一種二次發(fā)電的熱光伏熱電聯(lián)產(chǎn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種能夠二次發(fā)電的熱光伏熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，該裝置包括燃燒器、選擇性過濾器、光伏電池、電池冷卻通道、陶瓷換熱器、壓縮機、燃氣輪機和發(fā)電機組。所述燃燒器與光伏電池對中平行放置，所述選擇性過濾器設(shè)于光伏電池的接受面，電池冷卻通道設(shè)置在光伏電池板的背面，燃燒器的排煙出口設(shè)有陶瓷換熱器和壓縮機，所述燃氣輪機的一端與壓縮機連接，其另一端與發(fā)電機組連接；所述陶瓷換熱器為管翅式結(jié)構(gòu)，水在光滑的管內(nèi)流動，煙氣在管外的翅片上流動。本發(fā)明最大限度地利用了燃料燃燒釋放出的能量，使裝置的能量轉(zhuǎn)換效率得到進一步提升。
【專利說明】一種二次發(fā)電的熱光伏熱電聯(lián)產(chǎn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱光伏【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種新型利用熱光伏原理的熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，特指一種能夠二次發(fā)電的熱光伏熱電聯(lián)產(chǎn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，對熱光伏(TPV)系統(tǒng)的開發(fā)已成為世界范圍內(nèi)的一個研究熱點。傳統(tǒng)的熱光伏系統(tǒng)包括以下幾個部分:熱源、熱輻射器、光子過濾器、光電池，它利用某種能量加熱輻射體使其達到較高溫度，高溫輻射器釋放的光子碰撞光電池表面，通過內(nèi)部的半導體p-n結(jié)轉(zhuǎn)化為電能。TPV系統(tǒng)所需的熱源來源豐富，其中燃燒產(chǎn)生化學能是最為常見的熱源形式，受光伏電池光電轉(zhuǎn)換效率、過濾器濾波效果的限制、以及高溫廢氣的能量浪費，該種TPV系統(tǒng)的整體效率普遍不高，在實驗條件下得到的裝置整體轉(zhuǎn)換效率都在10%以下。
[0003]對于熱光伏系統(tǒng)的核心部件——光伏電池，由于吸收了很多不能進行光電轉(zhuǎn)換的輻射能，其表面溫度會不斷升高，導致工作效率下降。據(jù)研究顯示，在輻射源溫度為1227°C、光電池溫度為25°C情況下，GaSb光電池轉(zhuǎn)換效率為25%，而當電池溫度為130°C時，光電池的轉(zhuǎn)換效率則降低為17%。因此，為使光伏電池保持最佳工作狀態(tài)，光伏電池的冷卻效果必須得到保障。此外，燃燒過程必然會產(chǎn)生一定的廢棄物，通常這些高溫產(chǎn)物都是直接排放的，這不僅浪費能源，還對環(huán)境造成危害。
[0004]關(guān)于降低光伏電池溫度的結(jié)構(gòu)設(shè)計，現(xiàn)有技術(shù)中已有相關(guān)的技術(shù)方案公開，如中國專利號:201210543617.9，發(fā)明名稱為:一種帶余熱回收的小型熱光伏熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括熱源、熱輻射器、光子過濾器、熱光伏電池，在熱光伏電池板的背面設(shè)有光電池冷卻設(shè)備；在熱輻射器的煙氣排放出口設(shè)置一個煙氣余熱換熱設(shè)備，所述冷卻設(shè)備由水泵和冷卻水管構(gòu)成，所述煙氣余熱換熱設(shè)備包括煙氣管道和水通道，所述水通道是冷卻水管的延伸。該申請案雖然實現(xiàn)了光伏電池的降溫，通過煙氣余熱換熱設(shè)備把高溫煙氣的余熱回收變?yōu)闊崴?，但是該申請案沒有利用高溫煙氣產(chǎn)生電能，實現(xiàn)高溫煙氣的更充分的利用，提高TPV系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。
[0005]基于以上分析，為進一步提高TPV系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率，如何合理利用發(fā)電過程各個環(huán)節(jié)的余熱廢熱，實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)就顯得非常有必要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]1、發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0007]本發(fā)明的目的是根據(jù)熱光電系統(tǒng)的工作特點，提供一種一種二次發(fā)電的熱光伏熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，從而實現(xiàn)系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率較大程度的提高。
[0008]2、技術(shù)方案
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0010]一種二次發(fā)電的熱光伏熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，包括燃燒器、選擇性過濾器、光伏電池、電池冷卻通道、陶瓷換熱器、壓縮機、燃氣輪機和發(fā)電機組；[0011]所述燃燒器與光伏電池對中平行放置，所述選擇性過濾器設(shè)于光伏電池的接受面，電池冷卻通道設(shè)置在光伏電池板的背面，燃燒器的排煙出口設(shè)有陶瓷換熱器和壓縮機，所述燃氣輪機的一端與壓縮機連接，其另一端與發(fā)電機組連接；所述陶瓷換熱器為管翅式結(jié)構(gòu)，水在光滑的管內(nèi)流動，煙氣在管外的翅片上流動。
[0012]更進一步地，所述燃燒器為平行板結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部填充多孔介質(zhì)，其材料為Al2O315
[0013]更進一步地，所述光伏電池選禁帶寬度0.72ev、截止波長1.78μπι的GaSb電池。
[0014]更進一步地，所述光伏電池的冷卻通道為平行板結(jié)構(gòu)，通道內(nèi)部設(shè)置擾流翅片。
[0015]更進一步地，所述選擇性過濾器為一維周期性Si/Si02光子晶體薄膜型過濾器。
[0016]更進一步地，所述選擇性過濾器采用真空濺射的方式直接鍍在電池的接受表面。
[0017]熱光伏熱電聯(lián)產(chǎn)裝置同時利用熱光伏技術(shù)和燃氣輪機發(fā)電技術(shù)，產(chǎn)生電能。
[0018]熱光伏熱電聯(lián)產(chǎn)裝置在完成二次發(fā)電工作的同時，產(chǎn)生不同溫度的熱水，實現(xiàn)了余熱和廢熱利用。
[0019]燃料和氧化劑經(jīng)充分混合后進入燃燒器后進行燃燒，燃燒器外表面即為輻射表面，高溫狀態(tài)時釋放出的輻射能經(jīng)選擇性過濾器后，一部分有效的輻射能穿過過濾器，照射到光伏電池表面，由光伏電池轉(zhuǎn)換成電能，而另一部分則會由過濾器返回至輻射器以進行熱量回收。為避免電池因溫度升高帶來的工作效率下降，采用冷水降溫的方式以維持其在恒定低溫下工作，而冷卻水在吸收電池的熱量后變成低溫熱水，可以直接供給家庭使用。另一方面，在燃燒器排煙出口安裝了一個陶瓷換熱器和壓縮機，陶瓷換熱器的冷媒也為冷卻水，通過熱量交換在產(chǎn)生大量高溫熱水的同時，最大限度地降低了高溫煙氣的溫度，使其滿足壓縮機的工作溫度范圍。經(jīng)過壓縮機后，煙氣達到一定壓力，成為高壓氣體，最終進入燃氣輪機膨脹做功，促使發(fā)電機發(fā)電，從而實現(xiàn)機械能轉(zhuǎn)換成電能，達到二次產(chǎn)電的效果。
[0020]3、有益效果
[0021]采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果:
[0022](I)本發(fā)明最大限度地利用了投射到光電池的那部分能量，將原來對光電池效率有負面作用的能量轉(zhuǎn)化成熱能，并同時降低了光電池的工作溫度，提高了光電池的效率。
[0023](2)本發(fā)明有效地實現(xiàn)了高溫煙氣能量的綜合利用，在實現(xiàn)二次產(chǎn)電的同時，還能產(chǎn)生大量熱水，系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率可得到進一步提升。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是改進后的二次發(fā)電的熱電聯(lián)產(chǎn)裝置圖；
[0025]圖中:1.燃料和氧化劑混合物；2.燃燒器；3.總輻射能；4.反射輻射能；5.[0026]選擇性過濾器；6.透射輻射能；7.光伏電池；8.電池冷卻水；9.電池冷卻通道；
10.低溫熱水；11.高溫煙氣；12.陶瓷換熱器；13.煙氣冷卻水；14.高溫熱水；15.低溫煙氣；16.壓縮機；17.高壓煙氣；18.燃氣輪機；19.乏汽；20.發(fā)電機組。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。 [0028]實施例1
[0029]如圖1所示，一種二次發(fā)電的熱光伏熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，包括燃燒器2、選擇性過濾器5、光伏電池7、電池冷卻通道9、陶瓷換熱器12、壓縮機16、燃氣輪機18和發(fā)電機組20 ；
[0030]所述燃燒器2與光伏電池7對中平行放置，所述選擇性過濾器5設(shè)于光伏電池7的接受面，所述電池冷卻通道9設(shè)于光伏電池7的的背面，燃燒器2的排煙出口設(shè)有陶瓷換熱器12和壓縮機16，所述燃氣輪機18的一端與壓縮機16連接，其另一端與發(fā)電機組20連接，所述陶瓷換熱器12為管翅式結(jié)構(gòu)，水在光滑的管內(nèi)流動，煙氣在管外的翅片上流動。
[0031]常溫下，燃料和氧化劑混合物I以0.5?3m/s的流速進入燃燒器2進行燃燒，并將燃燒器外表面加熱至1000°c以上，燃燒器2采用耐高溫的316不銹鋼制作，高溫氧化后外表面的發(fā)射率能達到0.85，燃燒器2為平行板結(jié)構(gòu)，內(nèi)部填充有多孔介質(zhì)以提高燃燒過程的強度和效果，其材料為Al2O315燃燒器2與光伏電池6對中平行放置，光伏電池7選用禁帶寬度0.72ev、截止波長1.78 μ m的GaSb電池，選擇性過濾器5則采用結(jié)構(gòu)較為簡單的一維周期性Si/Si02光子晶體薄膜型過濾器，并可采用真空濺射的方式直接鍍在電池的接受表面。電池冷卻通道為平行板結(jié)構(gòu)，為提高換熱效果，可在通道內(nèi)部設(shè)置擾流翅片，電池冷卻水8經(jīng)換熱后成低溫熱水10，水溫可達到30?40°C,以供家庭的正常使用。
[0032]從燃燒器2出來的高溫煙氣11，溫度通常為1000°C左右，壓力約為0.12MPa，經(jīng)過陶瓷換熱器12 (回收余熱可達450?750°C，是目前回收高溫煙氣余熱的最佳裝置)，通過與煙氣冷卻水13進行換熱后，成為低溫煙氣15(溫度400°C左右，壓力0.1MPa)，從而達到壓縮機16的工作溫度范圍(常溫至500°C左右)。壓縮機16的壓縮比選為14，煙氣經(jīng)壓縮后形成高壓煙氣17，壓力要求不低于0.3MPa，溫度不低于450°C。高壓煙氣17最終進入燃氣輪機膨脹做功，促使發(fā)電機發(fā)電，從而實現(xiàn)機械能轉(zhuǎn)換成電能，達到二次產(chǎn)電的效果。燃氣輪機18熱效率可達30%?34%，燃氣輪機18和發(fā)電機20獨立組成裝機快、起停靈活的循環(huán)系統(tǒng)，乏汽19也可冷凝回收為熱水加以利用。
【權(quán)利要求】
1.一種二次發(fā)電的熱光伏熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于:包括燃燒器、選擇性過濾器、光伏電池、電池冷卻通道、陶瓷換熱器、壓縮機、燃氣輪機和發(fā)電機組； 所述燃燒器與光伏電池對中平行放置，所述選擇性過濾器設(shè)于光伏電池的接受面，電池冷卻通道設(shè)置在光伏電池板的背面，燃燒器的排煙出口設(shè)有陶瓷換熱器和壓縮機，所述燃氣輪機的一端與壓縮機連接，其另一端與發(fā)電機組連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種二次發(fā)電的熱光伏熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于:所述的裝置，同時利用熱光伏技術(shù)和燃氣輪機發(fā)電技術(shù)，產(chǎn)生電能。
3.如權(quán)利要求1所述的一種二次發(fā)電的熱光伏熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于:所述的裝置，在完成二次發(fā)電工作的同時，產(chǎn)生不同溫度的熱水，實現(xiàn)了余熱和廢熱利用。
4.如權(quán)利要求1所述的一種二次發(fā)電的熱光伏熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于:所述燃燒器為平行板結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部填充多孔介質(zhì)，其材料為ai2o3。
5.如權(quán)利要求1所述的一種二次發(fā)電的熱光伏熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于:所述光伏電池為禁帶寬度0.72ev、截止波長1.78 μ m的GaSb電池。
6.如權(quán)利要求1所述的一種二次發(fā)電的熱光伏熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于:所述光伏電池冷卻通道為平行板結(jié)構(gòu)，通道內(nèi)部設(shè)置擾流翅片。
7.如權(quán)利要求1所述的一種二次發(fā)電的熱光伏熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于:所述選擇性過濾器為一維周期性Si/Si02光子晶體薄膜型過濾器。
8.如權(quán)利要求1所述的一種二次發(fā)電的熱光伏熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于:所述選擇性過濾器采用真空濺射的方式直接鍍在電池的接受表面。
9.如權(quán)利要求1所述的一種二次發(fā)電的熱光伏熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于:所述陶瓷換熱器為管翅式結(jié)構(gòu)，水在光滑的管內(nèi)流動，煙氣在管外的翅片上流動。
【文檔編號】H02S40/42GK103997281SQ201410187395
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月5日
【發(fā)明者】許藝鳴, 唐愛坤, 單春賢, 潘劍鋒, 邵霞 申請人:江蘇大學