[发明专利]一种水加热型光电/热太阳能系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电/热太阳能系统，属于光电技术领域。

技术背景

目前，单一的光伏发电系统、太阳能热水器等太阳能应用系统已经得到了广泛的应用。但是，单一的太阳能热水器和单一的光伏发电系统均存在能量利用效率较低、成本高、占用空间大等问题。独立的光伏发电系统的光电转换效率仅在5％-15％之间，而安装一套太阳能热水器其成本约需6000元(包括给排水等基础设施)，这些因素都限制了太阳能系统的推广使用。

1978年，Kern和Russell最早提出了光电/光热混合太阳能系统的概念。根据传热工质的不同，可分为空气加热型和水加热型两种。

近年来，随着国际社会对利用可再生能源研究的加强，关于光电/光热系统研究的活跃性迅速增加。作为与建筑物集成光伏系统的替代系统，空气加热型光电/光热系统得到更广泛的研究。在国内，2009年天津大学的赵军等人介绍了空气加热型光电/热混合太阳能系统，并在天津地区太阳辐射条件下，对系统进行了测试。同年，东南大学的孙建等人对空气型聚光光电/光热系统建立了数学模型，并对其传热过程进行数值模拟，并对集热器的热、电效率进行了分析。结果表明，其热效率可达65％。

对于水加热型光电/热混合太阳能系统，Elazari对系统的性能和商业特性进行了分析。中国专利“混合式光电光热收集器”(专利号CN200410063405.5)介绍了基本光电/光热系统的结构。但是，这些水热型光电/热混合系统的有用效率低，成本较高，实用性差，目前尚没有成熟的产品投入市场。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提高水热型光电/热太阳能系统的有用效率和实用性，提出一种带保温罩和低聚光反射器的水加热型光电/热太阳能系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种水加热型光电/热太阳能系统，包括：平板反射聚光器、光电/热太阳光接收器、保温水箱、能量控制管理子系统、电能存储器、上循环管以及下循环管。

所述平板反射聚光器用于反射太阳辐射光，使其到达光电/热太阳光接收器上，从而提高系统入射太阳辐射密度。其中，平板反射聚光器的面积要求大于等于光电/热太阳光接收器上表面积。此外，为保证平板反射聚光器反射光有效照射在光电/热太阳光接收器的上表面上，平板反射聚光器根据不同季节太阳高度角的不同，可向前或向后倾斜。

所述带光电/热太阳光接收器用于将太阳能转化为电能和热能，是系统的双生能器件。由保温罩、空气层、光伏电池、绝缘粘胶层、集热器和绝热层组成。在光电/热太阳光接收器上表面安装有透明罩保温罩，用于减少光电/热太阳光接收器上表面热量损失；光伏电池用于转换太阳能为电能和热能；集热器用于吸收光伏电池转换生成的热量，以及转换太阳能为热能，并为水加热；绝热层用于抑制集热器通过热传导向周围环境散热，减少底部和周围的热量损失。

所述保温水箱用于存放集热器中加热的热水。在集热器和保温水箱中，靠两者中水温不同所产生的压力差来推动热水运动，实现水的循环加热。

所述能量控制管理子系统一方面用于对光伏电池最大输出功率点的跟踪控制，提高光伏电池电输出效率；另一方面对电能存储器的能量存储进行控制，防止电能存储器过充电和放电，由此提高能量存储质量、延长电能存储器使用寿命。

所述电能存储器用于存储光伏电池输出的电能。根据能量存储密度、存储容量和能量存储控制方式的不同，可采用的材质有：镉镍Nickel-Cadmium(NiCD)电池、金属氢化物镍Metal Hydride Nickel(NiMH)电池、密封铅酸Sealed Lead Acid(SLA)蓄电池、聚合物锂离子(Li+)电池和超级电容Supercapacitors等。

所述上循环管和下循环管用于保温水箱与光电/热太阳光接收器之间的水路连接。

上述组成部件之间的连接关系如下：

保温水箱通过上循环管、下循环管分别与光电/热太阳光接收器的热水输出端和冷水输入端连接。平板反射聚光器与光电/热太阳光接收器的上端连接。能量控制管理子系统的正极同时与光电/热太阳光接收器中光伏电池输出正极以及电能存储器正极相连。能量控制管理子系统的负极同时与光电/热太阳光接收器中光伏电池的输出负极以及电能存储器的负极相连。

有益效果

本发明提出的水加热型光电/热太阳能系统，本发明无需太阳能跟踪系统，降低了系统成本和复杂性；同时，利用平板反射聚光器和保温罩提高了输入太阳辐射密度、减小了能量传输损失，提高了能量转换效率，增强了实用性。

附图说明