一種光熱混合發電及熱利用一體化的太陽能綜合利用系統的製作方法

2023-12-10 11:29:32 1

專利名稱：一種光熱混合發電及熱利用一體化的太陽能綜合利用系統的製作方法
技術領域：
本發明的名稱是一種光熱混合發電及熱利用一體化的太陽能綜合利用系統，屬太 陽能綜合利用工程領域。
背景技術：
在太陽能的利用方式中，太陽能光伏發電是目前較常見且研究較多的方式之一。 但太陽能光伏發電效率低，一般只有10 20%，因此在太陽能的光電轉換過程中，一方面 會造成很大的太陽能的熱能浪費，同時沒有轉換為電能的熱能也會造成太陽能光伏電池溫 度升高。據研究，太陽能光伏電池的轉換效率隨著溫度的升高而降低，太陽能光伏電池在進 行光電轉換時產生的餘熱會造成其轉換效率下降3 6%。因此有必要對餘熱回收利用。 傳統的解決方案大多採用強制對流或自然對流的方式吸收餘熱，如利用水或空氣的強制對 流冷卻系統。然而應當指出的是，冷卻介質在流動過程中吸收太陽能光伏電池板的熱量後 其溫度上升，導致太陽能光伏電池板的溫度分布不均勻，有時甚至會產生「熱點」問題，這對 提高太陽能光伏電池的光電轉換效率是不利的。同時，由於目前光伏電池的整體轉換效率 相對較低，傳統的光伏發電系統的電能輸出也難以滿足用戶的用電需求。溫差發電作為一種合理利用餘熱、太陽能、地熱等低品位能源轉換為電能的有效 方式，具有結構簡單、堅固耐用、無運動部件和噪音等特點。鑑於此，可充分利用太陽的輻射 熱及光伏電池的餘熱在熱電模塊兩端建立溫差，實現溫差發電，提高系統的整體電能輸出。 然而，由於目前溫差發電的效率一般不超過14%，因此有必要對溫差發電過程中產生的二 次餘熱加以回收再利用。另一方面，已有研究指出，由於平板型熱管呈現的高導熱性、均溫 性、結構緊湊而靈活，使得平板型熱管非常適合作為溫差發電裝置中熱電模塊冷端的散熱 元件，並可根據外界運行條件調整熱電模塊冷端溫度。基於以上現狀和思想，提出把太陽能光伏發電裝置、溫差發電裝置以及利用平板 型熱管進行餘熱回收的熱利用裝置聯合起來的系統，即一種光熱混合發電及熱利用一體化 的太陽能綜合利用系統。

發明內容
本發明提供一種光熱混合發電及熱利用一體化的太陽能綜合利用系統。本系統包 括將太陽光能直接轉化為電能的太陽能光伏發電裝置、將太陽輻射熱及光伏電池餘熱直接 轉化為電能的溫差發電裝置、以及利用平板型熱管進行餘熱回收的熱利用裝置。本系統一 方面可以解決單純的太陽能光伏發電效率低和輸出電能少等問題，實現太陽能的光電、熱 電雙重轉換，從而提高電能的輸出；另一方面可以解決太陽能餘熱的再利用問題，提高整個 系統的熱電利用效率，既實現太陽能發電的要求，又實現太陽能熱利用的要求，從而實現由 單純的太陽能光伏發電到太陽能光熱混合發電的轉變，同時實現餘熱的一體化綜合利用。本發明通過以下技術方案實現主要由光伏電池3、吸熱板4、玻璃蓋板5、玻璃側封22、溫差發電裝置19、平板型熱管蒸發端18、平板型熱管冷凝端13、平板型熱管側封9、金屬翅片17、吸液芯16、空氣冷卻通 道底板12、空氣冷卻通道側封23、散熱翅片21、風機24、集熱系統空氣出口接管1、集熱系 統空氣出口聯箱2、集熱系統空氣進口聯箱6、集熱系統空氣進口接管7、空氣管道8、空氣冷 卻通道進口聯箱14和空氣冷卻通道進口接管15、空氣冷卻通道出口接管10和空氣冷卻通 道出口聯箱11組成的一種光熱混合發電及熱利用一體化的太陽能綜合利用系統，其特徵 在於吸熱板4、玻璃蓋板5和玻璃側封22組成光伏發電裝置的封閉空間，均勻排列於吸熱 板4之上的光伏電池3將部分太陽光能直接轉化為電能；溫差發電裝置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的餘熱，將部分熱能直接轉化為電 能；平板型熱管蒸發端18吸收溫差發電裝置19的餘熱，並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和空氣冷卻通道側封23組成的通道 內的空氣，預熱後的空氣在風機24的作用下依次經空氣冷卻通道出口聯箱11、空氣冷卻通 道出口接管10和空氣管道8、集熱系統空氣進口接管7和集熱系統空氣進口聯箱6進入光 伏發電裝置的封閉空間被再次加熱，最後經集熱系統空氣出口聯箱2和集熱系統空氣出口 接管1流出。本發明的平板型熱管蒸發端18、平板型熱管冷凝端13和平板型熱管側封9組成封 閉的真空腔體，腔體內設有金屬翅片17，並在金屬翅片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表面及真空腔體內表面均設有供 液體工質回流的吸液芯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 側封23組成的空氣冷卻通道內裝有散熱翅片21，散熱翅片21的長度方向與空氣的流動方 向相同。本發明與現有能源利用系統相比具有以下特點(1)本系統包括將太陽光能直接 轉化為電能的太陽能光伏發電裝置、將太陽輻射熱及光伏電池餘熱直接轉化為電能的溫差 發電裝置、以及利用平板型熱管進行餘熱回收的熱利用裝置，具有光電轉換、熱電轉換和餘 熱回收再利用等多重功能，實現了不同用能系統集成和多種能量的綜合利用。(2)本系統的 溫差發電裝置可採用多組溫差發電模塊串聯或並聯的運行方式，一方面可提高輸出電壓或 功率，另一方面可提高系統運行的可靠性。(3)本系統由於集成了太陽能光伏發電和溫差發 電，具有熱電利用效率高、無運動部件和噪音、運行維護成本低、可靠性高以及可模塊化組 合等優點。(4)本系統採用平板型熱管回收溫差發電裝置中熱電模塊冷端的餘熱，可以提高 溫差發電裝置冷熱端溫差的均勻性以及整個系統的熱電利用性能，並可根據外界運行條件 調整熱電模塊的冷端溫度。(5)本系統在平板型熱管的真空腔體內裝有金屬翅片，一方面增 強了熱傳導，另一方面還縮短了液體工質的回流路徑，同時起到支撐作用；而在空氣冷卻通 道內裝有散熱翅片，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_集熱系統空氣出口接管；2-集熱系統空氣出口聯箱；3-光伏電池；4-吸 熱板；5_玻璃蓋板；6-集熱系統空氣進口聯箱；7-集熱系統空氣進口接管；8-空氣管道； 9-平板型熱管側封；10-空氣冷卻通道出口接管；11-空氣冷卻通道出口聯箱；12-空氣冷卻通道底板；13-平板型熱管冷凝端；14-空氣冷卻通道進口聯箱；15-空氣冷卻通道進口 接管；16-吸液芯；17-金屬翅片；18-平板型熱管蒸發端；19-溫差發電裝置；20-小孔； 21-散熱翅片；22-玻璃側封；23-空氣冷卻通道側封；24-風機。
具體實施例方式以下結合說明書附圖中的圖1、圖2對本發明具體實施進行詳細說明。本發明主要由集熱系統空氣出口接管1、集熱系統空氣出口聯箱2、光伏電池3、吸 熱板4、玻璃蓋板5、集熱系統空氣進口聯箱6、集熱系統空氣進口接管7、空氣管道8、平板型 熱管側封9、空氣冷卻通道出口接管10、空氣冷卻通道出口聯箱11、空氣冷卻通道底板12、 平板型熱管冷凝端13、空氣冷卻通道進口聯箱14、空氣冷卻通道進口接管15、吸液芯16、金 屬翅片17、平板型熱管蒸發端18、溫差發電裝置19、小孔20、散熱翅片21、玻璃側封22、空 氣冷卻通道側封23和風機24組成。本發明的工作過程如下太陽光透過玻璃蓋板5和玻璃側封22，照射並加熱吸熱板4及整齊排列於吸熱板 4之上的光伏電池3，光伏電池3將部分太陽光能直接轉化為電能；另一方面，溫差發電裝置 19中的熱電模塊熱端與吸熱板4底面緊密接觸，吸收未轉化為電能的太陽輻射熱及光伏電 池餘熱；與此同時，溫差發電裝置19中的熱電模塊冷端與平板型熱管蒸發端18緊密接觸， 從而溫差發電裝置19中的熱電模塊的熱端與冷端形成溫差，直接將部分熱能轉化為電能。 在平板型熱管中，液體工質在平板型熱管蒸發端18吸收溫差發電裝置19中的餘熱蒸發氣 化，到達平板型熱管冷凝端13釋放出氣化潛熱後凝結，凝結後的液體工質在位於金屬翅片 17表面及真空腔體內表面的吸液芯16作用下，回流至平板型熱管蒸發端18重新吸熱，如此 循環。此外，為了合理利用溫差發電裝置19在熱電轉換過程中產生的二次餘熱，在平板 型熱管冷凝端13的外部設有空氣冷卻通道。外部空氣在風機24的作用下經空氣冷卻通道 進口接管15通入空氣冷卻通道進口聯箱14，進入由平板型熱管冷凝端13、空氣冷卻通道底 板12和空氣冷卻通道側封23組成的空氣冷卻通道內，吸收平板型熱管冷凝端13的熱量。 預熱後的空氣經空氣冷卻通道出口聯箱11和空氣冷卻通道出口接管10通入空氣管道8，而 後經集熱系統空氣進口接管7和集熱系統空氣進口聯箱6，進入由吸熱板4、玻璃蓋板5和 玻璃側封22組成的光伏發電裝置的封閉空間，再次吸熱後，最後經集熱系統空氣出口聯箱 2和集熱系統空氣出口接管1排出，供給熱用戶。
權利要求
一種光熱混合發電及熱利用一體化的太陽能綜合利用系統，主要由光伏電池(3)、吸熱板(4)、玻璃蓋板(5)、玻璃側封(22)、溫差發電裝置(19)、平板型熱管蒸發端(18)、平板型熱管冷凝端(13)、平板型熱管側封(9)、金屬翅片(17)、吸液芯(16)、空氣冷卻通道底板(12)、空氣冷卻通道側封(23)、散熱翅片(21)、風機(24)、集熱系統空氣出口接管(1)、集熱系統空氣出口聯箱(2)、集熱系統空氣進口聯箱(6)、集熱系統空氣進口接管(7)、空氣管道(8)、空氣冷卻通道進口聯箱(14)和空氣冷卻通道進口接管(15)、空氣冷卻通道出口接管(10)和空氣冷卻通道出口聯箱(11)組成；其特徵在於吸熱板(4)、玻璃蓋板(5)和玻璃側封(22)組成光伏發電裝置的封閉空間，均勻排列於吸熱板(4)之上的光伏電池(3)將部分太陽光能直接轉化為電能；溫差發電裝置(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)的餘熱，將部分熱能直接轉化為電能；平板型熱管蒸發端(18)吸收溫差發電裝置(19)的餘熱，並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)和空氣冷卻通道側封(23)組成的通道內的空氣，預熱後的空氣在風機(24)的作用下依次經空氣冷卻通道出口聯箱(11)、空氣冷卻通道出口接管(10)、空氣管道(8)、集熱系統空氣進口接管(7)和集熱系統集熱系統空氣進口聯箱(6)進入光伏發電裝置的封閉空間被再次加熱，最後經集熱系統空氣出口聯箱(2)和集熱系統空氣出口接管(1)流出。
2.根據權利要求1所述的一種光熱混合發電及熱利用一體化的太陽能綜合利用系統， 其特徵在於平板型熱管蒸發端(18)、平板型熱管冷凝端(13)和平板型熱管側封(9)組成 封閉的真空腔體，腔體內設有金屬翅片(17)，並在金屬翅片(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 表面均設有供液體工質回流的吸液芯(16)；由平板型熱管冷凝端(13)、空氣冷卻通道底板 (12)和空氣冷卻通道側封(23)組成的空氣冷卻通道內裝有散熱翅片(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
一種光熱混合發電及熱利用一體化的太陽能綜合利用系統，屬太陽能綜合利用工程領域。本系統包括將太陽光能直接轉化為電能的太陽能光伏發電裝置、將太陽輻射熱及光伏電池餘熱直接轉化為電能的溫差發電裝置、以及利用平板型熱管將溫差發電裝置餘熱進行回收的熱利用裝置，具有光電轉換、熱電轉換和餘熱回收再利用等多重功能，可最大限度地滿足用戶對電負荷與熱負荷的雙重需求。與其它太陽能熱電利用系統相比，本系統具有效率高、無運動部件和噪音、運行維護成本低、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 優先權日2010年7月1日
發明者吳雙應, 李友榮, 肖蘭 申請人:重慶大學