CN108006806A - 一种光伏太阳能热电一体化系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏太阳能热电一体化系统及其工作方法，包括太阳能光伏板，所述太阳能光伏板的背面设置有蒸发器，所述蒸发器内填充有吸收太阳能光伏板的热量蒸发成为气态从而使太阳能光伏板降温的冷却介质；所述蒸发器的气体出口依次连接有集气器、压缩机、冷凝器、节流机构、液体分配器，液体分配器的出口连接至蒸发器的液体入口，形成太阳能光伏板降温循环；所述冷凝器设置在用于与冷凝器中的气态冷却介质进行换热的水容器中，所述水容器设置有低温水进水口和用于排出换热后热水以供热的出水口。本发明采用了光伏发电与高温热泵相结合，利用高温热泵的工作效果，既可降低光伏板面温度，同时可向外界输出热量，达到一举两得的经济效果。

Description

一种光伏太阳能热电一体化系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及光伏太阳能发电，特别涉及一种利用冷却技术降低光伏太阳能板表面温度，提高光伏产电量，同时将冷却热输出，使原单产电的系统转变成为热电联产系统的光伏太阳能热电一体化系统及其工作方法。

背景技术

近年来，随着城市化建设的持续发展以及人们对居住、工作环境舒适性要求的不断提高，迎来了建筑行业的快速成长，建筑能耗呈现出持续上升的态势。我国建筑能耗占全社会终端能耗的比例已从20世纪70年代末的10％上升到30％左右。因此，尽可能地利用清洁能源，加快提高清洁供暖比重已成为国家能源工作的新重点。

太阳能取之不尽、用之不竭，无须开采和运输，是开发和利用新能源与可再生能源的重要内容，有着巨大的市场前景。我国太阳能资源十分丰富，三分之二的地区年辐射总量大于5020MJ/m2，年日照时数在2200h以上，具有有效开发利用的良好条件。低温太阳能的热利用是最直接的方案，发展也最为迅速，太阳能光伏发电技术等越来越受到人们的重视。

目前传统的光伏板发电其发电效率较低，其主要原因之一是工作温度对太阳能光伏板的发电功率及发电效率有严重影响。根据科学数据，光伏板表面温度每升高1℃，太阳能光伏板的峰值功率将会下降约0.35％～0.45％，发电效率下降约0.4％～0.5％。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种光伏太阳能热电一体化系统及其工作方法，本发明采用了光伏发电技术与高温热泵技术相结合，利用高温热泵的工作效果，既可降低光伏板面温度，同时可向外界输出热量，达到一举两得的经济效果。传统光伏发电系统是单一的发电功能，本发明具备了供热和发电的双重功能，可适应全年运行。

本发明所采用的技术方案是：一种光伏太阳能热电一体化系统，包括用于发电的太阳能光伏板，所述太阳能光伏板的背面设置有平板形状的蒸发器，所述蒸发器内填充有吸收太阳能光伏板的热量蒸发成为气态从而使太阳能光伏板降温的冷却介质；所述蒸发器的气体出口依次连接有集气器、压缩机、冷凝器、节流机构、液体分配器，所述液体分配器的出口连接至所述蒸发器的液体入口，形成太阳能光伏板降温循环；所述冷凝器设置在用于与冷凝器中的气态冷却介质进行换热的水容器中，所述水容器设置有低温水进水口和用于排出换热后热水以供热的出水口。

所述蒸发器设置有保温层。

所述蒸发器的平面面积与所述太阳能光伏板背面的面积一致。

本发明所采用的另一技术方案是：一种基于上述光伏太阳能热电一体化系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤一，太阳能光伏板将热能转化为电能为电用户供电；

步骤二，蒸发器内的冷却介质吸收掉太阳能光伏板的热量，蒸发成为气态，使太阳能光伏板降温，提高太阳能光伏板的发电量；

步骤三，每个太阳能光伏板背面蒸发器内的气态冷却介质一同进入集气器中，并由压缩机吸入，提升压力后成为高压气态工质，并进入冷凝器中；

步骤四，低温水进入水容器中，与冷凝器中的气态冷却介质进行换热，使自身获得提温达到需要的热水温度，然后热水由水容器的出水口排出，供给需要的热用户使用，低温水则不断地补充进入水容器中，完成太阳能光伏板的供热循环；

步骤五，冷却介质在与水容器中的低温水换热后，冷却为液体状态，并排出冷凝器进入节流机构中，经过节流机构的作用，使液态冷却介质降低温度，并进入液体分配器中；

步骤六，在液体分配器的作用下，将等量的液体冷却介质分别输送给不同的太阳能光伏板设置的蒸发器中，完成一个太阳能光伏板的降温循环。

本发明的有益效果是：

本发明提出的光伏太阳能板热电联产系统，利用了与高温热泵的耦合技术，构成了光伏太阳能的综合利用系统，使发电和供热双重功能得以扩展。本系统在采暖期节可实施采暖，非采暖季节可提供热水使用，其主要有益效果如下：

1.光伏发电系统与高温热泵的有机耦合，降低了常规的光伏太阳能表面温度，使光伏发电量有较大的提高；

2.由于采用了高温热泵，供热温度达到60-70℃左右，可用于冬季的采暖，实现了太阳能的最大化、跨季节应用，非采暖期也可提供生活热水或生产热水；

3.如果非采暖季的热量回灌地下用于提升地温，可适于冬季单季地源热泵系统使用。

附图说明

图1：本发明一种光伏太阳能热电一体化系统结构示意图。

附图标注：1、太阳能光伏板；2、蒸发器；3、集气器；4、压缩机；5、冷凝器；6、水容器；7、进水口；8、出水口；9、节流机构；10、液体分配器；11、保温层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

在世界各国政策的有效促进下，太阳能发电技术不断进步，太阳能发电产业也有了规模化的发展，太阳能发电的成本持续降低。中国和印度两个发展中国家更是位居全球太阳能发电发展速度的前两位。根据国际能源署(IEA)2014年估计，到2050年光伏发电占全球电力消费量的16％。如果能够借助转专利的技术，将太阳能光伏板板面的温度降低15-25℃，可是其发电量在原有基础上提高15-20％以上，带来明显的经济效益。

本发明主要是通过采用加装冷却系统的方式，尽可能地降低太阳能光伏板温度，以此来提高太阳能板的光电转换效率，同时也可使用冷却热对外提供热水，使太阳能综合利用达到最优化，以便促进光伏发电系统的推广和应用。

如附图1所示，一种光伏太阳能热电一体化系统，包括用于发电的太阳能光伏板1，所述太阳能光伏板1的背面设置有平板形状的蒸发器2，所述蒸发器2内填充有吸收太阳能光伏板1的热量蒸发成为气态从而使太阳能光伏板1降温的冷却介质；所述蒸发器2的气体出口依次连接有集气器3、压缩机4、冷凝器5、节流机构9、液体分配器10，所述液体分配器10的出口连接至所述蒸发器2的液体入口，形成太阳能光伏板1降温循环；所述冷凝器5设置在用于与冷凝器5中的气态冷却介质进行换热的水容器6中，所述水容器6设置有低温水进水口7和用于排出换热后热水以供热的出水口8。

为提高蒸发器2的工作效果，所述蒸发器2设置有保温层11。

以确保蒸发器2的吸热面积达到最佳化，所述蒸发器2的平面面积与所述太阳能光伏板1背面的面积一致。

基于上述一种光伏太阳能热电一体化系统的工作方法为：步骤一，太阳能光伏板1将热能转化为电能为电用户供电；同时，在太阳能光伏板1背面置放一个平板形状的蒸发器2，蒸发器2的平面面积要与太阳能光伏板1背面的面积一致，以确保蒸发器2的吸热面积达到最佳化；步骤二，蒸发器2内部运行的冷却介质吸收掉太阳能光伏板1的热量，在蒸发器2内蒸发成为气态，使太阳能光伏板1达到降温的效果，从而提高太阳能光伏板1的发电量；步骤三，每个太阳能光伏板1背面蒸发器2内的气态冷却介质一同进入集气器3中，并由压缩机4吸入，提升压力后成为高压气态工质，并进入冷凝器5中；步骤四，冷凝器5放置在带有进出水口8的水容器6中，低温水由进水口7进入水容器6中，与冷凝器5中的气态冷却介质进行换热，使自身获得提温达到需要的热水温度，然后热水由水容器6的出水口8排出，供给需要的热用户使用，低温水则不断地补充进入水容器6中，完成太阳能光伏板1的供热循环；步骤五，冷却介质在与水容器6中的低温水换热后，冷却为液体状态，并排出冷凝器5进入节流机构9中，经过节流机构9的作用，使液态冷却介质降低温度，并进入液体分配器10中；步骤六，在液体分配器10的作用下，将等量的液体冷却介质分别输送给不同的太阳能光伏板1设置的蒸发器2中，完成一个太阳能光伏板1的降温循环。为提高蒸发器2的工作效果，可增加保温层11。

实验效果

在本发明的实验中设置了两个对照组，分别是未加装冷却系统的太阳能光伏板(编号为1号板和2号板)和加装了冷却系统的太阳能光伏板(编号为3号板和4号板)。四块太阳能板并列摆放，冷却系统的蒸发器置于3号太阳能光伏板与4号太阳能光伏板下方，同时为这两块太阳能光伏板进行冷却降温。

开启冷却系统，设定蒸发温度在10-12℃之间，3、4号太阳能光伏板近60℃减小到30℃左右，而1、2号太阳能光伏板的温度则是稳定在略高于环境温度的50℃左右，结果3、4号太阳能光伏板相对1、2号板的总发电量提高了10％。从以上实验可以看出，本发明冷却系统有着快速且高效的降温冷却效果，且可以长期稳定运行；同时运行中还可产生60℃以上的热水温度。由此可以看出，本发明冷却系统的诸多优势是以往的冷却系统所不能及的。

综合实验结果，本发明提高光伏发电量的同时产生了热水，使单一功能的光伏发电系统转变为双功能的热电联产系统，提高电量和生产热水的节煤效果也可产生经济效益和环保效益。太阳能热发电上网电价为每千瓦时1.15元，单位标煤CO2排放量为2.65kg/kg，SO2排放量为1.49g/kg，NOx排放量为1.37g/kg。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种光伏太阳能热电一体化系统，包括用于发电的太阳能光伏板，其特征在于，所述太阳能光伏板的背面设置有平板形状的蒸发器，所述蒸发器内填充有吸收太阳能光伏板的热量蒸发成为气态从而使太阳能光伏板降温的冷却介质；所述蒸发器的气体出口依次连接有集气器、压缩机、冷凝器、节流机构、液体分配器，所述液体分配器的出口连接至所述蒸发器的液体入口，形成太阳能光伏板降温循环；所述冷凝器设置在用于与冷凝器中的气态冷却介质进行换热的水容器中，所述水容器设置有低温水进水口和用于排出换热后热水以供热的出水口。

2.根据权利要求1所述的一种光伏太阳能热电一体化系统，其特征在于，所述蒸发器设置有保温层。

3.根据权利要求1所述的一种光伏太阳能热电一体化系统，其特征在于，所述蒸发器的平面面积与所述太阳能光伏板背面的面积一致。

4.一种基于上述权利要求1至3任意一项所述的一种光伏太阳能热电一体化系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，太阳能光伏板将热能转化为电能为电用户供电；

步骤二，蒸发器内的冷却介质吸收掉太阳能光伏板的热量，蒸发成为气态，使太阳能光伏板降温，提高太阳能光伏板的发电量；

步骤三，每个太阳能光伏板背面蒸发器内的气态冷却介质一同进入集气器中，并由压缩机吸入，提升压力后成为高压气态工质，并进入冷凝器中；

步骤四，低温水进入水容器中，与冷凝器中的气态冷却介质进行换热，使自身获得提温达到需要的热水温度，然后热水由水容器的出水口排出，供给需要的热用户使用，低温水则不断地补充进入水容器中，完成太阳能光伏板的供热循环；

步骤五，冷却介质在与水容器中的低温水换热后，冷却为液体状态，并排出冷凝器进入节流机构中，经过节流机构的作用，使液态冷却介质降低温度，并进入液体分配器中；

步骤六，在液体分配器的作用下，将等量的液体冷却介质分别输送给不同的太阳能光伏板设置的蒸发器中，完成一个太阳能光伏板的降温循环。