CN102881758A

CN102881758A - 一种热电联供***

Info

Publication number: CN102881758A
Application number: CN2011101938523A
Authority: CN
Inventors: 张兴华; 刘朋; 赵晓煌
Original assignee: ZHEJIANG SIBOSI NEW MATERIAL TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: RENESOLA ZHEJIANG Ltd
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2031-07-12
Also published as: CN102881758B

Abstract

本发明实施例公开了一种热电联供***，包括太阳能电池和储热水箱及设置于太阳能电池背面的热管，所述热管内具有传热工质，所述热管包括：与太阳能电池背面相接触的蒸发端；与储热水箱中的流体进行热交换的冷凝端；连接所述蒸发端和所述冷凝端的传输管路。本发明在太阳能电池背面增加了热管作为传热装置，热管中装有液态的传热工质，传热工质的汽化温度低于太阳能电池发电时表面的温度，液化温度高于流体的温度。太阳能电池发电时，利用传热工质分别和太阳能电池表面及流体进行热量交换，避免了流体和太阳能电池的直接接触，解决了在保证发电效率的同时不能提供高品质的热能的问题。

Description

一种热电联供***

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电领域，更具体的说是涉及一种热电联供***。

背景技术

中国能源需求的急剧增长打破了中国长期以来自给自足的能源供应格局，这就使得未来中国能源供给对国际市场的依赖程度越来越高，因此大力发展新能源和可再生能源已成为中国21世纪发展国民经济和建设小康社会刻不容缓的主要任务和战略目标。其中，最具代表性的是太阳能的利用，太阳能供热、太阳能光伏发电利用在中国能源可持续发展中占有重要地位，是解决中国能源危机的重要组成部分。

在采用太阳能电池发电过程中，为了提高太阳能电池的发电效率，必须适当的降低太阳能电池的温度，现有技术中通常是在太阳能电池的背面直接通有流体，利用流体来降低太阳能电池表面的温度，采用的流体一般为循环水，这样流体吸收太阳能电池表面的热量后，自身的温度也得到了升高，将这些升温的流体储存在储热水箱中，即可利用储热水箱为用户提供热能，便实现了热电联供。

但是，由于用来降温的流体是直接与太阳能电池接触的，若要提高***的发电效率必须降低太阳能电池表面的温度，而要最大限度的降低太阳能电池表面的温度，就必须采用温度较低的流体来对太阳能电池表面降温，但由于流体流经太阳能电池表面时，所吸收的热量是有限的，即流体流经太阳能电池表面后升高的温度是一定的，一旦采用温度较低的流体流经太阳能电池表面，就会导致储存在储热水箱中的流体温度整体下降，从而不能为用户提供高品质的热能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高效太阳能热电联供***，解决了现有技术中太阳能热电联供***在提供电能的同时获得的热能品质不够高的问题。

为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案：

本发明实施例公开了一种热电联供***，包括太阳能电池和储热水箱，还包括：设置于太阳能电池背面的热管，所述热管内具有传热工质，所述热管包括：

与太阳能电池背面相接触的蒸发端；

与储热水箱中的流体进行热交换的冷凝端；

连接所述蒸发端和所述冷凝端的传输管路。

优选的，所述传热工质常温下为液态，其汽化温度低于太阳能电池发电时的表面温度，液化温度高于所述储热水箱中流体的温度。

优选的，所述热管还包括，设置于所述冷凝端的换热翅片。

优选的，所述热管还包括，设置于所述蒸发端的恒压阀。

优选的，所述热管中的传热工质为水，所述热管的材质为铜。

优选的，所述热管中的传热工质为氨，所述热管的材质为铝。

优选的，所述热管的蒸发端底部与太阳能电池背面之间采用耐高温的绝缘导热胶连接。

优选的，所述热电联供***中的连接管路采用保温材料包裹。

优选的，所述热电联供***还包括：

聚光反射镜；

与聚光反射镜相连的控制跟踪轴；

与控制跟踪轴相连的跟踪控制器。

优选的，所述跟踪控制器的跟踪方式为闭环跟踪。

优选的，所述***还包括位于储热水箱和热管之间的冷水管中的温差循环泵。

优选的，所述太阳能电池为三结砷化镓电池。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例提供的热电联供***由于在太阳能电池背面增加了热管作为传热装置，热管中装有液态的传热工质，传热工质的汽化温度低于太阳能电池发电时表面的温度，液化温度高于流体的温度。太阳能电池发电时，利用传热工质分别和太阳能电池表面及流体进行热量交换，避免了流体和太阳能电池的直接接触，解决了在保证发电效率的同时不能提供高品质的热能的问题。

太阳能电池发电时，太阳能电池表面温度升高，太阳能电池背面热管中液态传热工质吸收太阳能电池表面的热能，在给太阳能电池表面降温的同时迅速汽化，被汽化的传热工质沿热管的传输管路上升到热管的冷凝端，将自身的热量传递给温度相对较低的流体，同时，释放热量后的传热工质又重新冷凝成液体，在重力作用下流回热管蒸发端。

通过传热工质吸热汽化、放热液化的过程，既降低了太阳能电池表面的温度，又将太阳能电池表面的热量传递给了储热水箱中的流体，因为整个热量传递过程中，储热水箱中的流体并不与太阳能电池表面直接接触，从而可以提高储热水箱中流体进行吸热之前的温度，从而在吸收的热量有限的情况下，获得高品质的热能。而且，热管中的传热工质不断重复的气-液相变循环过程，快速高效的将高品质太阳热能源不断输出，同时降低了太阳能电池的温度，提升了光伏发电的发电效率，克服了现有技术中太阳能热电联供***在提供电能的同时获得的热能品质不够高的问题，实现了聚光式太阳能量的综合合理利用，降低了太阳能利用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的热电联供***的结构图；

图2为本发明实施例提供的热电联供***的侧面图。

具体实施方式

为了使发明达到上述目的、特点和优点能够更加显著，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

正如背景技术部分所述，现有技术中的太阳能热电联供***不能同时提供电能、高品质的热能，发明人研究发现，这是因为现有技术中是在太阳能电池背面直接通有流体来对太阳能电池表面降温的缘故。如果想要提高太阳能电池的发电效率就必须降低太阳能电池表面的温度，这就需要温度较低的流体，来对太阳能电池表面降温，又由于太阳能电池表面的热量是有限的，所以，流体流经太阳能电池表面后所吸收的热量也是有限的，流体升高的温度也就有限，这就导致在流体流进储热水箱后为用户使用时，不能提供高品质的热能。在太阳能电池表面提供的热量有限的情况下，若想获得高品质的热能，需要流体在流进储热水箱前达到一定的温度，这就要求提高流体进行热交换前的温度。

基于上述原因，发明人考虑，如果改变太阳能电池表面和流体的传热方式，避免它们的直接接触，而是增加一种传热装置，装置内装有易发生气-液相变的传热工质，利用传热工质来吸收太阳能电池表面的热量，然后再传递给流体(一般为循环水)，这样即可避免太阳能电池表面和储热水箱中流体的直接接触，因此就可以提高储热水箱中流体吸热前的温度，而又不影响太阳能电池表面的降温效果，进而获得高品质的热能。

综合上述思想，本发明实施例提供了一种太阳能热电联供***，下面结合附图对该热电联供***进行详细描述。

如图1所示，为本发明实施例公开的太阳能热电联供***的结构图，图2为本发明实施例公开的太阳能热电联供***的侧面图，图1和图2中各标号分别表示：1、支架；2、跟踪控制器；3、控制跟踪轴；4、聚光反射镜面；5、太阳光线；6、太阳能电池；7、热管；8、热管蒸发端；9、热管传输管路；10、热管冷凝端；11、太阳；12、连接管路；13、温差循环泵；14、储热水箱，15、翅片。一般情况下，太阳能电池6和热管7的组合统称为集热器或聚光集热器。

本发明实施例公开的太阳能热电联供***包括：太阳能电池6和储热水箱14，还包括：设置于太阳能电池背面的热管7，所述热管内具有传热工质，该热管包括：

与太阳能电池背面相接触的蒸发端8；

与储热水箱中的循环水进行热交换的冷凝端10；

连接所述蒸发端和所述冷凝端的传输管路9。

需要说明的是，热管蒸发端8与太阳电池背面间采用耐高温的绝缘导热胶连接，可以在不漏电的前提下将热量传递给热管中的传热工质，保证了传热过程中的安全性。

优选的，位于热管中的传热工质为水，相应的，热管的材质可选择铜。

优选的，位于热管中的传热工质也可采用氨，相应的，热管的材质可选择铝。

另外，需要说明的是，由于气态的传热工质凝结时的换热系数大于储热水箱中的流体对流时的换热系数，以水为例，水蒸气凝结时的换热系数大于水对流时的换热系数，一般情况下，水蒸气凝结时的换热系数h1＝(10000-20000)W/(m²*℃)，而水对流时的换热系数h2＝(3000-5000)W/(m²*℃)，因此，热管冷凝端10内外两边的换热系数差别很大，这就导致在进行热量交换时，限制了传热量的增加。

因此，为了保证良好的传热效果，本实施例中可在热管的冷凝端10处增加换热翅片15(又称换热翘片)，相当于增加了热量交换时的接触面积，从而增加了传热量，以最大限度的将传热工质中的热量传递给传热水箱14的循环水中，提高了热量的利用率。

该过程具体为，当气态的传热工质沿热管传输管路9上升到热管的冷凝端10时，通过换热翅片与周围温度相对较低的循环水进行热量交换，循环水吸收热量后温度升高，作为热能源储存起来，同时传热工质冷凝成液体，流回热管的蒸发端；热管中的传热工质常温下为液态，汽化温度低于太阳能电池发电时太阳能电池表面的温度，液化温度高于循环水中冷水的温度。

本发明实施例中的热电联供***还包括：

聚光反射镜面4，用来汇聚太阳光线。

针对太阳能能流密度低、能量分散的特点，采用聚光的方法，可以几倍乃至几百倍的提高单位面积太阳能电池的输出功率，从而降低光伏发电的成本，具有较好的应用前景。本发明实施例中利用聚光反射镜面4将太阳光线汇聚到太阳能电池6上，在太阳能电池6背面设有热管7，利用热管蒸发端8中的液态传热工质来吸收太阳能电池6表面的热量，从而降低太阳能电池6表面的温度，提高太阳能电池6的发电效率，热管蒸发端中的液态传热工质吸收热量后，迅速汽化。需要说明的是，聚光反射镜面4可采用低成本的聚光材料进行聚光，以降低太阳能电池发电的成本。

太阳能电池6的选择有多种，如多晶硅电池、单晶硅电池或砷化镓电池，本实施例中为了提高太阳能电池6对光的吸收能力，优选采用砷化镓电池，更优选的为具有三个PN结的三结砷化镓电池。另外，一般正常应用中使用的太阳能电池，是由多个较小的太阳能电池板拼接形成的较大的太阳能电池板，本实施例中相邻较小的阳能电池板之间采用并联防反二极管的方式进行连接，以得到符合要求的较大的太阳能电池板。

此外，本发明实施例中，该热电联供***还设置有：

控制聚光反射镜面的跟踪控制器2；

连接聚光反射镜面和跟踪控制器的控制跟踪轴3；

设置于底部的支架1；

储存循环水的储热水箱14；

连接储热水箱和热管的连接管路12；

设于连接管路冷水管中的温差循环泵13。

其中，本实施例中的连接管路12外部采用保温材料进行包裹，以减少热量的流失。所述保温材料优选为矿渣棉，矿渣棉的厚度优选为3cm。

需要说明的是，本发明实施例中的跟踪控制器2，用于控制聚光反射镜面对太阳光线进行跟踪，最大限度的把太阳光线汇聚到聚光反射镜面4上；设于连接管路12中冷水端的温差循环泵13，用于将吸收热量后的循环水储存进储热水箱14，同时，将储热水箱14底部的冷水抽出，抽出的冷水与热管冷凝端10中的气态传热工质进行热量交换，并对热管的冷凝端10进行冷却，气态传热工质放出热量后，冷凝成液体，流回热管的蒸发端。

另外，需要说明的是，跟踪控制器2的种类有很多，按照跟踪方式分，有主动式双轴跟踪控制器、自动切换式跟踪控制器、最大功率点跟踪控制器等。本实施例中的优选为闭环跟踪式的跟踪控制器，更优选的，采用单轴最佳倾角式的闭环跟踪式的跟踪控制器对太阳光线进行跟踪。

下面结合本发明实施例中的热电联供***装置图，来说明该***的运作过程：

步骤一：当太阳升起来时，跟踪控制器根据太阳光线的方向，通过控制跟踪轴，来调节聚光反射镜面的仰角，最大限度的汇聚太阳光线。

步骤二：太阳能电池利用聚光反射镜面反射而来的太阳光线，将部分太阳能转化为电能，太阳能电池表面温度升高。

步骤三：与太阳能电池背面相接触的热管的蒸发端中，装有液态的传热工质，传热工质吸收太阳能电池表面的热量，降低太阳能电池表面的温度，与此同时迅速汽化。

步骤四：汽化的传热工质通过传输管路上升到热管的冷凝端，通过换热翅片与热管冷凝端周围温度相对较低的循环水进行热量交换，传热工质释放出热量的同时液化，流回热管的蒸发端。

步骤五：热管冷凝端的循环水吸收热量后，在温差循环泵的作用下，流进储热水箱上部，作为热能源被储存起来，为用户提供热能。同时储热水箱底部的冷水，在温差循环泵的作用下被抽出，与热管冷凝端中的循环水进行热量交换，并对热管冷凝端进行冷却，构成一个循环。

太阳能电池发电时，太阳能电池表面温度升高，太阳能电池背面热管中液态传热工质吸收太阳能电池表面的热能，在给太阳能电池表面降温的同时迅速汽化，被汽化的工质沿热管的传输管路上升到热管的冷凝端，将自身的热量传递给温度相对较低的流体，同时，释放热量后的传热工质又重新冷凝成液体，在重力作用下流回热管蒸发端。

本发明装置采用模块化设计，制造安装方便，适合大规模工程应用，真正实现了在提供电能的同时，提供更高品质的热能。

本发明另一实施例公开的热电联供***与上一实施例不同的是，在热管7处增加了恒压阀(图中未示出)。理论上，由于整个热管的各个部分是相通的，因此恒压阀可设置在热管的任一部位，如蒸发端、传输管路或冷凝端等处，但在本实施例中，为了便于恒压阀的安装以及减少恒压阀的数量，节约成本，该恒压阀设置在热管蒸发端，优选设置在蒸发端的侧壁位置。

增加恒压阀的目的是为了使液态传热工质表面的压强保持在合理的范围内。这是由于液体的沸点随着压强的增大而增大，而沸点越高，液态传热工质的汽化温度就会越高，在与太阳能电池表面进行热量交换时就越难以发生汽化，影响吸热效果，进而降低太阳能电池的发电效率。在热管蒸发端增加恒压阀，可以使液态传热工质表面的压强保持在一定的范围内，也就保证了液态传热工质的沸点保持在一定的范围内，避免了液态传热工质的沸点因压强增大而升高，进而提高了太阳能电池的发电效率。

此外，在热管的蒸发端增加恒压阀，使热管内部气体的压强保持在合理的范围内，在保证太阳能电池发电效率的同时，也避免了热管因内部压强过大而发生爆裂。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种热电联供***，包括太阳能电池和储热水箱，其特征在于，还包括：设置于太阳能电池背面的热管，所述热管内具有传热工质，所述热管包括：

与太阳能电池背面相接触的蒸发端；

与储热水箱中的流体进行热交换的冷凝端；

连接所述蒸发端和所述冷凝端的传输管路。

2.根据权利要求1所述热电联供***，其特征在于，所述传热工质常温下为液态，其汽化温度低于太阳能电池发电时的表面温度，液化温度高于所述储热水箱中流体的温度。

3.根据权利要求1所述的热电联供***，其特征在于，所述热管还包括，设置于所述冷凝端的换热翅片。

4.根据权利要求1所述的热电联供***，其特征在于，所述热管还包括，设置于所述蒸发端的恒压阀。

5.根据权利要求2所述的热电联供***，其特征在于，所述热管中的传热工质为水，所述热管的材质为铜。

6.根据权利要求2所述的热电联供***，其特征在于，所述热管中的传热工质为氨，所述热管的材质为铝。

7.根据权利要求1所述的热电联供***，其特征在于，所述热管的蒸发端底部与太阳能电池背面之间采用耐高温的绝缘导热胶连接。

8.根据权利要求1所述的热电联供***，其特征在于，所述热电联供***中的连接管路采用保温材料包裹。

9.根据权利要求1所述的热电联供***，其特征在于，所述热电联供***还包括：

聚光反射镜；

与聚光反射镜相连的控制跟踪轴；

与控制跟踪轴相连的跟踪控制器。

10.根据权利要求7所述的热电联供***，其特征在于，所述跟踪控制器的跟踪方式为闭环跟踪。

11.根据权利要求1所述的热电联供***，其特征在于，所述***还包括位于储热水箱和热管之间的冷水管中的温差循环泵。

12.根据权利要求1-11任一项所述的热电联供***，其特征在于，所述太阳能电池为三结砷化镓电池。