[发明专利]一种太阳能与地热能耦合的聚光分频光伏光热地热一体化系统

说明书

本发明提供了一种太阳能与地热能耦合的聚光分频光伏光热地热一体化系统，涉及能源技术领域，特别是一种光伏光热解耦的太阳能与地热能综合利用系统。包括地热采集管、一号三通阀、止回阀、四通阀、一号水泵、冷却背板、电池、抛物面槽式聚光器、分频片、集热器、一号储水罐、一号温度传感器、二号温度传感器、电动阀、锅炉、二号三通阀、换热器、补水箱、供暖回水管、二号储水罐、二号水泵、一号阀门、二号阀门、供暖供水管、生活用水供水管。该系统通过聚光分频光伏光热阵列对地热资源提质进行用户供热并产出电能，同时还实现了太阳光谱分离梯级利用，极大地提高太阳能全光谱综合利用率。

技术领域：

本发明涉及能源技术领域，特别是一种光伏光热解耦的太阳能与地热能综合利用系统。

背景技术：

近年来，随着人口增长和经济发展，人们对能源的需求越来越大，由此引发的环境问题也日益严重。地热能源在我国储量大，分布范围广，太阳能具有清洁，高效，可再生的特点，近年来地热能和太阳能，越来越被人们重视。我国地热资源以低温地热资源为主，可用于夏季制冷和冬季供暖。太阳能利用技术通常包括太阳能光热技术和光伏技术，但是目前太阳电池效率不理想，商业应用的太阳电池，效率不超过20％。其余未转化为电能的辐射转化为热能，这会造成电池温度升高，降低电池效率，影响电池寿命，这在聚光光伏系统中更加明显，电池温度每升高1℃，电效率下降0.05％。

为控制电池温度并实现太阳能全光谱综合利用，聚光分频光伏发电系统被提出，将太阳光按波长的不同分为不同区间，分配给不同的光伏器件接收，以提高太阳能综合利用率，理论上分频区间越小，光伏转换效率越高，但是过多分光单元会增大光学损耗，使得转换效率无明显提高。除分频技术外，聚光光伏光热一体化系统，将光伏组件与集热器结合，也会提高太阳能全光谱综合利用率。但聚光光伏光热一体化系统工作介质往往需要供热，意味着工作介质需要加热到较高温度，这样使电池效率下降，同时受电池运行温度制约，可利用工质温度并不高。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种太阳能与地热能耦合的聚光分频光伏光热地热一体化系统。

本发明的设计思想为：为了提高能源利用率，采取太阳能全光谱梯级利用和地热提质技术，用聚光分频光伏发电系统产生电能连接市政电网，用光-电转换余热和光-热转换产生的热能提升地热资源温度供给热用户。太阳直射辐射光谱在抛物面槽式聚光器阵列上进行汇聚后照射到分频片，分频片将太阳电池响应部分光谱分配到太阳电池表面进行光-电转换，其余谱段透射到集热器上进行光-热转换。光-电转换和光-热转换产生的热量用于被地热一次加热循环水的二次加热。为防止热水温度不够，二次加热的循环水再次与一次加热的热水混合提升二次加热进水口温度后，在聚光分频光伏发电系统中再次加热，为防止太阳能不足导致无法二次加热或二次加热温度不够，设置锅炉在热水温度不够时进行三次加热，在黑夜或者太阳辐照强度极低时，直接用锅炉加热地热采集管出口水，最终产生温度足够的大量中温热水用于用户供暖和生活用水。

基于上述特点，提出太阳能与地热能耦合的聚光分频光伏光热地热一体化系统。该系统利用分频技术进行太阳能全光谱梯级利用，能够进行高效光电转换的部分被太阳电池吸收转换为电能，其余谱段被集热器吸收转换为热能。即降低光伏电池热负荷，又可以获得更高的集热温度。同时，地热对循环水进行一次加热，加热后循环水依次流经太阳电池背板和集热器，带走电池废热和集热器高温热量，产生大量中温热水供给用户。当太阳辐射强度不够时利用锅炉对循环水进行三次加热，当黑夜或者是太阳辐照度极低时，直接用锅炉二次加热循环水，在保证用户用水温度的同时尽可能减小能耗。该系统既可以降低太阳电池板温度，提高光电转换效率，又产出大量中温热能，提高能源综合利用率。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：