專利名稱：一種光熱混合發(fā)電及熱利用一體化的太陽能綜合利用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的名稱是一種光熱混合發(fā)電及熱利用一體化的太陽能綜合利用系統(tǒng)，屬太 陽能綜合利用工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在太陽能的利用方式中，太陽能光伏發(fā)電是目前較常見且研究較多的方式之一。 但太陽能光伏發(fā)電效率低，一般只有10 20%，因此在太陽能的光電轉(zhuǎn)換過程中，一方面 會造成很大的太陽能的熱能浪費，同時沒有轉(zhuǎn)換為電能的熱能也會造成太陽能光伏電池溫 度升高。據(jù)研究，太陽能光伏電池的轉(zhuǎn)換效率隨著溫度的升高而降低，太陽能光伏電池在進(jìn) 行光電轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生的余熱會造成其轉(zhuǎn)換效率下降3 6%。因此有必要對余熱回收利用。 傳統(tǒng)的解決方案大多采用強制對流或自然對流的方式吸收余熱，如利用水或空氣的強制對 流冷卻系統(tǒng)。然而應(yīng)當(dāng)指出的是，冷卻介質(zhì)在流動過程中吸收太陽能光伏電池板的熱量后 其溫度上升，導(dǎo)致太陽能光伏電池板的溫度分布不均勻，有時甚至?xí)a(chǎn)生“熱點”問題，這對 提高太陽能光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率是不利的。同時，由于目前光伏電池的整體轉(zhuǎn)換效率 相對較低，傳統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能輸出也難以滿足用戶的用電需求。溫差發(fā)電作為一種合理利用余熱、太陽能、地?zé)岬鹊推肺荒茉崔D(zhuǎn)換為電能的有效 方式，具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、無運動部件和噪音等特點。鑒于此，可充分利用太陽的輻射 熱及光伏電池的余熱在熱電模塊兩端建立溫差，實現(xiàn)溫差發(fā)電，提高系統(tǒng)的整體電能輸出。 然而，由于目前溫差發(fā)電的效率一般不超過14%，因此有必要對溫差發(fā)電過程中產(chǎn)生的二 次余熱加以回收再利用。另一方面，已有研究指出，由于平板型熱管呈現(xiàn)的高導(dǎo)熱性、均溫 性、結(jié)構(gòu)緊湊而靈活，使得平板型熱管非常適合作為溫差發(fā)電裝置中熱電模塊冷端的散熱 元件，并可根據(jù)外界運行條件調(diào)整熱電模塊冷端溫度。基于以上現(xiàn)狀和思想，提出把太陽能光伏發(fā)電裝置、溫差發(fā)電裝置以及利用平板 型熱管進(jìn)行余熱回收的熱利用裝置聯(lián)合起來的系統(tǒng)，即一種光熱混合發(fā)電及熱利用一體化 的太陽能綜合利用系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種光熱混合發(fā)電及熱利用一體化的太陽能綜合利用系統(tǒng)。本系統(tǒng)包 括將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的太陽能光伏發(fā)電裝置、將太陽輻射熱及光伏電池余熱直接 轉(zhuǎn)化為電能的溫差發(fā)電裝置、以及利用平板型熱管進(jìn)行余熱回收的熱利用裝置。本系統(tǒng)一 方面可以解決單純的太陽能光伏發(fā)電效率低和輸出電能少等問題，實現(xiàn)太陽能的光電、熱 電雙重轉(zhuǎn)換，從而提高電能的輸出；另一方面可以解決太陽能余熱的再利用問題，提高整個 系統(tǒng)的熱電利用效率，既實現(xiàn)太陽能發(fā)電的要求，又實現(xiàn)太陽能熱利用的要求，從而實現(xiàn)由 單純的太陽能光伏發(fā)電到太陽能光熱混合發(fā)電的轉(zhuǎn)變，同時實現(xiàn)余熱的一體化綜合利用。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)主要由光伏電池3、吸熱板4、玻璃蓋板5、玻璃側(cè)封22、溫差發(fā)電裝置19、平板型熱管蒸發(fā)端18、平板型熱管冷凝端13、平板型熱管側(cè)封9、金屬翅片17、吸液芯16、空氣冷卻通 道底板12、空氣冷卻通道側(cè)封23、散熱翅片21、風(fēng)機24、集熱系統(tǒng)空氣出口接管1、集熱系 統(tǒng)空氣出口聯(lián)箱2、集熱系統(tǒng)空氣進(jìn)口聯(lián)箱6、集熱系統(tǒng)空氣進(jìn)口接管7、空氣管道8、空氣冷 卻通道進(jìn)口聯(lián)箱14和空氣冷卻通道進(jìn)口接管15、空氣冷卻通道出口接管10和空氣冷卻通 道出口聯(lián)箱11組成的一種光熱混合發(fā)電及熱利用一體化的太陽能綜合利用系統(tǒng)，其特征 在于吸熱板4、玻璃蓋板5和玻璃側(cè)封22組成光伏發(fā)電裝置的封閉空間，均勻排列于吸熱 板4之上的光伏電池3將部分太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能；溫差發(fā)電裝置19中的熱電模塊熱 端與吸熱板4緊密接觸，吸收太陽的輻射熱及光伏電池3的余熱，將部分熱能直接轉(zhuǎn)化為電 能；平板型熱管蒸發(fā)端18吸收溫差發(fā)電裝置19的余熱，并在平板型熱管冷凝端13將熱量 釋放給由平板型熱管冷凝端13、空氣冷卻通道底板12和空氣冷卻通道側(cè)封23組成的通道 內(nèi)的空氣，預(yù)熱后的空氣在風(fēng)機24的作用下依次經(jīng)空氣冷卻通道出口聯(lián)箱11、空氣冷卻通 道出口接管10和空氣管道8、集熱系統(tǒng)空氣進(jìn)口接管7和集熱系統(tǒng)空氣進(jìn)口聯(lián)箱6進(jìn)入光 伏發(fā)電裝置的封閉空間被再次加熱，最后經(jīng)集熱系統(tǒng)空氣出口聯(lián)箱2和集熱系統(tǒng)空氣出口 接管1流出。本發(fā)明的平板型熱管蒸發(fā)端18、平板型熱管冷凝端13和平板型熱管側(cè)封9組成封 閉的真空腔體，腔體內(nèi)設(shè)有金屬翅片17，并在金屬翅片17的中心線上開有圓形小孔20，連 通被金屬翅片17隔開的各個小真空腔體；在金屬翅片17表面及真空腔體內(nèi)表面均設(shè)有供 液體工質(zhì)回流的吸液芯16 ；由平板型熱管冷凝端13、空氣冷卻通道底板12和空氣冷卻通道 側(cè)封23組成的空氣冷卻通道內(nèi)裝有散熱翅片21，散熱翅片21的長度方向與空氣的流動方 向相同。本發(fā)明與現(xiàn)有能源利用系統(tǒng)相比具有以下特點(1)本系統(tǒng)包括將太陽光能直接 轉(zhuǎn)化為電能的太陽能光伏發(fā)電裝置、將太陽輻射熱及光伏電池余熱直接轉(zhuǎn)化為電能的溫差 發(fā)電裝置、以及利用平板型熱管進(jìn)行余熱回收的熱利用裝置，具有光電轉(zhuǎn)換、熱電轉(zhuǎn)換和余 熱回收再利用等多重功能，實現(xiàn)了不同用能系統(tǒng)集成和多種能量的綜合利用。(2)本系統(tǒng)的 溫差發(fā)電裝置可采用多組溫差發(fā)電模塊串聯(lián)或并聯(lián)的運行方式，一方面可提高輸出電壓或 功率，另一方面可提高系統(tǒng)運行的可靠性。(3)本系統(tǒng)由于集成了太陽能光伏發(fā)電和溫差發(fā) 電，具有熱電利用效率高、無運動部件和噪音、運行維護(hù)成本低、可靠性高以及可模塊化組 合等優(yōu)點。(4)本系統(tǒng)采用平板型熱管回收溫差發(fā)電裝置中熱電模塊冷端的余熱，可以提高 溫差發(fā)電裝置冷熱端溫差的均勻性以及整個系統(tǒng)的熱電利用性能，并可根據(jù)外界運行條件 調(diào)整熱電模塊的冷端溫度。(5)本系統(tǒng)在平板型熱管的真空腔體內(nèi)裝有金屬翅片，一方面增 強了熱傳導(dǎo)，另一方面還縮短了液體工質(zhì)的回流路徑，同時起到支撐作用；而在空氣冷卻通 道內(nèi)裝有散熱翅片，既起到強化傳熱的效果，又增加了機械強度。


圖1為本發(fā)明實施示意圖；圖2為圖1的A-A剖面視圖。其中1_集熱系統(tǒng)空氣出口接管；2-集熱系統(tǒng)空氣出口聯(lián)箱；3-光伏電池；4-吸 熱板；5_玻璃蓋板；6-集熱系統(tǒng)空氣進(jìn)口聯(lián)箱；7-集熱系統(tǒng)空氣進(jìn)口接管；8-空氣管道； 9-平板型熱管側(cè)封；10-空氣冷卻通道出口接管；11-空氣冷卻通道出口聯(lián)箱；12-空氣冷卻通道底板；13-平板型熱管冷凝端；14-空氣冷卻通道進(jìn)口聯(lián)箱；15-空氣冷卻通道進(jìn)口 接管；16-吸液芯；17-金屬翅片；18-平板型熱管蒸發(fā)端；19-溫差發(fā)電裝置；20-小孔； 21-散熱翅片；22-玻璃側(cè)封；23-空氣冷卻通道側(cè)封；24-風(fēng)機。
具體實施例方式以下結(jié)合說明書附圖中的圖1、圖2對本發(fā)明具體實施進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明主要由集熱系統(tǒng)空氣出口接管1、集熱系統(tǒng)空氣出口聯(lián)箱2、光伏電池3、吸 熱板4、玻璃蓋板5、集熱系統(tǒng)空氣進(jìn)口聯(lián)箱6、集熱系統(tǒng)空氣進(jìn)口接管7、空氣管道8、平板型 熱管側(cè)封9、空氣冷卻通道出口接管10、空氣冷卻通道出口聯(lián)箱11、空氣冷卻通道底板12、 平板型熱管冷凝端13、空氣冷卻通道進(jìn)口聯(lián)箱14、空氣冷卻通道進(jìn)口接管15、吸液芯16、金 屬翅片17、平板型熱管蒸發(fā)端18、溫差發(fā)電裝置19、小孔20、散熱翅片21、玻璃側(cè)封22、空 氣冷卻通道側(cè)封23和風(fēng)機24組成。本發(fā)明的工作過程如下太陽光透過玻璃蓋板5和玻璃側(cè)封22，照射并加熱吸熱板4及整齊排列于吸熱板 4之上的光伏電池3，光伏電池3將部分太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能；另一方面，溫差發(fā)電裝置 19中的熱電模塊熱端與吸熱板4底面緊密接觸，吸收未轉(zhuǎn)化為電能的太陽輻射熱及光伏電 池余熱；與此同時，溫差發(fā)電裝置19中的熱電模塊冷端與平板型熱管蒸發(fā)端18緊密接觸， 從而溫差發(fā)電裝置19中的熱電模塊的熱端與冷端形成溫差，直接將部分熱能轉(zhuǎn)化為電能。 在平板型熱管中，液體工質(zhì)在平板型熱管蒸發(fā)端18吸收溫差發(fā)電裝置19中的余熱蒸發(fā)氣 化，到達(dá)平板型熱管冷凝端13釋放出氣化潛熱后凝結(jié)，凝結(jié)后的液體工質(zhì)在位于金屬翅片 17表面及真空腔體內(nèi)表面的吸液芯16作用下，回流至平板型熱管蒸發(fā)端18重新吸熱，如此 循環(huán)。此外，為了合理利用溫差發(fā)電裝置19在熱電轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的二次余熱，在平板 型熱管冷凝端13的外部設(shè)有空氣冷卻通道。外部空氣在風(fēng)機24的作用下經(jīng)空氣冷卻通道 進(jìn)口接管15通入空氣冷卻通道進(jìn)口聯(lián)箱14，進(jìn)入由平板型熱管冷凝端13、空氣冷卻通道底 板12和空氣冷卻通道側(cè)封23組成的空氣冷卻通道內(nèi)，吸收平板型熱管冷凝端13的熱量。 預(yù)熱后的空氣經(jīng)空氣冷卻通道出口聯(lián)箱11和空氣冷卻通道出口接管10通入空氣管道8，而 后經(jīng)集熱系統(tǒng)空氣進(jìn)口接管7和集熱系統(tǒng)空氣進(jìn)口聯(lián)箱6，進(jìn)入由吸熱板4、玻璃蓋板5和 玻璃側(cè)封22組成的光伏發(fā)電裝置的封閉空間，再次吸熱后，最后經(jīng)集熱系統(tǒng)空氣出口聯(lián)箱 2和集熱系統(tǒng)空氣出口接管1排出，供給熱用戶。
權(quán)利要求
一種光熱混合發(fā)電及熱利用一體化的太陽能綜合利用系統(tǒng)，主要由光伏電池(3)、吸熱板(4)、玻璃蓋板(5)、玻璃側(cè)封(22)、溫差發(fā)電裝置(19)、平板型熱管蒸發(fā)端(18)、平板型熱管冷凝端(13)、平板型熱管側(cè)封(9)、金屬翅片(17)、吸液芯(16)、空氣冷卻通道底板(12)、空氣冷卻通道側(cè)封(23)、散熱翅片(21)、風(fēng)機(24)、集熱系統(tǒng)空氣出口接管(1)、集熱系統(tǒng)空氣出口聯(lián)箱(2)、集熱系統(tǒng)空氣進(jìn)口聯(lián)箱(6)、集熱系統(tǒng)空氣進(jìn)口接管(7)、空氣管道(8)、空氣冷卻通道進(jìn)口聯(lián)箱(14)和空氣冷卻通道進(jìn)口接管(15)、空氣冷卻通道出口接管(10)和空氣冷卻通道出口聯(lián)箱(11)組成；其特征在于吸熱板(4)、玻璃蓋板(5)和玻璃側(cè)封(22)組成光伏發(fā)電裝置的封閉空間，均勻排列于吸熱板(4)之上的光伏電池(3)將部分太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能；溫差發(fā)電裝置(19)中的熱電模塊熱端與吸熱板(4)緊密接觸，吸收太陽的輻射熱及光伏電池(3)的余熱，將部分熱能直接轉(zhuǎn)化為電能；平板型熱管蒸發(fā)端(18)吸收溫差發(fā)電裝置(19)的余熱，并在平板型熱管冷凝端(13)將熱量釋放給由平板型熱管冷凝端(13)、空氣冷卻通道底板(12)和空氣冷卻通道側(cè)封(23)組成的通道內(nèi)的空氣，預(yù)熱后的空氣在風(fēng)機(24)的作用下依次經(jīng)空氣冷卻通道出口聯(lián)箱(11)、空氣冷卻通道出口接管(10)、空氣管道(8)、集熱系統(tǒng)空氣進(jìn)口接管(7)和集熱系統(tǒng)集熱系統(tǒng)空氣進(jìn)口聯(lián)箱(6)進(jìn)入光伏發(fā)電裝置的封閉空間被再次加熱，最后經(jīng)集熱系統(tǒng)空氣出口聯(lián)箱(2)和集熱系統(tǒng)空氣出口接管(1)流出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光熱混合發(fā)電及熱利用一體化的太陽能綜合利用系統(tǒng)， 其特征在于平板型熱管蒸發(fā)端(18)、平板型熱管冷凝端(13)和平板型熱管側(cè)封(9)組成 封閉的真空腔體，腔體內(nèi)設(shè)有金屬翅片(17)，并在金屬翅片(17)的中心線上開有圓形小孔 (20)，連通被金屬翅片(17)隔開的各個小真空腔體；在金屬翅片(17)表面及真空腔體內(nèi) 表面均設(shè)有供液體工質(zhì)回流的吸液芯(16)；由平板型熱管冷凝端(13)、空氣冷卻通道底板 (12)和空氣冷卻通道側(cè)封(23)組成的空氣冷卻通道內(nèi)裝有散熱翅片(21)，散熱翅片(21) 的長度方向與空氣的流動方向相同。
全文摘要
一種光熱混合發(fā)電及熱利用一體化的太陽能綜合利用系統(tǒng)，屬太陽能綜合利用工程領(lǐng)域。本系統(tǒng)包括將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的太陽能光伏發(fā)電裝置、將太陽輻射熱及光伏電池余熱直接轉(zhuǎn)化為電能的溫差發(fā)電裝置、以及利用平板型熱管將溫差發(fā)電裝置余熱進(jìn)行回收的熱利用裝置，具有光電轉(zhuǎn)換、熱電轉(zhuǎn)換和余熱回收再利用等多重功能，可最大限度地滿足用戶對電負(fù)荷與熱負(fù)荷的雙重需求。與其它太陽能熱電利用系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有效率高、無運動部件和噪音、運行維護(hù)成本低、可靠性高以及可模塊化組合等特點。
文檔編號H02N11/00GK101873093SQ20101021475
公開日2010年10月27日 申請日期2010年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月1日
發(fā)明者吳雙應(yīng), 李友榮, 肖蘭 申請人:重慶大學(xué)