專利名稱：一種水冷太陽能槽式聚光電熱聯合利用裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于新能源開發與利用技術領域，涉及一種水冷太陽能槽式聚光電熱聯合禾IJ用裝置，是在已有的太陽能槽式利用聚光的基礎上，利用太陽光電、光熱轉化技術，結合熱轉換、熱利用等相關技術，屬于一種水冷槽式聚光太陽能電熱聯合利用(CPVT)系統。
背景技術：
我國太陽能資源豐富，百分之六十以上地區年輻射量大于5000MJ/m2、年日照時長在2200小時以上，太陽能的開發利用具有極大的潛力。目前，太陽能的利用技術主要有光熱轉換、光伏發電、光化學轉換等基本方式。光伏發電可以獲得高品位的電能產品，但其主要面臨的問題是光電轉換效率比較低，成本高，對太陽光的波段利用范圍較窄。光熱轉換主要特點是效率高、成本低，幾乎可以對太陽能的全波段進行利用，太陽能電熱聯合利用系統與傳統的光伏系統、光熱系統相比，具有較為明顯的優點。在產能方面電熱聯合利用系統在利用太陽電池產電的同時，可以回收利用余熱，提高系統的總輸出能。在太陽能利用效率方面電熱聯合利用系統的光熱光電總輸出效率高于相應面積的傳統光伏或光熱系統，而光伏發電結合低溫光熱的集成技術可以對太陽能全波段能量進行一體化利用，既可以獲得高品位電能，又將大大提高太陽能的綜合利用效率。國內外對光電、光熱的復合研究，已經做了大量理論和實驗工作，重點研究了 PV/ T(Photovoltaic/Thermal)復合系統。太陽能電熱聯產系統根據是否采用聚光技術可以分為(1)平板式太陽能電熱聯產系統；(2)聚光太陽能電熱聯產系統(CPV/T)。采用聚光技術的太陽能聚光電熱聯產系統減少了電池板的使用面積，成為目前降低電熱聯產系統成本的一個重要途徑。PV/T系統由太陽能電池板供電，電池板工作中產生的熱被冷卻系統帶走以供熱水。由于太陽能電池板的光電轉換效率隨著溫度的升高呈線性遞減，因此冷卻系統在獲得熱的同時還可以提高電池板的效率，一般可采用氣冷或水冷。在氣冷式中，空氣作為冷卻工質，空氣可以在通道里自然循環或強制循環來冷卻太陽電池。自然循環冷卻可以減小通道面積，但冷卻效果差，強制循環可以增強換熱，有效降低電池工作溫度，但風機的使用， 使得系統有效電能輸出降低。水冷式太陽能電熱聯用系統采用在電池板表面冷卻，要求冷卻工質的吸收峰與太陽電池的吸收峰盡可能沒有重疊，目前均采用水作為冷卻工質，由于水的熱容較大，與電池板的換熱穩定，換熱效率高，相同功率的風機或泵驅動空氣或水，則水冷式電熱聯用系統輸出的有效能(電能、熱能)較多。理論研究表明，復合的PV/T板總體轉換效率可以達到60 % 80 %，實驗結果也表明，在強制流動和低的入口溫度下，PV/T板的光熱轉換效率已經達到了 60%左右。并且，由于獨立的光伏、光熱系統都需要透明玻璃蓋和金屬支撐裝置，因而復合系統更經濟、成本更低。總體上，本發明在已有PV/T研究基礎上，結合聚光技術，實現了太陽能光熱技術與光電技術的綜合利用，使得對太陽能的全波段轉換大于70%。是一項緊緊抓住太陽能全波段范圍進行光電、光熱轉換的高效率低成本發明。
發明內容
本發明的目的是提供一種水冷太陽能槽式聚光電熱聯合利用裝置。本發明采用的技術方案如下一種水冷太陽能槽式聚光電熱聯合利用裝置，具有光電和光熱兩個單元，包括太陽能聚光板、電熱聯用裝置、循環管路、換熱器、循環泵、調節閥，在聚光板的聚光光帶位置上設有電熱聯用裝置，太陽能電池板下布置有冷卻管道，冷卻管道連接循環管路，循環管路上依次連接換熱器、循環泵和調節閥，成為一個閉合的管路。其中電熱聯用裝置由太陽能電池板、冷卻管道、保溫材料、粘結層和填充材料組成。電熱聯用裝置的最上方是太陽能電池板，冷卻管道布置在太陽能電池板的背光面，填充材料內通有冷卻水，填充材料填充在填充材料的間隙，粘結層用來粘結太陽能電池板和冷卻管道。為避免熱量散失，冷卻管道下面還布置了保溫材料。本發明的有益效果1)太陽能光熱、光電利用本發明利用高性能聚光板對太陽能實現聚光條件下的電熱聯合利用，在提高電池光伏轉化效率、強化光電利用的同時，又保證得到高溫熱量，實現了優化整體電熱聯合利用的效果；2)提高品位、降低成本由于本發明利用了聚光技術，可以得到高溫熱，和高品位電能，同時大大降低光伏電池的使用面積，大幅降低光伏發電的系統成本。
圖1是本發明的聚光電熱聯合利用裝置結構示意圖。圖2(a)是圖1中的電熱聯用裝置結構截面圖。圖2(b)是圖1中的電熱聯用裝置結構側視圖。圖中1太陽能聚光板；2電熱聯用裝置；3循環管路；4換熱器；5循環泵；6調節閥；7太陽能電池板；8冷卻管道；9保溫材料；10粘結層；11填充材料。
具體實施例方式本發明中太陽輻射經聚光板聚光后投射到電熱聯用裝置上進行光電轉換，隨后冷卻管道中的水對電池板進行冷卻，回收太陽輻射產生的熱量。電熱聯用裝置連接的循環管路上依次布置換熱器、循環泵和調節閥。采用的太陽能電池板為單晶硅電池板，冷卻管道中流動的冷卻液為水。本發明應用聚光技術結合高效光熱轉化、光電轉化技術，采用水作為吸熱工質，利用單晶硅電池進行光電轉換。1)單晶硅電池利用可見光波段O50nm 800歷)太陽輻射進行光電轉換得到電能；幻冷卻水冷卻單晶硅電池板回收部分熱量得到低溫熱。該發明對太陽輻射進行全波段利用，由于采用聚光技術可以得到高品位熱能，同時也提高光伏發電的光電轉化效率， 使得系統太陽能綜合利用效率大大提高。該太陽能聚光電熱聯用系統有聚光板、電熱聯用裝置以及循環管路組成，電熱聯用裝置連接的循環管路上依次布置了換熱器、循環泵和調節閥。所述的太陽能電熱聯用裝置有太陽能光電轉化部件、太陽能光熱轉化部件組成。太陽能電熱聯用裝置的光電轉化部件是單晶硅太陽能電池，單晶硅太陽能電池位于聚光板的聚光帶，為了對可見光的能量進行全部利用，單晶硅電池布置成如圖2(a)所示的結構。單晶硅電池的基板布置在導熱性能好的金屬底面上，該金屬底面與冷卻管道緊密連接，提高散熱性能。冷卻管道為金屬圓形管道內部流水，冷卻管道外布置隔熱層減少熱損失提高熱利用效率。
該太陽能聚光電熱聯用系統的工作方式是，在不同的太陽輻射強度下，跟蹤太陽的直射輻射能，聚光板聚光后把輻射投射到電熱聯用裝置上，該裝置完成太陽能光電、光熱轉化，得到的輻射能通過循環管路向外界提供熱源，光伏轉換的電能可直接向外界輸送電能。在采用聚光技術的條件下，夏季和冬季該太陽能聚光電熱聯用系統都能較好的工作，保證相對較高的太陽能綜合利用效率。
本發明針對太陽輻射能的主要能量段可見光和紅外進行光電和光熱復合利用，結合聚光技術，在可以得到低溫熱量的同時，使得太陽能光伏轉化效率明顯提高，太陽能綜合利用效率大大提高。同時由于聚光后大大減少了成本較高的光伏電池板的使用面積，使得系統的投資也大幅度降低，有著非常廣泛的市場應用前景。
如附圖所示，太陽能聚光電熱聯用系統具有聚光板1，在聚光板的聚光帶安裝有電熱聯用裝置2，電熱聯用裝置2包括太陽能電池板7、冷卻管路8。太陽能電池板通過光伏效應將光能轉化為電能輸出，此為電利用；冷卻管路布置在太陽能電池板的背光面，冷卻水流經冷卻管路，到外部循環管路3，經換熱器4將熱量傳出，此為熱利用。循環泵5驅動整個冷卻系統工作，調節閥則根據太陽光的強弱調節冷卻水的流速以合理分配電和熱的利用。
將冷卻水注入循環管路，調節聚光板跟蹤太陽輻射，進行太陽能光電、光熱轉化。
太陽輻射投射到聚光板上，聚光板聚光后太陽輻射投射到熱電聯用裝置上，可見光波段能量全部投射在電池板上進行光電轉換，得到電能；光伏電池板在高聚光比下表面溫度逐漸升高，此時開始冷卻電池板，冷卻水通過冷卻管道，降低電池表面溫度回收熱量， 得到低溫熱。得到低溫熱通過循環管路向外界提供熱量，同時光伏電池向外提供電能。
權利要求
1. 一種水冷太陽能槽式聚光電熱聯合利用裝置，包括太陽能聚光板(1)、電熱聯用裝置O)、循環管路(3)、換熱器G)、循環泵(5)、調節閥(6)，其特征在于，在聚光板的聚光光帶位置上設有電熱聯用裝置，太陽能電池板下布置有冷卻管道，冷卻管道連接循環管路，循環管路上依次連接換熱器、循環泵和調節閥，成為一個閉合的管路；其中電熱聯用裝置由太陽能電池板(7)、冷卻管道(8)、保溫材料(9)、粘結層(10)和填充材料(11)組成；電熱聯用裝置的最上方是太陽能電池板，冷卻管道布置在太陽能電池板的背光面，填充材料內通有冷卻水，填充材料填充在填充材料的間隙，粘結層用來粘結太陽能電池板和冷卻管道；冷卻管道下面還布置了保溫材料。
全文摘要
本發明公開了一種水冷太陽能槽式聚光電熱聯合利用裝置，屬于新能源開發與利用技術領域。其采用光熱利用裝置將太陽輻射過程中產生的熱收集利用，使太陽能電池板維持在合適的溫度，保證較高的光電轉化效率。裝置具有聚光板、太陽能電池板，電池板下方開有冷卻管道，為防止熱量散失，冷卻管道下面又增設了保溫層，電熱聯用裝置的冷卻管道連接的循環管路上依次設置有換熱器、循環泵和調節閥。本發明結構簡單，光電光熱得到綜合利用，熱利用同時光伏轉化效率明顯提高，市場應用前景廣闊。
文檔編號H01L31/052GK102522444SQ20111042730
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月20日 優先權日2011年12月20日
發明者劉衛國, 劉瑜, 宋永臣, 張毅, 徐坤, 朱一銘, 朱自浩, 楊明軍, 王佳琪, 王大勇, 王盛龍, 程傳曉, 薛鎧華, 趙佳飛 申請人:大連理工大學