一種利用太陽能和燃料化學(xué)能的新型分布式熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于光伏【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及太陽能光伏和熱光伏整體系統(tǒng)裝置，包括太陽能光伏電池、熱源、熱輻射器、熱光伏電池、煙氣換熱器及冷卻設(shè)備。其特征在于：所述系統(tǒng)包括太陽能光伏和熱光伏；所述煙氣換熱器包括煙氣管道和水通道；所述冷卻設(shè)備由水泵及冷卻水管組成，冷卻水管依次經(jīng)過熱光伏電池、太陽能光伏電池，延伸至煙氣換熱器的水通道，將冷卻水最終加熱成高溫?zé)崴１緦嵱眯滦偷挠幸嫘Ч谟冢河捎谟辛藷峁夥l(fā)電系統(tǒng)的補充，使得系統(tǒng)在輸出電能穩(wěn)定性方面相比于太陽能光伏有了較大提升；由于是熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，回收了熱能，在輸出電能的同時，也能輸出熱能，相比于單獨的熱光伏系統(tǒng)和太陽能光伏系統(tǒng)，系統(tǒng)的總效率得到較大提升。
【專利說明】一種利用太陽能和燃料化學(xué)能的新型分布式熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于光伏【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及太陽能光伏和熱光伏整體系統(tǒng)裝置，是基于提高原有的太陽能光伏和熱光伏系統(tǒng)的整體效率和穩(wěn)定性實用性而進行的設(shè)計，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能是一種綠色環(huán)保可再生能源，而且隨處可見，可就地利用。太陽能利用技術(shù)近年得到不斷發(fā)展，其中太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)正是利用太陽能的有效途徑，它具有如下優(yōu)點:無噪聲，無污染，能量隨處可得，不受地域限制，無需消耗燃料，容易儲存，還可以方便地與建筑物相結(jié)合等，這些優(yōu)點都是常規(guī)發(fā)電和其它發(fā)電方式所不能比擬的。熱光伏發(fā)電是將各種諸如燃料的燃燒熱、廢熱、太陽能、放射性同位素?zé)嵩吹犬a(chǎn)生的熱量，通過熱輻射發(fā)射器轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外波段的輻射能，該輻射能投射到熱光伏電池上轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。熱光伏發(fā)電在理論上可以獲得較高的轉(zhuǎn)換效率，并且具有對多種燃料的適應(yīng)性、無運動部件、易于維護、高功率密度、無噪聲運行與低輻射等優(yōu)點。但目前的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和熱光伏發(fā)電系統(tǒng)，都只輸出電能，而且在各自單獨運行時，太陽能光伏發(fā)電易受天氣和光照條件的影響，熱光伏發(fā)電也存在效率不高的缺點。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中單獨使用太陽能光伏系統(tǒng)或熱光伏系統(tǒng)而產(chǎn)生的不足，而將太陽能光伏系統(tǒng)或熱光伏系統(tǒng)有機整合，以提高太陽能光伏和熱光伏系統(tǒng)的整體效率和穩(wěn)定性實用性。
[0004]本實用新型在傳統(tǒng)太陽能光伏系統(tǒng)和熱光伏系統(tǒng)的基礎(chǔ)上做了以下改進:
[0005](I)由于不斷地接受輻射能，光伏電池溫度會不斷升高，其效率會下降。據(jù)研究顯示，在輻射源溫度為1227°C時，電池溫度為25°C情況下電池轉(zhuǎn)換效率為25%，而當(dāng)電池溫度為130°C時，電池的轉(zhuǎn)換效率則降低為17%。因此，可以在光伏電池的背部增加水冷卻系統(tǒng)，以維持在恒定低溫下工作，避免因溫度升高帶來的光電轉(zhuǎn)換效率下降。
[0006](2)在沒有任何熱回收措施的情況下，大量的能量就浪費掉了。如果高溫燃燒產(chǎn)物直接排放，不僅浪費能源，還對環(huán)境造成危害。因此在熱光伏系統(tǒng)的排煙出口加一個換熱設(shè)備，以降溫排放溫度，輸出經(jīng)逐級加熱的熱水，達(dá)到熱電聯(lián)產(chǎn)的目的，提高整個系統(tǒng)的效率。
[0007](3)太陽能光伏系統(tǒng)易受天氣變化和光照條件的影響，系統(tǒng)輸出電能的穩(wěn)定性難以保證。因此，熱光伏系統(tǒng)的加入，是對太陽能光伏系統(tǒng)輸出電能的良好調(diào)節(jié)，以維持輸出電能的穩(wěn)定性。
[0008]本實用新型通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn):
[0009]一種新型分布式熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括熱源、熱輻射器、熱光伏電池、煙氣換熱器及冷卻設(shè)備，所述煙氣換熱器包括煙氣管道和水通道，煙氣管道與熱輻射器的煙氣排放出口相連；該系統(tǒng)還包括太陽能光伏電池，所述太陽能光伏電池與熱光伏電池相串聯(lián)；[0010]所述冷卻設(shè)備由水泵及冷卻水管組成，冷卻水管延伸至煙氣換熱器的水通道；所述冷卻系統(tǒng)的冷卻水管依次經(jīng)過熱光伏電池與太陽能光伏電池，冷卻水經(jīng)換熱后成低溫?zé)崴?，再?jīng)過煙氣換熱器與熱輻射器高溫?zé)煔鈸Q熱，進一步加熱成高溫?zé)崴?br> [0011]進一步的，所述太陽能光伏電池采用單晶硅電池，熱光伏電池采用GaSb電池，環(huán)形布置在熱光伏系統(tǒng)的外圍，接收來自輻射器發(fā)出的輻射能。
[0012]進一步的，所述熱輻射器采用柱形，外壁面材料采用SiC，與GaSb光伏電池匹配；熱輻射器內(nèi)的燃燒室采用多孔介質(zhì)填充。
[0013]進一步的，在熱輻射器與光伏電池之間布置光子過濾器，將大于禁帶波長的光子反射回輻射器。
[0014]進一步的，所述煙氣換熱器采用套管式換熱器，煙氣與熱水隔開，逆流換熱，包括低溫?zé)崴肟凇⒏邷責(zé)崴隹?、高溫?zé)煔馊肟?、排煙出口、冷卻水通及煙氣通道；所述低溫?zé)崴肟谂c流經(jīng)太陽能光伏電池的冷卻水管相連通，高溫?zé)煔馊肟谂c熱輻射器高溫?zé)煔獬隹谙噙B通，所述的煙氣通道為蛇形。
[0015]本實用新型的有益效果在于:
[0016]I)用水冷卻光伏電池，有效的降低了太陽能光伏電池和熱光伏電池因接收輻射能而造成的自身溫度升聞，不僅能提聞光伏電池的電效率，還能提聞設(shè)備的運行壽命。
[0017]2)由于是熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，回收了熱能，在輸出電能的同時，也能輸出熱能，相比于單獨的熱光伏系統(tǒng)和太陽能光伏系統(tǒng)，系統(tǒng)的總效率得到提升。
[0018]3)由于是結(jié)合了太陽能光伏系統(tǒng)和熱光伏系統(tǒng)，能最大限度的利用太陽能，不僅可以實現(xiàn)節(jié)約能源的目的，又能提高系統(tǒng)輸出電能的穩(wěn)定性，在各種天氣條件下全天候穩(wěn)定地供電供熱。
[0019]4)系統(tǒng)負(fù)荷的調(diào)節(jié)比較方便，可以調(diào)節(jié)冷卻水的流量和燃料的供給量，能實現(xiàn)對輸出電能和熱能的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)負(fù)荷的變化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是新型分布式熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)原理圖。其中，1.水泵；2.太陽能光伏電池；3.熱光伏電池；4.煙氣換熱器；5.熱福射器；6.熱源。
[0021]圖2是系統(tǒng)的能量流程圖。
[0022]圖3是套管式換熱器結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖4是套管式換熱器A-A截面圖。
[0024]圖中:7.低溫?zé)崴肟冢?.高溫?zé)崴隹冢?.高溫?zé)煔馊肟冢?0.排煙出口；
11.冷卻水通道；12.煙氣通道。
【具體實施方式】
[0025]如圖1所示是新型分布式熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)原理圖，在傳統(tǒng)的太陽能光伏系統(tǒng)和熱光伏系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行改進，在光伏電池板的背面增加熱冷卻系統(tǒng)。由水泵I驅(qū)動冷卻水系統(tǒng)，依次經(jīng)過太陽能光伏電池2、熱光伏電池3的換熱，成為低溫?zé)崴?；再?jīng)過煙氣換熱器4與熱輻射器5排出的高溫?zé)煔鈸Q熱，進一步加熱成高溫?zé)崴筝敵觥Ｔ谔柟庹粘渥銜r，輸出電能完全由太陽能光伏系統(tǒng)產(chǎn)生；在太陽光照不足時，輸出電能需要由熱光伏系統(tǒng)補充，燃料經(jīng)燃燒后加熱熱輻射器5，成為熱光伏電池的熱源6，輸出電能。
[0026]如圖2所示是系統(tǒng)的能量流程圖。在光照充足的條件下，太陽能光伏電池輸出的電能就能滿足一般的用電能耗，冷卻水溫從Ttl加熱到T1，輸出熱能的熱水溫度就是T1 ;在光照不足的條件下，太陽能光伏電池輸出的電能不足，需要補充燃燒加熱輻射器，由熱光伏電池發(fā)出電能，保證穩(wěn)定的輸出電能，冷卻水溫就從Ttl加熱到最終的T3 ;在沒有光照的條件下，完全由熱光伏電池發(fā)出電能，冷卻水溫就從T2 (T2=Ttl)加熱到最終的τ3。通過在光電池表面布置熱電偶，測得光電池表面溫度以調(diào)節(jié)冷卻水的流量，使光電池的表面溫度維持在恒定低溫下，光電轉(zhuǎn)換效率維持在較高水平；通過輸出電能的反饋，調(diào)節(jié)熱光伏系統(tǒng)燃料的供給量，以穩(wěn)定的輸出電能；通過三級高溫?zé)崴疁囟鹊姆答?，調(diào)節(jié)冷卻水的流量，以輸出符合需求的熱能。
[0027]如圖3是套管式換熱器原理圖，其A-A截面如圖4。經(jīng)熱光伏電池?fù)Q熱后的低溫?zé)崴?jīng)過煙氣換熱器再與高溫?zé)煔鈸Q熱，進一步加熱成三級高溫?zé)崴?。二級低溫?zé)崴M入低溫?zé)崴肟?7，而高溫?zé)煔鈴娜肟?9進入，煙氣通道12在冷卻水通道11的外圍，水與煙氣逆流換熱，以增強換熱效果。經(jīng)過再次換熱后，從出口 8得到三級高溫?zé)崴瑹煔鈩t從出口10排出。
[0028]進一步地，太陽能光伏電池采用單晶硅電池，其熱電轉(zhuǎn)換效率比較高可大面積采用；熱光伏電池采用GaSb電池，環(huán)形布置在熱光伏系統(tǒng)的外圍，接收來自輻射器發(fā)出的輻射能；輻射器采用柱形，外壁面材料采用SiC，以便與GaSb光伏電池匹配；輻射器內(nèi)的燃燒室采用多孔介質(zhì)填充，得到的輻射器外表面溫度更均勻，產(chǎn)生的輻射效果更好。在輻射器與光伏電池之間布置光子過濾器，將大于禁帶波長的光子反射回輻射器；熱光伏系統(tǒng)的燃料供給量由輸出電能和福射器的表面溫度控制；在太陽能光伏電池和熱光伏電池的表面都布置熱電偶，以控制其溫度；水泵采用小型增壓泵，以克服冷卻水在管路中的流動阻力；在太陽能光伏和熱光伏電池板的背面都布置冷卻水管，由水泵驅(qū)動，流量由光電池表面的溫度和輸出熱水的溫度來確定；煙氣換熱器采用套管式換熱器，煙氣與熱水隔開，逆流換熱以增強換熱效果。
[0029]在光照充足的條件下，由太陽能光伏電池輸出電能，最大限度的利用太陽能；在光照不足的條件下，太陽能光伏電池輸出的電能不足，需要補充燃燒加熱輻射器，由熱光伏電池輸出部分電能，保證穩(wěn)定的輸出電能；在沒有光照的條件下，完全由熱光伏電池輸出電能。三種工況下，在輸出電能的同時也能輸出熱能?？朔藛为毜奶柲芄夥到y(tǒng)受光照條件限制的缺陷，同時又比單獨的熱光伏系統(tǒng)更節(jié)能。用于普通的家庭，不但可用于電力調(diào)峰、建造備用電站或熱電聯(lián)供電站，又可實現(xiàn)邊遠(yuǎn)地區(qū)獨立發(fā)電。這樣的分布式發(fā)電系統(tǒng)既能發(fā)揮太陽能光伏發(fā)電無污染、方便、節(jié)能的優(yōu)點，又能發(fā)揮熱光伏發(fā)電燃料適應(yīng)性廣、運行穩(wěn)定的優(yōu)點。
【權(quán)利要求】
1.一種利用太陽能和燃料化學(xué)能的新型分布式熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括熱源、熱輻射器、熱光伏電池、煙氣換熱器及冷卻設(shè)備，所述煙氣換熱器包括煙氣管道和水通道，煙氣管道與熱輻射器的煙氣排放出口相連；其特征在于:所述系統(tǒng)還包括太陽能光伏電池，所述太陽能光伏電池與熱光伏電池相串聯(lián)； 所述冷卻設(shè)備由水泵及冷卻水管組成，冷卻水管延伸至煙氣換熱器的水通道；所述冷卻系統(tǒng)的冷卻水管依次經(jīng)過熱光伏電池與太陽能光伏電池，冷卻水經(jīng)換熱后成低溫?zé)崴俳?jīng)過煙氣換熱器與熱輻射器高溫?zé)煔鈸Q熱，進一步加熱成高溫?zé)崴?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述太陽能光伏電池采用單晶硅電池；熱光伏電池采用GaSb電池，環(huán)形布置在熱光伏系統(tǒng)的外圍，接收來自輻射器發(fā)出的輻射能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述熱輻射器采用柱形，外壁面材料采用SiC，與GaSb光伏電池匹配；熱輻射器內(nèi)的燃燒室采用多孔介質(zhì)填充。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:在熱輻射器與光伏電池之間布置光子過濾器，將大于禁帶波長的光子反射回輻射器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述煙氣換熱器采用套管式換熱器，煙氣與熱水隔開，逆流換熱，包括低溫?zé)崴肟?、高溫?zé)崴隹凇⒏邷責(zé)煔馊肟?、排煙出口、冷卻水通及煙氣通道；所述低溫?zé)崴肟谂c流經(jīng)太陽能光伏電池的冷卻水管相連通，高溫?zé)煔馊肟谂c熱輻射器高溫?zé)煔獬隹谙噙B通，所述的煙氣通道為蛇形。
【文檔編號】F24H1/00GK203434177SQ201320422303
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月16日
【發(fā)明者】潘劍鋒, 胡松, 劉楊先, 唐愛坤, 邵霞 申請人:江蘇大學(xué)