一种可实现温度控制与热利用的太阳能-热电耦合系统技术方案

本发明专利技术公开了一种可实现温度控制与热利用的太阳能‑热电耦合系统，包括菲涅尔透镜、太阳能电池、热水环路、热电器件、冷水环路、温度控制单元，其中热水环路与冷水环路分别包含水箱、水泵、换热片和管道，温度控制单元包含感温线与温控阀门；温控阀门连接热水环路和冷水环路，感温线用来测量太阳能电池温度，当太阳能电池温度高于预设值时，温控阀门将打开，冷水环路中的冷水流入热水环路，降低热水环路水温，从而降低太阳电池的温度，实现温度控制。本发明专利技术可以将系统温度控制在预设值，减弱太阳辐照波动对系统发电效率的影响，防止系统温度过高而使太阳能电池烧坏，同时系统可以产生温度较高的热水，从而实现额外的热利用，提高太阳能利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种可实现温度控制与热利用的太阳能-热电耦合系统
本专利技术属于太阳能
，特别是一种可实现温度控制与热利用的太阳能-热电耦合系统。
技术介绍
太阳能具有储量丰富、清洁可持续等优点受到了广泛的关注与重视，相应的光热、光电利用也在陆续研究和开展。太阳能电池可以直接基于光生伏特效应发电，各式太阳能电站与分布式太阳能发电系统已逐步推广，提供了可观的电能输出。但是由于结构和材料的限制，只有少部分入射的太阳能可以被太阳能电池吸收并转化为电能，剩下的大部分太阳能最终变成热能，从而导致电池温度的升高。这不仅是一种能量的浪费，同时也对会降低太阳能电池的光电转换效率。对此，人们提出太阳能-热水(PV-T)系统，既使用水在太阳能电池背面进行冷却，降低太阳能电池温度，同时被加热的冷却水可以得到利用(ChowTT.2010.Areviewonphotovoltaic/thermalhybridsolartechnology.AppliedEnergy87:365-79)。然而，由于太阳能电池温度越高，其效率越低，这使得冷却水的温度应尽可能的低；但当冷却水温度不够高时，就不具有了利用的价值。这种太阳能发电与产生热水之间的冲突使得PV-T系统并不是提高太阳能利用率的有效方法。热电器件又称温差发电器件，通常被用于余热回收装置中。热电器件可以在其冷热端存在温差时基于塞贝克效应发电，且冷热端温差越大，热电器件发电效率越高。有研究者提出使用热电器件来吸收太阳能电池转换的热量产生额外的电能，既太阳能-热电(PV-TE)耦合系统(KilT,KimS,JeongD,GeumD,LeeS,etal.2017.Ahighly-efficient,concentrating-photovoltaic/thermoelectrichybridgenerator.NanoEnergy37:242-7)。PV-TE耦合系统对比于PV-T系统有着更高的电效率，但无法实现热利用。此外，热电器件的加入等于在太阳能电池与热沉之间增加了一层热阻，从而导致太阳能电池温度的显著升高。当太阳辐照较大、冷却不足时，太阳能电池将会被烧坏。在实际应用中，一天的太阳辐照强度不断变化的，热电器件的加入增大了太阳能电池温度和效率随太阳辐照强度变化的幅度，这使得系统稳定性变差。因此，如何消除太阳辐照强度对耦合系统的影响，提高系统稳定性和实现太阳能额外的热利用是一个技术难点。由此可知，PV-T系统和PV-TE系统各有其优点和缺点，如何能够在提高太阳能发电效率的同时实现热利用和提高系统的稳定性防止器件烧坏是有待解决的两个重要问题。但是到目前为止，并没有相关的技术来解决上述的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可实现温度控制与热利用的太阳能-热电耦合系统，以解决单纯的PV-TE耦合系统无法实现热利用和稳定性差的技术难题，使得PV-TE系统可以运行在设定的温度，拥有克服由于太阳辐射变化而带来的温度波动的能力，并且产生具有较高利用价值的热水，从而实现太阳能的高效率利用实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种可实现温度控制与热利用的太阳能-热电耦合系统，包含菲涅尔透镜、太阳能电池、第一换热片、第一水箱、第一水泵、热电器件、第二换热片、第二水箱、第二水泵、温度控制单元；所述菲涅尔透镜设置在太阳能电池上端，且菲涅尔透镜的焦点位于太阳能电池面板附近；所述第一换热片设置在太阳能电池下端；第一换热片、第一水箱、第一水泵之间通过管道构成热水环路，第一水泵将第一水箱内的水泵送至第一换热片进行循环；所述热电器件设置在第一换热片下端；所述第二换热片设置在热电器件下端；所述热电器件利用第一换热片和第二换热片之间的温差进行发电；所述第二换热片、第二水箱、第二水泵构成冷水环路，第二水泵将第二水箱内的水泵送至第二换热片进行循环；所述温度控制单元用于检测太阳能电池的温度，当检测太阳能电池的温度大于温度控制单元的设定值时，温控单元打开第二水箱与第一水箱之间的管道，将第二水箱中冷水泵送至第一水箱中，以降低第一水箱中的水温，以降低太阳能电池的温度。本专利技术与现有技术相比，其显著优点：(1)本专利技术可以根据需求，设定系统运行温度，解决了系统温度过高、器件烧坏的问题。(2)在日常太阳辐照变化的情况下，系统仍然能够保持在恒定温度，可以减弱太阳辐照强度波动对系统光电转换效率的影响。(3)可以产生较高温度的热水，解决传统系统无法实现热利用的难题，提高了太阳能的利用率。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1为本专利技术可实现温度控制与热利用的太阳能-热电耦合系统结构示意图。图2位本专利技术温控单元示意图。图3本专利技术阵列形式排列的可实现温度控制与热利用的太阳能-热电耦合系统结构示意图。图4为本专利技术耦合系统与传统的PV-TE耦合系统在相同条件下光伏电池运行温度对比图。具体实施方式为了说明本专利技术的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的介绍。结合图1，本专利技术的一种可实现温度控制与热利用的太阳能-热电耦合系统，包括菲涅尔透镜1、太阳能电池2、第一换热片3、第一水箱4、第一水泵5、热电器件6、第二换热片7、第二水箱8、第二水泵9、温度控制单元10；所述菲涅尔透镜1设置在太阳能电池2上端，且菲涅尔透镜1的焦点位于太阳能电池2面板附近；所述第一换热片3设置在太阳能电池2下端；第一换热片3、第一水箱4、第一水泵5之间通过管道构成热水环路，第一水泵5将第一水箱4内的水泵送至第一换热片3进行循环；所述热电器件6设置在第一换热片3下端；所述第二换热片7设置在热电器件6下端；所述热电器件6利用第一换热片4和第二换热片7之间的温差进行发电；所述第二换热片7、第二水箱8、第二水泵9构成冷水环路，第二水泵9将第二水箱8内的水泵送至第二换热片7进行循环；所述温度控制单元10用于检测太阳能电池2的温度，当检测太阳能电池2的温度大于温度控制单元10的设定值时，温控单元10打开第二水箱8与第一水箱4之间的管道，将第二水箱8中冷水泵送至第一水箱4中，以降低第一水箱4中的水温，从而降低太阳能电池2的温度，实现温度控制。结合图2，进一步的，所述温度控制单元10包括温控阀10-1与感温线10-2，所述温控阀门10-1一端通过管道连接第一水箱4，另一端通过管道与冷水环路的管道连接；所述感温线10-2贴在太阳能电池2的边缘，用来测量太阳能电池2的温度，当太阳能电池2的温度高于预设值时，温控阀门10-2将打开，第二水箱8内中的冷水经第二水泵9泵送至第一水箱4，降低第一水箱4中的水温。进一步的，所述温控单元10的预设温度为30～100℃，以确保太阳能电池2温度不超过其最大运行温度(通常为110℃)，防止太阳能电池2烧坏；同时保证热电器件6上下端具有较大温差，从而具有更高发电效率。进一步的，所述第一水箱4的底部还设有排水阀，第一水箱4内设有水位传感器，当第一水箱4内水位高于水位传感器的检测位置时，排水阀打开排水，同时排出的热水可二次利用。所述第二水箱8上端还设有进水阀，第二水箱8内设有水位传感器，当第二水箱8内水位低于水位传感器的检测位置时，进水阀打开进行补水。优选的，所述温控单元10的预设温度为80-100℃，太阳能-热电耦合系统光电转化效率最高，同时保证本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可实现温度控制与热利用的太阳能‑热电耦合系统，其特征在于，包含菲涅尔透镜(1)、太阳能电池(2)、第一换热片(3)、第一水箱(4)、第一水泵(5)、热电器件(6)、第二换热片(7)、第二水箱(8)、第二水泵(9)、温度控制单元(10)；所述菲涅尔透镜(1)设置在太阳能电池(2)上端，且菲涅尔透镜(1)的焦点位于太阳能电池(2)面板附近；所述第一换热片(3)设置在太阳能电池(2)下端；第一换热片(3)、第一水箱(4)、第一水泵(5)之间通过管道构成热水环路，第一水泵(5)将第一水箱(4)内的水泵送至第一换热片(3)进行循环；所述热电器件(6)设置在第一换热片(3)下端；所述第二换热片(7)设置在热电器件(6)下端；所述热电器件(6)利用第一换热片(4)和第二换热片(7)之间的温差进行发电；所述第二换热片(7)、第二水箱(8)、第二水泵(9)构成冷水环路，第二水泵(9)将第二水箱(8)内的水泵送至第二换热片(7)进行循环；所述温度控制单元(10)用于检测太阳能电池(2)的温度，当检测太阳能电池(2)的温度大于温度控制单元(10)的设定值时，温控单元(10)打开第二水箱(8)与第一水箱(4)之间的管道，将第二水箱(8)中冷水泵送至第一水箱(4)中，以降低第一水箱(4)中的水温，以降低太阳能电池(2)的温度。...

【技术特征摘要】
1.一种可实现温度控制与热利用的太阳能-热电耦合系统，其特征在于，包含菲涅尔透镜(1)、太阳能电池(2)、第一换热片(3)、第一水箱(4)、第一水泵(5)、热电器件(6)、第二换热片(7)、第二水箱(8)、第二水泵(9)、温度控制单元(10)；所述菲涅尔透镜(1)设置在太阳能电池(2)上端，且菲涅尔透镜(1)的焦点位于太阳能电池(2)面板附近；所述第一换热片(3)设置在太阳能电池(2)下端；第一换热片(3)、第一水箱(4)、第一水泵(5)之间通过管道构成热水环路，第一水泵(5)将第一水箱(4)内的水泵送至第一换热片(3)进行循环；所述热电器件(6)设置在第一换热片(3)下端；所述第二换热片(7)设置在热电器件(6)下端；所述热电器件(6)利用第一换热片(4)和第二换热片(7)之间的温差进行发电；所述第二换热片(7)、第二水箱(8)、第二水泵(9)构成冷水环路，第二水泵(9)将第二水箱(8)内的水泵送至第二换热片(7)进行循环；所述温度控制单元(10)用于检测太阳能电池(2)的温度，当检测太阳能电池(2)的温度大于温度控制单元(10)的设定值时，温控单元(10)打开第二水箱(8)与第一水箱(4)之间的管道，将第二水箱(8)中冷水泵送至第一水箱(4)中，以降低第一水箱(4)中的水温，以降低太阳能电池(2)的温度。2.根据权利要求1所述的可实现温度控制与热利用的太阳能-热电耦合系统，其特征在于，所述温度控制单元(10)包括温控阀(10-1)与感温线(10-2)，所述温控阀门(10-1)一端通过管道连接第一水箱(4)，另一端通过管道与冷水环路的管道连接；所述感温线(10-2)贴...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，殷二帅，宣益民，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32