一種基於碟式聚光的複合分頻太陽能光伏光熱聯產裝置的製作方法

2023-06-05 05:48:11 1

本發明涉及太陽能光伏光熱綜合利用技術領域，具體涉及一種基於碟式聚光的複合分頻太陽能光伏光熱聯產裝置。

背景技術：

聚光型太陽能光伏光熱系統採用聚光技術，既可以解決太陽輻射能由於能流密度低導致光伏發電系統產電量不高的問題，還可以減少太陽能電池的使用量從而降低發電成本，同時通過在光伏組件背側布置冷卻流道來解決組件溫度上升的問題，且回收的熱量還可以二次利用，因此該系統在太陽能利用領域引起了不小的關注。但是，傳統聚光型太陽能光伏光熱系統的熱採集器主要從光伏組件背面獲取熱量，所以熱採集器的溫度受限於光伏組件的溫度。這是因為為了維持光伏組件的高效運行，太陽能電池的工作溫度不能太高，進而其背面冷卻流道中換熱工質的出口溫度也就不會太高，獲得的熱能品位相應很低。因此，為了獲得較高光伏轉換效率的同時獲得高品位的熱能以提高太陽能的綜合利用效率，把新的技術和方法應用於聚光型太陽能光伏光熱系統以解決光伏單元和光熱單元的熱耦合問題是非常必要的。其中，太陽能光譜分頻技術在解決傳統聚光型太陽能光伏光熱系統熱耦合問題上被寄予厚望。

但是，目前研究的基於太陽能光譜分頻技術聚光型太陽能光伏光熱系統多採用單一分頻器(多層薄膜固體幹涉濾光或選擇性吸收液體濾光)，而實際上不同的單一分頻器因各有優劣要實現太陽輻射寬光譜分頻困難重重。中國專利「一種太陽能聚光分頻光伏光熱聯產裝置」(申請公布號cn102779885a)已提出採用複合分頻來實現光伏光熱聯產，但是他們所用的太陽能分頻玻璃和液體分頻器水均只能吸收近紅外光，沒有起到吸收電池非響應短波段光的作用，無法實現太陽輻射寬光譜分頻，這樣聚光型太陽能光伏光熱系統綜合效率提升受到限制，因此需要對複合分頻器組合進行改進優化。此外，上述專利(申請公布號cn102779885a)採用的是複合拋物面聚光器，屬於低倍聚光器，將此聚光器應用在太陽能光譜分頻型光伏光熱系統中不具有效率和經濟優勢，因為otanicar等在《appliedenergy》(應用能源)(2015年140卷2期)上發表的「envisioningadvancedsolarelectricitygeneration:parametricstudiesofcpv/tsystemswithspectralfilteringandhightemperaturepv」一文中指出採用光譜分頻技術聚光型光伏光熱系統要在高倍聚光條件下才凸顯優勢。

技術實現要素：

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種基於碟式聚光的複合分頻太陽能光伏光熱聯產裝置，可以實現太陽輻射寬光譜分頻，降低聚光電池組件溫度的同時輸出更高品位的熱能，而且熱能的轉換和儲存均在濾光液內進行，避免了二次換熱引起的效率損失，提高了熱效率。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種基於碟式聚光的複合分頻太陽能光伏光熱聯產裝置，包括碟式聚光器和複合分頻太陽能光伏光熱接收器，所述複合分頻太陽能光伏光熱接收器接收用碟式聚光器匯聚的太陽光線；所述碟式聚光器為高倍聚光器；所述複合分頻太陽能光伏光熱接收器包括高透光玻璃外管、高透光玻璃內管、固體分頻器、液體分頻器、反射壁面、矽膠封裝劑、聚光矽電池、光伏電池電路板、聚光矽電池冷卻水流道和保溫層；所述高透光玻璃外管上貼有第一減反射層，所述高透光玻璃內管上貼有第二減反射層；所述固體分頻器由可吸收短波長光，但聚光矽電池高響應波段可透過的材料構成；所述液體分頻器由可吸收近紅外波長光，但聚光矽電池高響應波段可透過的材料構成；所述高透光玻璃內管在高透光玻璃外管內部，所述固體分頻器置於所述高透光玻璃內管內部，所述液體分頻器為液體，在所述高透光玻璃內管內部流動；所述光伏電池電路板固定在金屬壁上，所述聚光矽電池與光伏電池電路板連接；所述金屬壁通過所述反射壁面固定在所述高透光玻璃外管上，且正對於所述碟式聚光器；所述矽膠封裝劑設置在所述高透光玻璃外管和所述聚光矽電池之間；所述聚光矽電池冷卻水流道設在金屬壁上，用於通過所述金屬壁與光伏電池電路板進行熱交換；所述聚光矽電池冷卻水流道包裹保溫層。

進一步，所述高透光玻璃外管和所述高透光玻璃內管之間設有真空層。

進一步，所述高透光玻璃外管和所述高透光玻璃內管採用石英玻璃或硼矽酸鹽玻璃。

進一步，所述固體分頻器材料採用cdsxse1-x半導體微晶摻雜玻璃。

進一步，所述液體分頻器材料採用丙二醇或乙二醇。

進一步，所述固體分頻器吸收的短波長光範圍為280nm-600nm。

進一步，所述液體分頻器吸收的近紅外波長光範圍為1100nm-2500nm。

本發明的有益效果在於：

1.本發明所述的基於碟式聚光的複合分頻太陽能光伏光熱聯產裝置，可以採用固體分頻器吸收短波長光並使聚光矽電池高響應波段透過和液體分頻器吸收其它近紅外波長光並使聚光矽電池高響應波段透過，實現太陽輻射寬光譜分頻，降低聚光電池組件溫度的同時輸出更高品位的熱能。

2.本發明所述的基於碟式聚光的複合分頻太陽能光伏光熱聯產裝置，不僅可以高性價比地實現太陽輻射寬光譜分頻，而且熱能的轉換和儲存均在濾光液內進行，避免了二次換熱引起的效率損失，提高了熱效率。

3.本發明所述的基於碟式聚光的複合分頻太陽能光伏光熱聯產裝置，把固體分頻器設置在流有分頻液的高透光玻璃內管中部可使固體分頻器吸收短波輻射後進一步把熱量傳遞給周圍的分頻液，提供更高品位的熱能。

4.本發明所述的基於碟式聚光的複合分頻太陽能光伏光熱聯產裝置，採用碟式高倍聚光器可以提供高的太陽輻射能流密度，不僅使輸出的電能增加，而且輸出的熱能溫度預計可高達120℃，所以聚光型光伏光熱系統的光電、光熱轉換效率均會提高，系統成本會進一步降低。

附圖說明

圖1為本發明所述的基於碟式聚光的複合分頻太陽能光伏光熱聯產裝置原理圖。

圖中：

1-碟式聚光器；2-第一減反射層；3-高透光玻璃外管；4-真空層；5-第二減反射層；6-高透光玻璃內管；7-固體分頻器；8-液體分頻器；9-反射壁面；10-金屬壁；11-矽膠封裝劑；12-聚光矽電池；13-光伏電池電路板；14-聚光矽電池冷卻水流道；15-保溫層；16-複合分頻太陽能光伏光熱接收器。

具體實施方式

下面結合附圖以及具體實施例對本發明作進一步的說明，但本發明的保護範圍並不限於此。

如圖1所示，一種基於碟式聚光的複合分頻太陽能光伏光熱聯產裝置，包括碟式聚光器1和複合分頻太陽能光伏光熱接收器16，所述複合分頻太陽能光伏光熱接收器16接收用碟式聚光器1匯聚的太陽光線；所述碟式聚光器1為高倍聚光器；所述複合分頻太陽能光伏光熱接收器16包括高透光玻璃外管3、高透光玻璃內管6、固體分頻器7、液體分頻器8、反射壁面9、矽膠封裝劑11、聚光矽電池12、光伏電池電路板13、聚光矽電池冷卻水流道14和保溫層15；所述高透光玻璃外管3上貼有第一減反射層2，所述高透光玻璃內管6上貼有第二減反射層5；所述固體分頻器7由可吸收短波長光，但聚光矽電池高響應波段可透過的材料構成，所述固體分頻器7材料優先採用cdsxse1-x半導體微晶摻雜玻璃；所述固體分頻器7吸收的短波長光範圍為280nm-600nm。所述液體分頻器8由可吸收近紅外波長光，但聚光矽電池高響應波段可透過的材料構成；所述液體分頻器8優先採用丙二醇或乙二醇；所述液體分頻器(8)吸收的近紅外波長光範圍為1100nm-2500nm。所述高透光玻璃內管6在高透光玻璃外管3內部，所述固體分頻器7置於所述高透光玻璃內管6內部，所述液體分頻器8為液體，在所述高透光玻璃內管6內部流動；把固體分頻器設置在流有分頻液的高透光玻璃內管中部可使固體分頻器吸收短波輻射後進一步把熱量傳遞給周圍的分頻液，提供更高品位的熱能。所述光伏電池電路板13固定在金屬壁10上，所述聚光矽電池12與光伏電池電路板13連接；所述金屬壁10通過所述反射壁面9固定在所述高透光玻璃外管3上，且正對於所述碟式聚光器1，也就是可以使得經過碟式聚光器1拋物面的陽光照射在所述高透光玻璃外管3上；所述矽膠封裝劑11設置在所述高透光玻璃外管3和所述聚光矽電池12之間；所述聚光矽電池冷卻水流道14設在金屬壁10上，用於通過所述金屬壁10與光伏電池電路板13進行熱交換；所述聚光矽電池冷卻水流道14包裹保溫層15。由於固體分頻器7和液體分頻器8共同作用，實現太陽輻射寬光譜分頻，降低聚光電池組件溫度的同時輸出更高品位的熱能，而且熱能的轉換和儲存均在濾光液內進行，避免了二次換熱引起的效率損失，提高了熱效率。

為了提高透光度，所述高透光玻璃外管3和所述高透光玻璃內管6採用石英玻璃或硼矽酸鹽玻璃。

為了減少高透光玻璃外管3和高透光玻璃內管6之間的能量損失，所述高透光玻璃外管3和所述高透光玻璃內管6之間設有真空層4。

工作原理：

來自碟式聚光器1的匯聚太陽光通過複合分頻太陽能光伏光熱接收器16中均採用石英玻璃或硼矽酸鹽玻璃的高透光玻璃外管3和高透光玻璃內管6，進一步匯聚到高透光玻璃內管6中的固體分頻器7和液體分頻器8。其中，太陽光譜中280nm至600nm範圍內的短波長光和1100nm至2500nm範圍內的其它近紅外波長光被液體分頻器8和固體分頻器7吸收，並轉化為高品位熱能，在高透光玻璃外管3和高透光玻璃內管6間設置真空層4起到保溫作用。為了提高系統光學效率，在高透光玻璃外管3和高透光玻璃內管6上分別設置有第一減反射層2、第二減反射層5。600nm至1100nm範圍內的光穿過高透光玻璃外管3、高透光玻璃內管6、矽膠封裝劑11後入射到聚光矽電池12上，對於入射角較大的光線還要先經由反射壁面9後匯聚到聚光矽電池12上，並轉變成電能和熱量；其中，電能提供給用戶使用；熱能經電池電路板13和金屬壁10傳遞到聚光矽電池冷卻水流道14內的水工質，聚光矽電池冷卻水流道14外表面設置有保溫層15以減少熱損失。還可以在聚光矽電池冷卻水流道14與高透光玻璃內管6之間設有熱交換器，使流出聚光矽電池冷卻水流道14中的熱水用來預熱液體分頻器8中的液體。

所述實施例為本發明的優選的實施方式，但本發明並不限於上述實施方式，在不背離本發明的實質內容的情況下，本領域技術人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬於本發明的保護範圍。