料构成；所述高透光玻璃内管在高透光玻璃外管内部，所述固体分频器置于所述高透光玻璃内管内部，所述液体分频器为液体，在所述高透光玻璃内管内部流动；所述光伏电池电路板固定在金属壁上，所述聚光硅电池与光伏电池电路板连接；所述金属壁通过所述反射壁面固定在所述高透光玻璃外管上，且正对于所述碟式聚光器；所述硅胶封装剂设置在所述高透光玻璃外管和所述聚光硅电池之间；所述聚光硅电池冷却水流道设在金属壁上，用于通过所述金属壁与光伏电池电路板进行热交换；所述聚光硅电池冷却水流道包裹保温层。

进一步，所述高透光玻璃外管和所述高透光玻璃内管之间设有真空层。

进一步，所述高透光玻璃外管和所述高透光玻璃内管采用石英玻璃或硼硅酸盐玻璃。

进一步，所述固体分频器材料采用cdsxse1-x半导体微晶掺杂玻璃。

进一步，所述液体分频器材料采用丙二醇或乙二醇。

进一步，所述固体分频器吸收的短波长光范围为280nm-600nm。

进一步，所述液体分频器吸收的近红外波长光范围为1100nm-2500nm。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的基于碟式聚光的复合分频太阳能光伏光热联产装置，可以采用固体分频器吸收短波长光并使聚光硅电池高响应波段透过和液体分频器吸收其它近红外波长光并使聚光硅电池高响应波段透过，实现太阳辐射宽光谱分频，降低聚光电池组件温度的同时输出更高品位的热能。

2.本发明所述的基于碟式聚光的复合分频太阳能光伏光热联产装置，不仅可以高性价比地实现太阳辐射宽光谱分频，而且热能的转换和储存均在滤光液内进行，避免了二次换热引起的效率损失，提高了热效率。

3.本发明所述的基于碟式聚光的复合分频太阳能光伏光热联产装置，把固体分频器设置在流有分频液的高透光玻璃内管中部可使固体分频器吸收短波辐射后进一步把热量传递给周围的分频液，提供更高品位的热能。

4.本发明所述的基于碟式聚光的复合分频太阳能光伏光热联产装置，采用碟式高倍聚光器可以提供高的太阳辐射能流密度，不仅使输出的电能增加，而且输出的热能温度预计可高达120℃，所以聚光型光伏光热系统的光电、光热转换效率均会提高，系统成本会进一步降低。

附图说明

图1为本发明所述的基于碟式聚光的复合分频太阳能光伏光热联产装置原理图。

图中：

1-碟式聚光器；2-第一减反射层；3-高透光玻璃外管；4-真空层；5-第二减反射层；6-高透光玻璃内管；7-固体分频器；8-液体分频器；9-反射壁面；10-金属壁；11-硅胶封装剂；12-聚光硅电池；13-光伏电池电路板；14-聚光硅电池冷却水流道；15-保温层；16-复合分频太阳能光伏光热接收器。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，一种基于碟式聚光的复合分频太阳能光伏光热联产装置，包括碟式聚光器1和复合分频太阳能光伏光热接收器16，所述复合分频太阳能光伏光热接收器16接收用碟式聚光器1汇聚的太阳光线；所述碟式聚光器1为高倍聚光器；所述复合分频太阳能光伏光热接收器16包括高透光玻璃外管3、高透光玻璃内管6、固体分频器7、液体分频器8、反射壁面9、硅胶封装剂11、聚光硅电池12、光伏电池电路板13、聚光硅电池冷却水流道14和保温层15；所述高透光玻璃外管3上贴有第一减反射层2，所述高透光玻璃内管6上贴有第二减反射层5；所述固体分频器7由可吸收短波长光，但聚光硅电池高响应波段可透过的材料构成，所述固体分频器7材料优先采用cdsxse1-x半导体微晶掺杂玻璃；所述固体分频器7吸收的短波长光范围为280nm-600nm。所述液体分频器8由可吸收近红外波长光，但聚光硅电池高响应波段可透过的材料构成；所述液体分频器8优先采用丙二醇或乙二醇；所述液体分频器(8)吸收的近红外波长光范围为1100nm-2500nm。所述高透光玻璃内管6在高透光玻璃外管3内部，所述固体分频器7置于所述高透光玻璃内管6内部，所述液体分频器8为液体，在所述高透光玻璃内管6内部流动；把固体分频器设置在流有分频液的高透光玻璃内管中部可使固体分频器吸收短波辐射后进一步把热量传递给周围的分频液，提供更高品位的热能。所述光伏电池电路板13固定在金属壁10上，所述聚光硅电池12与光伏电池电路板13连接；所述金属壁10通过所述反射壁面9固定在所述高透光玻璃外管3上，且正对于所述碟式聚光器1，也就是可以使得经过碟式聚光器1抛物面的阳光照射在所述高透光玻璃外管3上；所述硅胶封装剂11设置在所述高透光玻璃外管3和所述聚光硅电池12之间；所述聚光硅电池冷却水流道14设在金属壁10上，用于通过所述金属壁10与光伏电池电路板13进行热交换；所述聚光硅电池冷却水流道14包裹保温层15。由于固体分频器7和液体分频器8共同作用，实现太阳辐射宽光谱分频，降低聚光电池组件温度的同时输出更高品位的热能，而且热能的转换和储存均在滤光液内进行，避免了二次换热引起的效率损失，提高了热效率。

为了提高透光度，所述高透光玻璃外管3和所述高透光玻璃内管6采用石英玻璃或硼硅酸盐玻璃。

为了减少高透光玻璃外管3和高透光玻璃内管6之间的能量损失，所述高透光玻璃外管3和所述高透光玻璃内管6之间设有真空层4。

工作原理：

来自碟式聚光器1的汇聚太阳光通过复合分频太阳能光伏光热接收器16中均采用石英玻璃或硼硅酸盐玻璃的高透光玻璃外管3和高透光玻璃内管6，进一步汇聚到高透光玻璃内管6中的固体分频器7和液体分频器8。其中，太阳光谱中280nm至600nm范围内的短波长光和1100nm至2500nm范围内的其它近红外波长光被液体分频器8和固体分频器7吸收，并转化为高品位热能，在高透光玻璃外管3和高透光玻璃内管6间设置真空层4起到保温作用。为了提高系统光学效率，在高透光玻璃外管3和高透光玻璃内管6上分别设置有第一减反射层2、第二减反射层5。600nm至1100nm范围内的光穿过高透光玻璃外管3、高透光玻璃内管6、硅胶封装剂11后入射到聚光硅电池12上，对于入射角较大的光线还要先经由反射壁面9后汇聚到聚光硅电池12上，并转变成电能和热量；其中，电能提供给用户使用；热能经电池电路板13和金属壁10传递到聚光硅电池冷却水流道14内的水工质，聚光硅电池冷却水流道14外表面设置有保温层15以减少热损失。还可以在聚光硅电池冷却水流道14与高透光玻璃内管6之间设有热交换器，使流出聚光硅电池冷却水流道14中的热水用来预热液体分频器8中的液体。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。