一种太阳能聚光分频光电热电联产装置的制作方法

文档序号:15624037发布日期:2018-10-09 22:32阅读:244来源:国知局

本发明属于太阳能复合利用技术领域,涉及一种太阳能光电-热电-光热综合利用技术,具体涉及一种太阳能聚光分频光电热电联产装置。



背景技术:

能源危机和环境污染对我们人类社会带来的压力越来越大,人们对一种新型绿色高效的能源的需求越来越迫切。太阳能作为一种绿色无污染的能源,取之不尽用之不竭,据计算,太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。因此,如何高效地开发太阳能具有极其重要的意义。

目前主要通过光热、光电、光化学、光生物转换等等方式实现对太阳能的利用。通过光伏电池发电是光电利用最普遍的一种方式,然而对于固定的半导体材料,太阳能电池都只对特定波段的太阳光进行有效利用,其他波段的太阳光会加热太阳能电池,导致温度升高,效率下降,并且降低其使用寿命。传统的光电光热一体化(photovoltaic/thermal,简称pv/t)复合系统通过在电池背面布置冷却流体,回收电池热量的同时提高太阳能电池的效率,但是受限于太阳能电池的工作温度,回收的只是低品位的热能。另一方面,为了防止太阳能电池板组核心部件受损或者被灰尘影响发电效率,通常在太阳能电池板表面添加一层玻璃,但是这层玻璃表面会产生反射,造成投入辐射的损失,同时玻璃表面会发生积灰现象,影响光伏电池效率,需要定时清理。



技术实现要素:

本发明针对现有技术的不足,提出了一种太阳能聚光分频光电热电联产装置,通过对太阳能光电、光热、热电耦合利用的方式来实现太阳能的高效利用。

为了达成上述目的,本发明的解决方案是:包括功能型流体模块、光电利用系统、热电利用系统、余热利用系统。

所述的的功能流体通道内流动的功能型流体采用导热油掺杂核壳结构纳米颗粒的纳米流体,其中导热油为therminolvp-1,二氧化钛为核层,银为壳层,颗粒半径为35nm,核壳比为4/3,质量分数取0.018-0.023%。

所述的光电利用系统包括太阳能电池板组以及设置在其上端的聚光板。

所述的热电利用系统包括设置在光电利用系统一侧的铝基板以及安装在铝基板上的热电材料。

所述的余热利用系统包括设置在热电利用系统一侧的换热器。

所述的功能型流体模块包括依次连通所述光电利用系统、热电利用系统、余热利用系统形成循环回路的功能流体通道。

所述功能型流体模块包括依次相连的光电利用系统流体通道、热电利用系统流体通道和位于光电利用系统外的外流体通道。

所述的太阳能电池板组的下端设置有第一光电利用系统流体通道,太阳能电池板组的上端设置有第二光电利用系统流体通道,所述的第一光电利用系统流体通道的出口通过位于光电利用系统外的外流体通道与第二光电利用系统流体通道的入口相连。

所述的第一光电利用系统流体通道为矩形截面钢制通道,第二光电利用系统流体通道与为矩形截面玻璃通道。

所述的太阳能电池板组通过粘结层固定在第一光电利用系统流体通道上表面。

所述的第二光电利用系统流体通道的出口与设置在热电材料上的矩形截面钢制热电利用系统流体通道的入口相连。

所述的热电利用系统流体通道的出口与换热器相连,经换热器换热后的流体经管路与第一光电利用系统流体通道入口相连。

所述的换热器与第一光电利用系统流体通道相连通的管路自来流动方向上还依次安装有流量调节阀和循环泵。

所述的第二光电利用系统流体通道表面安装有自清洁高透光气凝胶层。

所述的热电材料采用p型锑化铋与n型锑化铋按流体流向顺排形式固定在铝基板上。

本发明利用在功能流体通道内流动的功能型流体吸收太阳光中不符合光电转换要求的波段并转化为热能,降低了太阳能电池板的温度,同时经过余热利用的功能型流体以较低的温度流过太阳能电池板组背面,可以进一步降低太阳能电池板组温度;通过利用功能型流体吸收太阳光中不符合光电转换要求的波段并转化为热能实现光热转换,进一步进行热电及余热的分级利用,同时回收太阳能电池板组工作产生的热量,这有效的提高了光热转换效率;通过热电利用将光热转换的热能转换为电能,有效的提高了能源的品味;相比传统光电光热一体化复合系统具有更高的效率,通过对太阳能光电、光热、热电耦合利用的方式实现了对太阳能的高效利用。

另一方面采用自清洁高透光率的气凝胶可以减少对太阳光的反射,同时减少太阳能电池板组表面积灰,这有效的提高了光电转化效率;自清洁高透光率的气凝胶有极低的热导率,包裹实现分频功能的功能型流体通道,有效减少系统热损失。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

附图中:1、功能型流体;2、热电材料;3、聚光板;4、换热器;5、太阳能电池板组;6、粘结层;7、流量调节阀;8、循环泵;9、自清洁高透光气凝胶层;10-1、第一光电利用系统流体通道10-1;10-2、第二光电利用系统流体通道10-2;11、热电利用系统流体通道;12、位于光电利用系统外的外流体通道;13、铝基板。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

参见图1,本发明包括功能型流体模块、光电利用系统、热电利用系统、余热利用系统。

其中,功能型流体模块包括依次相连的光电利用系统流体通道、热电利用系统流体通道11和位于光电利用系统外的外流体通道12,及在该功能流体通道内流动的功能型流体1,所述的功能型流体1采用导热油掺杂核壳结构纳米颗粒的纳米流体,其中导热油为therminolvp-1,二氧化钛为核层,银为壳层,颗粒半径为35nm,核壳比为4/3,质量分数取0.018-0.023%。

所述的光电利用系统包括太阳能电池板组5以及设置在其上端的聚光板3。

所述的热电利用系统包括设置在光电利用系统一侧的铝基板13以及安装在铝基板13上的热电材料2,热电材料2采用p型锑化铋与n型锑化铋按流体流向顺排形式固定在铝基板13上。

所述的余热利用系统包括设置在热电利用系统一侧的换热器4。

在太阳能电池板组5的下端设置有第一光电利用系统流体通道10-1,太阳能电池板组5的上端设置有第二光电利用系统流体通道10-2,所述的第一光电利用系统流体通道10-1的出口通过位于光电利用系统外的外流体通道12与第二光电利用系统流体通道10-2的入口相连;在第二光电利用系统流体通道10-2表面安装有自清洁高透光气凝胶层9。

其中,第一光电利用系统流体通道为矩形截面钢制通道和,第二光电利用系统流体通道与为矩形截面玻璃通道。

太阳能电池板组5通过粘结层6固定在第一光电利用系统流体通道10-1上表面。

第二光电利用系统流体通道10-2的出口与设置在热电材料2上的矩形截面钢制热电利用系统流体通道11的入口相连,热电利用系统流体通道11的出口与换热器4相连,经换热器4换热后的流体经管路与第一光电利用系统流体通道10-1入口相连。在换热器4与第一光电利用系统流体通道10-1相连通的管路自来流动方向上还依次安装有流量调节阀7和循环泵8。

本发明的余热利用系统是以流过热电利用系统之后的功能型流体作为热源,通过换热器4供给用户所需热量。

光电利用系统由聚光板3和排布在第一光电利用系统流体通道10-1上表面以及自清洁高透光气凝胶层9下表面之间的太阳能电池板组5组成,聚光后的太阳光透过在电利用系统流体通道10-2中流通的功能型流体1之后,太阳能电池板不能利用的波段被吸收,剩下的波段投射在太阳能电池板组5,在不影响太阳能电池输出功率的同时降低了太阳能电池的温度,提高了其效率及使用寿命。

功能型流体1在第二光电利用系统流体通道10-2中将太阳能电池板不能利用的波段吸收,实现光热转换,之后流过热电利用系统流体通道11,作为热源与热电材料热端连接,利用塞贝克效应,实现热能电能相互转换,将功能型流体通过辐射得到的热能转换为品味更高的电能,提高了系统整体效率。

功能型流体1为纳米流体,可以调控其对太阳能光谱的吸收特性,吸收太阳光中不符合光电转换要求的波段并转化为热能,同时透过太阳能电池所需的太阳光波段。

第一光电利用系统流体通道10-1为矩形截面钢制通道,可以在更好地实现对太阳能电池板组冷却的同时与太阳能电池板组更方便地连接,第二光电利用系统流体通道10-2为矩形截面玻璃通道,可以更好地透过太阳光到太阳能电池板组,实现光电转换;热电利用系统流体通道11为矩形截面钢制通道,可以在保持较好的换热效果的同时与热电材料更方便地连接;位于光电利用系统外的外流体通道12为普通钢管,与其他部分通道连接,形成回路。

自清洁高透光气凝胶层9具有防尘、高透光率,包裹第二光电利用系统流体通道10-2。作为保温材料,气凝胶具有极低的热导率,可以实现对被加热的功能流体保温功能,减少系统热损失;气凝胶具有良好的疏水性能,以实现自清洁的效果,可以有效的防止积灰,同时,气凝胶相比普通的玻璃,具有更低的反射率,在相同的条件下可以提高系统的投入辐射,从而提高系统的总效率。

功能型流体1的循环过程为:功能型流体1首先经过光电利用系统中太阳能电池板组5的正面,在实现对太阳光分频功能的同时被加热,之后流过热电利用系统中热电材料2热端完成光热电转换,随后通过余热利用系统的换热器4经过余热利用后,以较低的温度流过太阳能电池板组5背面,实现对太阳能电池板组进一步的冷却,最后经过流量调节阀7及循环泵8之后再次流过所述光电利用系统中太阳能电池板组5的正面,构成循环。

本发明基于太阳能综合利用的理念,采用一种可调控光谱吸收特性的功能型纳米流体对太阳光进行分频利用,吸收太阳能电池光电转换不需要的波段,实现光热转换,进行后续热电及余热利用,剩余波段的太阳辐射完成光电转换,降低了太阳能电池的温度,同时利用余热利用之后低温的功能型流体冷却太阳能电池板组,进一步降低太阳能电池板组的温度,提高了太阳能电池的效率及使用寿命;对光热转换获得的热能进行分级利用,首先通过热电利用将热能转换为品位更高的电能,之后进行余热利用,最后回收太阳能电池板组工作产生的热能,实现了对投入系统太阳能的最大化利用;引入自清洁高透光率的气凝胶,在降低系统热损失的同时,实现防尘以及提高太阳光透过率的功能,进一步提升了整个系统的效率。

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