一种热管式聚光光伏光热一体化热电联产装置的制作方法

本发明涉及一种太阳能热电联产系统，特别是一种用于热管式聚光光伏光热一体化热电联产装置，属于太阳能应用技术领域。

背景技术：

太阳能作为一种清洁、无污染的可再生能源，其开发和利用被认为世界能源战略的重要组成部分。太阳能光伏发电系统已经大规模建，但是光伏发电成本一直高居不下，制约其发展。聚光技术是利用廉价的镜面部分代替电池，从而降低光伏发电的成本。

聚光光伏系统是利用价廉的聚光镜部分代替高昂的电池，从而降低光伏发电系统成本。商业化的光伏电池的光电转换效率一般为5％～20％，换言之，近80％的太阳能没有得到合理利用，转化为热能，导致电池的温度升高，电池温度每升高1度，效率约下降0.5％。在聚光条件下，电池表面的太阳辐射强度是非聚光条件下的数倍、数十倍、甚至数百倍，电池的温度急剧上升，所以，聚光光伏系统中，电池的冷却装置是至关重要的。

自上世纪70年代，光伏光热一体化的出现，降低了电池的温度同时，也有效提高了太阳能的综合利用率。所谓的光伏光热一体化系统是一种集太阳能光伏发电与热利用为一体的太阳能集热器，简称PVT(Photovoltaic/Thermal Collector)。太阳照射在集热器的表面产生电能，热能从电池的冷却系统中获得。

聚光光伏光热一体化系统，简称c-PVT(Concentrator-type Photovoltaic/Thermal Collector)是集PVT与聚光装置为一体的系统，聚光装置可以提高电池表面的太阳辐射强度，增加PVT输出电功率和热功率

目前，已经有聚光光伏光热一体化装置被设计，但这些方案均存在一定的局限性。如中国专利CN102570910A公布了一种聚光光伏光热太阳能综合利用系统，包括聚光模组、跟踪支架、换热器单元、跟踪控制部分，可实现太阳能综合利用，但该系统的聚光单元由一次聚光单元、二次聚光单元，且一次聚光单元采用复杂的曲面镜，其制造工艺复杂，长期使用，容易变形，产生很大的误差。中国专利CN201120070039.2公布了高倍聚光太阳能光伏光热复合发电系统，主要由聚光太阳能电池和半导体温差发电模块构成，有效地将聚光太阳能电池的余热转换为电 能，但目前半导体温差电池转换效率、价格昂贵，很难大规模应用。.

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的在于克服上述现有相关聚光太阳能装置的缺陷，提供了一种热管式聚光光伏光热一体化热电联产装置，能够实现提高聚光发电系统的综合效率。

技术方案：采为解决上述技术问题，提供一种热管式聚光光伏光热一体化热电联产装置，该装置包括电池芯片(1)、热管(2)、冷凝管(3)、菲涅尔聚光镜(4)、防尘罩(5)、二次聚光漏斗(6)、温度传感器(7)、给水泵(8)、控制器(9)、水箱(10)。

所述电池芯片是由高性能的砷化镓聚光电池构成，是将太阳能转换为电能的核心部件。

所述热管，本发明在普通的热管基础上进行改造，改造成扁平状，让电池芯片与热管蒸发段接触面积增大，提高传热效率，其蒸发段使用导热胶粘在光伏电池背板上，冷凝段安装在冷凝管内，当电池芯片产生热量时，热管内的工质开始蒸发，工质在热管的冷凝段将热能传递到冷却水中，将光伏电池中的通过热管快速、有效地传递至冷却水中。

所述菲涅尔聚光镜是用于聚焦太阳能，聚光镜的大小根据聚光比确定，若设计聚光比为500，则菲涅尔镜的有效面积为电池芯片的有效面积的500倍。菲涅尔聚光镜具有质量轻、成本低，非常实用于高倍聚光。

所述防尘罩是由廉价的塑料制成的，有效防止灰尘进入系统，落到电池芯片上，从而严重影响了光电、光热转换效率。

所述二次聚光漏斗，形状与防尘罩相似，由薄铝片制成，在内表面电镀上银，提高反射率，进而提高光学效率。

所述温度传感器是由热电偶构成，分布安装在冷却水的管道，事实检测冷却水的温度，并将水温传给控制器。

所述给水泵控制冷却水的流速。

所述控制器由单片机芯片构成，可接收温度传感器的温度信号，并根据温度信号，控制冷却水的流速。

所述水箱由保温水箱构成，用于存储系统得到的热水。

将电池芯片的冷却水进行串并联设计，得到合适的冷却水。需要考虑两个方面。第一需要考虑电池芯片的工作温度；第二需要考虑冷却水的可实用的温度。将得到的最后的冷却水存储在水箱中。

本发明的一种热管式聚光光伏光热一体化热电联产装置，廉价的菲涅尔聚光镜实现了高倍聚光，可高达500以上，根据设计要求，也可高达1000倍以上，同时利用热管技术，一方面降低聚光电池的温度，另一方面实现了余热的利用，提高了系统的综合效率，更加有效地利用太阳能。本发明是基于聚光太阳能利用技术，整个装置需要安装在高精度的太阳能跟踪装置上，太阳能跟踪装置技术已经非常成熟，本发明没有对这方面提出专利保护，利用现有的高精度太阳能跟踪装置平台，都可应用在本发明上。

工作原理

电池芯片压制成扁平状后，使用导热胶粘贴在热管的蒸发段，热管的冷凝段安装在冷凝管内，冷凝管有冷却水进口和出口；太阳能经过菲涅尔聚光镜聚焦后，将太阳能聚焦在电池芯片表面，电池芯片将部分太阳能转换为电能，还有一部分太阳能无法转换为电能，而转换成热能，从而导致电池芯片温度升高，当电池芯片温度升高时，温度传给热管的蒸发段，此时，热管内的工质被加热，热管内的工质的沸点非常低，热管内的工质受热后蒸发，流向冷凝段，冷凝段安装在冷凝管内，冷凝管通入冷却水，这样，工质在冷凝段被冷凝后，流回蒸发段，完成了整个传热过程。温度传感器实时监测冷却水的温度，将温度信号传给控制器，控制器根据温度信号与设定温度信号，控制给水泵的转速，进而控制冷却水的流速，从而控制冷却水的温度，将单个电池芯片的冷却水进行串并联设计，最后得到的冷却水送至水箱中存储。

在本发明中，还设计了二次聚光漏斗，高倍聚光对太阳能跟踪精度要求特别高，而利用二次聚光漏斗，即使差生少量的跟踪误差，也不影响聚光要求，可有效降低跟踪控制成本。本发明冷却方法是基于热管技术，冷却水和电池芯片没有直接接触，有效组织在严寒气候，因冷却水结冰后，产生应力对电池芯片产生破坏。

本发明未特别限定的技术均为现有技术。

有益效果：

1)该装置菲涅尔聚光原理，实现了太阳能高倍聚光的聚光系统。

2)该装置采用了二次聚光漏斗技术，有效地降低太阳能二维跟踪成本。

3)该装置利用热管技术，更加有效地回收系统的余热。

4)该装置利用热管技术，有效地解决了冷却系统的防冻、防腐蚀问题。

5)该装置根据电池芯片的工作温度和冷却水的实用温度，综合设计，可实现热电联产，效率更高。

6)该装置结构简易，光电效率、光热效率非常高，推广应用潜力大。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明应用示意图；

图3是防尘罩示意图。

其中：1-电池芯片、2-热管、3-冷凝管、4-菲涅尔聚光镜、5-防尘罩、6-二次聚光漏斗、7-温度传感器、8-给水泵、9-控制器、10-水箱。

具体实施方式

参见图1，一种热管式聚光光伏光热一体化热电联产装置，该装置包括电池芯片(1)、热管(2)、冷凝管(3)、菲涅尔聚光镜(4)、防尘罩(5)、二次聚光漏斗(6))、温度传感器(7)、给水泵(8)、控制器(9)、水箱(10)。

电池芯片(1)使用导热胶粘贴在热管(2)的蒸发段，热管(2)的冷凝段安装在冷凝管(3)内，冷凝管(3)有冷却水进口和出口；防尘罩(5)的上开口安装菲涅尔聚光镜(4)，下开口安装电池芯片(1)，同时在电池芯片(1)上安装二次聚光漏斗(6)，电池芯片(1)的冷却水进口和下一个电池芯片(1)的冷却水出口连接，形成串联设计，根据设计要求，电池芯片(1)的冷却水进口也可以和下一个电池芯片(1)的冷却水进口连接，形成并联设计，最后的冷却水出口与水箱(10)连接。温度传感器安(7)安装在冷却水管道中，将检测的冷却水温度信号送给控制器(9)，控制器(9)根据温度信号与温度设定值，控制给水泵(8)的转速，进而控制冷却水的流速。

整个装置制成以后，需要将该装置安装在高精度太阳能跟踪装置上，确保菲涅尔聚光镜(4)的焦点在电池芯片(1)的表面。

本专利还可以有其它实施方式，凡依据本专利的技术实质所采用的任何细微修改、等效变换、替代所形成的技术方案，均落在本专利要求保护的范围之内。