一種利用太陽(yáng)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(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型屬于光伏【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及太陽(yáng)能光伏和熱光伏整體系統(tǒng)裝置，包括太陽(yáng)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(yáng)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(guò)熱光伏電池、太陽(yáng)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?。本?shí)用新型的有益效果在于：由于有了熱光伏發(fā)電系統(tǒng)的補(bǔ)充，使得系統(tǒng)在輸出電能穩(wěn)定性方面相比于太陽(yáng)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(shí)，也能輸出熱能，相比于單獨(dú)的熱光伏系統(tǒng)和太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)，系統(tǒng)的總效率得到較大提升。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種利用太陽(yáng)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(shí)用新型屬于光伏【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及太陽(yáng)能光伏和熱光伏整體系統(tǒng)裝置，是基于提高原有的太陽(yáng)能光伏和熱光伏系統(tǒng)的整體效率和穩(wěn)定性實(shí)用性而進(jìn)行的設(shè)計(jì)，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能是一種綠色環(huán)?？稍偕茉矗译S處可見(jiàn)，可就地利用。太陽(yáng)能利用技術(shù)近年得到不斷發(fā)展，其中太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)正是利用太陽(yáng)能的有效途徑，它具有如下優(yōu)點(diǎn):無(wú)噪聲，無(wú)污染，能量隨處可得，不受地域限制，無(wú)需消耗燃料，容易儲(chǔ)存，還可以方便地與建筑物相結(jié)合等，這些優(yōu)點(diǎn)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(yáng)能、放射性同位素?zé)嵩吹犬a(chǎn)生的熱量，通過(guò)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(duì)多種燃料的適應(yīng)性、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、易于維護(hù)、高功率密度、無(wú)噪聲運(yùn)行與低輻射等優(yōu)點(diǎn)。但目前的太陽(yáng)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(dú)運(yùn)行時(shí)，太陽(yáng)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(diǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中單獨(dú)使用太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)或熱光伏系統(tǒng)而產(chǎn)生的不足，而將太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)或熱光伏系統(tǒng)有機(jī)整合，以提高太陽(yáng)能光伏和熱光伏系統(tǒng)的整體效率和穩(wěn)定性實(shí)用性。
[0004]本實(shí)用新型在傳統(tǒng)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)和熱光伏系統(tǒng)的基礎(chǔ)上做了以下改進(jìn):
[0005](I)由于不斷地接受輻射能，光伏電池溫度會(huì)不斷升高，其效率會(huì)下降。據(jù)研究顯示，在輻射源溫度為1227°C時(shí)，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(shí)，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(lái)的光電轉(zhuǎn)換效率下降。
[0006](2)在沒(méi)有任何熱回收措施的情況下，大量的能量就浪費(fèi)掉了。如果高溫燃燒產(chǎn)物直接排放，不僅浪費(fèi)能源，還對(duì)環(huán)境造成危害。因此在熱光伏系統(tǒng)的排煙出口加一個(gè)換熱設(shè)備，以降溫排放溫度，輸出經(jīng)逐級(jí)加熱的熱水，達(dá)到熱電聯(lián)產(chǎn)的目的，提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。
[0007](3)太陽(yáng)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(duì)太陽(yáng)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(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)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(yáng)能光伏電池，所述太陽(yáng)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(guò)熱光伏電池與太陽(yáng)能光伏電池，冷卻水經(jīng)換熱后成低溫?zé)崴?，再?jīng)過(guò)煙氣換熱器與熱輻射器高溫?zé)煔鈸Q熱，進(jìn)一步加熱成高溫?zé)崴?br> [0011]進(jìn)一步的，所述太陽(yáng)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(lái)自輻射器發(fā)出的輻射能。
[0012]進(jìn)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(jìn)一步的，在熱輻射器與光伏電池之間布置光子過(guò)濾器，將大于禁帶波長(zhǎng)的光子反射回輻射器。
[0014]進(jìn)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(kāi)，逆流換熱，包括低溫?zé)崴肟?、高溫?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(yáng)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(shí)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(yáng)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(yùn)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(shí)，也能輸出熱能，相比于單獨(dú)的熱光伏系統(tǒng)和太陽(yáng)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(yáng)能光伏系統(tǒng)和熱光伏系統(tǒng)，能最大限度的利用太陽(yáng)能，不僅可以實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電能和熱能的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)負(fù)荷的變化。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)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(yáng)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(shí)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(yáng)能光伏系統(tǒng)和熱光伏系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，在光伏電池板的背面增加熱冷卻系統(tǒng)。由水泵I驅(qū)動(dòng)冷卻水系統(tǒng)，依次經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能光伏電池2、熱光伏電池3的換熱，成為低溫?zé)崴?；再?jīng)過(guò)煙氣換熱器4與熱輻射器5排出的高溫?zé)煔鈸Q熱，進(jìn)一步加熱成高溫?zé)崴筝敵?。在太?yáng)光照充足時(shí)，輸出電能完全由太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)產(chǎn)生；在太陽(yáng)光照不足時(shí)，輸出電能需要由熱光伏系統(tǒng)補(bǔ)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(yáng)能光伏電池輸出的電能就能滿(mǎn)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(yáng)能光伏電池輸出的電能不足，需要補(bǔ)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(méi)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(guò)在光電池表面布置熱電偶，測(cè)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(guò)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(guò)三級(jí)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(guò)煙氣換熱器再與高溫?zé)煔鈸Q熱，進(jìn)一步加熱成三級(jí)高溫?zé)崴?。二?jí)低溫?zé)崴M(jìn)入低溫?zé)崴肟?7，而高溫?zé)煔鈴娜肟?9進(jìn)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(qiáng)換熱效果。經(jīng)過(guò)再次換熱后，從出口 8得到三級(jí)高溫?zé)崴?，煙氣則從出口10排出。
[0028]進(jìn)一步地，太陽(yáng)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(lái)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(guò)濾器，將大于禁帶波長(zhǎng)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(yáng)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(dòng)阻力；在太陽(yáng)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(dòng)，流量由光電池表面的溫度和輸出熱水的溫度來(lái)確定；煙氣換熱器采用套管式換熱器，煙氣與熱水隔開(kāi)，逆流換熱以增強(qiáng)換熱效果。
[0029]在光照充足的條件下，由太陽(yáng)能光伏電池輸出電能，最大限度的利用太陽(yáng)能；在光照不足的條件下，太陽(yáng)能光伏電池輸出的電能不足，需要補(bǔ)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(méi)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(shí)也能輸出熱能?？朔藛为?dú)的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)受光照條件限制的缺陷，同時(shí)又比單獨(dú)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(shí)現(xiàn)邊遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)立發(fā)電。這樣的分布式發(fā)電系統(tǒng)既能發(fā)揮太陽(yáng)能光伏發(fā)電無(wú)污染、方便、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，又能發(fā)揮熱光伏發(fā)電燃料適應(yīng)性廣、運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種利用太陽(yáng)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(yáng)能光伏電池，所述太陽(yáng)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(guò)熱光伏電池與太陽(yáng)能光伏電池，冷卻水經(jīng)換熱后成低溫?zé)崴俳?jīng)過(guò)煙氣換熱器與熱輻射器高溫?zé)煔鈸Q熱，進(jìn)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(yáng)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(lái)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(guò)濾器，將大于禁帶波長(zhǎng)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(kāi)，逆流換熱，包括低溫?zé)崴肟凇⒏邷責(zé)崴隹?、高溫?zé)煔馊肟凇⑴艧煶隹?、冷卻水通及煙氣通道；所述低溫?zé)崴肟谂c流經(jīng)太陽(yáng)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(hào)】F24H1/00GK203434177SQ201320422303
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)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(ài)坤, 邵霞 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)