一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統的制作方法
【專利摘要】一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統，所述聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統包括一個或多個光電發電子系統，一個或多個光熱集熱利用子系統，一個或多個聚光子系統，一個智能控制子系統。本發明所公開的一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統，將太陽能應用技術中的光電和光熱技術綜合利用，提升太陽能綜合利用率50％以上，采用聚光設計增加光伏晶片的單位面積發電量5倍～120倍，利用太陽追蹤技術，保障了設備的穩定性和持續性，提升總發電量15％～30％，大幅降低設備投資成本，使太陽能利用設備的設計和應用實現小型化、移動化和智能化。
【專利說明】一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統

【技術領域】
[0001]本發明涉及太陽能應用領域，尤其涉及太陽能光伏發電設備領域，同時涉及太陽能熱能利用設備領域。

【背景技術】
[0002]隨著社會經濟的快速發展，煤、石油、天然氣等不可再生的傳統能源的消耗逐步加重，從而帶來的能源危機引起社會的廣泛關注。因此，新興能源替代傳統能源作為一個重要的科技發展方向和解決途徑得到飛速的發展。其中，太陽能的開發利用成為技術發展最快市場潛力最大的【技術領域】。
[0003]近年來，我國太陽能光伏發電和太陽能熱水器領域從技術開發、裝備生產到市場推廣利用均達到國際同步水平。太陽光利用技術的飛速發展，表現在光電轉換效率的不斷提高，設備制造成本的持續下降，以及各種新型太陽能轉換裝置的問世等方方面面。
[0004]目前，太陽能的利用技術發展為兩個分支，即太陽能光伏【技術領域】和太陽能熱水器【技術領域】兩個方面。但是，兩個【技術領域】的發展朝向兩個獨立的極端方向，在各自【技術領域】中均達到了較高的發展水平。然而目前的技術研究，僅是針對性地進行在兩個獨立的【技術領域】進行互補利用開發，而未實現綜合利用技術的發展。
[0005]由于現有技術的限制，一般太陽能光伏發電設備的體積較大，太陽能電池的光電轉化效率一般為10%?30%，70%?90%的能源在光電轉化過程中轉化為熱能，成為光伏發電的副產品。熱能的大量聚集會使光伏晶片內部的工作溫度升高，將進一步導致光電轉化效率降低、晶片使用壽命減少等。因此，熱能的及時疏散成為太陽能光伏技術發展的又一個新難題。
[0006]太陽能光熱利用領域中，尤其以太陽能熱水器的技術發展的發展最為突出，目前已發展成型的有蜂窩式、真空管式、熱管真空管式和全息分光式太陽能熱水器等。但是，現有的太陽能熱水器未實現智能控制，僅為單一的靜態式熱能轉換，因此太陽能熱轉化效率僅為30%?40%，60%?70%的熱能未得到有效利用而被浪費。
[0007]綜上所述，為了能夠有效地解決能源危機問題，充分利用可再生型太陽能自然資源，更好地推廣太陽能應用技術，綜合利用太陽能光伏發電技術和光熱利用技術，提升設備對太陽能的利用效率，降低設備的投資成本和制造成本，亟需開發一種發電效率更高、能效利用更好、智能控制、移動便攜、造價低廉、更利于推廣綠色能源的太陽能光伏發電與集熱利用的綜合應用設備。


【發明內容】

[0008]為了解決上述技術中的缺點和不足，本發明提供了一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統。
[0009]本發明技術方案如下:
[0010]一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統，所述聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統包括一個或多個光電發電子系統，一個或多個光熱集熱利用子系統，一個或多個聚光子系統，一個智能控制子系統。
[0011]所述光電發電子系統包含至少一組位于熱傳導基座上的光伏電池組，至少一組位于集熱回收管外側的熱傳導基座，和一個電力輸出網絡。
[0012]所述光伏電池組由光伏晶片按序排列組成，用于將設備所接收的太陽光進行光伏效應，轉化為電能，所述光伏晶片的組成材料為S1、Ge等單元素材料，和GaAs、CdTe,CuInGaSe等多元素的化合物材料中的一種或多種。
[0013]較佳的，所述光伏電池組的尺寸與集熱回收管的尺寸匹配，長度為1cm?10000cm,寬度為0.1cm?200cm，對于小型系統，優選長度為10cm?500cm，優選寬度為Icm ?1cm0
[0014]較佳的，所述熱傳導基座將光伏電池組在光伏效應的過程中所生成的熱能及時疏散并定向轉移至集熱回收管，其組成材料為鋁、鋁合金、銅、銅合金等金屬和合金材料，金屬氧化物和陶瓷類材料，以及DLC類金剛石薄膜材料中的一種或多種。
[0015]所述電力輸出網絡用于輸出光伏電池組所產生的電能，包括一個逆變器和一個輸出網絡，所述逆變器將所述光伏晶片所生成的電能轉化為直流電(DC)和交流電(AC)的形式輸出到用戶端，所述電能的使用方式包括并網使用和蓄電系統儲備。
[0016]所述光熱集熱利用子系統包含至少一組集熱回收管、控制器、進水管、出水管、溫度檢測器、電耦合流量控制閥，和一組熱水儲備器。
[0017]所述集熱回收管為中空管，其內部為冷水加熱區域，用于將冷水通過熱傳導和熱交換加熱為所需的熱水；其外側上層為光熱轉換吸熱層，用于吸收設備表面所接收的太陽光及熱能；其外側下層為聚熱絕緣層，用于定向傳導由光伏電池組所生產的余熱，并對電池組形成電氣絕緣作用。
[0018]所述集熱回收管的兩端分別為進水口和出水口，分別連接有進水管和出水管，用于冷熱水的傳輸；進水管和出水管的接口處各設有一個電耦合流量控制閥，用于控制和調節冷水進水和熱水出水的流量大小；出水口和電耦合流量控制閥之間設有一個控制器和一個溫度檢測器，用于實時檢測熱水出水的水溫，并反饋至智能控制子系統，控制調節電耦合流量控制閥；出水口的電耦合流量控制閥通過出水管連接到熱水儲備器，熱水儲備器用于保溫儲存由系統產生的熱水。
[0019]較佳的，所述集熱回收管的尺寸與光伏電池組的尺寸匹配，長度為1cm?10000cm,寬度為0.1cm?200cm，對于小型系統，優選長度為10cm?500cm，優選寬度為Icm ?1cm0
[0020]較佳的，所述集熱回收管的組成材料為鋁、鋁合金、銅、銅合金等金屬和合金材料，金屬氧化物和陶瓷類材料，以及DLC類金剛石薄膜材料中的一種或多種。
[0021]所述聚光子系統包含至少一個鏡面反射聚光器和太陽追蹤系統。
[0022]所述鏡面反射聚光器呈內凹拋物面型凹槽，其內側表面為鏡面，用于最大程度將所接收到的太陽光反射并集中到光伏晶組上，鏡面反射聚光器的開口部由透光板封閉，用于保護其內部結構。
[0023]較佳的，所述鏡面反射聚光器的尺寸與光伏電池組的尺寸匹配，長度為1cm?10000cm，開口寬度為Icm?100cm，優選長度為10cm?500cm，優選寬度為1cm?50cm。
[0024]所述太陽追蹤系統包括智能型支撐架、智能型升降架、智能型懸掛架中的一種或多種，用于實時追蹤太陽位置，校正鏡面反射聚光器的接收位置和方向，保障鏡面反射聚光器的太陽光接收面實時正對太陽，使太陽光的聚集效率達到最大化。
[0025]所述智能控制子系統包括光伏優化控制器、逆變控制器、太陽追蹤控制器、溫度控制器，和遠程遙控控制器，用于控制光電光熱一體化綜合利用系統的智能化運行。
[0026]本發明的積極進步效果在于:
[0027]1、本發明所公開的一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統，將太陽能應用技術中的光電和光熱技術綜合利用，使光伏發電與集熱過程中所產生的熱能充分利用，實現太陽能利用率提升50%以上。
[0028]2、本發明所公開的一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統采用聚光設計，提升光伏晶片的太陽能接收強度5倍?120倍，即提升光伏晶片的單位面積發電量5倍?120倍，從而有效的降低了光伏材料的使用率，使光伏設備的設計小型化、輕型化。
[0029]3、本發明所公開的一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統，利用太陽追蹤技術，保障了光伏發電與集熱系統的穩定性和電力輸出的持續性，較固定類型產品提升發電量達15%?30%。
[0030]4、本發明所公開的一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統，在保障發電效率的同時，有效簡化了設備的制造流程，縮短了產品的加工周期，并大幅降低了設備的生產成本和投資成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本發明所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統的整體工作原理及其流程示意圖；
[0032]圖2為本發明所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統的一種結構示意圖；
[0033]圖3為本發明所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統的另一種結構示意圖；
[0034]圖4為本發明所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統的一個單元的結構示意圖；
[0035]圖5為本發明所述的光電發電子系統、光熱集熱子系統和聚光子系統的截面剖視圖；
[0036]圖6為本發明所述的光電發電子子系統和光熱集熱子系統的局部剖視圖。

【具體實施方式】
[0037]下面結合附圖給出本發明的【具體實施方式】，以詳細說明本發明的技術方案，但本發明并不局限與此。
[0038]如圖1-5所示，一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統，所述聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統包括一個或多個光電發電子系統，一個或多個光熱集熱利用子系統，一個或多個聚光子系統，一個智能控制子系統。
[0039]所述光電發電子系統包含至少一組位于熱傳導基座120上的光伏電池組110，至少一組位于集熱回收管310外側的熱傳導基座120,和一個電力輸出網絡；所述光熱集熱利用子系統包含至少一組集熱回收管310、控制器320、溫度檢測器330、進水管341、出水管342、電耦合流量控制閥351和352，和一組熱水儲備器360 ;所述聚光系統包含至少一個鏡面反射聚光器210和太陽追蹤系統支架213和214 ;所述智能控制子系統包括光伏優化控制器、逆變控制器、太陽追蹤控制器、溫度控制器，和遠程遙控控制器。
[0040]較佳的，所述光伏電池組110由光伏晶片按序排列組成，用于將設備所接收的太陽光100進行光伏效應，轉化為電能，所述光伏晶片的組成材料為S1、Ge等單元素材料，和GaAs、CdTe, CuInGaSe等多元素的化合物材料中的一種或多種。
[0041 ] 較佳的，所述光伏電池組110的尺寸與集熱回收管310的尺寸匹配，光伏電池組的長度為1cm?10000cm,優選為10cm?500cm,更優選150cm?200cm ;光伏電池組的寬度為0.1cm?200cm,優選為Icm?1cm,更優選為3cm?5cm。
[0042]較佳的，所述熱傳導基座120將光伏電池組110在光伏效應的過程中所生成的熱能及時疏散并定向轉移至集熱回收管310，熱傳導基座的組成材料為鋁、鋁合金、銅、銅合金等金屬和合金材料，金屬氧化物和陶瓷類材料，以及DLC類金剛石薄膜材料中的一種或多種。
[0043]所述電力輸出網絡用于輸出光伏電池組所產生的電能，包括一個逆變器和一個輸出網絡，所述逆變器將所述光伏晶片所生成的電能轉化為直流電(DC)和交流電(AC)的形式輸出到用戶端，所述電能的使用方式包括并網使用和蓄電系統儲備。
[0044]所述集熱回收管310為中空管，其內部為冷水加熱區域，用于將冷水通過熱傳導和熱交換加熱為所需的熱水；其外側上層為光熱轉換吸熱層，用于吸收設備表面所接收的太陽光100及熱能；其外側下層為聚熱絕緣層，用于定向傳導由光伏電池組所生產的余熱，并對電池組形成電氣絕緣作用。
[0045]所述集熱回收管310的兩端分別為進水口和出水口，分別連接有進水管341和出水管342，用于冷熱水的傳輸；進水管341和出水管342的接口處各設有一個電耦合流量控制閥351和352，用于控制和調節冷水進水和熱水出水的流量大小；出水口的出水管342和電耦合流量控制閥352之間設有一個控制器320和一個溫度檢測器330，用于實時檢測熱水出水的水溫，并反饋至智能控制子系統，控制調節電耦合流量控制閥351和352 ;出水口的電耦合流量控制閥352通過出水管連接到熱水儲備器360，熱水儲備器360用于保溫儲存由系統產生的熱水。
[0046]較佳的，所述集熱回收管310的尺寸與光伏電池組110的尺寸匹配，集熱回收管的長度為1cm?10000cm,優選為10cm?500cm,更優選150cm?200cm ;光伏電池組的寬度為0.1cm?200cm,優選為Icm?1cm,更優選為3cm?5cm。
[0047]較佳的，所述集熱回收管的組成材料為鋁、鋁合金、銅、銅合金等金屬和合金材料，金屬氧化物和陶瓷類材料，以及DLC類金剛石薄膜材料中的一種或多種。
[0048]所述鏡面反射聚光器210呈內凹拋物面型凹槽，其內側表面211為鏡面，用于最大程度將所接收到的太陽光100反射并集中到光伏晶組110上，鏡面反射聚光器210的開口部由透光板212封閉，用于保護其內部結構。
[0049]較佳的，所述鏡面反射聚光器210的尺寸與光伏電池組匹配，鏡面反射聚光器的長度為1cm?10000cm,優選為10cm?500cm,更優選150cm?200cm ;開口寬度為1cm?100cm,優選為1cm?50cm更優選為30cm?50cm。
[0050]所述太陽追蹤系統包括智能型支撐架213、智能型升降架214、智能型懸掛架中的一種或多種，用于實時追蹤太陽位置，校正鏡面反射聚光器210的接收位置和方向，保障鏡面反射聚光器210的太陽光接收面實時正對太陽，使太陽光的聚集效率達到最大化。
[0051]所述智能控制子系統包括光伏優化控制器、逆變控制器、太陽追蹤控制器、溫度控制器，和遠程遙控控制器，用于控制光電光熱一體化綜合利用系統的智能化運行。
[0052]雖然以上描述了本發明的具體內容和實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發明的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統，其特征在于:所述聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統包括一個或多個光電發電子系統，一個或多個光熱集熱利用子系統，一個或多個聚光子系統，一個智能控制子系統。
2.如權利要求1所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統，其特征在于:所述光電發電子系統包含至少一組位于熱傳導基座上的光伏電池組，至少一組位于集熱回收管外側的熱傳導基座，和一個電力輸出網絡。
3.如權利要求2所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統，其特征在于:所述光伏電池組由光伏晶片按序排列組成，所述光伏晶片的組成材料為S1、Ge等單元素材料，和GaAs、CdTe, CuInGaSe等多元素的化合物材料中的一種或多種。
4.如權利要求2所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統，其特征在于:所述電力輸出網絡包括一個逆變器和一個輸出網絡，所述逆變器將所述光伏晶片所生成的電能轉化為直流電和交流電的形式輸出到用戶端，所述電能的使用方式包括并網使用和蓄電系統儲備。
5.如權利要求1所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統，其特征在于:所述光熱集熱利用子系統包含至少一組集熱回收管、控制器、進水管、出水管、溫度檢測器、電耦合流量控制閥，和一組熱水儲備器。
6.如權利要求5所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統，其特征在于:所述集熱回收管為中空管，其內部為冷水加熱區域，其外側上層為光熱轉換吸熱層，其外側下層為聚熱絕緣層；集熱回收管兩端分別為進水口和出水口，分別連接有進水管和出水管；進水管和出水管的接口處各設有一個電耦合流量控制閥；出水口和電耦合流量控制閥之間設有一個控制器和一個溫度檢測器；出水口的電耦合流量控制閥通過出水管連接到熱水儲備器。
7.如權利要求1所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統，其特征在于:所述聚光子系統包含至少一個鏡面反射聚光器，所述鏡面反射聚光器呈內凹拋物面型凹槽，其內側表面為鏡面，鏡面反射聚光器的開口部由透光板封閉。
8.如權利要求1所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統，其特征在于:所述智能控制子系統包括光伏優化控制器、逆變控制器、太陽追蹤控制器、溫度控制器，遠程控制器。
9.如權利要求2所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統，其特征在于:所述光伏電池組的尺寸與集熱回收管的尺寸匹配，長度為1cm?10000cm，寬度為0.1cm?200cm,對于小型系統,優選長度為10cm?500cm,優選寬度為Icm?1cm ;所述集熱回收管的尺寸與光伏電池組的尺寸匹配，長度為1cm?10000cm，寬度為0.1cm?200cm，對于小型系統，優選長度為10cm?500cm,優選寬度為Icm?1cm ;所述鏡面反射聚光器的尺寸與光伏電池組的尺寸匹配，長度為1cm?10000cm，開口寬度為Icm?100cm，優選長度為10cm?500cm,優選開口寬度為1cm?50cm。
10.如權利要求2所述的聚光型太陽能光電光熱一體化綜合利用系統，其特征在于:熱傳導基座的組成材料為鋁、鋁合金、銅、銅合金等金屬和合金材料，金屬氧化物和陶瓷類材料，以及DLC類金剛石薄膜材料中的一種或多種；所述集熱回收管的組成材料為鋁、鋁合金、銅、銅合金等金屬和合金材料，金屬氧化物和陶瓷類材料，以及DLC類金剛石薄膜材料中的一種或多種。
【文檔編號】H02S40/44GK104242817SQ201410367661
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】熊福林, 熊偉 申請人:熊偉, 熊福林