本发明专利技术涉及一种基于光热协作发电的聚光型热管式光伏光热系统，属于能源利用技术领域。包括菲涅尔透镜、光伏及集热机构、温差发电片及冷却机构和热回收机构；光伏及集热机构包括由上至下设于金属箱体内光伏电池、吸热板、热管和第一保温层；菲涅尔透镜位于光伏电池的上方；温差发电片及冷却机构包括由上至下依次固定连接的热管的冷凝端、换热板、温差发电片、水冷散热器和第二保温层；热回收机构包括依次连通形成水循环系统的水管、水泵和水箱；光伏电池和温差发电片、逆变器和蓄电池电连接构成电能回收系统。本发明专利技术聚光型热管式光伏光热系统实现了光伏发电、温差发电片热电发电和水箱回收热利用三种能量转换，太阳能光伏光热综合利用效率为73.71%。利用效率为73.71%。利用效率为73.71%。
【技术实现步骤摘要】
一种基于光热协作发电的聚光型热管式光伏光热系统
[0001]本专利技术属于能源利用
，具体涉及太阳能光伏和光热的综合应用。
技术背景
[0002]能源是国家繁荣和经济可持续发展的重要基础和支撑。由于化石能源的开发利用对环境危害极大，可再生能源受到了人们的广泛关注。太阳能作为新能源利用形式之一，清洁环保，取之不尽，用之不竭。技术的不断进步和提高太阳能利用效率是目前太阳能利用需要解决两大问题。
[0003]太阳能光伏光热综合利用技术是将光伏电池与太阳能集热技术结合起来，在太阳能转换为电能的同时，电池的多余的热量由集热组件中的冷却介质带走并加以利用，可以同时获得电、热两种能量。该技术既能够提高太阳能的综合利用效率，又能满足普通用户的用热水需求，并且提供部分可用电能。该技术可以降低成本，并且具有电、热输出灵活配置等优点。
[0004]半导体温差发电片是一种固态热机，是通过塞贝克效应将作用在其上的高温端与低温端的温差产生的热能转变为电能，从而获得有效的电力输出。目前，将光伏光热综合利用装置与温差发电片相结合的系统多是在光伏电池的下方贴附温差发电片，使光伏电池的热量直接传递到温差发电片的高温端，而温差发电片的低温端与下方焊接有铜水管的吸热板相连，通过水流带走热量，同时实现回收热水、完成系统的二次发电的作用。但是温差发电片作为一种存在一定的热阻的器件，在一定程度上阻碍了传热，导致得热量的减小，在水箱初温为15℃、环境温度为18℃、800 W/m2的辐照条件下，系统运行一天后水箱温度只有20.15℃。并且将温差发电片直接放置于光伏电池与吸热板之间时，其高、低温端的温差较小，导致温差发电片的电性能有限，全天运行后温差发电片产生的总电能仅为0.42 J。
[0005]因此，如何能够适当减少温差发电片对光伏光热综合利用系统的热性能的不利影响，且提高温差发电片在该系统应用中的电性能，以及提高太阳能光伏光热综合利用效率是目前需要解决的问题。
技术实现思路
[0006]为了提高太阳能光伏光热综合利用装置与温差发电片相结合的系统的电性能，同时，提高太阳能光伏光热综合利用效率，本专利技术提供一种基于光热协作发电的聚光型热管式光伏光热系统。
[0007]一种基于光热协作发电的聚光型热管式光伏光热系统包括平板状的菲涅尔透镜1、光伏及集热机构、温差发电片及冷却机构和热回收机构；所述光伏及集热机构包括光伏电池2、吸热板3、热管4、第一保温层5和金属箱体6；所述光伏电池2、吸热板3、两根以上的热管4的蒸发端和第一保温层5由上至下依次设于金属箱体6内；所述菲涅尔透镜1位于光伏电池2的上方；
所述温差发电片及冷却机构包括换热板7，所述热管4的冷凝端位于换热板7的空心夹层内；换热板7的两侧面分别依次设有温差发电片8、水冷散热器9和第二保温层10；所述热回收机构包括水管11、水泵12和水箱13，水管11、水泵12和水箱13依次连通形成水循环系统；所述水冷散热器9并联在水管11上；光伏电池2和温差发电片8通过导线14连接与逆变器15和蓄电池16连接构成电能回收系统；光伏及集热机构中的光伏电池2吸收太阳能，一部分通过光电效应被转化成电能，光伏电池2与温差发电片8所发电量经过逆变器15存储到蓄电池16中；另一部分转换为热能，该热能被吸热板3吸收，并通过热管4的蒸发端传递到冷凝端，为温差发电片8提供高温热源，实现热电二次发电；多余热量被水冷散热器9内的循环水吸收，经过换热后的高温水经水管11由上部进入水箱13；同时，水箱13中下部的水由水泵12的加压泵入水冷散热器9，实现水的循环加热。
[0008]所述菲涅尔透镜1和光伏电池2之间的间距h为1.5m。
[0009]所述光伏电池2的上表面覆盖有一层透明的聚氟乙烯复合膜（Tedlar-PET-Tedlar，TPT）和一层乙烯-醋酸乙烯共聚物（Ethylene Vinyl Acetate Copolymer，EVA），起到保护和支撑的作用；光伏电池2和吸热板3之间通过乙烯-醋酸乙烯共聚物和黑色的聚氟乙烯复合膜连接，透明的聚氟乙烯复合膜、乙烯-醋酸乙烯共聚物、光伏电池2、乙烯-醋酸乙烯共聚物、黑色的聚氟乙烯复合膜五层材料与吸热板3压合形成复合板。
[0010]所述光伏电池2为单晶硅电池。
[0011]所述吸热板3为铜板、铝板或不锈钢板；吸热板3上设有两条以上等距的凹槽，两根以上的热管4的蒸发端分别对应位于两条以上的凹槽内。
[0012]所述热管4为重力式热管，热管内部的冷却液为R410A。
[0013]所述第一保温层5和第二保温层10的材料均为玻璃纤维、聚氨酯或者酚醛树脂。
[0014]所述金属箱体6的材料为铝，箱体的壁厚为14mm。
[0015]所述换热板7的材料为铝，换热板7为空心板，所述热管4的冷凝端位于换热板7的空心夹层内。
[0016]所述温差发电片8的型号为TGM-287-1.4-1.5。
[0017]本专利技术的有益技术效果体现在以下方面：1.本专利技术采用线性菲涅尔透镜进行聚光，将太阳光聚集到小尺寸的光伏电池上，较之非聚光的太阳能系统，采用菲涅尔透镜进行聚光可以获得更高的能量密度。通过提高透镜的聚光比，使得获得相同能量的光伏电池的面积减小，因而减少了光伏电池的使用数量，从而降低了系统的成本。此外，由于线性菲涅尔透镜的设置提高了整个系统的能量密度，所以相同数量温差发电片的热流密度增大，使温差发电片高温端的温度提高了26.15℃，对于采用温差发电片进行二次发电是有利的。
[0018]2. 热管作为一种在一定距离内以较小的温度梯度传递热量的一种高效传热装置，具有质轻、快速均温等特点。热管包括蒸发端、冷凝端及绝热端，当热管蒸发端受热时，毛细管芯中的液体迅速蒸发，蒸汽在微小的压力差驱动下流向冷凝端，并释放热量，重新凝结成液体，然后再沿管内壁并借助毛细力的作用流回蒸发端，进行循环，不断地将热量从蒸发端向冷凝端传输。本专利技术使用热管不仅解决了普通太阳能光热光电综合利用系统不能在
寒冷条件下使用的问题，同时，可以汇聚更大的热流于温差发电片的高温端，使得温差发电片高温端的温度提高了7.6℃。
[0019]3. 与直接将温差发电片贴附于光伏电池底部的装置相比，本专利技术将温差发电片模块均匀放置于与热管冷凝端相连的换热板与水冷散热器之间，减小了光伏板与吸热板之间的传热热阻，提高了系统的热效率约10.02%。同时，通过菲涅尔透镜与热管汇聚的高温热流作用于温差发电片的高温端，冷却水直接对温差发电片的低温端进行冷却，温差发电片两侧的温差增大，根据其原理，温差发电片的发电效果更明显，在相同条件下由过去的全天温差发电片发电量0.42kJ增加到90.21kJ。
[0020]综上所述，基于光热协作发电的聚光型热管式光伏光热系统能有效利用系统产生的低品位热能进行热电二次发电，实现了光伏电池发电、温差发电片热电发电和水箱回收热利用三种能量转换，太阳能光伏光热综合利用效率为73.71%，具有很好的使用和推广价值。
附图说明
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于光热协作发电的聚光型热管式光伏光热系统，其特征在于：包括平板状的菲涅尔透镜（1）、光伏及集热机构、温差发电片及冷却机构和热回收机构；所述光伏及集热机构包括光伏电池（2）、吸热板（3）、两根以上的热管（4）、第一保温层（5）和金属箱体（6）；所述光伏电池（2）、吸热板（3）、热管（4）的蒸发端和保温层（5）由上至下依次设于金属箱体（6）内；所述菲涅尔透镜（1）位于光伏电池（2）的上方；所述温差发电片及冷却机构包括换热板（7），所述热管（4）的冷凝端位于换热板（7）的空心夹层内；换热板（7）的两侧面分别依次设有温差发电片（8）、水冷散热器（9）和第二保温层（10）；所述热回收机构包括水管（11）、水泵（12）和水箱（13），水管（11）、水泵（12）和水箱（13）依次连通形成水循环系统；所述水冷散热器（9）并联在水管（11）上；光伏电池（2）和温差发电片（8）通过导线（14）与逆变器（15）和蓄电池（16）连接构成电能回收系统；光伏及集热机构中的光伏电池（2）吸收太阳能，一部分通过光电效应被转化成电能，光伏电池（2）与温差发电片（8）所发电量经过逆变器（15）存储到蓄电池（16）中；另一部分转换为热能，被吸热板（3）吸收，并通过热管（4）的蒸发端传递到冷凝端，为温差发电片（8）提供高温热源，实现热电二次发电；多余热量被水冷散热器（9）内的循环水吸收，经过换热后的高温水经水管（11）由上部进入水箱（13）；同时，水箱（13）中下部的水由水泵（12）的加压泵入水冷散热器（9），实现水的循环加热。2.根据权利要求1所述的一种基于光热协作发电的聚光型热管式光伏光热系统，其特征在于：所述菲涅尔透镜（1）和光伏电池（2）之间的间距h为1.5m。3.根据权利要求1所述的一种基于光热协作发电的聚光型热管式光伏光热系统，其特征在于：所述光伏电池（2）的上表...
【专利技术属性】
技术研发人员：季杰，温馨，宋智莹，李照萌，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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