一种太阳能分级利用供热系统的制作方法

本发明属于新能源供热，具体涉及一种太阳能分级利用供热系统。

背景技术：

1、太阳能作为可再生能源，其广泛利用能够对实现双碳目标有极大的促进作用。在新能源发电领域，太阳能发电经过多年的快速发展。

2、当前，每年全国的煤炭消费中很大一部分被用于城市冬季采暖和生产生活热水供应，随着城镇化比例提高，相应的能源需求仍会不断攀升。作为一种重要的清洁能源，过去十年中，太阳能发电技术在国内飞速发展，截至2020年，装机容量已超过了2.5亿千瓦。因此，以我国丰富的太阳能资源为基础，加快构建清洁低碳的高效区域供热体系，存在明显的经济和社会效益，但是目前新能源供热还处于发展阶段，需要更高效的能源利用方式。

3、当前主要有两种太阳能发电方式，包括光伏发电和光热发电。由于光伏发电仅能利用特定波长光伏范围，其发电效率集中在12％～25％范围内。而光热发电虽然对太阳能全光谱进行利用，但高品位紫外和可见波段能量转换为低品位太阳热能，转换过程中存在严重的不可逆损失，因此光热发电效率多在13％～20％范围内，仍然比较低。因此，全光谱梯级利用方法作为太阳能利用领域重要的前沿研究方向得到重视和研究。光伏-光热互补利用系统，对太阳光谱的短波和长波进行部分分光，分别用于光伏发电和光热利用，同时使其运行在各自适合的温度范围内，这种方式将太阳能全光谱进行分割并对高低频部分分别进行光伏、光热利用。由于分光器件的使用通常造成光伏电池表面能流分布不均，进而导致电池表面温度集中、内部电流不匹配等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有化石能源供热技术的基础上，利用太阳能替代化石能源，通过分级利用，实现高效稳定供热，提供一种太阳能分级利用供热系统。本发明在光伏电池表面增加二次匀光器件，使聚光光线在未聚焦至光伏电池表面前，经多次反射、折射形成匀光焦斑，使光伏电池表面能流分布更加均匀。

2、本发明采用如下技术方案来实现的：

3、一种太阳能分级利用供热系统，包括分光器件、二次匀光器件、光伏发电系统、塔式太阳能聚光系统、储能罐、发电系统和加热装置；

4、太阳光线进入分光器件后，短波部分进入二次匀光器件，之后均匀的短波进入光伏发电系统产生电能，电能用于电加热加热装置中的冷水，加热装置所产生的热水用于供热；长波部分进入塔式太阳能聚光系统生产导热流体，导热流体一部分存储在储能罐中，多余的热流体进入发电系统进行发电，通过发电系统后冷导热流体重新进入塔式太阳能聚光系统。

5、本发明进一步的改进在于，短波部分波长小于900nm，其余为长波部分。

6、本发明进一步的改进在于，塔式太阳能聚光系统包括定日镜和吸热器，吸热器为多孔泡沫陶瓷，材质为碳化硅或氧化锆，通过定日镜将太阳能聚集至吸热器。

7、本发明进一步的改进在于，吸热器能够承受温度不低于1000℃。

8、本发明进一步的改进在于，还包括流量调节阀，通过流量调节阀调节直接发电与进入储能罐的流量分配。

9、本发明进一步的改进在于，加热装置包含加热组件与翅片换热器组件，加热组件由光伏系统供能。

10、本发明进一步的改进在于，储能罐连接发电系统与加热装置，当太阳光线不足时根据需要将储存的能量用于加热冷水或发电。

11、本发明进一步的改进在于，光伏系统产能不足时，储能罐中导热流体通过加热装置内的翅片式换热器辅助加热冷水，加热后导热流体返回塔式太阳能聚光系统。

12、本发明进一步的改进在于，所述光伏发电系统包括光伏组件，光伏组件的表面温度低于60℃。

13、本发明至少具有如下有益的技术效果：

14、相比现有的供热技术，本发明提供的一种太阳能分级利用供热系统，使用太阳能作为供热能源，新能源清洁、可再生的特点不仅可以有效缓解燃料燃烧对环境产生的污染问题，而且对能源的可持续发展具有重要意义。本发明通过分光系统实现太阳能的分级利用，提升太阳能利用效率，保证安全稳定供热的同时可以将多余能量用于发电。

15、综上所述，本发明一种太阳能分级利用供热系统，通过分光分级利用太阳能，结合光热系统的储能优势，实现太阳能高效稳定供热，具有很强的可操作性。通过有效利用太阳能，避免了目前常见的弃光现象，在现有供热技术的基础上降低化石燃料使用量，实现节能减排的目的，具有很好的经济性与发展潜力。

技术特征：

1.一种太阳能分级利用供热系统，其特征在于，包括分光器件(1)、二次匀光器件(2)、光伏发电系统(3)、塔式太阳能聚光系统(4)、储能罐(7)、发电系统(8)和加热装置(9)；

2.根据权利要求1所述的一种太阳能分级利用供热系统，其特征在于，短波部分波长小于900nm，其余为长波部分。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能分级利用供热系统，其特征在于，塔式太阳能聚光系统(4)包括定日镜(5)和吸热器(6)，吸热器(6)为多孔泡沫陶瓷，材质为碳化硅或氧化锆，通过定日镜(5)将太阳能聚集至吸热器(6)。

4.根据权利要求3所述的一种太阳能分级利用供热系统，其特征在于，吸热器(6)能够承受温度不低于1000℃。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能分级利用供热系统，其特征在于，还包括流量调节阀(11)，通过流量调节阀(11)调节直接发电与进入储能罐(7)的流量分配。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能分级利用供热系统，其特征在于，加热装置(9)包含加热组件与翅片换热器组件，加热组件由光伏系统供能。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能分级利用供热系统，其特征在于，储能罐(7)连接发电系统(8)与加热装置(9)，当太阳光线不足时根据需要将储存的能量用于加热冷水或发电。

8.根据权利要求1所述的一种太阳能分级利用供热系统，其特征在于，光伏系统产能不足时，储能罐(7)中导热流体通过加热装置(9)内的翅片式换热器辅助加热冷水，加热后导热流体返回塔式太阳能聚光系统(4)。

9.根据权利要求1所述的一种太阳能分级利用供热系统，其特征在于，所述光伏发电系统(3)包括光伏组件，光伏组件的表面温度低于60℃。

技术总结
本发明公开了一种太阳能分级利用供热系统，包括分光器件、二次匀光器件、光伏发电系统、塔式太阳能聚光系统、储能罐和换热装置等系统；太阳光线进入分光器件用于对太阳光谱的短波和长波进行部分分光，将短波用于光伏发电系统加热产生热水进行供热，长波用于塔式太阳能聚光系统生产高参数的导热流体，并存储在储能罐中，太阳光充足时通过导热流体流量调节阀将多余导热流体用于发电，太阳光不足时储能罐中的导热流体进入加热装置协助加热。本发明同时利用光热发电的储能优势，结合光伏与光热系统实现太阳能的分级利用，提高太阳能供热系统的经济性与稳定性。

技术研发人员：王远,王慧青,赵永坚,孟勇,徐远纲,杨越
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12