太陽(yáng)能塔式聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能發(fā)電領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種太陽(yáng)能塔式聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)一小時(shí)內(nèi)入射到地球的能量比全球人類(lèi)活動(dòng)一年消耗的能量還要多，如何高效利用太陽(yáng)能對(duì)于解決能源危機(jī)、降低化石燃料燃燒產(chǎn)生的溫室氣體和顆粒物的排放有著重要意義。
[0003]近幾十年來(lái)，以太陽(yáng)電池為主的現(xiàn)代光伏技術(shù)獲得了快速發(fā)展，作為第一代的單晶Si太陽(yáng)電池、多晶Si太陽(yáng)電池和化合物單晶GaAs太陽(yáng)電池，它們具有相對(duì)較高的轉(zhuǎn)換效率，但是其制作成本也相對(duì)較高；作為第二代的薄膜太陽(yáng)電池耗材少，工藝簡(jiǎn)單，顯著降低了制作成本，但是由于材料性質(zhì)等方面的限制，其能量轉(zhuǎn)換效率有待提高。
[0004]在各類(lèi)太陽(yáng)電池中，熱光伏太陽(yáng)電池占有重要的地位，由于它對(duì)紅外波段的光子能量具有很好的吸收特性，可以顯著拓寬光譜的能量吸收范圍，故能量轉(zhuǎn)換效率可以得到提高。熱光伏系統(tǒng)有一些優(yōu)點(diǎn)，如:能量輸出密度高、轉(zhuǎn)換效率較高、污染小、壽命長(zhǎng)、發(fā)電的同時(shí)還可以產(chǎn)生熱能等，因此，具有廣泛的應(yīng)用前景。但是，目前在熱光伏技術(shù)研宄的眾多熱點(diǎn)中，如何保持熱輻射器能夠維持穩(wěn)定在一定高溫狀態(tài)，并且進(jìn)一步提高熱光伏系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換效率，如何解決太陽(yáng)能利用過(guò)程中存在的分散性問(wèn)題，成為進(jìn)一步推進(jìn)和優(yōu)化太陽(yáng)能熱光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)瓶頸問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種太陽(yáng)能塔式聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電系統(tǒng)，其采用兩次聚光技術(shù)解決了太陽(yáng)能利用的分散性問(wèn)題，采用相變儲(chǔ)熱型結(jié)構(gòu)，來(lái)維持穩(wěn)定熱輻射器在一定高溫狀態(tài)，進(jìn)一步提高熱光伏系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種太陽(yáng)能塔式聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括:塔式太陽(yáng)能集熱器場(chǎng)、聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電器、工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、發(fā)電輸出系統(tǒng)、智能中央控制器；所述聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電器包括:中央反射器、熱輻射器、光學(xué)濾波器、熱光伏電池、網(wǎng)格狀相變儲(chǔ)熱盒、溫度傳感器、隔熱層、上反射板、下反射板、散熱器、外殼；在聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電器中，中央反射器在熱輻射器的上端，光學(xué)濾波器處在熱輻射器與熱光伏電池之間；熱光伏電池與溫度傳感器相連接；熱光伏電池與散熱器相連接；溫度傳感器與智能中央控制器相連接；在熱輻射器、光學(xué)濾波器與熱光伏電池的光輻射通道兩側(cè)有上反射板和下反射板；在上反射板和下反射板外側(cè)之間是有序緊密排列的網(wǎng)格狀相變儲(chǔ)熱盒；在網(wǎng)格狀相變儲(chǔ)熱盒的外層是隔熱層和外殼。
[0007]上述方案中，所述塔式太陽(yáng)能集熱場(chǎng)由塔架和定日鏡構(gòu)成；定日鏡呈陣列排布組成；陣列排布的定日鏡收集太陽(yáng)光，并反射至固定在塔架上端的聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電器的中央反射器；中央反射器二次反射太陽(yáng)聚光至熱輻射器；熱輻射器溫度升高，產(chǎn)生熱輻射光譜；部分熱輻射光譜通過(guò)光波濾光器，聚光輻照在熱光伏電池上，熱光伏電池進(jìn)行發(fā)電工作。
[0008]上述方案中，所述的聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電器中的網(wǎng)格狀相變儲(chǔ)熱盒中裝填有相變儲(chǔ)熱材料；所述的相變儲(chǔ)熱材料包括:泡沫金屬銅復(fù)合相變材料、泡沫金屬鎳復(fù)合相變材料、泡沫金屬鋁復(fù)合相變材料、合金相變材料、NaF、MgF2、KMgF3、KCaF3、KF_61 CaF2、NaMgF3、KF-69MgF2、NaF 或 Si。
[0009]上述方案中，所述的聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電器中的熱輻射器包括:多壁碳納米管理陳列/薄膜輻射器、光子晶體輻射器、表面納米結(jié)構(gòu)的鎢輻射器、光柵/薄膜納米結(jié)構(gòu)輻射器、SiC福射器、SiN福射器、含二氧化鉺的二氧化鈦微光纖結(jié)構(gòu)選擇性福射器或稀土氧化物福射器。
[0010]上述方案中，所述工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)包括:工質(zhì)儲(chǔ)存箱、工質(zhì)壓力泵、工質(zhì)控制閥、工質(zhì)管道、工質(zhì)換熱器；工質(zhì)儲(chǔ)存箱中的工質(zhì)通過(guò)工質(zhì)壓力泵、工質(zhì)控制閥和工質(zhì)管道進(jìn)入塔架上面的聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電器中，工質(zhì)進(jìn)入熱光伏電池背面散熱器的管道孔洞中，對(duì)熱光伏電池進(jìn)行散熱，吸收了熱輻射器的熱輻射光譜通過(guò)光學(xué)濾波器照射在太陽(yáng)能熱光伏電池時(shí)所產(chǎn)生的熱量，工質(zhì)溫度升高，然后通過(guò)工質(zhì)換熱器，并回收進(jìn)入工質(zhì)儲(chǔ)存箱，完成工質(zhì)的工作循環(huán)。
[0011]上述方案中，所述的發(fā)電輸出系統(tǒng)包括:并網(wǎng)逆變器。
[0012]上述方案中，所述的工質(zhì)儲(chǔ)存箱中的工質(zhì)包括:H20、乙醇、甲醇、丙酮、未、氟利昂或氨。
[0013]上述方案中，系統(tǒng)中的塔式太陽(yáng)能集熱器場(chǎng)的定日鏡陣列的朝陽(yáng)傾角度，工質(zhì)的流速、流量及工作溫度，發(fā)電輸出系統(tǒng)的并網(wǎng)逆變器均由智能中央調(diào)控器統(tǒng)一調(diào)控。
[0014]本發(fā)明提供的太陽(yáng)能塔式聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作過(guò)程如下:
[0015]太陽(yáng)光輻照在系統(tǒng)的塔式太陽(yáng)能集熱器場(chǎng)，塔式太陽(yáng)能集熱器的系列陣列排布的定日鏡將太陽(yáng)光聚光反射至聚光儲(chǔ)熱型光伏發(fā)電器上端的中央反射器；中央反射器將太陽(yáng)聚光第二次反射至聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電器的熱輻射器；熱輻射器的溫度迅速升高；熱輻射器的溫度升高將熱量傳遞給聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電器中緊密有序排列的網(wǎng)格狀相變儲(chǔ)熱盒；網(wǎng)格狀相變儲(chǔ)熱盒中裝填的相變儲(chǔ)熱材料吸收熱量并溫度升高，當(dāng)溫度升高到相變儲(chǔ)熱材料的相變?nèi)埸c(diǎn)，則發(fā)生相轉(zhuǎn)變并儲(chǔ)存部分熱量；熱輻射器處于穩(wěn)定的高溫狀態(tài)，產(chǎn)生大量熱輻射光譜；部分熱輻射光譜穿過(guò)光波濾波器，在上反射板和下反射板的聚光作用下，輻照在熱光伏電池上；熱光伏電池進(jìn)行發(fā)電工作；部分沒(méi)有穿過(guò)光波濾波器的光譜則反射回?zé)彷椛淦?，與網(wǎng)格狀相變儲(chǔ)熱盒中的相變儲(chǔ)熱材料一道，共同維持熱輻射器處于穩(wěn)定的高溫環(huán)境。
[0016]當(dāng)云層短時(shí)間遮住太陽(yáng)，此時(shí)太陽(yáng)光輻照在系統(tǒng)的塔式太陽(yáng)能集熱器場(chǎng)的定日鏡較弱時(shí)，中央反射器將太陽(yáng)光聚光第二次反射至聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電器中的熱輻射器較弱；熱輻射器溫度會(huì)下降；當(dāng)溫度降到低于處于網(wǎng)格狀儲(chǔ)熱盒中相變儲(chǔ)熱材料的相變溫度時(shí)，相變儲(chǔ)熱材料則發(fā)生相轉(zhuǎn)變，釋放部分熱量來(lái)提高并維持熱輻射器處于穩(wěn)定的高溫狀
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[0017]因此，在聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電器結(jié)構(gòu)中，通過(guò)網(wǎng)格狀儲(chǔ)熱盒中的相變儲(chǔ)熱材料與光波濾光器共同作用，來(lái)維持熱輻射器處于穩(wěn)定的高溫環(huán)境，提高了系統(tǒng)的熱光伏發(fā)電效率。
[0018]當(dāng)太陽(yáng)能塔式聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電系統(tǒng)中的熱光伏電池發(fā)電工作時(shí)，熱光伏電池溫度上升，裝配在熱光伏電池旁邊的溫度傳感器將熱光伏電池工作溫度信息傳輸給智能中央控制器；智能中央控制器向工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)中的工質(zhì)壓力泵和工質(zhì)控制閥發(fā)出工作指令；工質(zhì)儲(chǔ)存箱中的工質(zhì)在工質(zhì)泵的作用下通過(guò)工質(zhì)控制閥和工質(zhì)管道進(jìn)入塔架上面的聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電器中，工質(zhì)進(jìn)入熱光伏電池背面散熱器的管道孔洞中，對(duì)熱光伏電池進(jìn)行散熱降溫，吸收熱輻射器的熱輻射光譜通過(guò)光學(xué)濾波器照射在熱光伏電池時(shí)所產(chǎn)生的熱量；吸收了熱量且溫度已升高的工質(zhì)通過(guò)工質(zhì)換熱器，并回收進(jìn)入工質(zhì)儲(chǔ)存箱，完成工質(zhì)的工作循環(huán)。
[0019]太陽(yáng)能塔式聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電系統(tǒng)中熱光伏電池的發(fā)電量，通過(guò)發(fā)電輸出系統(tǒng)的并網(wǎng)逆變器向電網(wǎng)輸出。
[0020]太陽(yáng)能塔式聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電系統(tǒng)中的塔式太陽(yáng)能集熱器場(chǎng)的定日鏡陣列的朝太陽(yáng)傾角度，工質(zhì)的流速、流量及工作溫度，發(fā)電輸出系統(tǒng)的并網(wǎng)逆變器均由智能中央調(diào)控器統(tǒng)一調(diào)控。
[0021]實(shí)施本發(fā)明的太陽(yáng)能塔式聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電系統(tǒng)具有以下有益效果:
[0022]a、由于采用塔式太陽(yáng)能集熱器場(chǎng)的陣列排布定日鏡的大面積聚光作用和聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電器中的兩側(cè)上反射板和下反射板的聚光作用，構(gòu)成了太陽(yáng)能利用的兩次聚光結(jié)構(gòu)，有效的解決了太陽(yáng)能利用的分散性問(wèn)題。
[0023]b、由于采用了聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電器中通過(guò)兩側(cè)上反射板和下反射板的聚光作用，形成的輻射聚光構(gòu)造，減少了熱光伏電池材料的用量，降低了太陽(yáng)能發(fā)電成本。
[0024]C、由于采用了網(wǎng)格狀儲(chǔ)熱盒中的相變儲(chǔ)熱材料與光波濾光器，能夠共同維持熱輻射器處于穩(wěn)定的高溫環(huán)境，提高了系統(tǒng)的熱光伏發(fā)電效率。
[0025]d、由于采用了智能中央調(diào)控器與溫度傳感器相結(jié)合方式，來(lái)調(diào)控工質(zhì)的流速、流量及工作溫度，提高了系統(tǒng)熱光伏發(fā)電工作的穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0026]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中:
[0027]圖1是太陽(yáng)能塔式聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0028]圖2是聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電器的發(fā)電原理圖；
[0029]圖3是聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電器的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4是聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電器的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖5是圖4中的A-A剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0033]本發(fā)明提供的太陽(yáng)能塔式聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電系統(tǒng)，其工作結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，包括:塔式太陽(yáng)能集熱器場(chǎng)1、聚光儲(chǔ)熱型熱光伏發(fā)電器3、工質(zhì)循環(huán)