[实用新型]太阳能热泵热电联产系统

说明书

技术领域

本发明属于太阳能利用技术领域，涉及一种利用热电联产型光伏太阳能组件同时生产电能和热能的热电联产装置，具体涉及一种带有热泵装置的太阳能光伏热电联产装置及其优化的工作方法。

背景技术

太阳能光伏发电技术近年来发展和推广应用都非常迅速，受到世界各国政府和产业界的广泛重视，目前的太阳能光伏发电使用晶体硅电池板，根据其工作原理，在光电转换过程中，由于禁带宽度效应，只有能量大于其半导体材料禁带宽度的部分光子能量能够转化为电能，因此工业生产的晶体硅太阳电池转化效率大约在15%左右，其余的太阳辐射能量则没有被利用，因此太阳能的整体利用率不高。在不能转化成电能的这部分太阳辐射能量中，有相当一部分会转变为热量，导致光伏电池板的温度升高，而光伏电池板的温度升高会导致其电能转换率下降，太阳能辐射的整体利用率进一步降低。为了解决这一问题，出现了将热能和电能分别采集并同时利用的热电联产型光伏电池组件，进而可构成同时生产电能和热能的太阳能热电联产系统。

这种热电联产型光伏电池组件常见的结构有图1所示的几种设计方案：

1）如图1（a）所示的设计方案是在光伏发电组件101的向光面设置一个由透明玻璃盖板（即透明白玻璃盖板103和分频玻璃104）所构造的夹层（相当于太阳能集热腔102），在夹层内通入纯水或特殊的光线分频介质，依靠该液体层将可以转变成电能以外的其他太阳能频谱截留下来并转变成热能，剩余的可转变成电能的部分达到电池板表面并转变成电能，控制液体层的温度不超过30℃来控制电池板的温度，进而达到保证光伏发电效率的目的。这种方案虽然使光伏发电的效率得以保证，但由于所生产的热能温度太低，没有利用价值，如果提高液体的集热温度，则又降低了光伏发电的效率。此外，该方案使用的液体在冬季夜晚可能出现结冻的问题，从而导致电池板损坏。

2）如图1（b）所示的设计方案是在光伏电池组件的背光面设置一个冷却夹套（相当于太阳能集热腔102），在其中通入冷却液来控制电池板的温升。相比于图1（a）所示的设计方案，此方案对冷却液的品质要求不高，还可使用防冻液防止冬季夜间电池板冻坏；同时，冷却夹套可以用低成本的材料和结构实现。由于热量要通过电池板传给集热腔内的冷却液，所以该方案所产生的液体温升更小，所采集的热量更加难以被利用。同时，由于电池板基材的导热性差，所以电池板的温度高于图1（a）所示的设计方案，这不利于提高光伏发电的效率。

3）如图1（c）所示的设计方案是将图1（a）和图1（b）所示的设计方案结合起来，在电池组件的向光面和背光面同时设置太阳能集热腔102和冷却夹套（另一太阳能集热腔102），这种方案一般在两个夹套中通入同一种介质，即图1（a）所示的方案所述的纯水或特殊的光线分频介质。这一方案理论上讲更有利于降低电池板温度而保证发电效率，但仍然没有解决输出热能品位太低，难以被利用的问题。

4）如图1（d）和（e）所示的设计方案是采用聚光元件105将更多的太阳能聚集并投射到光伏发电组件101的受光面上，从而利用较小的电池板面积产生更多的电能，由于聚光元件105的成本低于晶体硅电池板的成本，因此聚光光伏发电方案有一定的成本构成优势。聚光光伏发电方案中，单位面积电池板表面所接受的太阳能为自然光照的数倍，因此其温升会更高，导致发电效率下降。因此，这种聚光光伏发电装置一般是热电联产的，集热方式与前三种方案相同。与前三种方案一样，为了保证光伏电池板处于高发电效率的温度区间，这种方案所产生的热能仍然因为温度太低而难以被利用。

因此，基于上述几种热电联产型光伏电池组件所构造的太阳能光伏热电联产系统，最大的问题是其所生产的热能温度太低，难以被利用；而提高产热温度则又会降低光伏发电的效率，违背了这种系统的构造初衷。同时，这种系统还存在冬季夜间结冻损坏的危险。本发明因此而来。

发明内容

本发明目的在于提供一种带有热泵装置的太阳能光伏热电联产系统，能够使太阳能光伏热电联产系统的光伏电池组件稳持在较低的工作温度，保证较高的光电转换效率，同时又能使系统的产热温度提升到50℃以上，使所产热能具有利用价值。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：