[发明专利]基于热管技术的CPC聚光光伏电热联产系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种热电联产系统，特别涉及一种基于热管技术的CPC聚光光伏电热联产系统，属太阳能利用领域。

背景技术

太阳能作为一种清洁的可再生能源，受到越来越多的关注。其中，太阳能光伏发电技术，更是以其规模灵活、建设周期短和维护简单等优点,成为了人们开发太阳能资源的重要方式。然而，与常规能源相比，光伏发电的成本依然很高。因此，探索低成本光伏发电技术成为本领域的研究热点。特别是我国光伏产业受到国际因素影响而陷入困境的大背景下，如何实现光伏发电在国内的大规模应用也成为亟待解决的问题。聚光光伏技术可显著降低电池组件的用量，是降低发电成本的有效途径。

与其他聚光形式相比，CPC聚光具有先天的优势，其具有更大的入射角，在系统运行时可以固定安装或者只做季节性的角度调整，不需要跟踪系统，可以大大的减少系统的初期成本。

太阳电池在工作过程中，只有小部分的太阳辐射能被转化成了电能，其余大部分的能量被转化成了热能，并使其工作温度升高，特别是对于聚光光伏系统来说，由于聚光的作用使得其工作温度更高。而太阳电池的温度对其光电转换效率影响显著，随着温度的升高，效率急剧下降。因此，光伏发电系统特别是聚光光伏系统中，需要有效地控制电池温度以保证系统发电效率。为了有效解决这一问题，一般采用水或空气将光伏电池在工作过程中产生的热量直接带走。若将这部分热量加以利用，则实现了太阳能的电热联产。太阳能光伏电热联产系统既可以降低光伏电池工作温度，提高光伏电池的发电效率，又可以为用户提供一定量的热能，从而提高了太阳能总利用率。

在电池的各类冷却技术中，大部分方案涉及冷却流体的进出，因此无法回避电池组件在流体进口处温度较低出口处温度较高的情况，无法实现电池温度的均匀控制，同时需要消耗电能以提供强制对流的动力。而热管以其独特的均温性，用于电池冷却时，可以使得电池表面温度更加均匀，从而保证系统的光电转换效率，且不需要额外动力消耗，具有显著的优越性。

目前相关的技术方案屡见报导。如专利号为200920126098.X的实用新型专利，采用了热管冷却太阳能光伏电池从而实现电热联产,该方案需要对整个电池板进行散热，由于没有聚光装置，以及热管本身尺寸的受限与经济性的考虑，不易做到热管壁面完全覆盖电池板背面，因此无法实现均温控制；另一方面，由于没有聚光，因此其输出的热能品位也较低，缩小了该系统的应用范围。

另外，申请号为201010556512.8的发明专利，公开了一种应用于聚光光伏的热管散热系统，该散热系统适用于中高倍聚光系统的冷却，但是其目的只是为了控制电池板的温度，并未涉及所产生热能的回收利用，因此无法显著提高太阳能的总利用率。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述各类缺陷，设计一种基于热管技术的CPC聚光光伏电热联产系统，减少光伏电池的用量，控制电池板的均温性，高效采集产生的热能，以较低的成本提高太阳能利用的总效率。

本发明技术方案为：基于热管技术的CPC聚光光伏电热联产系统，由聚光单元、联集管8以及玻璃盖板5组成；其中聚光单元由CPC聚光器1、光伏电池板2、热界面材料3、异型热管4、保温材料6、底框7组成；其中所述CPC聚光器1出口处设置光伏电池板2，光伏电池板2的受光面朝向CPC聚光器1的入口；异型热管4包括蒸发段和冷凝段，其蒸发段置于光伏电池板2背面且嵌入底框7的开口中，底框7中填充有保温材料6，蒸发段与光伏电池板2之间填充有热界面材料3；多个聚光单元并排紧密排列，每个聚光单元中异型热管的冷凝段插入联集管8的内套管9当中，玻璃盖板5覆盖在所有CPC聚光器1入口上方。

优选所述CPC聚光器1出口处的宽度和光伏电池板2的宽度相同；异型热管4蒸发段的横截面为半圆形、矩形或三角形结构，与光伏电池板2通过热界面材料3接触的一面为平面，且横截面宽度与光伏电池板2宽度相同；异型热管4冷凝段的横截面为圆形。优选所述底框7为一扁盒状壳体，在上壁面设置开口，开口长宽与异型热管4的蒸发段尺寸一致；在靠近联集管8的一端端面上开小口，小口的形状与异型热管4蒸发段横截面形状一致；所述保温材料6则置于底框7与异型热管4蒸发段壁面之间的空隙中。优选所述异型热管4为内壁光滑的重力热管、槽道热管或有芯热管；所述热界面材料3为导热硅脂、导热硅胶或相变导热材料，所述保温材料6为岩棉或聚氨酯泡沫。