CN201038174Y - 聚光式太阳能热电联供装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种聚光式太阳能热电联供装置，包括聚光式热电联供发生器、保温水箱、支承托架、冷水进口、热水出口和电源输出接口，聚光式热电联供发生器设于保温水箱的下方，聚光式热电联供发生器中换热水管的出水口与保温水箱内腔连通，聚光式热电联供发生器和保温水箱设于支承托架上，冷水进口与聚光式热电联供发生器内的换热水管进水口相连通，热水出口与保温水箱的内腔相通且设于保温水箱的下部，冷水进口、聚光式热电联供发生器内的换热水管、保温水箱和热水出口构成水流通道，聚光式热电联供发生器内的太阳能电池片之间由导线相互连接后其输出端与电源输出接口相接。本例既能高效发电，又能供热且同时耗用材料成本低和占地空间小。

Description

聚光式太阳能热电联供装置
技术领域
本实用新型涉及一种热电联供装置，尤其涉及一种利用高效聚光器采集太阳能进行发电和供热的装置。
背景技术
随着全球生态环境的变化，传统化能源的危机，各国均在寻找环保的可再生能源。太阳能就是可再生能源中开发潜力最大的新能源。因此许多工作者发明了太阳能发电电池和太阳能热水器来实现太阳能发电和供热的目的，但目前市场上的太阳能发电装置又因为效率低造成本高、占用空间面积大，难以达到大规模应用，同时又很少见到一整套既能发电又能制热的，同时是高效的，且制造成本低的产品。因此开发高效发电发热且占用空间面积小，耗用太阳能硅材料电池少的热电联供装置，是目前太阳能利用技术的研究热点。
发明内容
为了克服上述缺陷，本实用新型提供一种聚光式太阳能热电联供装置，该聚光式太阳能热电联供装置既能高效发电，又能供热且同时耗用材料成本低和占地空间又小。
本实用新型为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种聚光式太阳能热电联供装置，包括聚光式热电联供发生器、保温水箱、支承托架、冷水进口、热水出口和电源输出接口，聚光式热电联供发生器设于保温水箱的下方，聚光式热电联供发生器中换热水管的出水口与保温水箱内腔连通，聚光式热电联供发生器和保温水箱设于支承托架上，冷水进口与聚光式热电联供发生器内的换热水管进水口相连通，热水出口与保温水箱的内腔相通且设于保温水箱的下部，聚光式热电联供发生器内的太阳能电池片电流输出端与电源输出接口相接。
本实用新型的进一步技术方案是：
所述聚光式热电联供发生器由透明玻璃板、聚光透镜、太阳能电池片、金属导热板、换热水管、保温材料、后背板和隔热边框组成，透明玻璃板、金属导热板和后背板间隔设于隔热边框中，透明玻璃板与金属导热板之间形成光透过腔，金属导热板和后背板之间形成保温腔，聚光透镜设于透明玻璃板的下面，太阳能电池片固定于金属导热板的上面，太阳能电池片的数量与聚光透镜的数量相等，聚光透镜的聚光焦点恰在对应太阳能电池片的上面，换热水管固定于金属导热板的下面且太阳能电池片恰分布于换热水管正上方，换热水管处于保温腔中，保温腔中填充保温材料。
所述的太阳能电池片为非晶硅多片层电池和III/V族半导体层组成的高效电池中的一种。
所述透明玻璃板相对金属导热板的距离可以调节，形成可调距离的光透过空腔体。
所述太阳能电池片和换热水管分别用银与金属导热板的上、下面焊接。
所述透明玻璃板的上表面镀有SiO2和TiO2减反射膜中的一种。
本实用新型的有益效果是：本例中的聚光式热电联供发生器不大量使用硅太阳能电池片，仅少量使用非晶硅电池片或III/V族半导体太阳能高效电池片；不使用玻璃真空集热管，仅少量使用紫铜管，节约了昂贵的硅材料资源和玻璃真空集热管，降低了材料制造成本；利用菲涅尔透镜原理将太阳能光聚集到一体，使电池片高效发电，同时使用电池片与传热金属板和紫换热铜管集成化换热技术，使太阳光的大部分热能被水吸收，达到高效发电制热的目的。因此聚光式热电联供发生器设于热电联供装置中时能高效发电，又能供热且同时耗用材料成本低和占地空间小。
附图说明：
图1为本实用新型示意图；
图2为本实用新型所述聚光式热电联供发生器剖面图；
图3为本实用新型所述太阳能电池、金属导热板和换热水管组成的一体化换热器示意图。
图1中箭头为水流方向，图3中：100-电池片接线。
具体实施方式
实施例：一种聚光式太阳能热电联供装置，包括聚光式热电联供发生器1、保温水箱2、支承托架3、冷水进口 4、热水出口5和电源输出接口 6，聚光式热电联供发生器1设于保温水箱2的下方，聚光式热电联供发生器1中换热水管的出水口与保温水箱2内腔通过连接管7相连通，聚光式热电联供发生器1和保温水箱2设于支承托架3上，冷水进口4与聚光式热电联供发生器1内的紫铜换热水管进水口相连通，热水出口5与保温水箱2的内腔相通且设于保温水箱2的下部，冷水进口 4、聚光式热电联供发生器1内的紫铜换热水管、连接管7、保温水箱2和热水出口 5构成水流通道，聚光式热电联供发生器1内的太阳能电池片电流输出端与电源输出接口6相接。
所述的聚光式热电联供发生器1由透明玻璃板11、菲涅尔聚光透镜21、太阳能电池片31、金属导热板41、紫铜换热水管51、保温材料61、后背板71和隔热边框8组成，透明玻璃板11、金属导热板41和后背板71间隔设于隔热边框8中，透明玻璃板11与金属导热板41之间形成光透过腔9，金属导热板41和后背板71之间形成保温腔10，菲涅尔聚光透镜21设于透明玻璃板11的下面，太阳能电池片31固定于金属导热板41的上面，太阳能电池片31的数量与菲涅尔聚光透镜21的数量相等，菲涅尔聚光透镜21的聚光焦点恰在对应太阳能电池片31的上面，紫铜换热水管固定于金属导热板41的下面且太阳能电池片31恰分布于换热水管正上方，换热水管处于保温腔10中，保温腔10中填充保温材料61，由太阳能电池片31、金属导热板41和紫铜换热水管51固接连成一体化太阳能电池换热器，保温材料可以用玻璃纤维，也可以是聚胺脂发泡材料。
所述的太阳能电池片31为非晶硅多片层电池和III/V族半导体层组成的高效电池中的一种。
所述聚光式热电联供发生器1中的透明玻璃板11相对金属导热板41的距离可以调节(如透明玻璃板11在隔热边框8中可上下移动，这为同领域技术人员不需付出创造性劳动即可实现的技术手段，本例不在详述)，形成可调距离的光透过空腔体9，以此来保证太阳能聚光后的焦点射在太阳能电池片31的上面。
所述太阳能电池片31和紫铜换热水管51分别用银与金属导热板41的上、下面焊接，形成一体化太阳能发电换热器。
所述透明玻璃板11的上表面镀有SiO2和TiO2减反射膜中的一种。
所述的聚光式热电联供发生器1可以设置多个，进行串并联连接，实现更多发电量和更大发热量。
本实用新型的具体应用例，其安装聚光式热电联供发生器面积为1平方米、菲涅尔透镜100个，每个面积0.01平方米，同时安装100个每个面积为1平方厘米的III/V电池片，让菲涅尔透镜的焦点一一对应的照到太阳能电池片上.在1平方米的铝导热板背面焊接10根直径为32毫米、长度为1100毫米和厚度为1.2毫米的紫铜换热水管。同时在聚光式热电联供发生器1上面安装一个80kg水容量的保温水箱。当阳光照射聚光式热电联供发生器的透明玻璃时，95％以上的阳光被吸引经菲涅尔透镜聚焦成100个焦点分别照射在100个太阳能电池片上，这时太阳能电池片每小时可发出电量约300w以上，而耗用电池总面积只为0.1平方米。如用传统方法0.1平方米的III/V族半导体太阳能电池每小时只能发电20-30w左右。该技术使太阳能电池发电量增加了十倍以上，节约了昂贵的太阳能电池。同时被聚焦的太阳光中的红外光被太阳能电池吸引后又迅速转化为热量被金属导热板传导给紫铜换热水管，给紫铜换热水管中的水加热，加热后的水又源源不断地被送入保温水箱。该装置的热能利用效率可达80％以上。因此该本实用新型是一个高效率发电制热二合一的低成本有着广阔应用市场的多功能环保装置。
以上应用实例中设置的聚光型发电制热装置如要加大发电和制热量，只需加大聚光式热电联供发生器的面积或进行多组矩阵组合进行串并联即可实现设计要求。
本实用新型的工作过程如下：
当太阳光照射到聚光式热电联供发生器上时，由于透明玻璃上减反射膜的作用，95％左右的阳光经菲涅尔透镜聚集后直射到与之一一对应的太阳能电池片上。聚焦后的太阳能光很快被太阳能电池片内的半导体吸收，产生“电子一空穴对”，形成光生载流子，通过导线连接会源源不断地产生电流，通过电源接线口可以提供给用户使用，或充入蓄电池进行电能储存。聚焦后的太阳光中的红外光很快被太阳能电池片吸收转化为热量，热量经过金属导热板的传导，均匀地传给紫铜换热水管里的水，把水加热。加热后的水传递到保温水箱中，冷水通过冷水进口再补充进来，这样就源源不断地产生热水。同时由于水的吸热和金属传热板的作用，使工作在聚焦光点上的太阳能电池温度不会太高，确保工作在额定温度范围内，保证了电池片的发电性能不下降。因此菲涅尔透镜、太阳能电池、金属导热板和紫铜管换热器的整合应用，实现了太阳能的高效热电联供功能。

Claims (6)

1.一种聚光式太阳能热电联供装置，其特征是：包括聚光式热电联供发生器(1)、保温水箱(2)、支承托架(3)、冷水进口(4)、热水出口(5)和电源输出接口(6)，聚光式热电联供发生器(1)设于保温水箱(2)的下方，聚光式热电联供发生器(1)中换热水管的出水口与保温水箱(2)内腔连通，聚光式热电联供发生器(1)和保温水箱(2)设于支承托架(3)上，冷水进口(4)与聚光式热电联供发生器(1)内的换热水管进水口相连通，热水出口(5)与保温水箱(2)的内腔相通且设于保温水箱(2)的下部，聚光式热电联供发生器(10)内的太阳能电池片(3)电流输出端与电源输出接口(6)相接。
2.根据权利要求书1所述的聚光式太阳能热电联供装置，其特征是：所述聚光式热电联供发生器(1)由透明玻璃板(11)、聚光透镜(21)、太阳能电池片(31)、金属导热板(41)、换热水管(51)、保温材料(61)、后背板(71)和隔热边框(8)组成，透明玻璃板(11)、金属导热板(41)和后背板(71)间隔设于隔热边框(8)中，透明玻璃板(11)与金属导热板(41)之间形成光透过腔(9)，金属导热板(41)和后背板(71)之间形成保温腔(10)，聚光透镜(21)设于透明玻璃板(11)的下面，太阳能电池片(31)固定于金属导热板(41)的上面，太阳能电池片(31)的数量与聚光透镜(21)的数量相等，聚光透镜(21)的聚光焦点恰在对应太阳能电池片(31)的上面，换热水管固定于金属导热板(41)的下面且太阳能电池片(31)恰分布于换热水管正上方，换热水管处于保温腔(10)中，保温腔(10)中填充保温材料(61)。
3.根据权利要求书1或2所述的聚光式太阳能热电联供装置，其特征是：所述的太阳能电池片(31)为非晶硅多片层电池和III/V族半导体层组成的高效电池中的一种。
4.根据权利要求书2所述的聚光式太阳能热电联供装置，其特征是：所述透明玻璃板(11)相对金属导热板(41)的距离可以调节，形成可调距离的光透过空腔体(9)。
5.根据权利要求书2所述的聚光式太阳能热电联供装置，其特征是：所述太阳能电池片(31)和换热水管(51)分别用银与金属导热板(41)的上、下面焊接。
6.根据权利要求书2所述的聚光式太阳能热电联供装置，其特征是：所述透明玻璃板(11)的上表面镀有SiO2和TiO2减反射膜中的一种。
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