本發(fā)明涉及太陽能光熱中低溫發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及太陽能中低溫發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電方法。

背景技術(shù)：

太陽能是當今可再生能源中發(fā)展速度居第二位的能源，也是各國競相發(fā)展的重點。太陽能的光熱利用特別是太陽能熱水系統(tǒng)的利用，由于成本低、使用方便、安全可靠，而率先得到了發(fā)展。近年來，太陽電池價格的不斷下降和光伏系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展,世界光伏市場發(fā)展迅速，最近十年的光伏產(chǎn)業(yè)的平均增長率為22％，最近五年的平均增長率為35％，尤其是2001年和2002年以后年增長超過40％以上，是能源技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展速度最快的行業(yè)，甚至超越it行業(yè)的發(fā)展速度。其中，太陽能獨立發(fā)電系統(tǒng)已成為光伏技術(shù)重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一；

經(jīng)濟波動問題，由于光伏行業(yè)飛速發(fā)展國內(nèi)光伏產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)大幅度擴大生產(chǎn)能力，不少投資企業(yè)轉(zhuǎn)型光伏行業(yè)，導(dǎo)致我國的光伏行業(yè)產(chǎn)能嚴重過剩，最終在國外開展針對我國光伏的反傾銷調(diào)查，導(dǎo)致國內(nèi)諸多光伏企業(yè)紛紛破產(chǎn)，進而帶動傳統(tǒng)光熱領(lǐng)域企業(yè)面臨生存危機，因此多地政府不得不出面干預(yù)和拯救光伏行業(yè)，導(dǎo)致經(jīng)濟的動蕩和政府資源不平等分配以及因此導(dǎo)致的其他行業(yè)的投資和支持力度減少；

對傳統(tǒng)光熱產(chǎn)業(yè)破壞，由于城市建筑空間的有限，一般家庭在安裝光伏系統(tǒng)后就沒有可以安裝光熱系統(tǒng)的空間，導(dǎo)致人們?nèi)粘Ｏ词家侩娔芑蛘呷細膺M行二次轉(zhuǎn)換，大大降低能源利用效率并且排擠了光熱產(chǎn)品的生存空間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決背景技術(shù)中所述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：太陽能中低溫發(fā)電系統(tǒng)，它包括有中低溫收集器，所述的中低溫收集器上設(shè)有儲熱裝置，所述的儲熱裝置上安裝有冷凝器與有機工質(zhì)汽輪機，所述的冷凝器上通過設(shè)有水泵與儲熱裝置連接。

優(yōu)選地，所述的儲熱裝置采用雙層超導(dǎo)熱管，所述的儲熱裝置包括有蒸發(fā)區(qū)和濃縮區(qū)，在蒸發(fā)區(qū)吸收迅速熱量將介質(zhì)變成蒸汽，在濃縮區(qū)實現(xiàn)熱交換后在超導(dǎo)熱管外層實現(xiàn)液體回流。

優(yōu)選地，所述的有機工質(zhì)汽輪機選取臨界溫度低的有機工質(zhì)，所述的有機工質(zhì)選用有機物工質(zhì)丙烷，摩爾質(zhì)量44.10g/mol、臨界溫度96.67℃、臨界壓力42.50bar。

優(yōu)選地，太陽能中低溫發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電方法為：

1)通過中低溫收集器收集熱能，將熱能儲存在儲熱裝置內(nèi)，本系統(tǒng)具有高度適應(yīng)性可以對接廢氣余熱收集器、光熱集熱器，主要選取太陽能熱水系統(tǒng)的儲水箱作為熱源；

2)由儲熱裝置提供熱源，經(jīng)過超導(dǎo)熱管熱能傳輸給有機工質(zhì)推動汽輪機，帶動發(fā)電機進行發(fā)電；

3)有機工質(zhì)經(jīng)過冷凝器將蒸汽轉(zhuǎn)化成液體多余的能量傳輸給儲熱器后，通過水泵運轉(zhuǎn)后再次進入儲熱裝置的熱交換器中進行下一輪循環(huán)。

本發(fā)明的有益效果如下：熱交換器利用了超導(dǎo)熱技術(shù)，超導(dǎo)熱管，采用雙層管設(shè)計，在蒸發(fā)區(qū)吸收迅速熱量將介質(zhì)變成蒸汽，在濃縮區(qū)實現(xiàn)熱交換后在超導(dǎo)熱管外層實現(xiàn)液體回流，雙層設(shè)計實現(xiàn)不沖突，不逆流，導(dǎo)熱效率高；

推動汽輪機采用有機工質(zhì)，由于本系統(tǒng)設(shè)計原理是不僅使用大型太陽能發(fā)電電廠同時也為能在廣大家庭中得到推廣，只能采用中低溫方式，選取其他的臨界溫度較低的有機工質(zhì)；

低損耗儲熱技術(shù)，由于本系統(tǒng)儲熱量大，發(fā)電實現(xiàn)全天候不間斷，因此對儲熱裝置要求比較嚴格，目前本技術(shù)采用傳統(tǒng)太陽能熱水器鎖熱墻技術(shù)。高效集熱技術(shù)，本系統(tǒng)采用傳統(tǒng)真空管太陽能熱水器全效微波集熱技術(shù)，實現(xiàn)光熱高效吸收，進而提高系統(tǒng)整體效率。

具體實施方式

實施例一

太陽能中低溫發(fā)電系統(tǒng)，它包括有中低溫收集器，所述的中低溫收集器上設(shè)有儲熱裝置，所述的儲熱裝置上安裝有冷凝器與有機工質(zhì)汽輪機，所述的冷凝器上通過設(shè)有水泵與儲熱裝置連接。

優(yōu)選地，所述的儲熱裝置采用雙層超導(dǎo)熱管，所述的儲熱裝置包括有蒸發(fā)區(qū)和濃縮區(qū)，在蒸發(fā)區(qū)吸收迅速熱量將介質(zhì)變成蒸汽，在濃縮區(qū)實現(xiàn)熱交換后在超導(dǎo)熱管外層實現(xiàn)液體回流。

優(yōu)選地，所述的有機工質(zhì)汽輪機選取臨界溫度低的有機工質(zhì)，所述的有機工質(zhì)選用有機物工質(zhì)丙烷，摩爾質(zhì)量44.10g/mol、臨界溫度96.67℃、臨界壓力42.50bar。

優(yōu)選地，太陽能中低溫發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電方法為：

1)通過中低溫收集器收集熱能，將熱能儲存在儲熱裝置內(nèi)，本系統(tǒng)具有高度適應(yīng)性可以對接廢氣余熱收集器、光熱集熱器，主要選取太陽能熱水系統(tǒng)的儲水箱作為熱源；

2)由儲熱裝置提供熱源，經(jīng)過超導(dǎo)熱管熱能傳輸給有機工質(zhì)推動汽輪機，帶動發(fā)電機進行發(fā)電；

3)有機工質(zhì)經(jīng)過冷凝器將蒸汽轉(zhuǎn)化成液體多余的能量傳輸給儲熱器后，通過水泵運轉(zhuǎn)后再次進入儲熱裝置的熱交換器中進行下一輪循環(huán)。

1、本發(fā)明的主要創(chuàng)新點為：

1)與傳統(tǒng)光熱產(chǎn)品實現(xiàn)對接在最小的產(chǎn)業(yè)調(diào)整情況下實現(xiàn)高效中低溫發(fā)電，減少產(chǎn)業(yè)癥痛本系統(tǒng)是利用成熟的太陽能光熱利用技術(shù)和產(chǎn)品，只是對其進行優(yōu)化改進，在其基礎(chǔ)上增加相應(yīng)系統(tǒng)，利用相應(yīng)先進技術(shù)成果，因此本系統(tǒng)不會對傳統(tǒng)光熱領(lǐng)域造成沖擊，甚至是光熱利用領(lǐng)域新的起點；提高了太陽能利用效率較光伏發(fā)電更高效光伏發(fā)電原理是光電效益即一個高能態(tài)光子產(chǎn)生一個電子，光子攜帶的多余能量轉(zhuǎn)換成熱能損耗掉，低態(tài)光子不產(chǎn)生電子只產(chǎn)生熱能，并且光伏系統(tǒng)隨著溫度的提升能量轉(zhuǎn)換效率逐漸降低，這樣就造成大量的能量浪費，一般情況光伏的能量轉(zhuǎn)換效率在15％左右。本系統(tǒng)實現(xiàn)所有能態(tài)的光子的能量向熱能轉(zhuǎn)換，避免光伏系統(tǒng)因光子產(chǎn)生熱能降低系統(tǒng)效率的現(xiàn)象。

2)成本降低本系統(tǒng)是對傳統(tǒng)光熱利用領(lǐng)域的創(chuàng)新基本產(chǎn)品還是采用光熱產(chǎn)品，對產(chǎn)業(yè)沒有沖擊，同時拓展了光熱利用的空間，模糊了光伏和光熱的界限，本系統(tǒng)運用成熟的光熱技術(shù)較光伏領(lǐng)域成本低效率高；

超導(dǎo)熱管技術(shù)實現(xiàn)高效的蒸汽傳熱，導(dǎo)熱管中不逆流、不沖突，導(dǎo)熱穩(wěn)定等特點；

3)有機工質(zhì)技術(shù)實現(xiàn)在中低溫環(huán)境下不利用水蒸汽帶動汽輪機發(fā)電，避免了傳統(tǒng)聚焦發(fā)電可能帶來的危險事故的發(fā)生；

4)穩(wěn)定了太陽能發(fā)電通過儲熱裝置將太陽能以熱能形式儲存起來，避免因天氣原因?qū)е掳l(fā)電系統(tǒng)波動造成對國家電網(wǎng)的沖擊和可能因孤島而出現(xiàn)的人員傷害；

集熱器采用并聯(lián)方式實現(xiàn)流道等程、水壓穩(wěn)定、溫度一致等目標，避免出現(xiàn)集熱板溫度差現(xiàn)象進而導(dǎo)致集熱效率的降低；

5)本系統(tǒng)適應(yīng)性強，可以與多個熱源系統(tǒng)進行對接，諸如真空管集熱器、平板式集熱器以及余熱利用系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)等，實現(xiàn)多種能源的穩(wěn)定發(fā)電，本系統(tǒng)稍加改進可以實現(xiàn)家庭用戶的熱用水和發(fā)電系統(tǒng)并存，極大提升了本產(chǎn)品在家庭式客戶推廣的可能性，極大提高人們的節(jié)能減排意識。

本系統(tǒng)與傳統(tǒng)真空管熱水器進行對比分析：

a、隨著太陽輻射強度變化，2個系統(tǒng)光熱吸收效率均發(fā)生變化，真空管熱水器隨著太陽能輻射強度增加水箱溫度逐漸升高，但吸收效率逐漸降低。中低溫發(fā)電系統(tǒng)由于處在發(fā)電系統(tǒng)，需要能量輸出，即不斷釋放熱能降低水箱內(nèi)熱水溫度，故光熱吸收效率衰減程度小，即光熱吸收效率較真空管熱水器效率高；

b、真空管熱水器光熱轉(zhuǎn)化存在著機值，隨著水箱溫度的升高達到50-60℃時，真空管熱水器將出現(xiàn)無法吸收光熱的現(xiàn)象。而中低溫發(fā)電系統(tǒng)由于發(fā)電系統(tǒng)不斷運行，不斷需要能量釋放不斷給水箱降溫，故光熱吸收系統(tǒng)不存在極值現(xiàn)象；

c、實驗流程(24小時)后水箱水溫，真空管熱水器略有下降(1-2℃)，中低溫發(fā)電系統(tǒng)降幅較大(比環(huán)境溫度高10-15℃，下降幅度一般在20℃左右)，這樣出現(xiàn)真空管熱水器如果熱水沒使用完就會影響到第二天的光熱吸收效率，而本系統(tǒng)基本影響不大。

2、本系統(tǒng)與光伏發(fā)電系統(tǒng)對比分析：

a、穩(wěn)定性對比光伏發(fā)電系統(tǒng)受天氣影響較大，實驗過程中多次出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象，而本系統(tǒng)運行穩(wěn)定，天氣出現(xiàn)陰云時未影響本系統(tǒng)運行，輸出電能相對穩(wěn)定；

b、效率對比分析早晨光伏電池板溫度較低轉(zhuǎn)換效率較高，隨著太陽輻射增強雖然輸出電量有所增大，但是光伏電池板溫度提升轉(zhuǎn)換效率反而有所降低。中低溫發(fā)電系統(tǒng)進行能量儲存，實時功率沒法對比，但是中低溫發(fā)電系統(tǒng)輸出功率恒定。下午隨著太陽能輻射強度減弱，電池板溫度回落較慢光伏發(fā)電系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換輸出電量衰減厲害，中低溫系統(tǒng)恒定；

c、發(fā)電時常光伏系統(tǒng)工作時間按照太陽能輻射強度，實驗中有效工作時間為8.5小時，本系統(tǒng)工作時間為24小時。

3、整體效率

a、中低溫發(fā)電系統(tǒng)光熱轉(zhuǎn)換效率(70％-80％)優(yōu)于真空管太陽能熱水器(平均40％)；

b、中低溫發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)電部分能量轉(zhuǎn)換率為30％-50％；

c、中低溫發(fā)電系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)換率為21％-40％優(yōu)于光伏發(fā)電系統(tǒng)10-15％水平。