本发明专利技术公开了一种基于纳米催化剂的太阳能光伏‑热化学复合装置，将太阳能光伏和热化学利用技术相结合，实现了太阳能的全波长利用。所述装置通过聚光镜(101)反射太阳辐射，使太阳辐射聚焦至接收器(102)表面；由接收器(102)内部的含有纳米催化剂粒子的液体原料(104)吸收波长在400nm以下的太阳辐射，进行光热转化；由接收器(102)内部的光伏电池板(106)吸收波长在400nm以上的太阳辐射，进行光电转化。本发明专利技术还公开了一种应用所述基于纳米催化剂的太阳能光伏‑热化学复合装置的发电系统，将光电转化效应通过逆变器输出电能，将光热转化效应通过燃气‑蒸汽联合循环机组输出电能，实现了利用太阳能全天候供电的分布式供电能力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于太阳能综合利用
，具体涉及一种太阳能光伏-热化学复合利用的装置及应用该装置的发电系统。
技术介绍
随着能源需求的快速增长和环境问题的日趋严重，加大绿色能源在能源结构中的比重已成为国家能源发展战略。在绿色能源中，太阳能储量异常丰富，其地位尤为重要。目前工业领域中的太阳能利用主要有光伏、光热两种途径。光伏利用结构简单但不具备昼夜连续工作条件，即无法大规模储能。光热利用虽然系统结构复杂但可以通过储热的方式实现储能，成本低廉且技术难度较低，因而被普遍采用。然而，以储热形式储存太阳能，其储能密度远不及以化学能形式储存，即化学储能。因而将太阳能光伏技术与太阳能热化学技术相结合构成的太阳能复合利用系统具有系统高效紧凑、可昼夜连续工作的潜在优势。另一方面，常见的热化学反应器中，热量均以间壁式换热的形式从反应器外部通过壁面进入反应器内部，进而作为反应热提供热量。这种间壁式换热形式存在换热过程环节多、损失大、响应慢的缺点。同时，由于热化学反应通常在催化剂条件下进行，但目前常见的催化剂填充方式多为厘米级颗粒直接堆积填充，这种填充方式易造成有效裸露比表面积较低，使得在反应过程中催化剂与反应物不能够保证接触充分，进而降低了催化剂利用率。综合以上两方面可以发现，将光伏技术与热化学储能技术相结合，并且在催化剂结构和反应热传递方面加以优化，不失为一种极具潜力的太阳能综合利用技术，从而实现太阳能的高效利用。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于提供一种基于纳米催化剂的太阳能光伏-热化学复合利用装置，将光伏发电技术与热化学储能技术相结合，并且在催化剂结构和反应热传递方面加以优化，以实现太阳能的高效利用。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于纳米催化剂的太阳能光伏-热化学复合装置及发电系统，适用于中低温太阳能光伏光热综合利用。本专利技术的技术方案如下：一种基于纳米催化剂的太阳能光伏-热化学复合装置，聚光镜用于反射太阳辐射，将太阳辐射聚焦至接收器表面，所述接收器包括透明并列通道、含有纳米催化剂粒子的液体原料、光伏电池板：所述透明并列通道位于接收器内部上方位置；所述含有纳米催化剂粒子的液体原料置于透明并列通道内部；所述光伏电池板置于透明并列通道上表面。所述含有纳米催化剂粒子的液体原料的吸收波长范围包括400nm以下。所述光伏电池板的吸收波长范围包括400nm以上。所述聚光镜具备太阳辐照实时追踪功能。所述接收器还包括弧形凹透镜和保温结构，所述弧形凹透镜位于所述接收器底部位置，所述保温结构布置于所述接收器外表面。所述弧形凹透镜外表面与由所述聚光镜反射形成的聚焦光线垂直；经过所述弧形凹透镜后的光线发散成为平行光线，垂直进入所述透明并列通道。所述透明并列通道构成并联流动通道，所述含纳米催化剂粒子的液体原料布置于并联流动通道内部。所述含有纳米催化剂粒子的液体原料由液体原料及散布在其内部的纳米尺度催化剂粒子组成。所述纳米催化粒子是Pt、Pd，或者Cu与ZnO的混合物。所述光伏电池板是单晶硅或多晶硅材料。本专利技术还提出了一种基于纳米催化剂的太阳能光伏-热化学复合发电系统，包括线性菲涅尔式太阳能光伏-热化学吸收反应场、逆变器和燃气-蒸汽联合循环机组，所述线性菲涅尔式太阳能光伏-热化学吸收反应场由本专利技术提出的基于纳米催化剂的太阳能光伏-热化学复合装置组成。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术提供的基于纳米催化剂的太阳能光伏-热化学复合装置，纳米催化剂粒子主要吸收波长在400nm以下的太阳辐射，通过表面等离子共振作用进行光热转化进而提供反应热；而光伏电池主要吸收波长在400nm以上的太阳辐射，进行光电转化。通过将两种结构组合实现了太阳能的全波长利用，从而显著提升了太阳能利用率。2、本专利技术提供的一种基于纳米催化剂的太阳能光伏-热化学复合装置，，纳米催化剂粒子仅对周围邻近区域的液体原料加热使其升温，使液体原料整体温度不会显著升高，所以光伏电池不必进行特殊冷却，进而简化了系统，降低了成本，显著提高了系统运行可靠性。3、本专利技术提供的一种基于纳米催化剂的太阳能光伏-热化学复合装置，来自聚焦太阳能的热量直接从液体原料内部进行“体加热”，较之传统的热量通过壁面导入液体内部的“面加热”方式更加高效直接，避免了中间环节产生的损失，从而提高了太阳能热利用效率。4、本专利技术提供的基于纳米催化剂的太阳能光伏-热化学复合发电系统，日间通过光伏电池对外输电，同时借助转化燃料储存化学能；夜间可通过燃烧燃料经燃气动力循环发电，从而实现全天候供电。5、本专利技术提供的基于纳米催化剂的太阳能光伏-热化学复合发电系统，以太阳能和便于运输的液体原料为输入进行供电，具备不依赖于主电网的分布式供电系统灵活、高效、可靠的优点。附图说明图1是本专利技术的基于纳米催化剂的太阳能光伏-热化学复合装置的一种实施例结构示意图；图2是根据本专利技术实施例的纳米催化剂粒子及其加热催化反应的过程示意图；图3是本专利技术的基于纳米催化剂的太阳能光伏-热化学复合发电系统的一种实施例流程图。图中：聚光镜101；接收器102；弧形凹透镜103；含有纳米催化剂粒子的液体原料104；透明并列通道105、光伏电池板106、保温结构107，纳米催化剂粒子201；液体原料202；合成气203；逆变器301；线性菲涅尔式太阳能光伏-热化学吸收反应场302；气液分离器303；泵304；烟气预热器305；压气机306；燃烧室307；燃气透平308；发电机组309；余热锅炉310；蒸汽透平311；发电机组312；冷凝器313；冷却塔314；泵315。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术提出的基于纳米催化剂的太阳能光伏-热化学复合装置，适用于中低温太阳能光伏光热综合利用，包括聚光镜、接收器。其中，接收器由弧形凹透镜、含有纳米催化剂粒子的液体原料、透明并列通道、光伏电池板及保温结构构成。透明并列通道位于接收器内部上方位置，透明并列通道上表面布置光伏电池板，内部为含有纳米催化剂粒子的液体原料，弧形凹透镜位于接收器底部位置，接收器外表面布置保温结构。聚光镜由平面反光镜或弧面反光镜构成，聚光镜具备太阳辐射实时追踪功能，太阳辐射经聚光镜反射后成为聚焦光线。聚焦光线再经过弧形凹透镜后发散成为平行光线。弧形凹透镜外表面与聚焦光线垂直以减小光线入射时发生的反射与透射损失。然后平行光线再垂直进入透明并列通道被含有纳米催化剂粒子的液体原料部分吸收，发生吸热催化反应输出合成气，进行热化学利用，剩余光线被光伏电池板接收进行光电转化输出电能，进行光伏利用。含有纳米催化剂粒子的液体原料由液体原料及散布在其内部的纳米尺度催化剂粒子组成，主要通过表面等离子共振作用吸收波长在400nm以下的太阳辐射进行光热转化。该作用可实现对粒子周围液体原料的快速加热升温，使局部迅速满足吸热催化反应条件发生化学反应，生成产物合成气从液体原料中自动析出。光伏电池板可以为单晶硅或多晶硅材料，主要吸收波长在400nm以上的太阳辐射进行光电转化。本专利技术通过将光热转化和光电转化两种结构组合实现了太阳能的全波长利用，从而显著提升了太阳能利用率。另外，透明并列本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于纳米催化剂的太阳能光伏‑热化学复合装置，包括聚光镜(101)和接收器(102)，所述聚光镜(101)用于反射太阳辐射，使太阳辐射聚焦至接收器(102)表面，其特征在于，所述接收器(102)包括透明并列通道(105)、含有纳米催化剂粒子的液体原料(104)、光伏电池板(106)：所述透明并列通道(105)位于接收器(102)内部上方位置；所述含有纳米催化剂粒子的液体原料(104)位于透明并列通道(105)内部；所述光伏电池板(106)置于透明并列通道(105)上表面。
【技术特征摘要】
1.一种基于纳米催化剂的太阳能光伏-热化学复合装置，包括聚光镜(101)和接收器(102)，所述聚光镜(101)用于反射太阳辐射，使太阳辐射聚焦至接收器(102)表面，其特征在于，所述接收器(102)包括透明并列通道(105)、含有纳米催化剂粒子的液体原料(104)、光伏电池板(106)：所述透明并列通道(105)位于接收器(102)内部上方位置；所述含有纳米催化剂粒子的液体原料(104)位于透明并列通道(105)内部；所述光伏电池板(106)置于透明并列通道(105)上表面。2.根据权利要求1所述的基于纳米催化剂的太阳能光伏-热化学复合装置，其特征在于，所述含有纳米催化剂粒子的液体原料(104)的吸收波长范围包括400nm以下。3.根据权利要求1所述的基于纳米催化剂的太阳能光伏-热化学复合装置，其特征在于，所述光伏电池板(106)的吸收波长范围包括400nm以上。4.根据权利要求1所述的基于纳米催化剂的太阳能光伏-热化学复合装置，其特征在于，所述聚光镜(101)具备太阳辐照实时追踪功能。5.根据权利要求1所述的基于纳米催化剂的太阳能光伏-热化学复合装置，其特征在于，所述接收器(102)还包括弧形凹透镜(103)和保温结构(107)，所述弧形凹透镜(103)位于所述接收器(102)底部位置，所述保温结构(107)布置于所述接收器(102)外表面。6.根据权利要求5所...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙杰，洪慧，刘启斌，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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