一種聚光太陽能系統的冷卻和氣體熱利用裝置的製作方法

2023-08-02 07:24:41

專利名稱：一種聚光太陽能系統的冷卻和氣體熱利用裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及光伏技術領域，尤其涉及一種聚光太陽能系統的冷卻和氣體熱利
田悲晉
/Tl 目.ο
背景技術：
當前，以聚光光伏發電(HCPV)為代表的第三代光伏發電技術正在經歷著快速發展，其相關技術已成為各類研究所和企業的研發熱點，各種聚光光伏示範工程與規模電站也正在世界各地紛紛出現。就其主要原理而言，聚光光伏發電技術(CPV)是指使用透鏡或鏡面將接收到的太陽光線進行聚焦，使聚焦後的高能量密度光斑對準於小面積、高效率的矽或多結化合物太陽能電池晶片上，獲得能量輸出。聚光光伏技術具有轉換效率高、電池用 量少、環境友好、系統衰減小、使用壽命長、佔地小、維護方便、可靠性高、易於大範圍組合安裝形成大規模光伏發電站等一系列優點。同時,作為一類新興技術,聚光光伏技術也存在著若干技術難點亟待解決，模組的密封及散熱問題就是其中之一。目前聚光光伏技術所使用的模組組件一般為箱式或盒式結構，箱體的上表面為聚光玻璃板或透光玻璃板，底面為安置有接收器和電氣連接線路的底板，四周為箱體側框。為避免外界灰塵、雨水、溼氣等進入箱體內部，保證內部光伏電池、光學透鏡以及電氣連接的正常工作和長期可靠性，箱體通常採用密封設計，即使用密封粘結膠將箱體各連接處粘結，使箱體內部與外界環境隔離。但是完全密封的設計，又帶來了散熱與壓力的問題。由於聚光太陽能長期工作在強日照高溫地帶，箱體密封將會帶來箱體內部的熱量累積，使箱體內溫度升高。其結果是兩方面的，一方面高溫會影響光伏電池和核心部件的工作，使其效率降低；另一方面高溫造成箱體內氣體膨脹，造成箱體內部壓力遠大於大氣壓，形成箱體內外壓差，非常容易造成箱體變形和損壞。為避免完全密封造成的壓力損壞，並降低光伏電池的溫度，當前的聚光組件箱體通常採用非全密封結構，往往在箱體側面或背面開一小孔，作為透氣窗。透氣窗通常使用透氣防水防塵材料，避免水和塵土進入，同時保證了內外壓差一致。但是，透氣窗所使用的透氣防水防塵材料的本身工作壽命非常有限，很難滿足光伏發電系統的工作年限(25年)要求。且其在一些極端氣候條件下，很容易被損壞或遭受局部損壞，使外界顆粒、水汽或油脂等進入，破壞了系統的工作環境，使光學系統透過率下降，電氣連接受損並帶來系統核心部件的腐蝕和氧化，造成不可恢復性的破壞。此外，透氣窗面積通常很小，且為保證防水防塵需要，其透氣能力非常有限，僅能滿足平衡內外壓差的需要，而很難使箱體內外氣體流動，模組在日光照射下累積的熱量不但無法得到利用，還會使箱體內部工作溫度升高，影響了光伏組件的工作狀態，使系統效率下降，壽命縮減。因此，當下需要迫切解決的一個技術問題就是如何能夠提出一種有效的措施，以解決現有技術中存在的問題
實用新型內容
[0007]本實用新型提供一種聚光太陽能系統的冷卻和氣體熱利用裝置，用以使整個氣體迴路保持高度密閉和高度潔淨，避免外界粉塵、油脂和水汽等汙染物進入聚光太陽能箱體。為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種聚光太陽能系統的冷卻和氣體熱利用裝置，具體包括氣體過濾器(2)、聚光太陽能箱體(3)、氣體驅動器(I)和\或葉片發電機(10)、氣體管路(5)、氣體熱利用裝置(4)和流速監測與控制儀(12);聚光太陽能箱體
(3)在氣體管路(5)中構成串聯、並聯或多級並聯的形式，且與氣體驅動器(I)和\或葉片發電機(10)、氣體過濾器(2)以及氣體熱利用裝置(4)通過氣體管路(5)構成一個密閉或準密閉的氣體迴路，所述流速監測與控制儀(12)通過快接插口被接入到氣體迴路中，與迴路中的其他裝置構成串接關係，所述流速監測與控制儀(12)包括流速監測探頭、顯示器和可程控流速調節閥。進一步地，所述的氣體驅動器(I)包括電機和葉片，是電能轉化為機械能的裝置， 通過電能驅動葉片運動的方式在裝置兩端的管路內產生壓力差，驅動氣體管路內產生定向流動。進一步地，所述氣體過濾裝置(2)為吸水材料、吸油材料和\或除塵材料製成的被動式氣體過濾部件。進一步地，所述氣體過濾裝置(2)為濾網和\或濾芯，且所述濾網和濾芯為可拆卸型。進一步地，所述聚光太陽能箱體(3)為密封或準密封的箱體結構，與氣體管路連接，聚光太陽能箱體內部含聚焦透鏡或凹面反射鏡類光學聚焦部件以及矽電池或化合物太陽能電池類太陽能電池組件。進一步地，所述氣體熱利用裝置(4)為氣體轉換為液體的熱交換裝置，其所採用的液體為純水、鹽水和\或油脂類液體。進一步地，所述的氣體管路(5)包括多段不同口徑的氣管及氣壓監測、氣密性插接件和氣密性檢測器件。進一步地，所述葉片發電機(10)是機械能向電能轉換和輸出的裝置，包括葉片、轉子以及電磁線圈部件。進一步地，所述葉片發電機(10)包含由多套葉片、轉子以及電磁線圈組成的機械能到電能的轉換裝置。進一步地，所述聚光太陽能系統的氣體冷卻和熱利用裝置，包含一個或多個聚光太陽能箱體。綜上，本實用新型所述的方案中通過建立密閉或準密閉的氣體循環迴路並引入氣體過濾裝置，可以使整個氣體迴路保持高度密閉和高度潔淨，避免了外界粉塵、油脂和水汽等汙染物進入聚光太陽能箱體，進而避免了汙染物可能帶來的對箱體內核心部件如光學部件，太陽能電池及電氣連接線路等的汙染、破壞及其它不利影響，另一方面又杜絕了聚光太陽能箱體在高度密封情況下內因箱體內氣體受熱膨脹而產生的與外界環境的壓差，以及在壓差情況下可能帶來的損壞等情況。此外，本實用新型還可以有效的將聚光太陽能箱體內在強日光照射下產生的熱量帶走並加以利用，增加了能量利用途徑，並提高了整個光伏系統的能量利用率。
圖1是本實用新型的實施例一的一種聚光太陽能系統的冷卻和氣體熱利用裝置的結構不意圖；圖2是本實用新型的實施例二的一種聚光太陽能系統的冷卻和氣體熱利用裝置的結構不意圖；圖3是本實用新型的實施例三的一種聚光太陽能系統的冷卻和氣體熱利用裝置的結構不意圖；其中，圖1中，1、氣體驅動器，2、氣體過濾器，3、聚光太陽能箱體，4、氣體熱利用裝置，5、氣體管路,6、氣體輸入方向，7、氣體輸出方向,8、冷液流入方向,9、熱液流出方向，12、流速監測與控制儀；圖2中，2、氣體過濾器,3、聚光太陽能箱體,5、氣體管路,6、氣體輸入方向，7、氣體 輸出方向，10、葉片發電機，11、葉片發電機的電力輸出線，12、流速監測與控制儀；圖3中，2、氣體過濾器，3、聚光太陽能箱體，4、氣體熱利用裝置，5、氣體管路，6、氣體輸入方向，7、氣體輸出方向，8、冷液流入方向，9、冷液流出方向，10、葉片發電機，11、葉片發電機的電力輸出線，12、流速監測與控制儀。
具體實施方式
本方案提供一種聚光太陽能系統的冷卻和氣體熱利用裝置，包括氣體過濾器(2)、聚光太陽能箱體(3)、氣體驅動器(I)和\或葉片發電機(10)、氣體管路(5)、氣體熱利用裝置(4)和流速監測與控制儀(12);聚光太陽能箱體(3)在氣體管路(5)中構成串聯、並聯或多級並聯的形式，且與氣體驅動器(I)和\或葉片發電機(10)、氣體過濾器(2)以及氣體熱利用裝置(4)通過氣體管路(5)構成一個密閉或準密閉的氣體迴路，所述流速監測與控制儀(12)通過快接插口被接入到氣體迴路中，與迴路中的其他裝置構成串接關係，所述流速監測與控制儀(12)包括流速監測探頭、顯示器和可程控流速調節閥，所述流速監測與控制儀(12)可實時監測氣體的流速並在顯示；其還可通過可程控流速調節閥來控制氣體在特定時刻的流速，進而可控制迴路內氣體流動和熱量交換的速度。以下給出實際中的具體實施例實施例一具體參見圖1，共有三個聚光太陽能箱體3，聚光太陽能箱體3箱體通過氣體管路5與氣體過濾器2和氣體熱利用裝置4連接，三個聚光太陽能箱體3之間為並聯連接，氣體過濾器2通過氣體管路5與氣體驅動器I連接，氣體驅動器I的另一端通過氣體管路5與氣體熱利用裝置4連接。本實施例的氣體熱利用裝置為一種利用熱氣體和冷水間的熱交換，將冷水加熱的裝置。此外，由於本實施例中聚光太陽能箱體3數目較少，箱體內氣體受熱而產生的熱流動效應不明顯，為滿足氣體流動和過濾需要，採用了氣體驅動器1，通過外接電力使氣路在氣體驅動器I兩端產生壓差，帶動氣體在氣體管路內和管路所經各裝置間流動。流速監測與控制儀12通過快接插口被接入到氣體迴路中，與迴路中的其他裝置構成串接關係。圖1中，聚光太陽能箱體3在太陽光照射工作時，箱體內的氣體受熱後膨脹，密度減小並上升，氣體從箱體上端的接口處進入氣體管路5，並有沿著氣體輸出方向7進行運動的趨勢。此時將氣體驅動器I接到電源，氣體驅動器I工作後將使管路內的氣體在氣體驅動器I的兩端產生壓差，促使氣體沿氣體輸入方向6開始運動。從氣體熱利用裝置5處流來的氣體已經過氣體熱利用裝置5的熱交換，溫度較低，其在氣體驅動器I的驅動下流經氣體驅動器1、氣體過濾器2，且在流經氣體過濾器2時完成了過濾過程，除去了氣體中的大部分油脂、水汽和灰塵，使氣體潔淨度滿足聚光太陽能箱體3的要求；之後，過濾後的低溫氣體通過聚光太陽能箱體3下端的接口進入聚光太陽能箱體內部，帶走箱體內部在太陽光照射下累積的熱量，使箱體內部的工作溫度保持在合理的範圍內；其後，氣體沿氣體輸出方向7從聚光太陽能箱體的上端接口處流出，並流經氣體熱利用裝置5，該高溫氣體在和沿冷液流入方向8進入的冷水進行熱交換後溫度得到降低，之後在氣體驅動器I產生的壓力下，繼續沿氣體輸入方向6和氣體輸出方向7運動,完成下一個流動和熱交換循環,對聚光太陽能箱體進行持續降溫。而在氣體熱利用裝置5中被加熱的熱水將沿熱液流出方向9流出，被人們加以使用。通過對流速監測與控制儀12進行讀取，可以實時監測氣體管路內氣體流速，並可對流速進行一定的調節，使系統在最佳工作條件下進行。本實施例通過將聚光太陽能箱體3與氣體管路5及其他裝置連接，既避免了密封的聚光太陽能箱體內氣體受熱膨脹對箱體可能造成的危害，還有效的將熱氣體加以利用；並通過氣體過濾裝置I保持了聚光太陽能箱體內部的潔淨度，可有效避免油脂、粉塵、水汽等對箱體內部工作器件的破壞。實施例二實施例二見圖2。本實施例中，共有四組聚光太陽能箱體，每組各含十個聚光太陽能箱體3。四組聚光太陽能箱體之間以及每組十個箱體之間，都是通過氣體管路5進行並聯連接。四組聚光太陽能箱體3通過氣體管路5與氣體過濾器2、葉片發電機10連接。本實施例中由於氣體迴路內的聚光太陽能箱體數目較多，箱體內氣體受熱膨脹及氣體流動效應將比較明顯，可直接帶動葉片發電機10發電。圖2中，聚光太陽能箱體3在太陽光照射下工作時，箱體內的氣體受熱後膨脹，將從箱體上端的氣體管路接口處流出，當四組並聯的聚光太陽能箱體內流出的熱氣體匯合後，氣體繼續向上流動，通過位於氣體管路上的葉片發電機10，驅動渦輪葉片轉動，獲得電力輸出。同時由於氣體在向上流動過程中推動葉片做功，氣體流速變慢，溫度也將逐漸降低。而此時由於聚光太陽能箱體內部氣體上升，將有新的氣體從聚光太陽能箱體3的下端接口處進入補充其位置，進而在整個氣體管路5內產生了沿氣體輸入方向6和氣體輸出方向7的氣體流動，促使經做功冷卻後的氣體沿管路繼續運動，經過氣體過濾器2除去氣體中的水汽、灰塵、油脂等汙染物後，重新進入四組聚光太陽能箱體3內，受熱膨脹後完成下一輪的運動循環。通過對流速監測與控制儀12進行讀取，可以實時監測氣體管路內氣體流速，並可對流速進行一定的調節，使系統在最佳工作條件下進行。本實施例通過將數十個聚光太陽能箱體3進行多級並聯，使在太陽光照射下整個迴路內的氣體熱膨脹及向上流動明顯加快，並產生壓差驅動氣體進行自發流動，使氣體獲得過濾，並驅動葉片發電機的葉片轉動發電。實施例三實施例三見圖3。本實施例中，共有六組聚光太陽能箱體，每組各含十個聚光太陽能箱體3。六組聚光太陽能箱體之間以及每組十個箱體之間，都是通過氣體管路5進行並聯連接。六組聚光太陽能箱體3通過氣體管路5與氣體過濾器2和葉片發電機10連接，氣體過濾器2、葉片發電機10通過氣體管路5與氣體熱利用裝置4連接。本實施例中由於連接箱體數目較多，箱體內氣體受熱膨脹及由於氣體膨脹產生的氣體流動效應將比較明顯，可直接帶動葉片發電機10發電，同時還可利用氣體熱利用裝置4進行冷熱交換，獲得熱液輸出。圖3中，聚光太陽能箱體3在太陽光照射下工作時，箱體內的氣體受熱後膨脹，將從箱體上端與氣體管路5的接口處流出。當六組聚光太陽能箱體並聯支路的氣體匯合後，沿著氣體輸出方向7按一定的速度向上運動。氣體通過位於氣體管路上的葉片發電機10時，驅動其渦輪葉片轉動進而獲得了電力輸出。由於各聚光太陽能箱體內氣體上升造成的壓差，匯流後的氣體經過葉片發電機10沿氣體輸出方向7繼續運動，流入氣體熱利用裝置5，並將沿冷液輸入方向8進入到氣體熱利用裝置5的冷液進行加熱，獲得熱液輸出。流經氣體熱利用裝置5後的氣體溫度降低，並在通過氣體過濾器2除去水汽、灰塵和油脂等汙染物後，沿氣體輸入方向6進入箱體，開始下一輪氣體流動和利用的循環。通過對流速監測與控制儀12進行讀取，可以實時監測氣體管路內氣體流速，並可對流速進行一定的調節，使系統在最佳工作條件下進行。 上述各實施例中的氣體驅動器I為一種電能-機械能裝置，含電機、葉片等部件；可通過電能驅動葉片運動的方式使氣體在該裝置兩端的管路內產生壓力差，驅動氣體管路內產生定向流動。上述各實施例中的氣體過濾裝置2可以為專門的自動化氣體過濾設備，也可以是由吸水材料、吸油材料及除塵材料等混合製成的被動式氣體過濾部件如濾網或濾芯等；氣體過濾裝置的濾網或濾芯等功能部件可卸下進行定期換洗。上述各實施例中的聚光太陽能箱體3為密封或準密封的箱體結構，除通過上下接口與氣體管路連接外，聚光太陽能箱體與箱體外環境沒有其它氣體交換途徑或只存在微量的氣體交換；箱體內部含聚焦透鏡或凹面反射鏡等光學聚焦部件以及矽電池或化合物太陽能電池等太陽能電池組件。上述各實施例中的氣體熱利用裝置4為一種氣體-液體熱交換裝置，其所採用的液體可以為純水，也可以為鹽水、油脂等其它液體。上述各實施例中的氣體管路5含氣密性插接件、多段不同口徑的氣管及氣壓監測、氣密性檢測器件。上述各實施例中的葉片發電機10為一種機械能-電能轉換和輸出裝置，含葉片、轉子、電磁線圈等部件；其可以為多級發電模式，即該裝置可含多套葉片、轉子、電磁線圈等機械能-電能轉換裝置。以上對本實用新型所提供的聚光太陽能系統的冷卻和氣體熱利用裝置進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本實用新型的思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。
權利要求1.一種聚光太陽能系統的冷卻和氣體熱利用裝置，其特徵在於，包括氣體過濾器(2)、聚光太陽能箱體(3)、氣體驅動器(I)和\或葉片發電機(10)、氣體管路(5)、氣體熱利用裝置(4)和流速監測與控制儀(12);聚光太陽能箱體(3)在氣體管路(5)中構成串聯、並聯或多級並聯的形式，且與氣體驅動器(1)和\或葉片發電機(10)、氣體過濾器(2)以及氣體熱利用裝置(4)通過氣體管路(5)構成一個密閉或準密閉的氣體迴路，所述流速監測與控制儀(12)通過快接插口被接入到氣體迴路中，與迴路中的其他裝置構成串接關係，所述流速監測與控制儀(12)包括流速監測探頭、顯示器和可程控流速調節閥。
2.根據權利要求1所述的聚光太陽能系統的冷卻和氣體熱利用裝置，其特徵在於，所述的氣體驅動器(I)包括電機和葉片，是電能轉化為機械能的裝置，通過電能驅動葉片運動的方式在裝置兩端的管路內產生壓力差，驅動氣體管路內產生定向流動。
3.根據權利要求1所述的聚光太陽能系統的冷卻和氣體熱利用裝置，其特徵在於，所述氣體過濾裝置(2)為吸水材料、吸油材料和\或除塵材料製成的被動式氣體過濾部件。
4.根據權利要求3所述的聚光太陽能系統的冷卻和氣體熱利用裝置，其特徵在於，所述氣體過濾裝置(2)為濾網和\或濾芯，且所述濾網和濾芯為可拆卸型。
5.根據權利要求2所述的聚光太陽能系統的冷卻和氣體熱利用裝置，其特徵在於，所述聚光太陽能箱體(3)為密封或準密封的箱體結構，與氣體管路連接，聚光太陽能箱體內部含聚焦透鏡或凹面反射鏡類光學聚焦部件以及矽電池或化合物太陽能電池類太陽能電池組件。
6.根據權利要求4所述的聚光太陽能系統的冷卻和氣體熱利用裝置，其特徵在於，所述氣體熱利用裝置(4)為氣體轉換為液體的熱交換裝置，其所採用的液體為純水、鹽水和\或油脂類液體。
7.根據權利要求1所述的聚光太陽能系統的冷卻和氣體熱利用裝置，其特徵在於，所述的氣體管路(5)包括多段不同口徑的氣管及氣壓監測、氣密性插接件和氣密性檢測器件。
8.根據權利要求1所述的聚光太陽能系統的冷卻和氣體熱利用裝置，其特徵在於，所述葉片發電機(10)是機械能向電能轉換和輸出的裝置，包括葉片、轉子以及電磁線圈部件。
9.根據權利要求1所述的聚光太陽能系統的冷卻和氣體熱利用裝置，其特徵在於，所述葉片發電機(10)包含由多套葉片、轉子以及電磁線圈組成的機械能到電能的轉換裝置。
10.根據權利要求1所述的聚光太陽能系統的冷卻和氣體熱利用裝置，其特徵在於，包含一個或多個聚光太陽能箱體。
專利摘要本實用新型提供了一種聚光太陽能系統的冷卻和氣體熱利用裝置，涉及光伏技術領域，具體包括氣體過濾器(2)、聚光太陽能箱體(3)、氣體驅動器(1)和\或葉片發電機(10)、氣體管路(5)、氣體熱利用裝置(4)和流速監測與控制儀(12)；聚光太陽能箱體(3)在氣體管路(5)中構成串聯、並聯或多級並聯的形式，且與氣體驅動器(1)和\或葉片發電機(10)、氣體過濾器(2)以及氣體熱利用裝置(4)通過氣體管路(5)構成一個密閉或準密閉的氣體迴路。本實用新型所要解決的技術問題是提供一種聚光太陽能系統的氣體冷卻和熱利用裝置，用以使整個氣體迴路保持高度密閉和高度潔淨，避免外界粉塵、油脂和水汽等汙染物進入聚光太陽能箱體。
文檔編號F24J2/46GK202855782SQ20122050974
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月27日 優先權日2012年9月27日
發明者王智勇, 陳丙振, 楊光輝, 代明崇, 衛明 申請人:北京工業大學