一种基于量子点光谱调制的太阳能储热系统及方法

1.本发明涉及太阳能储能技术领域，具体涉及一种利用量子点太阳能光谱调制技术，采用特殊工质，实现对太阳光辐射能量的高效吸收并进行能量储存的系统及方法。


背景技术：

2.环境污染和能源危机是制约我国国民经济可持续发展的突出矛盾之一，清洁可再生能源的高效利用成为当务之急。太阳能作为地球主要能量来源之一，具有不可估量的发展潜力，若能实现对太阳能的高效利用，不仅能减少环境污染，还能实现经济可持续发展。
3.目前利用太阳能的主要方式是先采用在太阳光谱波段吸收率较高的材料吸收太阳能升温后，再以对流、导热的方式与工质换热，然后工质参与循环，最终实现太阳能的利用。该过程历经多次能量转换，整体效率较低。由于太阳光谱和常用工质的吸收光谱不完全匹配，除了大规模的太阳能电站外，很少直接利用工质吸收太阳能。


技术实现要素：

4.考虑到太阳能的传统利用方法效率低、工艺复杂等相关局限性，本发明的目的是利用量子点对太阳能的光谱调制作用，提供一种基于量子点光谱调制的太阳能储热系统及方法，该系统及方法高效、环保、无污染，且能够实现太阳能的高效储存。
5.为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
6.一种基于量子点光谱调制的太阳能储热系统，该系统由特殊工质及管道、工质喷雾蒸发段、熔融盐换热部和工质返回段组成；
7.所述特殊工质及管道包括工质1、小径管路2-1和t形管路2-2，其中工质1在小径管路2-1和t形管路2-2中流动，小径管路2-1的入口、出口分别与t形管路2-2的出口、入口相连，形成闭路循环；所述的工质1由水和毫米颗粒混合而成，毫米颗粒由基底和基底外围包裹的量子点薄层组成，该毫米颗粒与水混合后的工质1具有与太阳光谱相匹配的吸收光谱，实现对太阳辐射的高效吸收；在工质1喷雾蒸发后，毫米颗粒能够与蒸汽相互分离，还能再次与冷凝水混合；
8.所述的工质喷雾蒸发段包括第一太阳能聚光器3-1、喷嘴4和第二太阳能聚光器3-2，第一太阳能聚光器3-1布置在喷嘴4前小径管路2-1的侧面，小径管路2-1出口与t形管路2-2入口连接处布置喷嘴4，第二太阳能聚光器3-2布置在喷嘴4后t形管路2-2的侧面；
9.所述的熔融盐换热部包括熔盐罐5、熔盐泵6和熔盐循环管路7，熔盐循环管路7部分管路内置于t形管路2-2中，熔盐循环管路7入口、出口处与熔盐罐5相连，熔盐泵6布置于熔融盐循环管路7入口处；
10.所述的工质返回段包括集料斗8、保温包层9和加压泵10，集料斗8布置在t形管路2-2底部出口处，加压泵10布置在小径管路2-1上，保温包层9布置于集料斗8出口至加压泵10入口处。
11.所述的毫米颗粒中的基底采用二氧化硅、石蜡、石墨烯或含碳硅胶，毫米颗粒能够
吸收短波即波长为400-800nm的太阳辐射，并将其转换为长波即波长为1100-1500nm的太阳辐射，实现太阳能光谱调制；可根据所需要的蒸汽温度调节水和毫米颗粒之间的比例。
12.所述的小径管路2-1和t形管路2-2均采用钢化玻璃掺杂石墨烯烧制而成，在保证强度的同时，对太阳光有高达0.9的透过率，折射率低，能够全反射其内部工质1所发出的辐射。
13.所述的喷嘴4采用雾化喷射，安装在小径管路2-1出口与t形管路2-2入口连接处，保证接触密切不泄漏。
14.所述的第一太阳能聚光器3-1和第二太阳能聚光器3-2采用不同曲率的抛物面镜，通过改变抛物面镜的安装位置，使太阳光聚焦于小径管路2-1和t形管路2-2上，形成高能光束。
15.所述的熔盐循环管路7在t形管路2-2内部部分采用倾斜管道，方便熔融盐与蒸汽换热后产生的冷凝水沿t形管路2-2壁面流入集料斗8。
16.所述的一种基于量子点光谱调制的太阳能储热系统的工作方法，包括以下步骤：
17.步骤1，特殊工质及管道的制备：工质1以预设比例采用水和毫米颗粒的混合物，毫米颗粒由基底和基底外围包裹的量子点薄层组成，小径管路2-1和t形管路2-2均由钢化玻璃掺杂石墨烯烧制而成；
18.步骤2，工质喷雾蒸发：工质1经过加压泵10和第一太阳能聚光器3-1后形成高温高压的工质溶液，然后通过喷嘴4，在t形管路2-2内部形成圆锥状水雾，并由第二太阳能聚光器3-2继续加热液滴蒸发产生蒸汽，并与毫米颗粒分离；毫米颗粒在重力的作用下进入集料斗8，蒸汽在浮升力的作用下向上方移动；
19.步骤3，熔融盐换热：熔盐罐5中的熔融盐经过熔盐泵6的加压，进入熔盐循环管路7中与t形管路2-2内部的高温蒸汽进行换热后，再次流入熔盐罐5中，形成闭路循环；
20.步骤4，工质返回：经过换热后的高温蒸汽冷凝为液体沿t形管路2-2管壁后进入集料斗8中与毫米颗粒再度混合后，进入保温包层9包裹的小径管路2-1中，然后进入加压泵10中，形成工质1的闭路循环。
21.工质1中水和毫米颗粒的质量比为(20～30):1。
22.和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
23.本发明采用水和毫米颗粒的混合物对太阳光进行光谱调制，使工质的吸收光谱与太阳光谱相匹配，从而实现太阳能的储存。该系统及方法能够实现太阳能的高效储存，清洁环保可持续，可应用于各种需要能源的行业。
附图说明
24.图1为基于量子点光谱调制的太阳能储热系统图。
25.图2为工质中毫米颗粒结构简图。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
27.如图1所示，一种基于量子点光谱调制的太阳能储热系统，该系统由特殊工质及管道、工质喷雾蒸发段、熔融盐换热部和工质返回段组成；所述特殊工质及管道包括工质1、小
径管路2-1和t形管路2-2，其中工质1在小径管路2-1和t形管路2-2中流动，小径管路2-1的入口、出口分别与t形管路2-2的出口、入口相连，形成闭路循环；所述的工质喷雾蒸发段包括第一太阳能聚光器3-1、喷嘴4和第二太阳能聚光器3-2，第一太阳能聚光器3-1布置在喷嘴4前小径管路2-1的侧面，小径管路2-1出口与t形管路2-2入口连接处布置喷嘴4，第二太阳能聚光器3-2布置在喷嘴4后t形管路2-2的侧面；所述的熔融盐换热部包括熔盐罐5、熔盐泵6和熔盐循环管路7，熔盐循环管路7部分管路内置于t形管路2-2中，熔盐循环管路7入口、出口处与熔盐罐5相连，熔盐泵6布置于熔融盐循环管路7入口处；所述的工质返回段包括集料斗8、保温包层9和加压泵10，集料斗8布置于t形管路2-2底部出口处，加压泵10布置在小径管路2-1上，保温包层9布置于集料斗8出口至加压泵10入口处。
28.所述的工质1由水和毫米颗粒混合而成，毫米颗粒由基底和基底外围包裹的量子点薄层组成，该毫米颗粒与水混合后的工质1具有与太阳光谱相匹配的吸收光谱，实现对太阳辐射的高效吸收；在工质1喷雾蒸发后，毫米颗粒能够与蒸汽相互分离，还能再次与冷凝水混合；如图2所示，所述的毫米颗粒由基底和基底外围包裹的量子点薄层组成，该毫米颗粒能够吸收短波(400-800nm)的太阳辐射，并将其转换为长波(1100-1500nm)太阳辐射，实现太阳能光谱调制。优选的，毫米颗粒中的基底采用二氧化硅、石蜡、石墨烯或含碳硅胶。
29.实施例一：晴天时的太阳能储存：
30.(1)如图1所示，特殊工质及管道的制备：工质1以30:1的质量比例采用水和毫米颗粒的混合物，毫米颗粒由基底和基底外围包裹的量子点薄层组成，本实施例中毫米颗粒中的基底采用二氧化硅，小径管路2-1和t形管路2-2均由钢化玻璃掺杂石墨烯烧制而成；
31.(2)如图1所示，工质喷雾蒸发：工质1经过加压泵10和第一太阳能聚光器3-1后形成高温高压的工质溶液，然后通过喷嘴4，在t形管路2-2内部形成圆锥状水雾，并由第二太阳能聚光器3-2继续加热液滴蒸发，形成温度在300℃左右的蒸汽，并与毫米颗粒分离；毫米颗粒在重力的作用下进入集料斗8，蒸汽在浮升力的作用下向上方移动；
32.(3)如图1所示，熔融盐换热：熔盐罐5中的熔融盐经过熔盐泵6的加压，进入熔盐循环管路7中与t形管路2-2内部温度约为300℃高温蒸汽进行换热后，调节熔盐泵功率，待熔融盐温度升至240℃时再次流入熔盐罐5中，形成闭路循环；
33.(4)如图1所示，工质返回：经过换热后的高温蒸汽冷凝为温度约为70℃的液体沿t形管路2-2流入集料斗8中与毫米颗粒混合后，进入保温包层9包裹的小径管路2-1中，然后进入加压泵10中，形成工质1的闭路循环。
34.实施例一：阴天时的太阳能储存：
35.(1)如图1所示，特殊工质及管道的制备：工质1以20:1的质量比例采用水和毫米颗粒的混合物，毫米颗粒由基底和基底外围包裹的量子点薄层组成，本实施例中毫米颗粒中的基底采用石墨烯，小径管路2-1和t形管路2-2均由钢化玻璃掺杂石墨烯烧制而成；
36.(2)如图1所示，工质喷雾蒸发：工质1经过加压泵10和第一太阳能聚光器3-1后形成高温高压的工质溶液，然后通过喷嘴4，在t形管路2-2内部形成圆锥状水雾，并由第二太阳能聚光器3-2继续加热液滴蒸发，形成温度在240℃左右的蒸汽，并与毫米颗粒分离；毫米颗粒在重力的作用下进入集料斗8，蒸汽在浮升力的作用下向上方移动；
37.(3)如图1所示，熔融盐换热：熔盐罐5中的熔融盐经过熔盐泵6的加压，进入熔盐循环管路7中与t形管路2-2内部温度约为240℃高温蒸汽进行换热后，调节熔盐泵功率，待熔
融盐温度升至200℃时再次流入熔盐罐5中，形成闭路循环；
38.(4)如图1所示，工质返回：经过换热后的高温蒸汽冷凝为温度约为60℃的液体沿t形管路2-2流入集料斗8中与毫米颗粒混合后，进入保温包层9包裹的小径管路2-1中，然后进入加压泵10中，形成工质1的闭路循环。