[发明专利]一种嵌入温差发电模块的太阳能聚光分频利用系统

说明书

技术领域

本发明属于太阳能热电联用技术领域，涉及一种嵌入温差发电模块的太阳能聚光分频利用系统。

背景技术

在目前能源危机与环境污染的双重压力下，开发新型可再生高效清洁能源受到了越来越多学者的关注。太阳能不仅清洁无污染，而且具有普遍性、丰富性和永久性的特点。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分为光电、光热、光化学、光生物等形式，其中应用最多的光电与光热两种形式。光电转化主要通过光伏电池进行实现，而太阳光能流密度低，光伏电池价格较高，为了降低系统的成本，聚光技术被众多学者提出。但是，聚光下的光伏电池表面温度较高，严重限制了光伏电池的光电转化效率，为了降低光伏电池的表面温度，提高系统的总效率，太阳能分频利用技术被应用到本领域。

为了回收光热单元的低品位热能，本系统采用半导体温差发电技术，直接将低品位热能转换为电能。它是一种全固态能量转换方式，无需化学反应或流体介质，在发电过程中具有无介质泄露、无磨损、无噪音、体积小、重量轻、移动方便和可靠性高等特点，而且不受热源温度的限制，因此在低品位热源的回收利用上显示出巨大的优越性。为了控制温差发电模块冷端温度，本系统使用平面热管将温差发电模块冷端热量导入冷却水管中，冷却水管中的冷却水将这部分热量带走的同时自身温度升高。

本系统将太阳能分频技术与聚光技术相结合，并将温差发电模块应用到本系统中，提高了系统的光电转化效率，并可同时提供生产生活用热水。

发明内容

本发明的目的在于提供一种嵌入温差发电模块的太阳能聚光分频利用系统，以提高系统的光电转换效率，并提供中低温生活可用热水。

为了达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种嵌入温差发电模块的太阳能聚光分频利用系统，包括聚焦太阳光的聚光单元、对所述太阳光的能量在光谱上进行分离的光谱分裂器、对所述太阳光光电利用波段的能量进行光电转换的光伏电池、吸取所述太阳光光热波段能量并进行热电转换的光热单元温差发电模块、吸取所述光伏电池表面热能并进行热电转换的光电单元温差发电模块、对所述光热单元温差发电模块冷端进行热量传递的光热单元平面热管、对所述光电单元温差发电模块冷端进行热量传递的光电单元平面热管、对所述平面热管冷端进行冷却的水冷却单元以及检测太阳光方向并根据所述检测结果控制所述聚光单元垂直于所述太阳光方向的太阳光跟踪单元，其特征在于：所述聚光单元、光谱分裂器、光伏电池、光电单元温差发电模块及光电单元平面热管的热端沿着阳光射入方向从上往下依次设置；

所述光热单元温差发电模块布置在聚光单元与光谱分裂器所组成系统的焦点上，光热单元平面热管的热端贴合于光热单元温差发电模块的冷端，所述光热单元平面热管的冷端与光电单元平面热管的冷端浸没在水冷却单元的冷却水中。

进一步，所述聚光单元为板状的菲涅尔透镜。

所述光热单元温差发电模块热端表面涂有黑色强吸收层以使得所吸收的热能最大化。

所述水冷却单元包括冷却水、冷却水管，所述冷却水在所述冷却水管中流动并将热量带走。

所述冷却水单元还包括布置在冷却水管表面的保温层。

所述光热单元平面热管的冷端布置有翅片。

所述光电单元平面热管的冷端布置有翅片。

所述光伏电池与所述光电单元温差发电模块之间、所述光电单元温差发电模块与所述光电单元平面热管之间、所述光热单元温差发电模块与所述光热单元平面热管之间以绝缘的粘结层贴合。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

1)提高系统光电转换效率。太阳能分频利用技术的应用降低了光伏电池的表面温度，从而提高了光伏电池的光电转化效率；光电单元温差发电模块将光伏电池表面的热能进一步转化为电能；光热单元温差发电模块接受能量的表面涂黑以最大化吸收所接受到的热能，并将此部分能量转化为电能。系统中共三处光电转换元件，极大提高了系统的光电转换效率。

2)降低系统成本。采用聚光技术能够大幅度减少光伏电池及集热管的面积，降低系统成本。

3)半导体温差发电技术是一种全固态能量转换方式，无需化学反应或流体介质，在发电过程中具有无介质泄露、无磨损、无噪音、可靠性高等特点，而且不受热源温度的限制。

4)提供了生活可用热水。水冷却单元在降低平面热管冷端温度的同时，自身温度得到提高，提供了生活可用热水。