[发明专利]一种基于太阳能辐射选择性吸收的电热联合利用系统

说明书

本发明属于新能源开发与利用技术领域，公开了一种基于太阳能辐射选择性吸收的电热联合利用系统。装置包括透光玻璃板、太阳能电池板、太阳能电池支板、循环管道、绝热隔板，循环管道依次通过换热器、循环泵和调节阀。循环管道中通过DAC纳米工作流体，从光电单元下方预热后流至光热单元的两层透光玻璃板之间，经换热器换热后回流构成循环，具有分光和吸热冷却的双重作用。同时在循环管道内增设湍流圆柱体提高DAC纳米工作流体流速，加快对流换热的效率。本发明结构简单，成本较低，光电光热得到综合利用的同时做到光电光热单元分离，热结合问题得到解决，热利用率和光伏转化效率明显提高，市场应用前景广阔。

技术领域

本发明属于新能源开发与利用技术领域，涉及一种基于太阳能辐射选择性吸收的电热联合利用系统。

背景技术

我国太阳能资源丰富，百分之六十以上地区年辐射量大于5000MJ/m²、年日照时长在2200小时以上。随着经济的高速发展，社会对于传统化石能源的需求急剧增长，导致化石能源消耗加剧，造成能源短缺的同时还引起了一系列的环境污染和气候变暖等问题。因此作为清洁能源，太阳能的开发利用具有极大的潜力。目前，太阳能的利用技术主要有光热转换、光伏发电、光化学转换等基本方式。光伏发电可以获得高品位的电能产品，但其主要面临的问题是光电转换效率比较低，成本高，对太阳光的波段利用范围较窄。光热转换主要特点是效率高、成本低，几乎可以对太阳能的全波段进行利用，太阳能电热联合利用系统与传统的光伏系统、光热系统相比，具有较为明显的优点。在产能方面：电热联合利用系统在利用太阳电池产电的同时，可以回收利用余热，提高系统的总输出能。在太阳能利用效率方面：电热联合利用系统的光热光电总输出效率高于相应面积的传统光伏或光热系统，而光伏发电结合低温光热的集成技术可以对太阳能全波段能量进行一体化利用，既可以获得高品位电能，又将大大提高太阳能的综合利用效率。

国内外对光电、光热的复合研究，已经做了大量理论和实验工作，重点研究了PV/T(Photovoltaic/Thermal)复合系统。太阳能电热联产系统根据是否采用聚光技术可以分为：(1)平板式太阳能电热联产系统；(2)聚光太阳能电热联产系统(CPV/T)。PV/T系统由太阳能电池板供电，电池板工作中产生的热被冷却系统带走以供热水。由于太阳能电池板的光电转换效率随着温度的升高呈线性递减，因此冷却系统在获得热的同时还可以提高电池板的效率，一般可采用气冷或水冷。在气冷式中，空气作为冷却工质，空气可以在通道里自然循环或强制循环来冷却太阳电池。自然循环冷却可以减小通道面积，但冷却效果差，强制循环可以增强换热，有效降低电池工作温度，但风机的使用，使得系统有效电能输出降低。水冷式太阳能电热联用系统采用在电池板表面冷却，要求冷却工质的吸收峰与太阳电池的吸收峰尽可能没有重叠，目前均采用水作为冷却工质，由于水的热容较大，与电池板的换热稳定，换热效率高，相同功率的风机或泵驱动空气或水，则水冷式电热联用系统输出的有效能(电能、热能)较多。

但是传统的电热利用系统主要存在以下问题：传统的太阳能电热利用主要依靠热系统冷却电系统回收热能，导致了太阳电热联合利用系统不能工作在高温下。随太阳电池温度提高，电池的逆向饱和电流增加，电路开路电压下降，太阳电池的吸收能带降低，电池所产生的短路电流增加，同时太阳辐射的红外部分的能量主要在电池表面生成热能，造成了能量的浪费，使得太阳电池效率降低，红外区辐射的负效应明显。

上世纪80年代研究者提出了太阳能直接吸收技术(Direct absorptioncollection DAC)，该技术是利用纳米超微颗粒分散在工作流体中，利用流体直接对太阳辐射进行全波段或部分波段的吸收仅仅完成光热转换。基于DAC将纳米颗粒分散于不同的流体介质中被广泛的利用在了太阳能集热系统中。如对于水，熔盐，熔盐混合物等流体在太阳能可见光波段的吸收率比较低，而可见光波段恰恰集中了太阳光的50％左右的能量，利用小颗粒的强吸收特性，炭黑与金属氧化物等附加纳米颗粒的添加被用来增强流体对于可见光和近红外光的全波段吸收。