專利名稱：一種太陽能熱電氣三供系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在能源和環(huán)境問題日益嚴(yán)峻的今天，可再生能源的重要利用方式——太陽能的利用正越來越受到關(guān)注。在能源使用中，出現(xiàn)以下情況(1)利用太陽能溫差發(fā)電是太陽能利用的一種。但利用太陽能溫差發(fā)電時(shí)，大部分余熱沒有充分利用，而是以熱量輻射形式浪費(fèi)了 ；(2)在一些化學(xué)反應(yīng)中，常常需要加熱才可以進(jìn)行反應(yīng)。在加熱過程中，消耗了大
旦臺(tái)匕旦
里目匕里；(3)居民日常生活中，供暖和生活熱水需要消耗大量能量。將以上三種情況綜合考慮，將太陽能溫差發(fā)電過種中的余熱，用于一些化學(xué)反應(yīng)的加熱或?qū)ι钣盟訜?，將大大提高太陽能利用效率以及減少能量消耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種太陽能熱電氣三供系統(tǒng)及方法，在利用太陽能溫差發(fā)電的同時(shí)，將余熱用于化學(xué)反應(yīng)加熱或用于居民供暖與生活熱水。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案一種太陽能熱電氣三供系統(tǒng)，包括將太陽光轉(zhuǎn)換為熱能的太陽能聚光模塊，可進(jìn)行溫差發(fā)電及產(chǎn)生熱水的太陽能溫差發(fā)電熱水模塊，可生成氫的燃?xì)馍赡K；所述太陽能溫差發(fā)電熱水模塊設(shè)置在太陽能聚光模塊上。所述太陽光聚光模塊包括跟蹤支架、設(shè)置在跟蹤支架上的跟蹤控制裝置、以及設(shè)在跟蹤支架上的聚光反射鏡。跟蹤支架與跟蹤控制裝置保證了太陽光垂直照射至聚光反射鏡，使聚光反射鏡單位面積能量密度最大。所述太陽能溫差發(fā)電熱水模塊包括玻璃管、第一絕緣導(dǎo)熱材料、溫差電池、第二絕緣導(dǎo)熱材料、其內(nèi)通有生活用水的方形不銹鋼管，第一絕緣導(dǎo)熱材料和第二絕緣導(dǎo)熱材料分別設(shè)置在溫差電池兩個(gè)表面，在第一絕緣導(dǎo)熱材料另一面上涂敷有太陽光選擇吸收涂層，所述方形不銹鋼管設(shè)在第二絕緣導(dǎo)熱材料的另一面上；所述玻璃管設(shè)在聚光反射鏡的聚光面上；在所述溫差電池兩端上分別連接有有充放電控制器、蓄電池和負(fù)載并構(gòu)成連接回路，對(duì)溫差電池產(chǎn)生的電能收集儲(chǔ)存或利用。玻璃管減少對(duì)外輻射損耗熱能；太陽光選擇吸收涂層用于將太陽光轉(zhuǎn)換為熱能，從而在溫差電池外側(cè)形成一個(gè)高溫端；絕緣導(dǎo)熱材料作用一是防止溫差電池漏電，二是將太陽光選擇吸收涂層的熱能傳導(dǎo)至溫差電池高溫端， 以及將溫差電池低溫端的熱能導(dǎo)走。從而在溫差電池內(nèi)外側(cè)形成溫差，溫差電池產(chǎn)生電能； 方形不銹鋼管中充滿生活用水，對(duì)溫差電池低溫端冷卻同時(shí)，將帶走的熱能對(duì)生活用水進(jìn)行加熱。生活用水溫度加熱至90°c，將熱能交換至反應(yīng)容器，為化學(xué)反應(yīng)加熱。所述燃?xì)馍赡K反應(yīng)容器、第一冷凝器、第二冷凝器、丙酮儲(chǔ)存器、氫氣儲(chǔ)存器；所述方形不銹鋼管一端連接有生活用水進(jìn)口管道，另一端通過反應(yīng)容器連接到熱水出口管路，所述反應(yīng)容器還與所述第一冷凝器構(gòu)成連接回路，所述第一冷凝器另一端連接第二冷凝器，第二冷凝器分別與丙酮儲(chǔ)存器和氫氣儲(chǔ)存器連接。在反應(yīng)容器進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)為異丙醇的分解反應(yīng)。分解生成丙酮和氫；異丙醇、丙酮、氫氣沸點(diǎn)分別為62. 5°C、 56.5°C、-252.8°C。因此可以通過不同的液化溫度進(jìn)行分離。異丙醇、丙酮與氫混合氣體進(jìn)入第一個(gè)冷凝器，冷凝器溫度設(shè)為60°C，異丙醇液化流回反應(yīng)容器繼續(xù)分解反應(yīng)；丙酮與氫混合氣體進(jìn)入第二個(gè)冷凝器，冷凝器溫度設(shè)為50°C，丙酮液化流入丙酮儲(chǔ)存器保存；氫收集至氫氣儲(chǔ)存器。一種太陽能熱電氣三供方法，包括如下步驟(1)聚光反射鏡將太陽光聚焦至太陽光選擇吸收涂層，產(chǎn)生高溫?zé)嵩矗?2)熱能流過溫差電池外側(cè)，形成高溫端；同時(shí)生活用水從管道進(jìn)入方形不銹鋼管，導(dǎo)走熱量，形成低溫端；溫差電池內(nèi)外側(cè)存在溫度差，溫差電池進(jìn)行溫差發(fā)電；(3)生活用水在方形不銹鋼管中被加熱至90°C時(shí)，然后將熱量以熱交換形式傳導(dǎo)給反應(yīng)容器(5)，維持異丙醇分解反應(yīng)生成丙酮和氫；(4)生活用水熱交換后，溫度降低至50°C左右；此時(shí)生活用水可作為供暖或熱水； 也可以流入管道導(dǎo)走溫差電池低溫端余熱，然后加熱循環(huán)使用。本系統(tǒng)，生活用水從管道進(jìn)入，流至太陽能溫差發(fā)電熱水模塊時(shí)，聚光反射鏡將太陽光聚焦至太陽光選擇吸收涂層，產(chǎn)生高溫?zé)嵩?。熱能流過溫差電池至方形不銹鋼管加熱生活用水。溫差電池內(nèi)外側(cè)存在溫度差，溫差電池進(jìn)行溫差發(fā)電。發(fā)活用水被加熱至90°C 時(shí)，將熱量以熱交換形式傳導(dǎo)給反應(yīng)容器，維持異丙醇分解反應(yīng)生成丙酮和氫。生成的丙酮和氫儲(chǔ)存，氫可作燃?xì)馐褂?。生活用水熱交換后，溫度降低至50°C左右。此時(shí)生活用水可作為供暖或熱水。也可以流入管道導(dǎo)走溫差電池低溫端余熱，循環(huán)使用。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的一種太陽能熱電氣三供系統(tǒng)，在利用太陽能溫差發(fā)電的同時(shí)，將余熱用于化學(xué)反應(yīng)加熱以及用于居民供暖與生活熱水。具有太陽能利用效率高，系統(tǒng)成本低等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)示意圖；圖2太陽能溫差發(fā)電熱水模塊結(jié)構(gòu)示意圖；附圖標(biāo)記說明1-生活用水進(jìn)口管路，2-跟蹤支架，3-跟蹤控制裝置，4-聚光反射鏡，5-反應(yīng)容器，6-熱水出口管路，7-充放電控制器，8-蓄電池，9-負(fù)載，10-第一冷凝器， 11-第二冷凝器，12-丙酮儲(chǔ)存器，13-氫氣儲(chǔ)存器，14-玻璃管，15-太陽光選擇吸收涂層， 16-第一絕緣導(dǎo)熱材料，17-溫差電池，18-第二絕緣導(dǎo)熱材料，19-方形不銹鋼管，20-生活用水。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例請(qǐng)參閱圖1和圖2所示，一種太陽能熱電氣三供系統(tǒng)，包括將太陽光轉(zhuǎn)換為熱能的太陽能聚光模塊，可進(jìn)行溫差發(fā)電及產(chǎn)生熱水的太陽能溫差發(fā)電熱水模塊，可生成氫的燃?xì)馍赡K；太陽能溫差發(fā)電熱水模塊設(shè)置在太陽能聚光模塊上。太陽光聚光模塊包括跟蹤支架2、設(shè)置在跟蹤支架2上的跟蹤控制裝置3、以及設(shè)在跟蹤支架2上的聚光反射鏡4。太陽能溫差發(fā)電熱水模塊包括玻璃管14、第一絕緣導(dǎo)熱材料16、溫差電池17、第二絕緣導(dǎo)熱材料18、其內(nèi)通有生活用水20的方形不銹鋼管19，第一絕緣導(dǎo)熱材料16和第二絕緣導(dǎo)熱材料18分別設(shè)置在溫差電池17兩個(gè)表面，在第一絕緣導(dǎo)熱材料16另一面上涂敷有太陽光選擇吸收涂層15，方形不銹鋼管19設(shè)在第二絕緣導(dǎo)熱材料18的另一面上；玻璃管14設(shè)在聚光反射鏡4的聚光面上；在溫差電池17兩端上分別連接有有充放電控制器 7、蓄電池8和負(fù)載9并構(gòu)成連接回路。玻璃管減少對(duì)外輻射損耗熱能；太陽光選擇吸收涂層15用于將太陽光轉(zhuǎn)換為熱能，從而在溫差電池17外側(cè)形成一個(gè)高溫端；第一絕緣導(dǎo)熱材料16、第二絕緣導(dǎo)熱材料18作用一是防止溫差電池17漏電，二是將太陽光選擇吸收涂層 15的熱能傳導(dǎo)至溫差電池17高溫端，以及將溫差電池17低溫端的熱能導(dǎo)走。從而在溫差電池17內(nèi)外側(cè)形成溫差，溫差電池17產(chǎn)生電能；方形不銹鋼管19中充滿生活用水20，對(duì)溫差電池17低溫端冷卻同時(shí)，將導(dǎo)走的熱能對(duì)生活用水20進(jìn)行加熱，從而居民提供生活熱水或供熱。燃?xì)馍赡K反應(yīng)容器5、第一冷凝器10、第二冷凝器11、丙酮儲(chǔ)存器12、氫氣儲(chǔ)存器13 ；方形不銹鋼管19 一端連接有生活用水進(jìn)口管道1，另一端通過反應(yīng)容器5連接到熱水出口管路6，反應(yīng)容器5還與第一冷凝器10構(gòu)成連接回路，第一冷凝器10另一端連接第二冷凝器11，第二冷凝器11分別與丙酮儲(chǔ)存器12和氫氣儲(chǔ)存器13連接。異丙醇在反應(yīng)容器5分解生成丙酮與氫。異丙醇、丙酮與氫混合氣體進(jìn)入第一冷凝器10，異丙醇液化流回反應(yīng)容器5繼續(xù)分解反應(yīng)；丙酮與氫混合氣體進(jìn)入第二冷凝器11，丙酮液化流入丙酮儲(chǔ)存器12保存；氫收集至氫氣儲(chǔ)存器13。高倍太陽光聚光最高溫度可達(dá)到500°C，可以通過調(diào)整太陽聚光倍數(shù)來控制太陽光聚光時(shí)最高溫度。溫差電池發(fā)電時(shí)，必須有一個(gè)高溫端及一個(gè)低溫端形成溫差。因此溫差電池的材料可以選擇低溫?zé)犭姴牧螧i2Te3/Sb2I^3體系或中溫?zé)犭姴牧螴^bTe體系。溫差發(fā)電的余熱可以用導(dǎo)熱液體導(dǎo)走，用于化學(xué)反應(yīng)加熱。作為優(yōu)選，溫差電池的材料為Bi2Tii3體系。作為優(yōu)選，太陽光聚光時(shí)，最高溫度為250°C。作為優(yōu)選，溫差電池低溫端的溫度為90°C。作為優(yōu)選，導(dǎo)熱液體為生活用水。作為優(yōu)選，化學(xué)反應(yīng)為異丙醇的分解反應(yīng)，異丙醇在90°C時(shí)反應(yīng)，分解成丙酮與氫。并且丙酮與氫可反應(yīng)生成異丙醇，同時(shí)放出大量能量，是個(gè)可逆反應(yīng)，可以循環(huán)利用。異丙醇的分解反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)式為(CH3)2CHOH- (CH3)2CCHH2 90°C，吸熱反應(yīng)一種太陽能熱電氣三供方法，包括如下步驟(1)聚光反射鏡4將太陽光聚焦至太陽光選擇吸收涂層15，產(chǎn)生高溫?zé)嵩矗?2)熱能流過溫差電池17外側(cè)，形成高溫端；同時(shí)生活用水20從管道進(jìn)入方形不銹鋼管19，導(dǎo)走熱量，形成低溫端；溫差電池17內(nèi)外側(cè)存在溫度差，溫差電池17進(jìn)行溫差發(fā)電；(3)生活用水20在方形不銹鋼管19中被加熱至90°C時(shí)，然后將熱量以熱交換形式傳導(dǎo)給反應(yīng)容器5，維持異丙醇分解反應(yīng)生成丙酮和氫；(4)生活用水20熱交換后，溫度降低至50°C左右；此時(shí)生活用水20可作為供暖或熱水；也可以流入管道導(dǎo)走溫差電池低溫端余熱，然后加熱循環(huán)使用。本系統(tǒng)，生活用水20由生活用水進(jìn)口管道1進(jìn)入，在太陽能溫差發(fā)電熱水模塊方形不銹鋼管19中加熱。生活用水20溫度達(dá)到90°C，將熱量以熱交換形式傳導(dǎo)給反應(yīng)容器 5，維持異丙醇分解反應(yīng)生成丙酮和氫。生成的丙酮和氫儲(chǔ)存于丙酮儲(chǔ)存器12和氫氣儲(chǔ)存器13。氫氣可作為燃?xì)馐褂?。生活用?0熱交換后，溫度降低至50°C左右。此時(shí)生活用水可作為供暖或熱水。也可以流入生活用水進(jìn)口管道1，循環(huán)使用。由于太陽光選擇吸收涂層15與生活用水20之間存在溫差，溫差電池17進(jìn)行溫差發(fā)電。電能由電線傳輸至蓄電池 8儲(chǔ)存。本系統(tǒng)為居民提供熱水、電能、燃?xì)?，大大提高了太陽能利用率。上列詳?xì)說明是針對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。
權(quán)利要求
1.一種太陽能熱電氣三供系統(tǒng)，其特征在于包括將太陽光轉(zhuǎn)換為熱能的太陽能聚光模塊，可進(jìn)行溫差發(fā)電及產(chǎn)生熱水的太陽能溫差發(fā)電熱水模塊，可生成氫的燃?xì)馍赡K； 所述太陽能溫差發(fā)電熱水模塊設(shè)置在太陽能聚光模塊上。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能熱電氣三供系統(tǒng)，其特征在于所述太陽光聚光模塊包括跟蹤支架O)、設(shè)置在跟蹤支架( 上的跟蹤控制裝置(3)、以及設(shè)在跟蹤支架( 上的聚光反射鏡(4)。
3.如權(quán)利要求2所述的太陽能熱電氣三供系統(tǒng)，其特征在于所述太陽能溫差發(fā)電熱水模塊包括玻璃管(14)、第一絕緣導(dǎo)熱材料(16)、溫差電池(17)、第二絕緣導(dǎo)熱材料(18)、 其內(nèi)通有生活用水00)的方形不銹鋼管(19)，第一絕緣導(dǎo)熱材料(16)和第二絕緣導(dǎo)熱材料(18)分別設(shè)置在溫差電池(17)兩個(gè)表面，在第一絕緣導(dǎo)熱材料(16)另一面上涂敷有太陽光選擇吸收涂層(15)，所述方形不銹鋼管(19)設(shè)在第二絕緣導(dǎo)熱材料(18)的另一面上； 所述玻璃管(14)設(shè)在聚光反射鏡(4)的聚光面上；在所述溫差電池(17)兩端上分別連接有有充放電控制器(7)、蓄電池⑶和負(fù)載(9)并構(gòu)成連接回路。
4.如權(quán)利要求3所述的太陽能熱電氣三供系統(tǒng)，其特征在于所述燃?xì)馍赡K反應(yīng)容器(5)、第一冷凝器(10)、第二冷凝器(11)、丙酮儲(chǔ)存器(12)、氫氣儲(chǔ)存器(1 ；所述方形不銹鋼管(19) 一端連接有生活用水進(jìn)口管道(1)，另一端通過反應(yīng)容器( 連接到熱水出口管路(6)，所述反應(yīng)容器( 還與所述第一冷凝器(10)構(gòu)成連接回路，所述第一冷凝器 (10)另一端連接第二冷凝器(11)，第二冷凝器(11)分別與丙酮儲(chǔ)存器(1 和氫氣儲(chǔ)存器 (13)連接。
5.一種太陽能熱電氣三供方法，其特征在于，包括如下步驟(1)聚光反射鏡(4)將太陽光聚焦至太陽光選擇吸收涂層(15)，產(chǎn)生高溫?zé)嵩矗?2)熱能流過溫差電池(17)外側(cè)，形成高溫端；同時(shí)生活用水00)從管道進(jìn)入方形不銹鋼管(19)，導(dǎo)走熱量，形成低溫端；溫差電池(17)內(nèi)外側(cè)存在溫度差，溫差電池(17)進(jìn)行溫差發(fā)電；(3)生活用水00)在方形不銹鋼管(19)中被加熱至90°C時(shí)，然后將熱量以熱交換形式傳導(dǎo)給反應(yīng)容器(5)，維持異丙醇分解反應(yīng)生成丙酮和氫；(4)生活用水OO)熱交換后，溫度降低至50°C左右；此時(shí)生活用水OO)可作為供暖或熱水；也可以流入管道導(dǎo)走溫差電池低溫端余熱，然后加熱循環(huán)使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能熱電氣三供系統(tǒng)及方法，包括將太陽光轉(zhuǎn)換為熱能的太陽能聚光模塊，可進(jìn)行溫差發(fā)電及產(chǎn)生熱水的太陽能溫差發(fā)電熱水模塊，可生成氫的燃?xì)馍赡K；所述太陽能溫差發(fā)電熱水模塊設(shè)置在太陽能聚光模塊上。本發(fā)明的一種太陽能熱電氣三供系統(tǒng)，在利用太陽能溫差發(fā)電的同時(shí)，將余熱用于化學(xué)反應(yīng)加熱以及用于居民供暖與生活熱水。具有太陽能利用效率高，系統(tǒng)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F24J2/00GK102287923SQ20111017393
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者張明, 徐剛, 種村榮, 苗蕾 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院廣州能源研究所