一种基于光热光电分频利用的有机朗肯循环发电系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于光热光电分频利用的有机朗肯循环发电系统，该系统包括：太阳能光电光热分频利用装置：接收太阳能并将太阳能分频利用，产生电能和中低温热能；有机朗肯循环发电装置：用以接收太阳能光电光热分频利用装置产生的中低温热能并将其转换为电能；蒸发器：用以将太阳能光电光热分频利用装置产生的中低温热能与有机朗肯循环发电装置进行换热；控制装置：用以控制有机朗肯循环发电装置中ORC工质的流量以及太阳能光电光热分频利用装置中纳米流体的流量。与现有技术相比，本发明专利技术具有转换效率高、输出光热负荷的可调控性强、季节和地区适应性强、提供个性化的能量类型、结构紧凑、易安装等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热电联产
，尤其是涉及一种基于光热光电分频利用的有机朗肯循环发电系统。
技术介绍
能源紧缺及环境污染已成为制约世界经济发展的重大问题，而提高能源利用效率和开发新能源成为解决此问题的重要措施。太阳能作为一种清洁可再生能源，而备受关注。然而，目前太阳能光电转换效率偏低，一般仅为5%?20%。主要原因是仅有一部分特定频率内的光能被光伏电池吸收并转化为电能，其余大部分光能被电池吸收后转化为热。这就造成:一方面导致电池板温度升高，降低光伏电池的光电转换效率；另一方面这部分太阳能热不能够有效利用造成能源浪费和热污染。太阳能分频利用技术作为一种太阳能利用新技术，其实现光电光热的分频利用。该技术先利用纳米流体等介质选择性地将热效应明显的频率区段的光过滤吸收，然后未被吸收的太阳光再利用光伏电池产生电能。这样就利用光热单元和光电单位实现了太阳能的分频利用，提高了光电单元的光电转换效率，同时又产生不低于60°C的中低温热能，ORC作为中低温热能品位提升的有效方式，其工作过程为:液态有机工质经工质泵加压后，先被膨胀机出口的乏气预热后，进入蒸发器中被加热变为高温高压的蒸气，再进入膨胀机膨胀做功，做功后的乏气被工质泵加压后的液态有机工质预冷后，再进入冷凝器冷凝，转变为液态有机工质，完成一个循环，但是通常光热单元产生的中低温热能由于温度不高，很难高效利用，易造成能源浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种转换效率高、输出光热负荷的可调控性强、季节和地区适应性强、提供个性化的能量类型、结构紧凑、易安装的基于光热光电分频利用的有机朗肯循环发电系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现:一种基于光热光电分频利用的有机朗肯循环发电系统，该系统包括:太阳能光电光热分频利用装置:接收太阳能并将太阳能分频利用，产生电能和中低温热能；有机朗肯循环发电装置:用以接收太阳能光电光热分频利用装置产生的中低温热能并将其转换为电能；蒸发器:作为连接太阳能光电光热分频利用装置和有机朗肯循环发电装置的热交换器，用以将太阳能光电光热分频利用装置产生的中低温热能与有机朗肯循环发电装置进行换热；控制装置:分别与有机朗肯循环发电装置和太阳能光电光热分频利用装置连接，用以控制有机朗肯循环发电装置中ORC工质的流量以及太阳能光电光热分频利用装置中纳米流体的流量。所述的太阳能光电光热分频利用装置包括聚光单元、光热单元、光电单元、第一储液罐、循环泵和流量调节阀，所述的光热单元、光电单元、蒸发器、第一储液罐和循环泵依次连接形成介质循环回路，所述的介质循环回路内设有纳米流体介质，所述的聚光单元与光热单元正对设置，所述的流量调节阀设置在循环泵入口处。所述的有机朗肯循环发电装置包括第二储液罐、ORC工质泵、回热器、膨胀机、发电机、冷凝器和冷却组件，所述的第二储液罐、ORC工质泵、蒸发器、膨胀机和冷凝器通过不锈钢管道依次连接形成工质循环回路，所述的工质循环回路内设有ORC工质，所述的发电机与膨胀机连接，所述的冷却组件与冷凝器连接。所述的控制装置分别与循环泵、冷却组件和ORC工质泵连接。所述的储液罐、ORC工质泵、蒸发器、膨胀机和冷凝器的出入口均设有温度计和压力表，所述的蒸发器入口出还设有流量计，所述的流量计、温度计和压力表分别与控制装置连接。所述的聚光单元包括相互连接的聚光板和太阳跟踪仪，所述的光热单元为石英套管，并且石英套管的圆心与聚光板焦点重合，所述的光电单元包括光伏电池和铝管。所述的光伏电池通过粘结层粘结铝管的外表面上，铝管外表面的其余部分设有保温层。所述的蒸发器为板式换热器或板壳式换热器。所述的冷却组件为冷却水泵或冷却风机，采用水冷或风冷的方式进行冷却。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点:一、转换效率高:本专利技术提出的基于光热光电分频利用的有机朗肯循环发电系统，以光热光电单元产生的中低温热能作为热源并通过蒸发器的热能转换驱动ORC发电系统，对外输出电能，与现有太阳能发电技术相比，该系统不仅对光电单元进行了有效的冷却，提高了光电转化效率，而且利用光热单位产生的中低温热能驱动ORC发电系统对外输出电能，提高了太阳能的光电综合转换效率。二、输出光热负荷的可调控性强:由于本专利技术采用光热光电分频技术与ORC发电系统相结合，输出的电负荷分别由光电单兀和ORC发电系统两部分组成，输出的热负荷主要由光热单元组成。这样对于不同的季节，根据用户的热电负荷变化，可以通过调节ORC发电系统从光热单元获取的热量或者调解ORC发电系统的介质流量等，既可以调节光热单元输出的热负荷又可以调节ORC发电系统输出的电负荷。这样可以为用户提供个性化的热电负荷输送。三、季节和地区适应性强:本专利技术提出的基于光热光电分频利用的有机朗肯循环发电系统，以光热光电单元产生的中低温热能作为热源驱动ORC发电系统对外输出电能。由于太阳光辐射受地区和季节的变化影响较大，这样会对系统的影响较大。但是本专利技术可以针对不同的地区的太阳辐射规律，采用不同的有机循环工质，优化ORC发电系统的输出性能。这样可以利用ORC系统的易调控性能适应不同的地区和季节从而保证系统的高效率运行。四、提供个性化的能量类型:本专利技术提出的基于光热光电分频利用的有机朗肯循环发电系统，不仅利用光电单元输出电能，而且还可以利用ORC系统根据用户的需求输出不同种类的高品质能量。比如如果用户需要为水泵提供驱动力，本专利技术就可以采用ORC系统的膨胀机直接驱动水泵。五、结构紧凑、易安装:本专利技术提出的基于光热光电分频利用的有机朗肯循环发电系统，采用的设备和部件等易得，没有其他特殊的设备。系统安装工艺较为成熟，可以降低系统应用的成本。【附图说明】图1为本专利技术的系统结构示意图。其中，1、第二储液罐，2、0RC工质泵，3、回热器，4、蒸发器，5、第一储液罐，6、流量调节阀，7、循环泵，8、保温层，9、销管，10、粘结层，11、光电单元，12、光热单元，13、聚光单元，14、膨胀机，15、发电机，16、冷凝器，17、冷却水泵。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例:如图1所示，本专利技术提出的一种基于光热光电分频利用的有机朗肯循环发电系统，主要包括:一套太阳能光电光热分频利用装置、一套ORC发电装置、蒸发器4和上述装置协调工作的控制装置，太阳能光电光热分频利用装置主要由第一储液罐5、流量调节阀6、循环泵7、光电单元11、光热单元12和聚光单元13组成。ORC发电装置主要由ORC冷却水回路、第二储液罐1、ORC工质泵2、回热器3、膨胀机14和冷凝器16组成，太阳能光电光热分频利用装置产生的中低温热能与ORC发电装置的有机工质在蒸发器4中进行热量交当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光热光电分频利用的有机朗肯循环发电系统，其特征在于，该系统包括：太阳能光电光热分频利用装置：接收太阳能并将太阳能分频利用，产生电能和中低温热能；有机朗肯循环发电装置：用以接收太阳能光电光热分频利用装置产生的中低温热能并将其转换为电能；蒸发器（4）：作为连接太阳能光电光热分频利用装置和有机朗肯循环发电装置的热交换器，用以将太阳能光电光热分频利用装置产生的中低温热能与有机朗肯循环发电装置进行换热；控制装置：分别与有机朗肯循环发电装置和太阳能光电光热分频利用装置连接，用以控制有机朗肯循环发电装置中ORC工质的流量以及太阳能光电光热分频利用装置中纳米流体的流量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢飞博，朱彤，高乃平，安巍，刘季华，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31