[发明专利]一种太阳能低温差发电装置

说明书

技术领域

本发明属于太阳能发电领域，具体涉及一种太阳能低温差发电装置。

背景技术

太阳能是最重要的可再生能源之一，太阳能低温差发电是继光伏发电之后最具竞争力的太阳能发电技术。太阳能低温差发电模块及系统一是指系统工作总体温度较低，二是指工作温度范围较小，以区别太阳能高温发电。太阳能低温差发电可以实现建筑一体化、模块化及小型化，可形成完全独立的分布式局域能源系统。与太阳能低温差发电相关的技术还有海洋温差发电。

太阳能光伏发电是将太阳光能通过光伏组件直接转化为电能；太阳能高温发电是将太阳光能聚光以得到～300℃以上的高温蒸汽，通过高温汽轮机带动发电机发电；海洋温差发电是以海洋表层海水作为热源，海洋深层海水作为冷源，以低沸点工质驱动低温汽轮机带动发电机发电。

光伏发电组件安装简便，可以与建筑结合，但其具有以下不足：

(1)光电转化效率低，常见硅晶组件光电转化率只有～15％；

(2)间歇、不稳定，夜间及阴天不能发电；

(3)发电成本高；

(4)输出电流为直流电，需通过逆变器转换成交流电；

(5)需蓄、放电系统，蓄电池寿命一般只有3～5年，且会造成环境污染；

(6)硅晶材料生产过程能耗巨大，污染严重。

此外，小型半导体太阳能温差发电装置，除了具有与光伏发电类似的不足外，还具有原料稀缺及难以规模化等缺陷。

以槽式、碟式及塔式等各种聚光方式为特征的太阳能高温发电，不论发电设备是蒸汽轮机还是斯特林热气机，除具有与普通火力发电类似的特点外，仍然存在间歇、不稳定、系统可靠性低、维护成本高等缺陷，适合建立大型的太阳能发电场，难以小型化。

海洋温差发电系统要求海水必须具有尽量大的温差，即海洋必须具有一定的深度且只能在低纬度海域；而且由于表层海水温度高，深层海水温度低，海洋温差发电必须工质泵、热水泵、冷水泵等耗能设备，大大降低其有效发电功率。海洋环境对系统的可靠性具有很高的要求。

申请号200910072534.4的专利提出了一种地热能或太阳能温差发电方法及应用方案，涉及冷却塔在内的几十种装置及工程设施，结构庞杂，其对设备运行的稳定性及系统可靠性要求很高。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能低温差发电装置，其结构简单合理，成本低，以水作为蓄能体，不需要蓄电池，而且发电效率高，此外本发明的发电装置可以独立运行，也可以联机运行，使用范围广。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种太阳能低温差发电装置，包括太阳能热水集热及蓄热子系统、分体式重力热管传热子系统以及一体化的全封闭汽轮机与永磁发电机子系统；所述太阳能热水集热及蓄热子系统包括太阳能集热装置、管道、蓄热水槽、蓄冷水槽和循环泵，所述蓄热水槽和蓄冷水槽不等高、不等温，蓄热水槽设于低位，蓄冷水槽设于高位，蓄冷水槽的底部至少高于低位蓄热水槽的顶部，蓄热水槽和蓄冷水槽之间形成水位高差和温差；蓄冷水槽内蓄有冷水，蓄冷水槽的顶部设有出水管，蓄冷水槽的底部设有补水管；太阳能集热装置通过管道与蓄热水槽连通，管道上设有循环泵，太阳能集热装置产生的温水或热水通过管道进入蓄热水槽；3个子系统相互连接组成集热、蓄热、传热及发电模块，太阳能热水集热及蓄热子系统提供系统工作所需的热能及温差，分体式重力热管传热子系统将热能转化为低沸点工质压差势能及运动动能，全封闭汽轮机与永磁发电机一体化子系统将低沸点工质动能转化为机械能及电能。

进一步，所述太阳能集热装置可以包括一组太阳能集热模块，也可以由多组太阳能集热模块串、并联而成，因此既可以小型化，又可以扩展；本发明的发电装置可以独立运行，也可以联机运行，使用范围广。

本发明中，3个子系统通过互相连接组成集热、蓄热、传热及发电模块，太阳能热水集热及蓄热子系统提供系统工作所需的热能及温差，分体式重力热管传热子系统将热能转化为低沸点工质压差势能及运动动能，全封闭汽轮机与永磁发电机一体化子系统将低沸点工质动能转化为机械能及电能。系统同时输出热水及电力，综合效率提高。用蓄热水槽蓄能，系统可以连续输出单相或三相交流电。

本发明的太阳能低温差发电装置通过以下具体方案实施：通过太阳能集热装置将5～30℃的冷水加热至35～70℃的热水或温水，高位蓄冷水槽内为自然环境中的自来水，因此低位蓄热水槽与高位蓄冷水槽形成了30℃左右或以上的温差。本发明中，太阳能集热装置可与建筑一体化，可独立运行，也可以由多个太阳能集热装置联机运行，使用范围广。