一种基于纳米流体提高太阳能热电发电效率的系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于纳米流体提高太阳能热电发电效率的系统，包括基于纳米流体直接吸收式真空管集热系统、基于纳米流体储热池、基于纳米流体冷端散热器、热电器件热端换热器和热电发电系统，基于纳米流体直接吸收式真空管集热系统通过管道和基于纳米流体储热池连接，基于纳米流体储热池通过管道和热电器件热端换热器连接，热电器件热端换热器和热电发电系统直接安装在一起，基于纳米流体冷端散热器为热电发电系统的散热器，基于纳米流体冷端散热器通过管道和热电发电系统连接在一起。此系统实现了吸热、传热及储热一体化，在太阳能光热吸收、储存和输运过程中免除热交换器，简化换热环节，减少热能损失。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种提高太阳能热电发电效率的系统，具体涉及一种基于纳米流体提高太阳能热电发电效率的系统。
技术介绍
积极寻求新能源和新的能源利用方式成为当今世界范围内的研究热点。在太阳能、风能、地热能和生物质能等为代表的可再生能源中，太阳能以其无限性、普遍性、清洁性、经济性等特点受到全球各大研究机构的重点关注。据权威机构预测，到本世纪中段，太阳能将成为能源结构中最重要的一部分。可见，研究太阳能利用对维持经济可持续发展，保证国家能源安全具有十分重要的意义，而太阳能发电是太阳能利用最为重要的方式之一。太阳能热电发电(STEG)是利用热电器件直接将热能转换为电能的新能源技术，具有无噪音、无污染、无需燃料、不受地域限制、规模大小灵活、故障率低、建设周期短等优势。STEG系统主要由太阳能集热系统和热电发电(TEG)系统组成。集热系统光吸收与光热转换效率、热传输与存储过程中热量损失及TEG系统热电转换效率决定了STEG系统总体效率。虽然目前STEG系统采用的集热方式、工作温度和材料等各有不同，但其总体结构可总结为图1所示的构型。太阳辐射经不同光学系统聚光后，由集热系统中涂成黑色的或者选择性太阳能吸收材料制成的吸热器将光能转换成热能并传导至热电器件热端。可以看出，此类吸热器的工作方式属于表面式吸收，最高温度点将出现在吸热表面。通过传热分析可以发现，在图1所示结构中，70％以上太阳辐射能通过吸热器的再辐射和自然对流传热损耗，导致STEG系统效率极低。另一方面，由于昼夜交替、气候变化以及一天中太阳辐射强度随时间的波动性，太阳能的获取总是间歇而不连续的，造成了能量供求之间在时间和空间上的不匹配，使得太阳能发电系统很难平稳运行。采用储热系统将收集到的部分太阳能储存起来，在需要时提供热能，从而达到容量缓冲、电力输出平稳、提高利用率等目的。太阳能储热一般可分为显热储热、潜热储热和化学反应储热。而显热储热主要是通过材料温度的上升或下降而存储热能，具有原理简单、技术成熟、材料来源丰富、成本低廉等特点，是目前太阳能储热技术中最成熟且已取得商业化应用的储热材料。显热储热系统需要依靠材料的温度变化进行能量储存，因此理想的太阳能显热存储介质应具有高的比热容、高的热导率和高的化学稳定性，然而很少有材料同时满足这些要求。此外，强化冷端散热以降低热电器件冷端温度，是提高STEG系统输出电压与输出功率的另一途径。如果热量在STEG系统的冷端积聚，无法迅速有效地散发掉，将使冷端温度上升，导致冷热端温差下降，从而影响STEG系统的效率。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的主要目的在于提供一种基于纳米流体提高太阳能热电发电效率的系统。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于纳米流体提高太阳能热电发电效率的系统，所述基于纳米流体提高太阳能热电发电效率的系统包括：基于纳米流体直接吸收式真空管集热系统、基于纳米流体储热池、基于纳米流体冷端散热器、热电器件热端换热器和热电发电系统，基于纳米流体直接吸收式真空管集热系统通过管道和基于纳米流体储热池连接，基于纳米流体储热池通过管道和热电器件热端换热器连接，热电器件热端换热器和热电发电系统直接安装在一起，基于纳米流体冷端散热器为热电发电系统的散热器，基于纳米流体冷端散热器通过管道和热电发电系统连接在一起。在本专利技术的具体实施例中，所述基于纳米流体直接吸收式真空管集热系统内安装有太阳光跟踪系统。在本专利技术的具体实施例中，所述基于纳米流体直接吸收式真空管集热系统采用的纳米流体种类的基液包括水基、有机溶剂基以及合成油基，纳米粒子包括Cu、ZnO、TiO2、石墨烯、碳纳米管。在本专利技术的具体实施例中，所述基于纳米流体储热池内安装有具有储能功能的相变材料；所述基于纳米流体储热池采用纳米流体显热储热和相变材料潜热储热相结合的方式。在本专利技术的具体实施例中，相变材料包括无机类相变材料和有机类相变材料、复合相变材料、改性后的相变材料。在本专利技术的具体实施例中，无机类相变材料包括：结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类；有机类相变材料包括：石蜡、棕榈酸。在本专利技术的具体实施例中，基于纳米流体冷端散热器为板翅式换热器。在本专利技术的具体实施例中，基于纳米流体储热池的底部加装搅拌装置。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术提供的基于纳米流体提高太阳能热电发电效率的系统，基于纳米流体的直接吸收式太阳能集热器，利用的是纳米流体体积式吸收过程，纳米流体既是吸热材料又是传热材料，可以有效降低集热系统的热阻；同时由纳米流体直接吸收辐射能降低了集热器表面温度，从而减少了集热系统的散热损失。本专利技术将基于纳米流体直接吸收式集热系统吸收转换的太阳辐射能直接存储于纳米流体池。由纳米流体兼作吸热介质、储热介质和传热介质，在太阳能光热吸收、储存和输运系统内免除热交换器，简化换热环节，实现吸热、传热及储热一体化，从而降低热阻，减少热量损失。本专利技术中相变材料储热密度大、热稳定性好，选择相变材料作为STEG系统辅助储能材料，有利于进一步提高热能储存密度和稳定性。本专利技术的纳米流体应用到STEG系统冷端冷却系统，可以强化冷端传热，降低其温度，从而提升STEG系统的效率。附图说明图1为常用的太阳能热电发电系统的构型示意图。图2为本专利技术的整体结构示意图。图3为纳米流体流速与热电发电效率提高比。图4为纳米流体和基液(水)在24h内吸收太阳光后温度的变化。具体实施方式下面结合附图给出本专利技术较佳实施例，以详细说明本专利技术的技术方案。图2为本专利技术的整体结构示意图，如图2所示：本专利技术提供的基于纳米流体提高太阳能热电发电效率的系统，包括基于纳米流体直接吸收式真空管集热系统100、基于纳米流体储热池200、基于纳米流体冷端散热器300、热电器件热端换热器400和热电发电系统500，基于纳米流体直接吸收式真空管集热系统100通过管道和基于纳米流体储热池200连接，基于纳米流体储热池200通过管道和热电器件热端换热器400连接，热电器件热端换热器400和热电发电系统500直接安装在一起，基于纳米流体冷端散热器300为热电发电系统500的散热器，基于纳米流体冷端散热器300通过管道和热电发电系统500连接在一起。基于纳米流体直接吸收式真空管集热系统100即是吸热材料有时传热材料。基于纳米流体直接吸收式真空管集热系统100内安装有太阳光跟踪系统。基于纳米流体直接吸收式真空管集热系统100采用的纳米流体种类的基液包括水基、有机溶剂基以及合成油基，纳米粒子包括Cu、ZnO、TiO2、石墨烯、碳纳米管。基于纳米流体储热池200内安装有具有储能功能的相变材料；基于纳米流体储热池200采用纳米流体显热储热和相变材料潜热储热相结合的方式。相变材料包括但不限于无机类相变材料主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等；有机类相变材料主要包括石蜡、棕榈酸和其他有机物；各类复合相变材料；改性后的各类相变材料等。基于纳米流体冷端散热器300为板翅式换热器，充分发挥出纳米流体强化传热的特点。本专利技术中的基于纳米流体直接吸收式真空管集热系统100采用槽式线聚焦，配有太阳光跟踪系统以便尽可能采集更多的太阳能。槽式集热镜场采用FLABEG反射镜面，太阳光经其反射至直接吸收式真空集热管，并对管内的纳米流体进行加热。由于纳米颗粒的小尺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于纳米流体提高太阳能热电发电效率的系统，其特征在于：所述基于纳米流体提高太阳能热电发电效率的系统包括：基于纳米流体直接吸收式真空管集热系统、基于纳米流体储热池、基于纳米流体冷端散热器、热电器件热端换热器和热电发电系统，基于纳米流体直接吸收式真空管集热系统通过管道和基于纳米流体储热池连接，基于纳米流体储热池通过管道和热电器件热端换热器连接，热电器件热端换热器和热电发电系统直接安装在一起，基于纳米流体冷端散热器为热电发电系统的散热器，基于纳米流体冷端散热器通过管道和热电发电系统连接在一起。

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米流体提高太阳能热电发电效率的系统，其特征在于：所述基于纳米流体提高太阳能热电发电效率的系统包括：基于纳米流体直接吸收式真空管集热系统、基于纳米流体储热池、基于纳米流体冷端散热器、热电器件热端换热器和热电发电系统，基于纳米流体直接吸收式真空管集热系统通过管道和基于纳米流体储热池连接，基于纳米流体储热池通过管道和热电器件热端换热器连接，热电器件热端换热器和热电发电系统直接安装在一起，基于纳米流体冷端散热器为热电发电系统的散热器，基于纳米流体冷端散热器通过管道和热电发电系统连接在一起。2.根据权利要求1所述的基于纳米流体提高太阳能热电发电效率的系统，其特征在于：所述基于纳米流体直接吸收式真空管集热系统内安装有太阳光跟踪系统。3.根据权利要求1所述的基于纳米流体提高太阳能热电发电效率的系统，其特征在于：所述基于纳米流体直接吸收式真空管集热系统采用的纳米流体种类的基液包括水基、有机溶剂基以及合成油基...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴子华，谢华清，李奕怀，刘安邦，王元元，邢姣娇，
申请(专利权)人：上海第二工业大学，
类型：发明
国别省市：上海;31