[发明专利]一种太阳能光热光电分频利用系统

说明书

技术领域

本发明属于太阳能热电联用技术领域，涉及一种太阳能光热光电分频利用系统。

背景技术

当今能源紧缺、环境污染成为了困扰了世界各国的重大问题，而太阳能作为一种新型可再生清洁能源受到了越来越多的关注。据计算，太阳辐射到地球的能量高达4×10¹⁵MW，是地球能耗的2000倍。因此，开发太阳能资源对解决世界能源环境问题具有重大的现实意义。

目前对太阳能的利用主要集中在光热、光电、光化学、光生物转换等。在太阳辐射中，仅有一部分光能能够被光伏电池吸收，转化为电能，其余的光能部分，被电池吸收后仅能转化为热。目前，光伏电池的光电转换效率较低，一般仅为5％～20％，其余的能量被转化为热能，提高了电池板的温度，降低了光电效率。如果能将光伏电池不能利用的热能收集起来，不仅有利于提高光电转化效率，也得到了可以利用的热能。传统的光电光热一体化(PHOTOVOLTAIC/THERMAL，简称PV/T)复合系统正是基于这一原理，在电池背面布置冷却流体，吸收电池热量。然而，受限于电池的允许温度，采用这种方法仅能获得品位不高的热能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能光热光电分频利用系统，以有效提高太阳能总转化效率，获取高品位热能。

为了达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种太阳能光热光电分频利用系统，包括聚焦太阳光的聚光单元、吸取所述太阳光热能的光热单元，对所述太阳光进行光电转化的光电单元以及热量回收单元，所述聚光单元、光热单元和光电单元从上到下依次设置；所述光热单元和所述光电单元的内部均具有通道，并通过所述通道连通；所述通道内含有半导体纳米流体，流动方向为从所述光电单元流向所述光热单元，以冷却所述光电单元并在所述光热单元中对经过的太阳光进行光电和光热的分频；所述光电单元和所述光热单元还通过各自内部的所述通道与所述热量回收单元连接，以形成回路。

所述半导体纳米流体为非化学计量比Cu_2-xS半导体纳米流体，其中所述x大于0且小于2。

所述系统还包括太阳能跟踪单元，以检测太阳光方向，并根据所述检测结果控制所述聚光单元、所述光热单元和所述光电单元垂直于所述太阳光方向。

所述聚光单元为板状的菲涅尔透镜。

所述光热单元包括圆形管状的石英套管，所述石英套管内部的通道即为所述光热单元内部的通道。

所述聚光单元的焦点处于所述石英套管的圆心位置。

所述石英套管在300nm～2500nm波段具有90％以上的透射率。

所述光电单元包括方形管状的铝管、通过粘结层粘贴在所述铝管上表面的光伏电池以及包围所述铝管下表面的保温层；所述方形管状的铝管内部的通道即为所述光电单元内部的通道。

所述光伏电池为晶硅电池板；所述粘结层的导热率为4～5W/(m·K)。

所述热量回收单元包括通过循环管道依次连接的换热器、流量调节阀和循环泵；所述循环管道一端连接所述光热单元内部的通道，另一端连接所述光电单元内部的通道。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

1)有效提高了光热转换效率。纳米流体流经光电单元不仅对电池片进行了冷却，同时也是进入光热单元前的预热，这有效提高了光热转换效率。

2)有效提高光电转换效率。采用纳米流体选择性地过滤、吸收与光伏电池不匹配的电磁波，避免了这部分电磁波带来的温升，从而提高光伏电池的光电效率。

3)有效控制电池片温度。通过纳米流体吸收光伏电池的热量，对其进行冷却。

4)有效提高能源品位。相比较传统PV/T系统，本发明的光热单元温度独立于光电单元温度，光热产物不仅仅是40～50℃的废热，而是可远高于光伏电池的许用温度，这种中温流体不再是废热，可通过斯特林循环、有机朗肯循环等技术再次转化为电能。

5)有效降低了成本。采用聚光技术能够大幅度减少光伏电池的面积，降低系统成本。

附图说明

图1是本发明实施例中太阳能光热光电分频利用系统的结构示意图。

附图中：1、冷却水；2、换热器；3、流量调节阀；4、循环泵；5、纳米流体；6、保温层；7、粘结层；8、铝管；9、光伏电池；10、石英套管；11、聚光板。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。