一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)，所述聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)包括一個或多個光電發(fā)電子系統(tǒng)，一個或多個光熱集熱利用子系統(tǒng)，一個或多個聚光子系統(tǒng)，一個智能控制子系統(tǒng)。本實(shí)用新型所公開的一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)，將太陽能應(yīng)用技術(shù)中的光電和光熱技術(shù)綜合利用，提升太陽能綜合利用率50％以上，采用聚光設(shè)計(jì)增加光伏晶片的單位面積發(fā)電量5倍～120倍，利用太陽追蹤技術(shù)，保障了設(shè)備的穩(wěn)定性和持續(xù)性，提升總發(fā)電量15％～30％，大幅降低設(shè)備投資成本，使太陽能利用設(shè)備的設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)小型化、移動化和智能化。
【專利說明】一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及太陽能應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及太陽能光伏發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域，同時(shí)涉及太陽能熱能利用設(shè)備領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤、石油、天然氣等不可再生的傳統(tǒng)能源的消耗逐步加重，從而帶來的能源危機(jī)引起社會的廣泛關(guān)注。因此，新興能源替代傳統(tǒng)能源作為一個重要的科技發(fā)展方向和解決途徑得到飛速的發(fā)展。其中，太陽能的開發(fā)利用成為技術(shù)發(fā)展最快市場潛力最大的【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0003]近年來，我國太陽能光伏發(fā)電和太陽能熱水器領(lǐng)域從技術(shù)開發(fā)、裝備生產(chǎn)到市場推廣利用均達(dá)到國際同步水平。太陽光利用技術(shù)的飛速發(fā)展，表現(xiàn)在光電轉(zhuǎn)換效率的不斷提高，設(shè)備制造成本的持續(xù)下降，以及各種新型太陽能轉(zhuǎn)換裝置的問世等方方面面。
[0004]目前，太陽能的利用技術(shù)發(fā)展為兩個分支，即太陽能光伏【技術(shù)領(lǐng)域】和太陽能熱水器【技術(shù)領(lǐng)域】兩個方面。但是，兩個【技術(shù)領(lǐng)域】的發(fā)展朝向兩個獨(dú)立的極端方向，在各自【技術(shù)領(lǐng)域】中均達(dá)到了較高的發(fā)展水平。然而目前的技術(shù)研究，僅是針對性地進(jìn)行在兩個獨(dú)立的【技術(shù)領(lǐng)域】進(jìn)行互補(bǔ)利用開發(fā)，而未實(shí)現(xiàn)綜合利用技術(shù)的發(fā)展。
[0005]由于現(xiàn)有技術(shù)的限制，一般太陽能光伏發(fā)電設(shè)備的體積較大，太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率一般為10%?30%，70%?90%的能源在光電轉(zhuǎn)化過程中轉(zhuǎn)化為熱能，成為光伏發(fā)電的副產(chǎn)品。熱能的大量聚集會使光伏晶片內(nèi)部的工作溫度升高，將進(jìn)一步導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)化效率降低、晶片使用壽命減少等。因此，熱能的及時(shí)疏散成為太陽能光伏技術(shù)發(fā)展的又一個新難題。
[0006]太陽能光熱利用領(lǐng)域中，尤其以太陽能熱水器的技術(shù)發(fā)展的發(fā)展最為突出，目前已發(fā)展成型的有蜂窩式、真空管式、熱管真空管式和全息分光式太陽能熱水器等。但是，現(xiàn)有的太陽能熱水器未實(shí)現(xiàn)智能控制，僅為單一的靜態(tài)式熱能轉(zhuǎn)換，因此太陽能熱轉(zhuǎn)化效率僅為30%?40%，60%?70%的熱能未得到有效利用而被浪費(fèi)。
[0007]綜上所述，為了能夠有效地解決能源危機(jī)問題，充分利用可再生型太陽能自然資源，更好地推廣太陽能應(yīng)用技術(shù)，綜合利用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)和光熱利用技術(shù)，提升設(shè)備對太陽能的利用效率，降低設(shè)備的投資成本和制造成本，亟需開發(fā)一種發(fā)電效率更高、能效利用更好、智能控制、移動便攜、造價(jià)低廉、更利于推廣綠色能源的太陽能光伏發(fā)電與集熱利用的綜合應(yīng)用設(shè)備。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]為了解決上述技術(shù)中的缺點(diǎn)和不足，本實(shí)用新型提供了一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)。
[0009]本實(shí)用新型技術(shù)方案如下:
[0010]一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)，所述聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)包括一個或多個光電發(fā)電子系統(tǒng)，一個或多個光熱集熱利用子系統(tǒng)，一個或多個聚光子系統(tǒng)，一個智能控制子系統(tǒng)。
[0011]所述光電發(fā)電子系統(tǒng)包含至少一組位于熱傳導(dǎo)基座上的光伏電池組，至少一組位于集熱回收管外側(cè)的熱傳導(dǎo)基座，和一個電力輸出網(wǎng)絡(luò)。
[0012]所述光伏電池組由光伏晶片按序排列組成，用于將設(shè)備所接收的太陽光進(jìn)行光伏效應(yīng)，轉(zhuǎn)化為電能，所述光伏晶片的組成材料為S1、Ge等單元素材料，和GaAs、CdTe,CuInGaSe等多元素的化合物材料中的一種或多種。
[0013]較佳的，所述光伏電池組的尺寸與集熱回收管的尺寸匹配，長度為1cm?10000cm,寬度為0.1cm?200cm，對于小型系統(tǒng)，優(yōu)選長度為10cm?500cm，優(yōu)選寬度為Icm ?1cm0
[0014]較佳的，所述熱傳導(dǎo)基座將光伏電池組在光伏效應(yīng)的過程中所生成的熱能及時(shí)疏散并定向轉(zhuǎn)移至集熱回收管，其組成材料為鋁、鋁合金、銅、銅合金等金屬和合金材料，金屬氧化物和陶瓷類材料，以及DLC類金剛石薄膜材料中的一種或多種。
[0015]所述電力輸出網(wǎng)絡(luò)用于輸出光伏電池組所產(chǎn)生的電能，包括一個逆變器和一個輸出網(wǎng)絡(luò)，所述逆變器將所述光伏晶片所生成的電能轉(zhuǎn)化為直流電(DC)和交流電(AC)的形式輸出到用戶端，所述電能的使用方式包括并網(wǎng)使用和蓄電系統(tǒng)儲備。
[0016]所述光熱集熱利用子系統(tǒng)包含至少一組集熱回收管、控制器、進(jìn)水管、出水管、溫度檢測器、電耦合流量控制閥，和一組熱水儲備器。
[0017]所述集熱回收管為中空管，其內(nèi)部為冷水加熱區(qū)域，用于將冷水通過熱傳導(dǎo)和熱交換加熱為所需的熱水；其外側(cè)上層為光熱轉(zhuǎn)換吸熱層，用于吸收設(shè)備表面所接收的太陽光及熱能；其外側(cè)下層為聚熱絕緣層，用于定向傳導(dǎo)由光伏電池組所生產(chǎn)的余熱，并對電池組形成電氣絕緣作用。
[0018]所述集熱回收管的兩端分別為進(jìn)水口和出水口，分別連接有進(jìn)水管和出水管，用于冷熱水的傳輸；進(jìn)水管和出水管的接口處各設(shè)有一個電耦合流量控制閥，用于控制和調(diào)節(jié)冷水進(jìn)水和熱水出水的流量大小；出水口和電耦合流量控制閥之間設(shè)有一個控制器和一個溫度檢測器，用于實(shí)時(shí)檢測熱水出水的水溫，并反饋至智能控制子系統(tǒng)，控制調(diào)節(jié)電耦合流量控制閥；出水口的電耦合流量控制閥通過出水管連接到熱水儲備器，熱水儲備器用于保溫儲存由系統(tǒng)產(chǎn)生的熱水。
[0019]較佳的，所述集熱回收管的尺寸與光伏電池組的尺寸匹配，長度為1cm?10000cm,寬度為0.1cm?200cm，對于小型系統(tǒng)，優(yōu)選長度為10cm?500cm，優(yōu)選寬度為Icm ?1cm0
[0020]較佳的，所述集熱回收管的組成材料為鋁、鋁合金、銅、銅合金等金屬和合金材料，金屬氧化物和陶瓷類材料，以及DLC類金剛石薄膜材料中的一種或多種。
[0021]所述聚光子系統(tǒng)包含至少一個鏡面反射聚光器和太陽追蹤系統(tǒng)。
[0022]所述鏡面反射聚光器呈內(nèi)凹拋物面型凹槽，其內(nèi)側(cè)表面為鏡面，用于最大程度將所接收到的太陽光反射并集中到光伏晶組上，鏡面反射聚光器的開口部由透光板封閉，用于保護(hù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0023]較佳的，所述鏡面反射聚光器的尺寸與光伏電池組的尺寸匹配，長度為1cm?10000cm，開口寬度為Icm?100cm，優(yōu)選長度為10cm?500cm，優(yōu)選寬度為1cm?50cm。
[0024]所述太陽追蹤系統(tǒng)包括智能型支撐架、智能型升降架、智能型懸掛架中的一種或多種，用于實(shí)時(shí)追蹤太陽位置，校正鏡面反射聚光器的接收位置和方向，保障鏡面反射聚光器的太陽光接收面實(shí)時(shí)正對太陽，使太陽光的聚集效率達(dá)到最大化。
[0025]所述智能控制子系統(tǒng)包括光伏優(yōu)化控制器、逆變控制器、太陽追蹤控制器、溫度控制器，和遠(yuǎn)程遙控控制器，用于控制光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)的智能化運(yùn)行。
[0026]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:
[0027]1、本實(shí)用新型所公開的一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)，將太陽能應(yīng)用技術(shù)中的光電和光熱技術(shù)綜合利用，使光伏發(fā)電與集熱過程中所產(chǎn)生的熱能充分利用，實(shí)現(xiàn)太陽能利用率提升50 %以上。
[0028]2、本實(shí)用新型所公開的一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)采用聚光設(shè)計(jì)，提升光伏晶片的太陽能接收強(qiáng)度5倍?120倍，即提升光伏晶片的單位面積發(fā)電量5倍?120倍，從而有效的降低了光伏材料的使用率，使光伏設(shè)備的設(shè)計(jì)小型化、輕型化。
[0029]3、本實(shí)用新型所公開的一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)，利用太陽追蹤技術(shù)，保障了光伏發(fā)電與集熱系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電力輸出的持續(xù)性，較固定類型產(chǎn)品提升發(fā)電量達(dá)15%?30%。
[0030]4、本實(shí)用新型所公開的一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)，在保障發(fā)電效率的同時(shí)，有效簡化了設(shè)備的制造流程，縮短了產(chǎn)品的加工周期，并大幅降低了設(shè)備的生產(chǎn)成本和投資成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本實(shí)用新型所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)的整體工作原理及其流程示意圖；
[0032]圖2為本實(shí)用新型所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3為本實(shí)用新型所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4為本實(shí)用新型所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)的一個單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖5為本實(shí)用新型所述的光電發(fā)電子系統(tǒng)、光熱集熱子系統(tǒng)和聚光子系統(tǒng)的截面首丨J視圖;
[0036]圖6為本實(shí)用新型所述的光電發(fā)電子子系統(tǒng)和光熱集熱子系統(tǒng)的局部剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖給出本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，以詳細(xì)說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，但本實(shí)用新型并不局限與此。
[0038]如圖1-5所示，一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)，所述聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)包括一個或多個光電發(fā)電子系統(tǒng)，一個或多個光熱集熱利用子系統(tǒng)，一個或多個聚光子系統(tǒng)，一個智能控制子系統(tǒng)。
[0039]所述光電發(fā)電子系統(tǒng)包含至少一組位于熱傳導(dǎo)基座120上的光伏電池組110，至少一組位于集熱回收管310外側(cè)的熱傳導(dǎo)基座120,和一個電力輸出網(wǎng)絡(luò)；所述光熱集熱利用子系統(tǒng)包含至少一組集熱回收管310、控制器320、溫度檢測器330、進(jìn)水管341、出水管342、電耦合流量控制閥351和352，和一組熱水儲備器360 ;所述聚光系統(tǒng)包含至少一個鏡面反射聚光器210和太陽追蹤系統(tǒng)支架213和214 ;所述智能控制子系統(tǒng)包括光伏優(yōu)化控制器、逆變控制器、太陽追蹤控制器、溫度控制器，和遠(yuǎn)程遙控控制器。
[0040]較佳的，所述光伏電池組110由光伏晶片按序排列組成，用于將設(shè)備所接收的太陽光100進(jìn)行光伏效應(yīng)，轉(zhuǎn)化為電能，所述光伏晶片的組成材料為S1、Ge等單元素材料，和GaAs、CdTe, CuInGaSe等多元素的化合物材料中的一種或多種。
[0041 ] 較佳的，所述光伏電池組110的尺寸與集熱回收管310的尺寸匹配，光伏電池組的長度為1cm?10000cm,優(yōu)選為10cm?500cm,更優(yōu)選150cm?200cm ;光伏電池組的寬度為0.1cm?200cm,優(yōu)選為Icm?1cm,更優(yōu)選為3cm?5cm。
[0042]較佳的，所述熱傳導(dǎo)基座120將光伏電池組110在光伏效應(yīng)的過程中所生成的熱能及時(shí)疏散并定向轉(zhuǎn)移至集熱回收管310，熱傳導(dǎo)基座的組成材料為鋁、鋁合金、銅、銅合金等金屬和合金材料，金屬氧化物和陶瓷類材料，以及DLC類金剛石薄膜材料中的一種或多種。
[0043]所述電力輸出網(wǎng)絡(luò)用于輸出光伏電池組所產(chǎn)生的電能，包括一個逆變器和一個輸出網(wǎng)絡(luò)，所述逆變器將所述光伏晶片所生成的電能轉(zhuǎn)化為直流電(DC)和交流電(AC)的形式輸出到用戶端，所述電能的使用方式包括并網(wǎng)使用和蓄電系統(tǒng)儲備。
[0044]所述集熱回收管310為中空管，其內(nèi)部為冷水加熱區(qū)域，用于將冷水通過熱傳導(dǎo)和熱交換加熱為所需的熱水；其外側(cè)上層為光熱轉(zhuǎn)換吸熱層，用于吸收設(shè)備表面所接收的太陽光100及熱能；其外側(cè)下層為聚熱絕緣層，用于定向傳導(dǎo)由光伏電池組所生產(chǎn)的余熱，并對電池組形成電氣絕緣作用。
[0045]所述集熱回收管310的兩端分別為進(jìn)水口和出水口，分別連接有進(jìn)水管341和出水管342，用于冷熱水的傳輸；進(jìn)水管341和出水管342的接口處各設(shè)有一個電耦合流量控制閥351和352，用于控制和調(diào)節(jié)冷水進(jìn)水和熱水出水的流量大?。怀鏊诘某鏊?42和電耦合流量控制閥352之間設(shè)有一個控制器320和一個溫度檢測器330，用于實(shí)時(shí)檢測熱水出水的水溫，并反饋至智能控制子系統(tǒng)，控制調(diào)節(jié)電耦合流量控制閥351和352 ;出水口的電耦合流量控制閥352通過出水管連接到熱水儲備器360，熱水儲備器360用于保溫儲存由系統(tǒng)產(chǎn)生的熱水。
[0046]較佳的，所述集熱回收管310的尺寸與光伏電池組110的尺寸匹配，集熱回收管的長度為1cm?10000cm,優(yōu)選為10cm?500cm,更優(yōu)選150cm?200cm ;光伏電池組的寬度為0.1cm?200cm,優(yōu)選為Icm?1cm,更優(yōu)選為3cm?5cm。
[0047]較佳的，所述集熱回收管的組成材料為鋁、鋁合金、銅、銅合金等金屬和合金材料，金屬氧化物和陶瓷類材料，以及DLC類金剛石薄膜材料中的一種或多種。
[0048]所述鏡面反射聚光器210呈內(nèi)凹拋物面型凹槽，其內(nèi)側(cè)表面211為鏡面，用于最大程度將所接收到的太陽光100反射并集中到光伏晶組110上，鏡面反射聚光器210的開口部由透光板212封閉，用于保護(hù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0049]較佳的，所述鏡面反射聚光器210的尺寸與光伏電池組匹配，鏡面反射聚光器的長度為1cm?10000cm,優(yōu)選為10cm?500cm,更優(yōu)選150cm?200cm ;開口寬度為1cm?100cm,優(yōu)選為1cm?50cm更優(yōu)選為30cm?50cm。
[0050]所述太陽追蹤系統(tǒng)包括智能型支撐架213、智能型升降架214、智能型懸掛架中的一種或多種，用于實(shí)時(shí)追蹤太陽位置，校正鏡面反射聚光器210的接收位置和方向，保障鏡面反射聚光器210的太陽光接收面實(shí)時(shí)正對太陽，使太陽光的聚集效率達(dá)到最大化。
[0051]所述智能控制子系統(tǒng)包括光伏優(yōu)化控制器、逆變控制器、太陽追蹤控制器、溫度控制器，和遠(yuǎn)程遙控控制器，用于控制光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)的智能化運(yùn)行。
[0052]雖然以上描述了本實(shí)用新型的具體內(nèi)容和實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本實(shí)用新型的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)，其特征在于:所述聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)包括一個或多個光電發(fā)電子系統(tǒng)，一個或多個光熱集熱利用子系統(tǒng)，一個或多個聚光子系統(tǒng)，一個智能控制子系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)，其特征在于:所述光電發(fā)電子系統(tǒng)包含至少一組位于熱傳導(dǎo)基座上的光伏電池組，至少一組位于集熱回收管外側(cè)的熱傳導(dǎo)基座，和一個電力輸出網(wǎng)絡(luò)。
3.如權(quán)利要求2所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)，其特征在于:所述電力輸出網(wǎng)絡(luò)包括一個逆變器和一個輸出網(wǎng)絡(luò)，所述逆變器將所述光伏晶片所生成的電能轉(zhuǎn)化為直流電和交流電的形式輸出到用戶端，所述電能的使用方式包括并網(wǎng)使用和蓄電系統(tǒng)儲備。
4.如權(quán)利要求1所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)，其特征在于:所述光熱集熱利用子系統(tǒng)包含至少一組集熱回收管、控制器、進(jìn)水管、出水管、溫度檢測器、電耦合流量控制閥，和一組熱水儲備器。
5.如權(quán)利要求4所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)，其特征在于:所述集熱回收管為中空管，其內(nèi)部為冷水加熱區(qū)域，其外側(cè)上層為光熱轉(zhuǎn)換吸熱層，其外側(cè)下層為聚熱絕緣層；集熱回收管兩端分別為進(jìn)水口和出水口，分別連接有進(jìn)水管和出水管；進(jìn)水管和出水管的接口處各設(shè)有一個電耦合流量控制閥；出水口和電耦合流量控制閥之間設(shè)有一個控制器和一個溫度檢測器；出水口的電耦合流量控制閥通過出水管連接到熱水儲備器。
6.如權(quán)利要求1所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)，其特征在于:所述聚光子系統(tǒng)包含至少一個鏡面反射聚光器，所述鏡面反射聚光器呈內(nèi)凹拋物面型凹槽，其內(nèi)側(cè)表面為鏡面，鏡面反射聚光器的開口部由透光板封閉。
7.如權(quán)利要求1所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)，其特征在于:所述智能控制子系統(tǒng)包括光伏優(yōu)化控制器、逆變控制器、太陽追蹤控制器、溫度控制器，遠(yuǎn)程控制器。
8.如權(quán)利要求2所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統(tǒng)，其特征在于:所述光伏電池組的尺寸與集熱回收管的尺寸匹配，長度為1cm?10000cm，寬度為0.1cm?200cm,對于小型系統(tǒng),優(yōu)選長度為10cm?500cm,優(yōu)選寬度為Icm?1cm ;所述集熱回收管的尺寸與光伏電池組的尺寸匹配，長度為1cm?10000cm，寬度為0.1cm?200cm，對于小型系統(tǒng)，優(yōu)選長度為10cm?500cm,優(yōu)選寬度為Icm?1cm ;所述鏡面反射聚光器的尺寸與光伏電池組的尺寸匹配，長度為1cm?10000cm，開口寬度為Icm?100cm，優(yōu)選長度為10cm?500cm,優(yōu)選開口寬度為1cm?50cm。
【文檔編號】H02S40/44GK204103862SQ201420423410
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】熊福林, 熊偉 申請人:熊偉, 熊福林