[发明专利]主动式太阳能聚热储能系统及其方法

说明书

本发明所述主动式太阳能聚热储能系统及其方法，基于光伏发电与热泵循环技术的有机结合，提出了一种全新的主动式聚热储能系统和方法。以期针对吸收太阳能所形成的热能有效地进行传输与存储，从而整体上提高太阳能吸收转化效率，进一步提高光伏产品的能效比与市场价值。所述系统主要具有以下依次相互连接的装置：光伏发电装置，通过光伏板吸收可见光而转化成光电；热泵装置，用于将光伏板产生的热能通过冷媒循环管路传递至蓄能装置；热泵装置的蒸发器组件与光伏板连接而形成聚热装置；蓄能装置，用于吸收并存储从热泵装置单向输送来的热量。

技术领域

本发明是基于光伏发电与热泵循环技术的有机结合，从而实现了一种全新的主动式太阳能聚热储能系统及其方法，属于光伏光热技术领域。

背景技术

现有太阳能光伏发电设备得到了广泛应用，通过光伏组件可将太阳能转换为光电。但在太阳能光伏发电领域，目前所采用的光伏系统与控制方法中存在有以下问题与缺陷：

一、太阳能资源利用效率低下，浪费严重。在太阳能光谱中，只有可见光的部分光子能可以转化成光电，其他光子能、以及占比约为53％的红外能，则以普通热能的形式被释放掉了，因此太阳能光伏发电的转化利用率只有18％左右。光能中仅有小部分以光电形式加以利用。而且，由于光伏板吸收光能而导致其自身温度升高，其温度每升高1℃，光伏发电效率下降0.5％，即光伏板异常升温导致其发电效率大大降低。

二、针对太阳能光伏发电组件的技术改进进入了瓶颈期，其发电效率的提升、制造成本的降低空间越来越小。如现有通常采用的原材料，多晶硅的发电转换效率仅为18％，单晶硅能达到20％，相关硅原料最多达到29％的转换效率。从光伏板结构创新与材料替代而追求能量转换效率的提升越来越难。在2012-2017年期间，我国传统的太阳能光伏产业链已经将成本下降了近一半，光伏产业链各个环节的毛利也已经出现根本分化，光伏产品的能效比空间已经被压缩的越来越小，难以有本质上的提升了。

三、在实际使用过程中，现有光伏板在冬季户外环境下易结霜、甚至出现冰冻现象，在空气中热量减少、光能不足以化霜化冻的前提下，太阳能转换成光电的效率大大降低。而现在还没有有效的化霜化冻手段，通常是由人工或采取电热化霜的方式，费时费力，同时浪费了大量能源。

有鉴于此，特提出本专利申请。

发明内容

本发明所述主动式太阳能聚热储能系统及其方法，针对现有技术存在的问题而基于光伏发电与热泵循环技术的有机结合，提出了一种全新的主动式聚热储能系统和方法。以期针对吸收太阳能所形成的热能有效地进行传输与存储，从而整体上提高太阳能吸收转化效率，进一步提高光伏产品的能效比与市场价值。

发明目的还在于，通过光伏组件热能的传输以有效地控制光伏组件自身温度在合适的工作区间，以相应地提高光伏组件光电转换效率，特别是夏季炎热气候条件下维持其稳定的光电转换性能。

另一发明目的在于，通过光伏发电组件与热泵装置的接触式组合，解决在冬季光伏设备制热效率较低、以及光伏板表面化霜化冻的问题。

为实现上述发明目的，所述主动式太阳能聚热储能系统，主要具有以下依次相互连接的装置：

光伏发电装置，通过光伏板吸收可见光而转化成光电；

热泵装置，用于将光伏板产生的热能通过冷媒循环管路传递至蓄能装置；热泵装置的蒸发器组件与光伏板连接而形成聚热装置；

蓄能装置，用于吸收并存储从热泵装置单向输送来的热量。

如上述基本设计构思，基于光伏发电与热泵循环技术的有机结合，通过热泵装置实现蒸发器组件一端的制冷，以将冷量供给光伏板、同时将光伏板产生的热量输送到蓄能装置进行存储(或是直接以提供热水、制热空气的方式加以利用)。从而提高太阳能的吸收与转化效率，即使在炎热的夏季也可直接有效地降低并维持光伏板在理想的工作温度范围之内，相应地能够提高光伏组件的光电转换效率。