一种太阳能综合能源利用系统

摘要

本发明涉及一种太阳能综合能源利用系统，包括聚光光伏发电系统及聚光光伏光热系统，聚光光伏发电系统包括电池组件；聚光光伏光热系统包括集热器及水循环系统；集热器包括水冷槽，水冷槽通过导热胶与电池组件的散热面连接，用于通过水冷槽将电池组件产生的热量由水冷槽内流动的冷却水带走，并回收所述热量；水循环系统包括设于建筑物内的水箱，水冷槽出水口通过管路与水箱连接；水箱通过水泵与水冷槽的进水口连接，用于将水箱内的水送入水冷槽内。本发明可以给高倍聚光光伏系统提供一种可靠性好，散热效果好，并能够兼顾散热和热利用的太阳能光伏能源综合利用方案，能够延长聚光光伏系统电池组件寿命和提高光伏系统能量利用效率。

说明书

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳能综合能源利用系统。

背景技术

太阳能储量大、分布广、绿色清洁,具有很大的利用空间,在能源危机及环境问题受到世界广泛关注的时候,太阳能的优势得以体现。光伏发电技术如今已经不断成熟完善,但是普通晶硅电池制造过程高耗能高污染并且发电效率较低。聚光光伏发电技术是一种通过聚光器件将大面积的太阳光汇聚到小面积光伏电池上发电的技术，大幅减少了光伏电池的用量，相比传统的光伏电池，聚光光伏电池的用量减少到1/7000～1/10000，是对光伏发电行业的重要革新。然而，聚光光伏电池会产生较大热量，从而降低光伏电池效率，甚至烧毁电池。因此，对电池进行有效散热、控制电池表面温度是对系统进行优化的重要途径。

目前，聚光光伏系统多采用被动冷却(空气冷却)方式对光伏电池片进行冷却，被动冷却是在聚光光伏电池的背面覆盖一块带有凹槽的铝板，当自然风通过铝板上的凹槽时带走聚光光伏电池散发出来的热量，从而冷却聚光光伏电池，由于被动冷却方式效率较低，对低倍光伏发电系统较为适用，但在高倍聚光光伏系统中，由于聚光倍数增加，产热量较低倍光伏更为显著，被动冷却效率远不能满足高倍聚光光伏系统散热要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能综合能源利用系统，通过在光伏电池片下部安装水槽，利用循环水对聚光光伏电池片进行主动冷却，同时加热循环水，并供给用户使用，以实现聚光光伏电池热面温度控制以及余热的传递和转换。

本发明提供了一种太阳能综合能源利用系统，包括聚光光伏发电系统及聚光光伏光热系统，所述聚光光伏发电系统包括电池组件；所述聚光光伏光热系统包括集热器及水循环系统；

所述集热器包括水冷槽，所述水冷槽通过导热胶与所述电池组件的散热面连接，用于通过所述水冷槽将所述电池组件产生的热量由所述水冷槽内流动的冷却水带走，并回收所述热量；

所述水循环系统包括设于建筑物内的水箱，所述水冷槽出水口通过管路与所述水箱连接，用于通过所述水箱为用户提供热水；所述水箱通过水泵与所述水冷槽的进水口连接，用于将所述水箱内的水送入所述水冷槽内。

进一步地，所述电池组件的上表面通过框架及玻璃盖板封装，所述玻璃盖板与所述电池组件上表面之间设有空气层。

进一步地，所述玻璃盖板镀有增透膜，用于减小反射和材料吸收。

进一步地，所述水冷槽面积大于所述电池组件的面积。

进一步地，所述水冷槽槽体所采用的材料为铜或铝。

进一步地，所述水冷槽为双路结构，分左右两路通道，所述水冷槽的进水口设于所述水冷槽槽体的中间位置。

进一步地，所述水冷槽外侧涂覆有隔热涂层。

进一步地，所述水箱连接有用于补水的补水管路及补水阀门。

进一步地，所述水箱为保温水箱，所述水冷槽出水口至所述水箱的管路外壁包敷有隔热层。

进一步地，所述聚光光伏发电系统为高倍聚光光伏发电系统。

借由上述方案，通过太阳能综合能源利用系统，可以给高倍聚光光伏系统提供一种可靠性好，散热效果好，并能够兼顾散热和热利用的太阳能光伏能源综合利用方案，能够延长聚光光伏系统电池组件寿命和提高光伏系统能量利用效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

附图说明

图1是本发明太阳能综合能源利用系统的结构示意图；

图2是本发明集热器的结构示意图；

图3是本发明水冷槽的结构示意图；

图4是本发明水循环系统的结构示意图。

图中标号：

1-聚光光伏发电系统；11-逆变器；12-跟踪系统；13-电池组件；

21-集热器；211-玻璃盖板；212-空气层；213-导热胶；214-水冷槽；215-框架；216-隔热涂层；221-水箱；222-水泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参图1至图4所示，一种太阳能综合能源利用系统，包括聚光光伏发电系统1及聚光光伏光热系统，聚光光伏发电系统1包括电池组件13；聚光光伏光热系统包括集热器21及水循环系统；

集热器21包括水冷槽214，水冷槽214通过导热胶213与电池组件13的散热面连接，用于通过水冷槽214将电池组件13产生的热量由水冷槽214内流动的冷却水带走，并回收热量；

水循环系统包括设于建筑物内的水箱221，水冷槽21出水口通过管路与水箱221连接，用于通过水箱221为用户提供热水；水箱221通过水泵222与水冷槽214的进水口连接，用于将水箱221内的水送入水冷槽21内。

通过该通过太阳能综合能源利用系统，可以给高倍聚光光伏系统提供一种可靠性好，散热效果好，并能够兼顾散热和热利用的太阳能光伏能源综合利用方案，延长聚光光伏系统电池组件寿命和提高光伏系统能量利用效率。

下面对本发明作进一步详细说明。

针对聚光光伏电池在高温环境下发电效率较低，过度产热会影响电池片寿命。本实施例提供了一种利用循环水与电池片进行热交换的系统，将散热和热利用巧妙结合，利用独特的高效散热兼热回收系统，实现聚光光伏电池热面温度的控制以及余热的传递和转换，将回收的余热为用户提供热能供应一体化解决方案，既可有效降低单位投资成本，又能满足用户的各种需求。

该太阳能综合能源利用系统，适合于乡村校舍、医院、厂房等公共建筑，偏远乡村和别墅区用户，海岛、边防站以及光伏农业等。该系统具体包括如下分系统：

(一)聚光光伏发电系统

参图1所示，本系统采用500倍高倍聚光光伏发电系统由聚光电池阵列、架体、方位和仰角驱动器、跟踪器、控制器等组成。聚光太阳能电池、散热器和菲涅尔透镜固定在阵列支架上，阵列支架十分平整，支架上的聚光电池保持在同一平面和相互平行的平面内，具有抗暴风的能力，同时还有避雷措施。驱动器由方位和仰角驱动电机及减速齿轮组成，聚光电池阵列采用高精度跟踪系统，并且双轴自动跟踪，由内置软件设定启动电机跟踪角度值和其他功能，如昼夜控制、阴雨天控制、过云控制、大风控制等。

聚光电池模块：

聚光电池模块(电池组件13)由聚光光伏组件、旁路二极管、反射器、聚光器、散热器以及壳体组成。该部分的关键部位使用三结砷化镓电池。

太阳能聚光方式采用两级聚光，一级聚光为折射式聚光，利用菲涅尔透镜，利用光在不同介质的界面发生折射的原理制成，具有与一般球面透镜相同的作用。镜片采用透光良好的丙烯酸树脂。二次镜使用不锈钢圆锥形反射镜来增加光线接受角度。其特点是直径很大的菲涅尔透镜可以做得很薄，与球面透镜相比可以大大减轻透镜的重量，菲涅尔透镜也是聚光电池模块的主要部件，具有体积小、重量轻、加工方便、透光率高等特点。菲涅尔透镜一方面对太阳光进行聚焦，另一方面对电池组件也起保护作用。

跟踪系统：

为了更好的利用太阳能，本实施例配备了跟踪系统12。通过传感器将信号传给控制器，控制方位和仰角驱动器，达到追日的目的。

太阳能传感器是把聚光电池阵列法线偏离太阳光线的角度信号转变为电信号的装置，是跟踪系统的重要部件，在很大程度上解决跟踪的精度。太阳传感器测量太阳的方位，如有偏向，通过驱动电机的运转时电池阵列对准太阳。

风力传感器采用感应式器件，当风力达到一定程度(如8级风)时，控制器控制仰角驱动电机运转，使阵列向水平方向运行，直到阵列受力最小为止，在这种状况下，仰角驱动电机不受方位太阳传感器控制。

日光开关采用光敏器件，使白天太阳能电池阵列受方位太阳传感器控制而与转；夜间，阵列不受方位太阳传感器控制，而仅受日光开关控制向东方运行，即阵列返回到早晨初始位置。

逆变器系统；

系统采用15kW组串型逆变器11，每个独立聚光光伏单元配备一台15kW组串型逆变器，组串型逆变器具备多路MPPT功能。

(二)聚光光伏光热系统

光热系统利用高倍聚光光伏系统产生的高温热量产生太阳能热水供生活区使用，提高太阳能综合能源利用水平，同时还可通过循环水给聚光模组中的光伏电池散热。光热系统包括集热器及水循环系统。

参图2所示，集热器21主要由玻璃盖板211、空气层212、导热胶213、水冷槽214和框架215组成。电池组件13的上表面通过框架215及玻璃盖板211封装，玻璃盖板211与电池组件13上表面之间设有空气层212。其中玻璃盖板211镀有增透膜以减小反射和材料吸收，玻璃层(玻璃盖板)一方面可以有效防止电池芯片与外界环境直接接触，保护电池，另一方面配合空气层可以控制热交换，减少热量从上表面过多散失；电池组件13靠导电胶与水冷槽214相连，其热量由水冷槽214里流动的冷却水带走，水冷槽214面积略大于电池组件面积，可以吸收部分未照射到电池组件13表面的光能；水冷槽214槽体材料选择热导率较高的铜或铝，使热量得到更好的利用；在水冷槽214外侧涂覆隔热涂层216，一定程度上减少热量在空气中的散失。

参图3所示，集热器水冷槽214结构采用双路设计，分左右两路通道，使冷却效果更加均匀；由于光的汇聚以及像差的存在会使电池芯片中心温度高于四周温度，因此将进水口设置在槽体中间可以使冷却效果更加明显。

参图4所示，水冷槽214出水口通过水管与建筑物内水箱221相连，该段管路需要在外壁包覆隔热层，并且管路距离尽可能短，以此降低水在管道中的温度流失；水箱221应具备保温功能，设置两个入口和两个出口，入口分别供光伏热利用热水及自来水进入，其中自来水用于水箱221缺水时的补充，此处设置阀门，处于长期联通状态，仅在安装维修时关闭；出口一端连接花洒、水龙头等器具供用户生活输出，另一端通过水泵222与水冷槽214入水口相连，在水泵222的作用下将水导入光热系统；连接水泵段的管路无需隔热，长度可以适当增加，或者在合适的位置添加强制冷却装置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。