[发明专利]一种基于光伏光热的太阳能利用装置及优化控制方法

说明书

本发明涉及光伏光热技术领域，具体公开了一种基于光伏光热的太阳能利用装置及优化控制方法，包括光伏光热一体化系统、ORC系统、电力输配系统、生活热水系统和控制系统。一方面，光伏光热一体化系统中光伏板接收太阳能转化为电能，通过电力输配系统对电能进行调控向公共电网及负载供电。另一方面，PV蒸发器收集光伏板余热，经热泵循环后得到高品位热能，再由ORC系统利用高品位热能驱动循环产出电能。此外依据BP人工神经网络，提出了一种优化控制方法。本发明不仅可以有效降低光伏板温度，提高其工作效率和工作寿命，也提升了太阳能利用效率，经济效益显著。

技术领域

本发明涉及光伏光热技术领域，具体是一种基于光伏光热的太阳能利用装置及优化控制方法。

背景技术

进入20世纪以来，经济社会快速发展与人类活动不断加剧，使得生活中每个角落都能发现人类给环境带来的影响，燃烧化石燃料供应电能，加速了二氧化碳等温室气体排放，导致“全球变暖”与“冰川融化”现象愈发严重。全球能源消耗量急剧攀升，空气污染、节能减排等问题时刻伴随人类左右。太阳能取之不尽、用之不竭，我国太阳能资源丰富，使用太阳能光伏板能将太阳能转化为品位较高的电能，无污染，安全可靠。然而在标准状态下单晶硅太阳电池的效率在16％～19％，即至少有80％的太阳能转化为热能，并且光伏电池的温度越高，光电转化效率越低，光伏电池的温度过高也会影响光伏板的使用寿命。其中较为常用的方法为搭建光伏光热一体化系统。光伏光热一体化系统具有在降低太阳能电池温度的同时，将流体带走的热量加以利用的特点，但由于太阳辐照强度的不确定性以及流体带走大量热量的利用率低下，热损失较大。同时，对于此类系统，缺少其对环境（如环境温度、太阳辐照强度等）、效率等因素的综合考虑，在参数设置、环境影响等方面很难找到合适的综合性方案。

发明内容

本发明的目的在于为解决上述问题而提供一种基于光伏光热的太阳能利用装置及优化控制方法。该装置能够通过光伏光热一体化系统驱动ORC系统运行发电，从而使工质蒸发、冷凝、换热，实现太阳能高效利用的功能并提高能量转化效率；依据遗传算法优化BP人工神经网络，通过数据驱动和数值模拟综合考虑多方因素，得出较为合适的控制方法，为方案选择提供借鉴。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于光伏光热的太阳能利用装置，包括光伏光热一体化系统、ORC系统、电力输配系统、生活热水系统和控制系统；所述光伏光热一体化系统包括有蓄热罐、补液管以及依次串联形成闭环回路的PV蒸发器、压缩机、第一换热器和节流阀，所述蓄热罐与第一换热器并联；所述PV蒸发器包括光伏板和集热器；所述PV蒸发器中设置有温度传感器和风速传感器；所述ORC系统包括电动机、汽轮机、第二换热器和工质泵，所述汽轮机、所述第二换热器、所述工质泵和所述第一换热器依次串联形成闭环回路，所述汽轮机与电动机电性连接；所述电力输配系统与所述光伏板电性连接；所述生活热水系统通过水管与第二换热器连接；所述控制系统分别与所述光伏光热一体化系统、所述ORC系统以及所述电力输配系统电性连接。

进一步，所述电力输配系统包括数字处理模块、用户操作终端及依次串联的最大功率点跟踪模块、组串式逆变器和并网离网转换模块；所述并网离网转换模块的输出端连接至公共电网和负载，所述最大功率点跟踪模块上连接有所述数字处理模块，所述数字处理模块和所述并网离网转换模块均通过通讯线与所述用户操作终端连接；所述最大功率点跟踪模块与所述电动机电性连接。

进一步，所述生活热水系统包括生活用水出水管和自来水进水管，所述自来水进水管与所述第二换热器的入水口连接，所述生活用水出水管与所述第二换热器的出水口连接。

另外，本发明还提供了一种基于遗传算法优化BP人工神经网络的优化控制方法，应用于上述一种基于光伏光热的太阳能利用装置，包括如下步骤：

S1：通过所述温度传感器和所述风速传感器实时监测环境温度、环境风速，将实时监测到的环境温度、环境风速作为BP人工神经网络的输入向量；

S2：依据遗传算法对所述输入向量进行筛选，经过算法迭代得到最佳输入向量，再将所述最佳输入向量赋值于BP人工神经网络进行计算，输出太阳辐照强度S；