專利名稱：直膨式太陽能低溫?zé)岚l(fā)電與光伏發(fā)電復(fù)合系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及太陽能利用中的熱發(fā)電與光伏發(fā)電領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽光包含電磁波中的一個很寬的光譜范圍，大體紫外光占7%、可見光占45% 和紅外光占47%左右。對于目前占光伏產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)地位的硅太陽能電池，為了產(chǎn)生電子-空 穴對形成電流，只有波長小于1. 1 P m的光才具有足夠的能量。太陽光譜中波長大于1. 1 P m 的長波部分不能夠產(chǎn)生電子_空穴對而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，這部分能量大約占太陽輻照中的 25%。另一方面，當(dāng)光線的能量足以產(chǎn)生電子-空穴對時，光能的大小就不起作用了，在光 能臨界值之上一個光量子只能產(chǎn)生一個電子_空穴對，剩余的能量又被轉(zhuǎn)換為熱量。除了 以上兩方面不可避免的光電轉(zhuǎn)換能量損失外，還存在著其它制作過程帶來的能量損失。如 當(dāng)電子-空穴對不是在界面層附近產(chǎn)生時，很有可能由于相互迅速復(fù)合而導(dǎo)致能量損失； 晶體中的雜質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)中的缺陷使得不是所有的電子_空穴對很快地在界面分離，以致 一定百分比的電子-空穴對可以復(fù)合，造成了電流損失等等?？傊?，考慮到轉(zhuǎn)換效率和價格 之間的平衡關(guān)系，實際應(yīng)用中的太陽能電池只能把很小部分的輻照轉(zhuǎn)化為電能，其余的絕 大部分輻照被轉(zhuǎn)化為熱能耗散。針對光電轉(zhuǎn)換過程中的上述問題，Kern最早提出了太陽能光電/光熱綜合利用 (PV/T,Photovoltaic/Thermal)的思想，即在光伏組件的背面鋪設(shè)流道，通過流體帶走耗散 熱能，并對這部分熱能加以收集利用[1]。一方面，提高了單位接收面積上的太陽能光電/ 光熱綜合效率；另一方面，通過流體冷卻，降低光伏電池溫度，提高其光電效率。PV/T系統(tǒng) 可以同時向建筑提供電力和熱能，是太陽能建筑一體化技術(shù)中的一個研究亮點。Bergene的 理論研究指出PV/T系統(tǒng)的光電/光熱總效率可以達到60-80%，比單獨的光電系統(tǒng)或者光 熱系統(tǒng)都有明顯提高[2]。盡管太陽能光熱光電綜合利用已引起廣泛的重視，但目前光電轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生的熱量 品味較低，主要應(yīng)用于供暖、熱水等領(lǐng)域。在現(xiàn)有的太陽能光熱光電綜合利用的基本思想 上，若PV/T系統(tǒng)轉(zhuǎn)換熱量的溫度足夠高，則電能不僅僅可以由光伏電池產(chǎn)生，也能通過熱 電轉(zhuǎn)換實現(xiàn)，從而極大地提高了太陽能的整體發(fā)電效率。為了獲得較高溫度的熱量，可采 用選擇性吸收材料及聚光器。R. Contini等研究了高溫光伏電池的材料的選擇及制造過程 [3]。David等在2004年提出了一種太陽能光伏和熱聯(lián)合發(fā)電的原理。該原理不需要分光 鏡，而直接讓光伏電池吸收光能并維持150°C左右的工作溫度，此時光伏電池的電效率約為 常溫效率的60%-70%，而內(nèi)部由光能轉(zhuǎn)換的熱能用于推動斯特林熱機發(fā)電，系統(tǒng)整體發(fā) 電效率達35% -40% [4]。斯特林熱機尚有待商業(yè)化，廣泛應(yīng)用于低溫太陽能熱電轉(zhuǎn)換存在困難。若將太陽 能光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的熱量通過渦輪熱力循環(huán)轉(zhuǎn)換為電能則技術(shù)更可行，更具應(yīng)用前景。中國 是世界上太陽能最豐富的地區(qū)之一，特別是西部地區(qū)，年日照時間達3000h以上。而全國 108萬平方公里的荒漠面積也主要分布在光照資源豐富的西北地區(qū)。如果以10%太陽能的利用效率計算，那么僅需要開發(fā)利用左右的荒漠，就可以滿足我國目前的用電要求。 另外，在我國的北方、沿海等很多地區(qū)，每年的日照量都在2000小時以上，海南更是達到了 2400小時以上。

實用新型內(nèi)容為了提高太陽能的發(fā)電效率，本實用新型提出了直膨式太陽能低溫?zé)岚l(fā)電與光伏 發(fā)電復(fù)合系統(tǒng)。系統(tǒng)獲得的太陽輻照能量首先被光伏電池吸收，部分轉(zhuǎn)換為電能，而轉(zhuǎn)換為 熱能的太陽輻照能量將通過有機朗肯循環(huán)(Organic Rankine Cycle, 0RC)轉(zhuǎn)換為電能。具體的技術(shù)解決方案如下直膨式太陽能低溫?zé)岚l(fā)電與光伏發(fā)電復(fù)合系統(tǒng)，包括有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、蓄 熱系統(tǒng)、光伏集熱系統(tǒng)3 ；所述有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括蒸發(fā)器12、汽輪機13、發(fā)電機14、 回?zé)崞?5、冷凝器16、回?zé)崞鞅?11、儲液罐泵112和六只閥門；其中汽輪機13的輸出端連 接著發(fā)電機14，汽輪機13的排氣口連通著回?zé)崞?5，回?zé)崞?5另一端口連通著連冷凝器 16，回?zé)崞?5通過閥門C173與閥門F176連通著儲液罐21，并通過閥門C173與閥門D174 連通著蒸發(fā)器12，蒸發(fā)器12通過閥門E175連通著儲液罐21，儲液罐21通過閥門A171連 通著汽輪機13的進氣口，儲液罐21的另一端口連通著儲液罐泵112，儲液罐泵112通過閥 門B172連接著閥門C173的出口 ；所述蓄熱系統(tǒng)包括儲液罐21、盤管22和相變材料23 ；盤 管22均布于儲液罐21內(nèi)，盤管22內(nèi)填充有相變材料23 ；所述光伏集熱系統(tǒng)3包括位于殼 體37內(nèi)的兩個以上的拋物面反射鏡32 ；所述每個拋物面反射鏡32底部設(shè)有金屬板凹槽33，所述蒸發(fā)器12的蒸發(fā)管分段 分別位于每個拋物面反射鏡32底部的金屬板凹槽33內(nèi)；金屬板凹槽33上方設(shè)有吸熱體 35，吸熱體35上方設(shè)有光伏電池組件36 ；所述殼體37的側(cè)壁和底部均為夾層壁，夾層壁內(nèi)填充有絕熱材料34 ；所述冷凝器16工質(zhì)出口端連通著回?zé)崞鞅?11，回?zé)崞鞅?11的另一端口連通著 回?zé)崞?5。所述拋物面反射鏡的聚光比小于10。本實用新型的具體可行性體現(xiàn)在以下四個方面1、直膨式太陽能低溫?zé)岚l(fā)電與光伏發(fā)電復(fù)合系統(tǒng)在蒸發(fā)器與集熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計與 結(jié)合方面具有直膨式技術(shù)基礎(chǔ)。熱力循環(huán)工質(zhì)通過集熱器直接吸熱膨脹(光伏蒸發(fā)器)已 應(yīng)用于太陽能熱泵系統(tǒng)。關(guān)于光伏蒸發(fā)器的研究也已經(jīng)較為深入，基本結(jié)構(gòu)為制冷劑銅管 安裝在薄鋁板凹槽內(nèi)，薄鋁板下面包敷一層熱絕緣材料，上面粘貼硬質(zhì)合金鋁板，將太陽能 電池層壓在合金鋁板上，并在電池層外封裝一層高透過率的玻璃[5，6]。而本實用新型的 工質(zhì)壓力與熱泵系統(tǒng)工質(zhì)蒸發(fā)壓力是相近的，因此直膨式太陽能低溫?zé)岚l(fā)電結(jié)構(gòu)具有可行 性。2、太陽能低溫?zé)岚l(fā)電采用有機朗肯(0RC)循環(huán)，有機工質(zhì)由于其低沸點特性，在 低溫條件下可以獲得較高的蒸汽壓力，推動渦輪機做功，適合于低溫?zé)嵩醋龉Πl(fā)電。有機 朗肯(0RC)循環(huán)是將低溫?zé)嵩崔D(zhuǎn)換為電能最為經(jīng)濟且可靠的方式[7]。即使熱源溫度不到 100°C，有機朗肯(0RC)循環(huán)仍舊可以有效地將低品位熱能轉(zhuǎn)換為電能。瑞典Opcon(奧普 康)公司的Powerbox產(chǎn)品可以將溫度只有55°C的熱源通過有機朗肯(0RC)循環(huán)進行發(fā)電[8]。3、非晶硅電池具有良好的溫度特性和高溫運行的可靠性。非晶硅電池的功率溫度 系數(shù)大約為0. 21% /°C，工作在100°C時仍舊能保持標(biāo)準(zhǔn)條件下測試功率的85%左右。美 國聯(lián)合太陽能公司(United Solar Ovinic)的非晶硅電池組件在_40°C到90°C溫度范圍內(nèi) 進行200多次熱循環(huán)試驗(Thermal Cycle testing)以及在85°C和85%相對濕度環(huán)境下 連續(xù)工作1000小時(Damp-Heat testing)，仍保持良好的性能[9]。4、有機硅膠粘合劑的主鏈中含有Si-0-Si鍵，具有高的耐熱性，耐候性、優(yōu)良的電 絕緣性和疏水性，是一種非常好的材料[10]。與目前常有的粘合劑EVA相比，有機硅膠的耐 老化性能明顯優(yōu)于EVA[11]。因此，采用有機硅膠作為光伏電池粘合劑可以把電池的正常工 作溫度上限(市場上非晶硅電池產(chǎn)品上限值大約為85°C )進一步提高。由于有機朗肯(0RC)循環(huán)要求的熱源溫度較低，不到100°C的熱源就可以維持有 機朗肯(0RC)循環(huán)的正常運行。因此選用低倍率的太陽聚焦集熱器就可以得到合適的熱 源溫度。聚光比小于3的低倍率復(fù)合拋物面集熱器(Compound Parabolic Concentrator, CPC)無須自動跟蹤太陽軌跡，可以模塊化安裝，易于使用維護，在太陽能中低溫聚焦領(lǐng)域 具有極大的實用性和運用潛力[12]。Rabl在對幾種低倍率復(fù)合拋物面(CPC)集熱器評估 中，指出帶有平板或圓柱吸收體的非真空固定低倍率復(fù)合拋物面(CPC)集熱器經(jīng)濟性能良 好；三年多的研究及實驗數(shù)據(jù)的表明，在100-160°C的溫度范圍內(nèi)，非真空低倍率復(fù)合拋物 面(CPC)集熱器仍舊擁有很好的熱效率，而每年只需對集熱器傾斜角調(diào)整12-20次[13]。 T. S. Saitoch等通過實驗把雙層玻璃蓋板的低倍率復(fù)合拋物面(CPC)與傳統(tǒng)平板集熱器， 真空管集熱器進行比較，指出CPC集熱器的高溫(120°C以上)熱性能極佳，與真空管集熱器 相比更適合太陽能熱發(fā)電工程[14]。T. S. Saitoch還介紹了一種新型的無跟蹤三維的低倍 率復(fù)合拋物面(CPC)太陽能集熱器(3-D CPC)，在180-200°C的高運行溫度范圍內(nèi)集熱效率 大約為60%，運用于小規(guī)模太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)非?？尚衃15]。由此可見，太陽輻照低能流密度、易于轉(zhuǎn)換為低溫?zé)嵩吹奈锢硖匦耘c有機朗肯 (0RC)循環(huán)之間具有潛在的聯(lián)系。把兩者有機結(jié)合，可以形成基于有機朗肯(0RC)循環(huán)的太 陽能低溫?zé)岚l(fā)電與光伏發(fā)電復(fù)合系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過低聚焦比復(fù)合拋物面反射鏡把太陽輻照 能量聚焦于光伏模塊上，部分太陽輻照能量轉(zhuǎn)換電能，而轉(zhuǎn)換為熱能的太陽輻照通過有機 朗肯(0RC)循環(huán)轉(zhuǎn)換為機械能和電能。系統(tǒng)溫度參數(shù)低，不需自動跟蹤，易于小型化、模塊 化，極大地提高了太陽能的綜合發(fā)電效率。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下幾方面的有益技術(shù)效果1、影響太陽能低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)熱電轉(zhuǎn)換效率十分關(guān)鍵的因素為有機朗肯(0RC) 循環(huán)的蒸發(fā)溫度，而有機朗肯(0RC)循環(huán)的蒸發(fā)溫度不僅取決于集熱溫度，還取決于兩者 之間的換熱溫差。在以往太陽能低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)中，二次換熱介質(zhì)(如導(dǎo)熱油)及換熱設(shè) 備不僅是系統(tǒng)必需的能量傳遞部件，而且還是決定有機朗肯(0RC)循環(huán)的蒸發(fā)溫度與集熱 溫度兩者溫差的關(guān)鍵。本實用新型采用的直膨式太陽能熱電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)不需要中間換熱介 質(zhì)，避免了二次換熱，有效地提高有機朗肯(0RC)循環(huán)工質(zhì)與光伏集熱器之間的換熱性能。 這對于提高熱端與冷端溫差原本只有100°C左右的太陽能低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的效率尤其明 顯。在相同的光伏集熱器運行溫度條件下(太陽能轉(zhuǎn)換為有用熱量的比例相同)，直膨式太 陽能低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的有機朗肯(0RC)循環(huán)的熱電轉(zhuǎn)換效率將比二次換熱系統(tǒng)效率高出10%以上。因此，本實用新型突破了以往太陽能低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)需要二次換熱介質(zhì)及換熱 設(shè)備的限制，實現(xiàn)有機朗肯(0RC)循環(huán)的蒸發(fā)器與集熱器的直接結(jié)合，不論在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還 是工作原理上都具有實質(zhì)性創(chuàng)新。2、本實用新型與單一的光伏發(fā)電系統(tǒng)或太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)相比，太陽能低溫?zé)岚l(fā) 電與光伏發(fā)電復(fù)合系統(tǒng)總發(fā)電效率大為提高。本實用新型即使在使用價格相對便宜的非晶 硅電池條件下整體電效率也遠高于10%。3、本實用新型系統(tǒng)具有蓄熱功能，因此不需要額外蓄電池，不存在單獨光伏發(fā)電 系統(tǒng)蓄電池充放電過程中電能損失的問題，并降低了光伏電源系統(tǒng)的成本。4、本實用新型系統(tǒng)采用低倍聚焦的復(fù)合拋物面集熱器，不需要復(fù)雜跟蹤裝置，與 非聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)相比減少了電池的使用量，降低了電池成本。5、本實用新型儲液罐中設(shè)有盤管，盤管內(nèi)有相變材料(PCM)，當(dāng)輻照強度較強時， 集熱器獲得的熱量大于系統(tǒng)發(fā)電所需的熱量，此時發(fā)電與蓄熱可以同時進行；反之，當(dāng)輻照 強度較弱時，集熱器獲得的熱量小于系統(tǒng)發(fā)電所需的熱量，此時發(fā)電與釋放熱量可以同時 進行。這不但保證了有機朗肯(0RC)循環(huán)系統(tǒng)在額定狀態(tài)下穩(wěn)定運行，而且，由于系統(tǒng)蓄熱 與釋放熱量的過程中不需要復(fù)雜的控制設(shè)備就可以與系統(tǒng)發(fā)電同時進行，延長了蓄熱或釋 放熱量的時間，因此蓄熱與釋放熱量的功率通常較小，從而減少了相變材料與有機工質(zhì)的 平均換熱溫差。6、本實用新型工作中，當(dāng)有機工質(zhì)未能被蒸發(fā)器完全加熱到飽和蒸汽狀態(tài)時，出 口處的液滴可以匯集在儲液罐中，防止其進入汽輪機而造成機械損傷。

圖1為本實用新型系統(tǒng)示意圖，圖2為復(fù)合拋物面反射鏡、光伏電池組件及蒸發(fā)器連接結(jié)構(gòu)剖視圖，圖3為光伏電池組件結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為光伏電池效率和系統(tǒng)總發(fā)電效率圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，通過實施例對本實用新型作進一步地描述。參見圖1，直膨式太陽能低溫?zé)岚l(fā)電與光伏發(fā)電復(fù)合系統(tǒng)包括有機朗肯循環(huán)發(fā)電 系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)和光伏集熱系統(tǒng)3。有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括蒸發(fā)器12、汽輪機13、發(fā)電 機14、回?zé)崞?5、冷凝器16、回?zé)崞鞅?11、儲液罐泵112和六只閥門；其中汽輪機13的輸 出端連接著發(fā)電機14，汽輪機13的排氣口連通著回?zé)崞?5，回?zé)崞?5另一端口連通著連 冷凝器16，冷凝器16工質(zhì)出口端連通著回?zé)崞鞅?11，回?zé)崞鞅?11的另一端口連通著回 熱器15?；?zé)崞?5通過閥門C173與閥門F176連通著儲液罐21，并通過閥門C173與閥門 D174連通著蒸發(fā)器12，蒸發(fā)器12通過閥門E175連通著儲液罐21，儲液罐21通過閥門A171 連通著汽輪機13的進氣口，儲液罐21的另一端口連通著儲液罐泵112，儲液罐泵112通過 閥門B172連接著閥門C173的出口。蓄熱系統(tǒng)包括儲液罐21、盤管22和相變材料23 ；盤管 22均布于儲液罐21內(nèi)，盤管22內(nèi)填充有相變材料23。光伏集熱系統(tǒng)3包括位于殼體37 內(nèi)的兩個以上的拋物面反射鏡32 ；殼體37的側(cè)壁和底部均為夾層壁，夾層壁內(nèi)填充有絕熱材料34。參見圖2，每個拋物面反射鏡32底部安裝有金屬板凹槽33，蒸發(fā)器12的蒸發(fā)管分 段分別位于每個拋物面反射鏡32底部的金屬板凹槽33內(nèi)；金屬板凹槽33上方安裝有吸熱 體35，吸熱體35上方安裝有光伏電池組件36。復(fù)合拋物面反射鏡32的聚光比小于10。參見圖3，光伏電池組件36包括依次重疊的透明蓋板361、光伏電池363和背板 364，且透明蓋板361和光伏電池363之間、光伏電池363和背板364之間均通過耐高熱粘 合劑362連接。所用光伏電池363為非晶硅太陽能電池，耐高熱粘合劑362為有機硅膠粘 合劑。本實用新型的工作原理是這樣的一、直膨式太陽能低溫?zé)岚l(fā)電與光伏發(fā)電復(fù)合系統(tǒng)整體工作原理1)系統(tǒng)處于額定運行工況如圖1所示，光伏集熱系統(tǒng)3接受太陽輻照能，太陽輻照被光伏電池組件36吸收， 部分轉(zhuǎn)換為電能，電能通過光伏電池組件36輸出端A、B輸出電能。光伏電池組件36內(nèi)部 產(chǎn)生的熱量通過吸熱體35和金屬板凹槽33傳給蒸發(fā)器12管道中的有機工質(zhì)。閥門A171、 閥門C173、閥門D174、閥門E175打開，其余閥門關(guān)閉。有機工質(zhì)在蒸發(fā)器12中定壓吸熱； 高溫高壓的氣態(tài)有機工質(zhì)進入汽輪機13膨脹做功，帶動發(fā)電機14發(fā)電；汽輪機13尾部排 出的有機工質(zhì)經(jīng)過回?zé)崞?5初步冷卻，然后進入冷凝器16中定壓冷凝；冷凝器16出口的 有機工質(zhì)回?zé)崞鞅?11進入回?zé)崞?5進行預(yù)熱并重新進入蒸發(fā)器12完成一次發(fā)電循環(huán)。2)輻照強度很強，系統(tǒng)蓄熱與熱發(fā)電同時進行閥門A171、閥門B172、閥門C173、閥門D174、閥門E175打開，閥門F176關(guān)閉。回 熱器泵111、儲液罐泵112都打開。儲液罐泵112把儲液罐21內(nèi)的有機工質(zhì)注入蒸發(fā)器12 中，加大蒸發(fā)器12內(nèi)的有機工質(zhì)的流量，同時防止有機工質(zhì)在蒸發(fā)器12中過熱，有機工質(zhì) 獲得的熱量大于額定工況吸熱量，此時部分熱量傳給相變材料23進行蓄熱。光伏集熱系統(tǒng) 3接受太陽輻照能，太陽輻照被光伏電池組件36吸收，部分轉(zhuǎn)換為電能，電能通過光伏電池 組件36輸出端A、B輸出電能。光伏電池組件36內(nèi)部產(chǎn)生的熱量通過吸熱體35和金屬板 凹槽33傳給蒸發(fā)器12管道中的有機工質(zhì)。有機工質(zhì)在蒸發(fā)器12中定壓吸熱；高溫高壓的 氣態(tài)有機工質(zhì)進入汽輪機13膨脹做功，帶動發(fā)電機14發(fā)電；汽輪機13尾部排出的有機工 質(zhì)經(jīng)過回?zé)崞?5初步冷卻，然后進入冷凝器16中定壓冷凝；冷凝器16出口的有機工質(zhì)回 熱器泵111進入回?zé)崞?5進行預(yù)熱并重新進入蒸發(fā)器12完成一次發(fā)電循環(huán)。3)輻照強度很強，系統(tǒng)不進行熱發(fā)電光伏電池組件36輸出電能，有機朗肯(0RC)循環(huán))系統(tǒng)進行蓄熱。光伏集熱系統(tǒng) 3接受太陽輻照能，太陽輻照被光伏電池組件36吸收，部分轉(zhuǎn)換為電能，電能通過光伏電池 組件36輸出端A、B輸出電能。光伏電池組件36內(nèi)部產(chǎn)生的熱量通過吸熱體35和金屬板 凹槽33傳給蒸發(fā)器12管道中的有機工質(zhì)。閥門B172、閥門D174、閥門E175打開，其余閥 門關(guān)閉。儲液罐泵112打開，回?zé)崞鞅?11關(guān)閉。儲液罐泵112把儲液罐21內(nèi)的有機工質(zhì) 注入蒸發(fā)器12中，有機工質(zhì)獲得熱量，并在儲液罐21中把熱量傳給相變材料23。4)輻照強度在額定工況附近，系統(tǒng)需要向外部供電運行狀態(tài)同系統(tǒng)處于額定運行工況。5)輻照強度較弱，系統(tǒng)需要向外部供電[0046]閥門A171、閥門C173及閥門F176打開，其余閥門關(guān)閉。有機工質(zhì)在相變儲液罐 21中獲得熱量并蒸發(fā)；高溫高壓的氣態(tài)有機工質(zhì)進入汽輪機13膨脹做功，帶動發(fā)電機14 發(fā)電；汽輪機13尾部排出的有機工質(zhì)經(jīng)過回?zé)崞?5初步冷卻，然后進入冷凝器16中定壓 冷凝；冷凝器16出口的有機工質(zhì)經(jīng)過回?zé)崞鞅?11進入回?zé)崞?5進行預(yù)熱；預(yù)熱后有機工 質(zhì)經(jīng)過閥門C173與閥門F176進入儲液罐21完成一次發(fā)電循環(huán)。二、光伏集熱系統(tǒng)3工作原理如圖2所示，太陽輻照透過玻璃蓋板31直接或經(jīng)過拋物面反射鏡32被光伏電池 組件36或吸熱體35吸收，光伏電池組件36內(nèi)產(chǎn)生的熱能通過吸熱體35和金屬板凹槽33 傳給蒸發(fā)器12管道內(nèi)的有機工質(zhì)。絕熱材料34阻止熱能向環(huán)境散失。三、有機朗肯循環(huán)工作原理有機工質(zhì)依據(jù)T-s圖上飽和蒸汽線斜率分為干工質(zhì)(斜率為正)、絕熱工質(zhì)(近 似垂直)及濕工質(zhì)(斜率為負)。濕工質(zhì)經(jīng)過汽輪機膨脹后焓大為降低而成為飽和兩相狀 態(tài)，部分冷凝的小液滴會損壞汽輪機，因而在0RC系統(tǒng)中較少使用。有機工質(zhì)在蒸發(fā)器12 中定壓吸熱；高溫高壓的氣態(tài)有機工質(zhì)進入汽輪機13膨脹做功，帶動發(fā)電機14發(fā)電；汽輪 機13尾部排出的有機工質(zhì)處于過熱狀態(tài)，經(jīng)過回?zé)崞?5初步冷卻，然后進入冷凝器16中 定壓冷凝；冷凝器16出口的有機工質(zhì)回?zé)崞鞅?11進入回?zé)崞?5進行預(yù)熱并進入蒸發(fā)器 12完成一次發(fā)電循環(huán)。下面在建立直膨式太陽能低溫?zé)岚l(fā)電與光伏發(fā)電復(fù)合系統(tǒng)的流動傳熱數(shù)學(xué)模型 的基礎(chǔ)上利用分布參數(shù)法模擬系統(tǒng)光伏發(fā)電效率及總發(fā)電效率。模擬參數(shù)見表1，其中有機 工質(zhì)以HCFC123(三氟二氯乙烷)為例，蒸發(fā)器以同心逆流換熱器為例，光伏電池為非晶硅 電池。表1太陽能低溫?zé)岚l(fā)電與光伏發(fā)電復(fù)合系統(tǒng)模擬參數(shù)
參量值參量值電池標(biāo)準(zhǔn)條件效率7.27%光伏集熱器底部寬度m0.05電池功率溫度系0.21%吸熱體吸收率0.9輻照強度妒.》T21000吸熱體發(fā)射率0.1環(huán)境溫度°c20發(fā)電機效率0.95聚光比4.9汽輪機內(nèi)效率0.85HCFC123質(zhì)量流率鉉.廠10.2泵效率0.75 圖4為太陽能低溫?zé)岚l(fā)電與光伏發(fā)電復(fù)合系統(tǒng)整體電效率與光伏發(fā)電效率隨有 機工質(zhì)蒸發(fā)溫度的變化。當(dāng)有機工質(zhì)蒸發(fā)溫度為118°C時，系統(tǒng)整體電效率為14. 2%.在 相同的采光面積下直膨式太陽能低溫?zé)岚l(fā)電與光伏發(fā)電復(fù)合系統(tǒng)產(chǎn)生的電能約為單獨光 伏電池系統(tǒng)(標(biāo)況下7. 27% )的2倍。
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權(quán)利要求直膨式太陽能低溫?zé)岚l(fā)電與光伏發(fā)電復(fù)合系統(tǒng)，包括有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)、光伏集熱系統(tǒng)(3)；所述有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括蒸發(fā)器(12)、汽輪機(13)、發(fā)電機(14)、回?zé)崞?15)、冷凝器(16)、回?zé)崞鞅?111)、儲液罐泵(112)和六只閥門；其中汽輪機(13)的輸出端連接著發(fā)電機(14)，汽輪機(13)的排氣口連通著回?zé)崞?15)，回?zé)崞?15)另一端口連通著連冷凝器(16)，回?zé)崞?15)通過閥門C(173)與閥門F(176)連通著儲液罐(21)，并通過閥門C(173)與閥門D(174)連通著蒸發(fā)器(12)，蒸發(fā)器(12)通過閥門E(175)連通著儲液罐(21)，儲液罐(21)通過閥門A(171)連通著汽輪機(13)的進氣口，儲液罐(21)的另一端口連通著儲液罐泵(112)，儲液罐泵(112)通過閥門B(172)連接著閥門C(173)的出口；所述蓄熱系統(tǒng)包括儲液罐(21)、盤管(22)和相變材料(23)；盤管(22)均布于儲液罐(21)內(nèi)，盤管(22)內(nèi)填充有相變材料(23)；所述光伏集熱系統(tǒng)(3)包括位于殼體(37)內(nèi)的兩個以上的拋物面反射鏡(32)；其特征在于所述每個拋物面反射鏡(32)底部設(shè)有金屬板凹槽(33)，所述蒸發(fā)器(12)的蒸發(fā)管分段分別位于每個拋物面反射鏡(32)底部的金屬板凹槽(33)內(nèi)；金屬板凹槽(33)上方設(shè)有吸熱體(35)，吸熱體(35)上方設(shè)有光伏電池組件(36)；所述殼體(37)的側(cè)壁和底部均為夾層壁，夾層壁內(nèi)填充有絕熱材料(34)；所述冷凝器(16)工質(zhì)出口端連通著回?zé)崞鞅?111)，回?zé)崞鞅?111)的另一端口連通著回?zé)崞?15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直膨式太陽能低溫?zé)岚l(fā)電與光伏發(fā)電復(fù)合系統(tǒng)，其特征在 于所述拋物面反射鏡的聚光比小于10。
專利摘要本實用新型涉及直膨式太陽能低溫?zé)岚l(fā)電與光伏發(fā)電復(fù)合系統(tǒng)。本實用新型包括有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、蓄熱系統(tǒng)、光伏集熱系統(tǒng)。光伏集熱系統(tǒng)包括位于殼體內(nèi)的兩個以上的拋物面反射鏡；每個拋物面反射鏡底部安裝有金屬板凹槽，蒸發(fā)器的蒸發(fā)管分段分別位于每個拋物面反射鏡底部的金屬板凹槽內(nèi)；金屬板凹槽上方安裝有吸熱體，吸熱體上方安裝有光伏電池組件。拋物面反射鏡的聚光比小于10。本實用新型采用的直膨式太陽能熱電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)不需要中間換熱介質(zhì)，避免了二次換熱，有效地提高了有機工質(zhì)與光伏集熱器之間的換熱性能。本實用新型實現(xiàn)了蒸發(fā)器與集熱器的直接結(jié)合，有機工質(zhì)通過集熱器直接吸熱膨脹，突破了以往太陽能低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)二次換熱關(guān)鍵設(shè)備的限制。
文檔編號F03G6/00GK201582063SQ201020001469
公開日2010年9月15日 申請日期2010年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月6日
發(fā)明者季杰, 李晶, 裴剛 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)