[发明专利]一种可实现温度控制与热利用的太阳能-热电耦合系统

说明书

本发明公开了一种可实现温度控制与热利用的太阳能‑热电耦合系统，包括菲涅尔透镜、太阳能电池、热水环路、热电器件、冷水环路、温度控制单元，其中热水环路与冷水环路分别包含水箱、水泵、换热片和管道，温度控制单元包含感温线与温控阀门；温控阀门连接热水环路和冷水环路，感温线用来测量太阳能电池温度，当太阳能电池温度高于预设值时，温控阀门将打开，冷水环路中的冷水流入热水环路，降低热水环路水温，从而降低太阳电池的温度，实现温度控制。本发明可以将系统温度控制在预设值，减弱太阳辐照波动对系统发电效率的影响，防止系统温度过高而使太阳能电池烧坏，同时系统可以产生温度较高的热水，从而实现额外的热利用，提高太阳能利用率。

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，特别是一种可实现温度控制与热利用的太阳能-热电耦合系统。

背景技术

太阳能具有储量丰富、清洁可持续等优点受到了广泛的关注与重视，相应的光热、光电利用也在陆续研究和开展。太阳能电池可以直接基于光生伏特效应发电，各式太阳能电站与分布式太阳能发电系统已逐步推广，提供了可观的电能输出。但是由于结构和材料的限制，只有少部分入射的太阳能可以被太阳能电池吸收并转化为电能，剩下的大部分太阳能最终变成热能，从而导致电池温度的升高。这不仅是一种能量的浪费，同时也对会降低太阳能电池的光电转换效率。对此，人们提出太阳能-热水(PV-T)系统，既使用水在太阳能电池背面进行冷却，降低太阳能电池温度，同时被加热的冷却水可以得到利用(ChowTT.2010.A review on photovoltaic/thermal hybrid solar technology.AppliedEnergy 87:365-79)。然而，由于太阳能电池温度越高，其效率越低，这使得冷却水的温度应尽可能的低；但当冷却水温度不够高时，就不具有了利用的价值。这种太阳能发电与产生热水之间的冲突使得PV-T系统并不是提高太阳能利用率的有效方法。

热电器件又称温差发电器件，通常被用于余热回收装置中。热电器件可以在其冷热端存在温差时基于塞贝克效应发电，且冷热端温差越大，热电器件发电效率越高。有研究者提出使用热电器件来吸收太阳能电池转换的热量产生额外的电能，既太阳能-热电(PV-TE)耦合系统(Kil T,Kim S,Jeong D,Geum D,Lee S,et al.2017.A highly-efficient,concentrating-photovoltaic/thermoelectric hybrid generator.Nano Energy 37:242-7)。PV-TE耦合系统对比于PV-T系统有着更高的电效率，但无法实现热利用。此外，热电器件的加入等于在太阳能电池与热沉之间增加了一层热阻，从而导致太阳能电池温度的显著升高。当太阳辐照较大、冷却不足时，太阳能电池将会被烧坏。在实际应用中，一天的太阳辐照强度不断变化的，热电器件的加入增大了太阳能电池温度和效率随太阳辐照强度变化的幅度，这使得系统稳定性变差。因此，如何消除太阳辐照强度对耦合系统的影响，提高系统稳定性和实现太阳能额外的热利用是一个技术难点。

由此可知，PV-T系统和PV-TE系统各有其优点和缺点，如何能够在提高太阳能发电效率的同时实现热利用和提高系统的稳定性防止器件烧坏是有待解决的两个重要问题。但是到目前为止，并没有相关的技术来解决上述的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现温度控制与热利用的太阳能-热电耦合系统，以解决单纯的PV-TE耦合系统无法实现热利用和稳定性差的技术难题，使得PV-TE系统可以运行在设定的温度，拥有克服由于太阳辐射变化而带来的温度波动的能力，并且产生具有较高利用价值的热水，从而实现太阳能的高效率利用

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种可实现温度控制与热利用的太阳能-热电耦合系统，包含菲涅尔透镜、太阳能电池、第一换热片、第一水箱、第一水泵、热电器件、第二换热片、第二水箱、第二水泵、温度控制单元；