一种聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统的制作方法
【专利摘要】一种聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统，所述聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统包括一个或多个光电发电子系统，一个或多个光热集热利用子系统，一个或多个聚光子系统，一个智能控制子系统。本发明所公开的一种聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统，将太阳能应用技术中的光电和光热技术综合利用，提升太阳能综合利用率50％以上，采用聚光设计增加光伏晶片的单位面积发电量5倍～120倍，利用太阳追踪技术，保障了设备的稳定性和持续性，提升总发电量15％～30％，大幅降低设备投资成本，使太阳能利用设备的设计和应用实现小型化、移动化和智能化。
【专利说明】一种聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能应用领域，尤其涉及太阳能光伏发电设备领域，同时涉及太阳能热能利用设备领域。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的快速发展，煤、石油、天然气等不可再生的传统能源的消耗逐步加重，从而带来的能源危机引起社会的广泛关注。因此，新兴能源替代传统能源作为一个重要的科技发展方向和解决途径得到飞速的发展。其中，太阳能的开发利用成为技术发展最快市场潜力最大的【技术领域】。
[0003]近年来，我国太阳能光伏发电和太阳能热水器领域从技术开发、装备生产到市场推广利用均达到国际同步水平。太阳光利用技术的飞速发展，表现在光电转换效率的不断提高，设备制造成本的持续下降，以及各种新型太阳能转换装置的问世等方方面面。
[0004]目前，太阳能的利用技术发展为两个分支，即太阳能光伏【技术领域】和太阳能热水器【技术领域】两个方面。但是，两个【技术领域】的发展朝向两个独立的极端方向，在各自【技术领域】中均达到了较高的发展水平。然而目前的技术研究，仅是针对性地进行在两个独立的【技术领域】进行互补利用开发，而未实现综合利用技术的发展。
[0005]由于现有技术的限制，一般太阳能光伏发电设备的体积较大，太阳能电池的光电转化效率一般为10%?30%，70%?90%的能源在光电转化过程中转化为热能，成为光伏发电的副产品。热能的大量聚集会使光伏晶片内部的工作温度升高，将进一步导致光电转化效率降低、晶片使用寿命减少等。因此，热能的及时疏散成为太阳能光伏技术发展的又一个新难题。
[0006]太阳能光热利用领域中，尤其以太阳能热水器的技术发展的发展最为突出，目前已发展成型的有蜂窝式、真空管式、热管真空管式和全息分光式太阳能热水器等。但是，现有的太阳能热水器未实现智能控制，仅为单一的静态式热能转换，因此太阳能热转化效率仅为30%?40%，60%?70%的热能未得到有效利用而被浪费。
[0007]综上所述，为了能够有效地解决能源危机问题，充分利用可再生型太阳能自然资源，更好地推广太阳能应用技术，综合利用太阳能光伏发电技术和光热利用技术，提升设备对太阳能的利用效率，降低设备的投资成本和制造成本，亟需开发一种发电效率更高、能效利用更好、智能控制、移动便携、造价低廉、更利于推广绿色能源的太阳能光伏发电与集热利用的综合应用设备。
【发明内容】
[0008]为了解决上述技术中的缺点和不足，本发明提供了一种聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统。
[0009]本发明技术方案如下:
[0010]一种聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统，所述聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统包括一个或多个光电发电子系统，一个或多个光热集热利用子系统，一个或多个聚光子系统，一个智能控制子系统。
[0011]所述光电发电子系统包含至少一组位于热传导基座上的光伏电池组，至少一组位于集热回收管外侧的热传导基座，和一个电力输出网络。
[0012]所述光伏电池组由光伏晶片按序排列组成，用于将设备所接收的太阳光进行光伏效应，转化为电能，所述光伏晶片的组成材料为S1、Ge等单元素材料，和GaAs、CdTe,CuInGaSe等多元素的化合物材料中的一种或多种。
[0013]较佳的，所述光伏电池组的尺寸与集热回收管的尺寸匹配，长度为1cm?10000cm,宽度为0.1cm?200cm，对于小型系统，优选长度为10cm?500cm，优选宽度为Icm ?1cm0
[0014]较佳的，所述热传导基座将光伏电池组在光伏效应的过程中所生成的热能及时疏散并定向转移至集热回收管，其组成材料为铝、铝合金、铜、铜合金等金属和合金材料，金属氧化物和陶瓷类材料，以及DLC类金刚石薄膜材料中的一种或多种。
[0015]所述电力输出网络用于输出光伏电池组所产生的电能，包括一个逆变器和一个输出网络，所述逆变器将所述光伏晶片所生成的电能转化为直流电(DC)和交流电(AC)的形式输出到用户端，所述电能的使用方式包括并网使用和蓄电系统储备。
[0016]所述光热集热利用子系统包含至少一组集热回收管、控制器、进水管、出水管、温度检测器、电耦合流量控制阀，和一组热水储备器。
[0017]所述集热回收管为中空管，其内部为冷水加热区域，用于将冷水通过热传导和热交换加热为所需的热水；其外侧上层为光热转换吸热层，用于吸收设备表面所接收的太阳光及热能；其外侧下层为聚热绝缘层，用于定向传导由光伏电池组所生产的余热，并对电池组形成电气绝缘作用。
[0018]所述集热回收管的两端分别为进水口和出水口，分别连接有进水管和出水管，用于冷热水的传输；进水管和出水管的接口处各设有一个电耦合流量控制阀，用于控制和调节冷水进水和热水出水的流量大小；出水口和电耦合流量控制阀之间设有一个控制器和一个温度检测器，用于实时检测热水出水的水温，并反馈至智能控制子系统，控制调节电耦合流量控制阀；出水口的电耦合流量控制阀通过出水管连接到热水储备器，热水储备器用于保温储存由系统产生的热水。
[0019]较佳的，所述集热回收管的尺寸与光伏电池组的尺寸匹配，长度为1cm?10000cm,宽度为0.1cm?200cm，对于小型系统，优选长度为10cm?500cm，优选宽度为Icm ?1cm0
[0020]较佳的，所述集热回收管的组成材料为铝、铝合金、铜、铜合金等金属和合金材料，金属氧化物和陶瓷类材料，以及DLC类金刚石薄膜材料中的一种或多种。
[0021]所述聚光子系统包含至少一个镜面反射聚光器和太阳追踪系统。
[0022]所述镜面反射聚光器呈内凹抛物面型凹槽，其内侧表面为镜面，用于最大程度将所接收到的太阳光反射并集中到光伏晶组上，镜面反射聚光器的开口部由透光板封闭，用于保护其内部结构。
[0023]较佳的，所述镜面反射聚光器的尺寸与光伏电池组的尺寸匹配，长度为1cm?10000cm，开口宽度为Icm?100cm，优选长度为10cm?500cm，优选宽度为1cm?50cm。
[0024]所述太阳追踪系统包括智能型支撑架、智能型升降架、智能型悬挂架中的一种或多种，用于实时追踪太阳位置，校正镜面反射聚光器的接收位置和方向，保障镜面反射聚光器的太阳光接收面实时正对太阳，使太阳光的聚集效率达到最大化。
[0025]所述智能控制子系统包括光伏优化控制器、逆变控制器、太阳追踪控制器、温度控制器，和远程遥控控制器，用于控制光电光热一体化综合利用系统的智能化运行。
[0026]本发明的积极进步效果在于:
[0027]1、本发明所公开的一种聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统，将太阳能应用技术中的光电和光热技术综合利用，使光伏发电与集热过程中所产生的热能充分利用，实现太阳能利用率提升50%以上。
[0028]2、本发明所公开的一种聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统采用聚光设计，提升光伏晶片的太阳能接收强度5倍?120倍，即提升光伏晶片的单位面积发电量5倍?120倍，从而有效的降低了光伏材料的使用率，使光伏设备的设计小型化、轻型化。
[0029]3、本发明所公开的一种聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统，利用太阳追踪技术，保障了光伏发电与集热系统的稳定性和电力输出的持续性，较固定类型产品提升发电量达15%?30%。
[0030]4、本发明所公开的一种聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统，在保障发电效率的同时，有效简化了设备的制造流程，缩短了产品的加工周期，并大幅降低了设备的生产成本和投资成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明所述的聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统的整体工作原理及其流程示意图；
[0032]图2为本发明所述的聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统的一种结构示意图；
[0033]图3为本发明所述的聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统的另一种结构示意图；
[0034]图4为本发明所述的聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统的一个单元的结构示意图；
[0035]图5为本发明所述的光电发电子系统、光热集热子系统和聚光子系统的截面剖视图；
[0036]图6为本发明所述的光电发电子子系统和光热集热子系统的局部剖视图。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图给出本发明的【具体实施方式】，以详细说明本发明的技术方案，但本发明并不局限与此。
[0038]如图1-5所示，一种聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统，所述聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统包括一个或多个光电发电子系统，一个或多个光热集热利用子系统，一个或多个聚光子系统，一个智能控制子系统。
[0039]所述光电发电子系统包含至少一组位于热传导基座120上的光伏电池组110，至少一组位于集热回收管310外侧的热传导基座120,和一个电力输出网络；所述光热集热利用子系统包含至少一组集热回收管310、控制器320、温度检测器330、进水管341、出水管342、电耦合流量控制阀351和352，和一组热水储备器360 ;所述聚光系统包含至少一个镜面反射聚光器210和太阳追踪系统支架213和214 ;所述智能控制子系统包括光伏优化控制器、逆变控制器、太阳追踪控制器、温度控制器，和远程遥控控制器。
[0040]较佳的，所述光伏电池组110由光伏晶片按序排列组成，用于将设备所接收的太阳光100进行光伏效应，转化为电能，所述光伏晶片的组成材料为S1、Ge等单元素材料，和GaAs、CdTe, CuInGaSe等多元素的化合物材料中的一种或多种。
[0041 ] 较佳的，所述光伏电池组110的尺寸与集热回收管310的尺寸匹配，光伏电池组的长度为1cm?10000cm,优选为10cm?500cm,更优选150cm?200cm ;光伏电池组的宽度为0.1cm?200cm,优选为Icm?1cm,更优选为3cm?5cm。
[0042]较佳的，所述热传导基座120将光伏电池组110在光伏效应的过程中所生成的热能及时疏散并定向转移至集热回收管310，热传导基座的组成材料为铝、铝合金、铜、铜合金等金属和合金材料，金属氧化物和陶瓷类材料，以及DLC类金刚石薄膜材料中的一种或多种。
[0043]所述电力输出网络用于输出光伏电池组所产生的电能，包括一个逆变器和一个输出网络，所述逆变器将所述光伏晶片所生成的电能转化为直流电(DC)和交流电(AC)的形式输出到用户端，所述电能的使用方式包括并网使用和蓄电系统储备。
[0044]所述集热回收管310为中空管，其内部为冷水加热区域，用于将冷水通过热传导和热交换加热为所需的热水；其外侧上层为光热转换吸热层，用于吸收设备表面所接收的太阳光100及热能；其外侧下层为聚热绝缘层，用于定向传导由光伏电池组所生产的余热，并对电池组形成电气绝缘作用。
[0045]所述集热回收管310的两端分别为进水口和出水口，分别连接有进水管341和出水管342，用于冷热水的传输；进水管341和出水管342的接口处各设有一个电耦合流量控制阀351和352，用于控制和调节冷水进水和热水出水的流量大小；出水口的出水管342和电耦合流量控制阀352之间设有一个控制器320和一个温度检测器330，用于实时检测热水出水的水温，并反馈至智能控制子系统，控制调节电耦合流量控制阀351和352 ;出水口的电耦合流量控制阀352通过出水管连接到热水储备器360，热水储备器360用于保温储存由系统产生的热水。
[0046]较佳的，所述集热回收管310的尺寸与光伏电池组110的尺寸匹配，集热回收管的长度为1cm?10000cm,优选为10cm?500cm,更优选150cm?200cm ;光伏电池组的宽度为0.1cm?200cm,优选为Icm?1cm,更优选为3cm?5cm。
[0047]较佳的，所述集热回收管的组成材料为铝、铝合金、铜、铜合金等金属和合金材料，金属氧化物和陶瓷类材料，以及DLC类金刚石薄膜材料中的一种或多种。
[0048]所述镜面反射聚光器210呈内凹抛物面型凹槽，其内侧表面211为镜面，用于最大程度将所接收到的太阳光100反射并集中到光伏晶组110上，镜面反射聚光器210的开口部由透光板212封闭，用于保护其内部结构。
[0049]较佳的，所述镜面反射聚光器210的尺寸与光伏电池组匹配，镜面反射聚光器的长度为1cm?10000cm,优选为10cm?500cm,更优选150cm?200cm ;开口宽度为1cm?100cm,优选为1cm?50cm更优选为30cm?50cm。
[0050]所述太阳追踪系统包括智能型支撑架213、智能型升降架214、智能型悬挂架中的一种或多种，用于实时追踪太阳位置，校正镜面反射聚光器210的接收位置和方向，保障镜面反射聚光器210的太阳光接收面实时正对太阳，使太阳光的聚集效率达到最大化。
[0051]所述智能控制子系统包括光伏优化控制器、逆变控制器、太阳追踪控制器、温度控制器，和远程遥控控制器，用于控制光电光热一体化综合利用系统的智能化运行。
[0052]虽然以上描述了本发明的具体内容和实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统，其特征在于:所述聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统包括一个或多个光电发电子系统，一个或多个光热集热利用子系统，一个或多个聚光子系统，一个智能控制子系统。
2.如权利要求1所述的聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统，其特征在于:所述光电发电子系统包含至少一组位于热传导基座上的光伏电池组，至少一组位于集热回收管外侧的热传导基座，和一个电力输出网络。
3.如权利要求2所述的聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统，其特征在于:所述光伏电池组由光伏晶片按序排列组成，所述光伏晶片的组成材料为S1、Ge等单元素材料，和GaAs、CdTe, CuInGaSe等多元素的化合物材料中的一种或多种。
4.如权利要求2所述的聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统，其特征在于:所述电力输出网络包括一个逆变器和一个输出网络，所述逆变器将所述光伏晶片所生成的电能转化为直流电和交流电的形式输出到用户端，所述电能的使用方式包括并网使用和蓄电系统储备。
5.如权利要求1所述的聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统，其特征在于:所述光热集热利用子系统包含至少一组集热回收管、控制器、进水管、出水管、温度检测器、电耦合流量控制阀，和一组热水储备器。
6.如权利要求5所述的聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统，其特征在于:所述集热回收管为中空管，其内部为冷水加热区域，其外侧上层为光热转换吸热层，其外侧下层为聚热绝缘层；集热回收管两端分别为进水口和出水口，分别连接有进水管和出水管；进水管和出水管的接口处各设有一个电耦合流量控制阀；出水口和电耦合流量控制阀之间设有一个控制器和一个温度检测器；出水口的电耦合流量控制阀通过出水管连接到热水储备器。
7.如权利要求1所述的聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统，其特征在于:所述聚光子系统包含至少一个镜面反射聚光器，所述镜面反射聚光器呈内凹抛物面型凹槽，其内侧表面为镜面，镜面反射聚光器的开口部由透光板封闭。
8.如权利要求1所述的聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统，其特征在于:所述智能控制子系统包括光伏优化控制器、逆变控制器、太阳追踪控制器、温度控制器，远程控制器。
9.如权利要求2所述的聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统，其特征在于:所述光伏电池组的尺寸与集热回收管的尺寸匹配，长度为1cm?10000cm，宽度为0.1cm?200cm,对于小型系统,优选长度为10cm?500cm,优选宽度为Icm?1cm ;所述集热回收管的尺寸与光伏电池组的尺寸匹配，长度为1cm?10000cm，宽度为0.1cm?200cm，对于小型系统，优选长度为10cm?500cm,优选宽度为Icm?1cm ;所述镜面反射聚光器的尺寸与光伏电池组的尺寸匹配，长度为1cm?10000cm，开口宽度为Icm?100cm，优选长度为10cm?500cm,优选开口宽度为1cm?50cm。
10.如权利要求2所述的聚光型太阳能光电光热一体化综合利用系统，其特征在于:热传导基座的组成材料为铝、铝合金、铜、铜合金等金属和合金材料，金属氧化物和陶瓷类材料，以及DLC类金刚石薄膜材料中的一种或多种；所述集热回收管的组成材料为铝、铝合金、铜、铜合金等金属和合金材料，金属氧化物和陶瓷类材料，以及DLC类金刚石薄膜材料中的一种或多种。
【文档编号】H02S40/44GK104242817SQ201410367661
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】熊福林, 熊伟 申请人:熊伟, 熊福林