一種二次發電的熱光伏熱電聯產裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種能夠二次發電的熱光伏熱電聯產裝置，該裝置包括燃燒器、選擇性過濾器、光伏電池、電池冷卻通道、廢熱回收換熱器、壓縮機、燃氣輪機和發電機組。所述電池冷卻通道設置在光伏電池板的背面，通過冷卻水的流動換熱降低光伏電池發電過程的溫度，同時產生的熱水可供家庭使用。所述燃燒器的排煙出口設有廢熱回收換熱器和壓縮機，換熱器的冷媒也為冷卻水，通過熱量交換產生高溫熱水并最大限度地降低高溫煙氣的溫度，使其滿足壓縮機的工作溫度。所述壓縮機形成的高壓煙氣，進入燃氣輪機膨脹做功，促使發電機二次發電。本實用新型最大限度地利用了燃料燃燒釋放出的能量，使裝置的能量轉換效率得到進一步提升。
【專利說明】一種二次發電的熱光伏熱電聯產裝置
【技術領域】
[0001] 本發明屬于熱光伏【技術領域】，具體涉及一種新型利用熱光伏原理的熱電聯產技 術，特指一種能夠二次發電的熱光伏熱電聯產裝置。
【背景技術】
[0002] 近年來，對熱光伏（TPV)系統的開發已成為世界范圍內的一個研究熱點。傳統的 熱光伏系統包括以下幾個部分：熱源、熱輻射器、光子過濾器、光電池，它利用某種能量加熱 輻射體使其達到較高溫度，高溫輻射器釋放的光子碰撞光電池表面，通過內部的半導體p-n 結轉化為電能。TPV系統所需的熱源來源豐富，其中燃燒產生化學能是最為常見的熱源形 式，受光伏電池光電轉換效率、過濾器濾波效果的限制、以及高溫廢氣的能量浪費，該種TPV 系統的整體效率普遍不高，在實驗條件下得到的裝置整體轉換效率都在10%以下。
[0003] 對于熱光伏系統的核心部件--光伏電池，由于吸收了很多不能進行光電轉換的 輻射能，其表面溫度會不斷升高，導致工作效率下降。據研究顯示，在輻射源溫度為1227°C、 光電池溫度為25°C情況下，GaSb光電池轉換效率為25%，而當電池溫度為130°C時，光電池 的轉換效率則降低為17%。因此，為使光伏電池保持最佳工作狀態，光伏電池的冷卻效果 必須得到保障。此外，燃燒過程必然會產生一定的廢棄物，通常這些高溫產物都是直接排放 的，這不僅浪費能源，還對環境造成危害。
[0004] 關于降低光伏電池溫度的結構設計，現有技術中已有相關的技術方案公開，如中 國專利號：201210543617. 9,發明名稱為：一種帶余熱回收的小型熱光伏熱電聯產系統，該 系統包括熱源、熱輻射器、光子過濾器、熱光伏電池，在熱光伏電池板的背面設有光電池冷 卻設備；在熱輻射器的煙氣排放出口設置一個煙氣余熱換熱設備，所述冷卻設備由水泵和 冷卻水管構成，所述煙氣余熱換熱設備包括煙氣管道和水通道，所述水通道是冷卻水管的 延伸。該申請案雖然實現了光伏電池的降溫，通過煙氣余熱換熱設備把高溫煙氣的余熱回 收變為熱水，但是該申請案沒有利用高溫煙氣產生電能，實現高溫煙氣的更充分的利用，提 高TPV系統的轉換效率。
[0005] 基于以上分析，為進一步提高TPV系統的轉換效率，如何合理利用發電過程各個 環節的余熱廢熱，實現熱電聯產就顯得非常有必要。
【發明內容】
[0006] 1、發明要解決的技術問題
[0007] 本發明的目的是根據熱光電系統的工作特點，提供一種一種二次發電的熱光伏熱 電聯產裝置，從而實現系統能量轉換效率較大程度的提高。
[0008] 2、技術方案
[0009] 為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：
[0010] 一種二次發電的熱光伏熱電聯產裝置，包括燃燒器、選擇性過濾器、光伏電池、電 池冷卻通道、廢熱回收換熱器、壓縮機、燃氣輪機和發電機組； toon] 所述燃燒器與光伏電池對中平行放置，所述選擇性過濾器設于光伏電池的接受 面，電池冷卻通道設置在光伏電池板的背面，燃燒器的排煙出口設有廢熱回收換熱器和壓 縮機，所述燃氣輪機的一端與壓縮機連接，其另一端與發電機組連接；所述廢熱回收換熱器 為管翅式結構，水在光滑的管內流動，煙氣在管外的翅片上流動。
[0012] 更進一步地，所述燃燒器為平行板結構，其內部填充多孔介質，其材料為ai2o 3。
[0013] 更進一步地，所述光伏電池選禁帶寬度0. 72ev、截止波長1.78μπι的GaSb電池。
[0014] 更進一步地，所述光伏電池的冷卻通道為平行板結構，通道內部設置擾流翅片。
[0015] 更進一步地，所述選擇性過濾器為一維周期性Si/Si02|子晶體薄膜型過濾器，并 采用真空濺射的方式直接鍍在電池的接受表面。
[0016] 熱光伏熱電聯產裝置同時利用熱光伏技術和燃氣輪機發電技術，產生電能。
[0017] 熱光伏熱電聯產裝置在完成二次發電工作的同時，產生不同溫度的熱水，實現了 余熱和廢熱利用。
[0018] 燃料和氧化劑經充分混合后進入燃燒器后進行燃燒，燃燒器外表面即為輻射表 面，高溫狀態時釋放出的輻射能經選擇性過濾器后，一部分有效的輻射能穿過過濾器，照射 到光伏電池表面，由光伏電池轉換成電能，而另一部分則會由過濾器返回至輻射器以進行 熱量回收。為避免電池因溫度升高帶來的工作效率下降，采用冷水降溫的方式以維持其在 恒定低溫下工作，而冷卻水在吸收電池的熱量后變成低溫熱水，可以直接供給家庭使用。另 一方面，在燃燒器排煙出口安裝了一個廢熱回收換熱器和壓縮機，廢熱回收換熱器的冷媒 也為冷卻水，通過熱量交換在產生大量高溫熱水的同時，最大限度地降低了高溫煙氣的溫 度，使其滿足壓縮機的工作溫度范圍。經過壓縮機后，煙氣達到一定壓力，成為高壓氣體，最 終進入燃氣輪機膨脹做功，促使發電機發電，從而實現機械能轉換成電能，達到二次產電的 效果。
[0019] 3、有益效果
[0020] 采用本發明提供的技術方案，與已有的公知技術相比，具有如下顯著效果：
[0021] (1)本發明最大限度地利用了投射到光電池的那部分能量，將原來對光電池效率 有負面作用的能量轉化成熱能，并同時降低了光電池的工作溫度，提高了光電池的效率。
[0022] (2)本發明有效地實現了高溫煙氣能量的綜合利用，在實現二次產電的同時，還能 產生大量熱水，系統的能量轉換效率可得到進一步提升。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 圖1是改進后的二次發電的熱電聯產裝置圖；
[0024] 圖中：1.燃料和氧化劑混合物；2.燃燒器；3.總輻射能；4.反射輻射能；5.選擇 性過濾器；6.透射輻射能；7.光伏電池；8.電池冷卻水；9.電池冷卻通道；10.低溫熱水； 11.高溫煙氣；12.廢熱回收換熱器；13.煙氣冷卻水；14.高溫熱水；15.低溫煙氣；16.壓 縮機；17.高壓煙氣；18.燃氣輪機；19.乏汽；20.發電機組。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明。
[0026] 實施例1
[0027] 如圖1所示，一種二次發電的熱光伏熱電聯產裝置，包括燃燒器2、選擇性過濾器 5、光伏電池7、電池冷卻通道9、廢熱回收換熱器12、壓縮機16、燃氣輪機18和發電機組20 ;
[0028] 所述燃燒器2與光伏電池 7對中平行放置，所述選擇性過濾器5設于光伏電池 7 的接受面，所述電池冷卻通道9設于光伏電池7的的背面，燃燒器2的排煙出口設有廢熱回 收換熱器12和壓縮機16,所述燃氣輪機18的一端與壓縮機16連接，其另一端與發電機組 20連接，所述廢熱回收換熱器12為管翅式結構，水在光滑的管內流動，煙氣在管外的翅片 上流動。
[0029] 常溫下，燃料和氧化劑混合物1以0. 5?3m/s的流速進入燃燒器2進行燃燒，并 將燃燒器外表面加熱至l〇〇〇°C以上，燃燒器2采用耐高溫的316不銹鋼制作，高溫氧化后外 表面的發射率能達到〇. 85,燃燒器2為平行板結構，內部填充有多孔介質以提高燃燒過程 的強度和效果，其材料為A1203。燃燒器2與光伏電池6對中平行放置，光伏電池7選用禁 帶寬度0. 72ev、截止波長1. 78 μ m的GaSb電池，選擇性過濾器5則采用結構較為簡單的一 維周期性Si/Si02光子晶體薄膜型過濾器，并可采用真空濺射的方式直接鍍在電池的接受 表面。電池冷卻通道為平行板結構，為提高換熱效果，可在通道內部設置擾流翅片，電池冷 卻水8經換熱后成低溫熱水10,水溫可達到30?40°C,以供家庭的正常使用。
[0030] 從燃燒器2出來的高溫煙氣11，溫度通常為1000°C左右，壓力約為0. 12MPa，經過 廢熱回收換熱器12 (回收余熱可達450?750°C，是目前回收高溫煙氣余熱的最佳裝置）， 通過與煙氣冷卻水13進行換熱后，成為低溫煙氣15 (溫度400°C左右，壓力0. IMPa)，從而 達到壓縮機16的工作溫度范圍（常溫至500°C左右）。壓縮機16的壓縮比選為14,煙氣 經壓縮后形成高壓煙氣17,壓力要求不低于0. 3MPa，溫度不低于450°C。高壓煙氣17最終 進入燃氣輪機膨脹做功，促使發電機發電，從而實現機械能轉換成電能，達到二次產電的效 果。燃氣輪機18熱效率可達30 %?34%，燃氣輪機18和發電機20獨立組成裝機快、起停 靈活的循環系統，乏汽19也可冷凝回收為熱水加以利用。
【權利要求】
1. 一種二次發電的熱光伏熱電聯產裝置，其特征在于：包括燃燒器、選擇性過濾器、光 伏電池、電池冷卻通道、廢熱回收換熱器、壓縮機、燃氣輪機和發電機組； 所述燃燒器與光伏電池對中平行放置，所述選擇性過濾器設于光伏電池的接受面，電 池冷卻通道設置在光伏電池板的背面，燃燒器的排煙出口設有廢熱回收換熱器和壓縮機， 所述燃氣輪機的一端與壓縮機連接，其另一端與發電機組連接。
2. 如權利要求1所述的一種二次發電的熱光伏熱電聯產裝置，其特征在于：所述燃燒 器為平行板結構，其內部填充多孔介質，其材料為ai 2o3。
3. 如權利要求1所述的一種二次發電的熱光伏熱電聯產裝置，其特征在于：所述光伏 電池為禁帶寬度0. 72ev、截止波長1. 78 μ m的GaSb電池。
4. 如權利要求1所述的一種二次發電的熱光伏熱電聯產裝置，其特征在于：所述光伏 電池冷卻通道為平行板結構，通道內部設置擾流翅片。
5. 如權利要求1所述的一種二次發電的熱光伏熱電聯產裝置，其特征在于：所述選擇 性過濾器為一維周期性Si/Si02光子晶體薄膜型過濾器，并采用真空濺射的方式直接鍍在 電池的接受表面。
6. 如權利要求1所述的一種二次發電的熱光伏熱電聯產裝置，其特征在于：所述廢熱 回收換熱器為管翅式結構，水在光滑的管內流動，煙氣在管外的翅片上流動。
【文檔編號】H02S40/44GK203911839SQ201420226785
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年5月5日 優先權日:2014年5月5日
【發明者】許藝鳴, 唐愛坤, 單春賢, 潘劍鋒, 邵霞 申請人:江蘇大學