两级腔体接收式聚光光伏/光热太阳能综合利用系统技术方案

本发明专利技术公开了一种两级腔体接收式聚光光伏/光热太阳能综合利用系统，包括方位高度双轴跟踪装置、聚光器、支撑机架、光电光热腔体接收器、光热腔体接收器和控制系统；所述的支撑机架的一端与聚光器固定连接，光电光热腔体接收器、光热腔体接收器安装在支撑机架上；所述的支撑机架靠近聚光器处与方位高度双轴跟踪装置固定连接；方位高度双轴跟踪装置与控制系统连接，能够实现聚光器实时跟踪太阳位置；聚光器包括外环反射镜和内环反射镜，内环反射镜和外环反射镜分别将太阳光分别聚焦到光电光热腔体接收器和光热腔体接收器内。本发明专利技术通过将太阳能电池阵列布置在腔体接收器内部，提升了聚光光伏光热系统的光学效率和热效率；本发明专利技术增加了专门的光热腔体接收器用于提升流出工质的温度，扩大了聚光光伏/光热太阳能综合利用系统的热利用领域。

Two-stage Cavity Receiving Concentrated Photovoltaic/Photothermal Solar Integrated Utilization System

The invention discloses a two-stage cavity receiving concentrating photovoltaic/photothermal solar energy comprehensive utilization system, which comprises an azimuth height two-axis tracking device, a concentrator, a support frame, a photoelectric photothermal cavity receiver, a photothermal cavity receiver and a control system; one end of the support frame is fixed connected with a concentrator, and a photoelectric photothermal cavity receiver and a photothermal cavity receiver are installed in a branch. The support frame is fixed connected with the azimuth height bi-axis tracking device near the concentrator; the azimuth height bi-axis tracking device is connected with the control system to realize the real-time tracking of the sun position by the concentrator; the concentrator includes the outer ring mirror and the inner ring mirror, and the inner ring mirror and the outer ring mirror focus the sunlight on the photoelectric thermal cavity receiver respectively. And in the photothermal cavity receiver. The invention improves the optical efficiency and thermal efficiency of the photovoltaic photothermal system by arranging the solar cell array inside the cavity receiver; the invention adds a special photothermal cavity receiver for raising the temperature of the working fluid, and expands the thermal utilization field of the photovoltaic/photothermal solar integrated utilization system.

【技术实现步骤摘要】
两级腔体接收式聚光光伏/光热太阳能综合利用系统
本专利技术属于太阳能热电综合利用领域，特别涉及一种两级腔体接收式聚光光伏/光热太阳能综合利用系统。
技术介绍
当前，鉴于化石能源短缺和环境污染的双重压力，人们对清洁的可再生能源利用技术产生极大兴趣。太阳能是清洁环保、储量巨大和分布广泛的可再生能源，开发和利用太阳能进行发电是实现人类可持续发展的重要途径之一。我国是太阳能资源十分丰富的国家之一，太阳能的开发与利用具有巨大的潜力。聚光型光热光电综合利用技术（CPVT）将聚光技术与光热光电技术相结合，不仅可以通过提高光伏电池表面的辐射强度使光伏电池的输出电功率增加，而且能有效的减少光伏电池的使用面积以降低其成本，另外还可以回收热能，有效的提升系统的能量利用效率。传统的CPVT系统通常采用复合抛物面聚光器、菲涅尔聚光器或碟式聚光器将太阳光聚集在接收器)太阳能电池)的表面，接收器一般是平面的开放式结构，所以存在光学损失和热损失大的问题。另外一方面，CPVT系统的供热来自于太阳能电池的冷却换热能，其供热温度受到电池工作温度的限制，最高在80℃左右，其热能品位低，限制了应用领域。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种能够提高聚光光伏光热系统的光学效率和热效率，且能结合腔体接收器的高光学效率和低热损失的优点，将光电光热接收器的输出热工质进一步的加热去提升其热能品质，从而有效的将CPVT系统扩大至中高温热应用领域的两级腔体接收式聚光光伏/光热太阳能综合利用系统。本专利技术采用的技术方案是：一种两级腔体接收式聚光光伏/光热太阳能综合利用系统，包括方位高度双轴跟踪装置、聚光器、支撑机架、光电光热腔体接收器、光热腔体接收器和控制系统；所述的支撑机架的一端与聚光器固定连接，光电光热腔体接收器、光热腔体接收器安装在支撑机架上；所述的支撑机架靠近聚光器处与方位高度双轴跟踪装置固定连接；方位高度双轴跟踪装置与控制系统连接，能够实现聚光器实时跟踪太阳位置；聚光器包括外环反射镜和内环反射镜，内环反射镜和外环反射镜分别将太阳光分别均匀聚焦到光电光热腔体接收器和光热腔体接收器内。上述的两级腔体接收式聚光光伏/光热太阳能综合利用系统中，所述的光电光热腔体接收器包括腔内板、太阳能电池、工质腔封板、环形管、射流冲击孔板和反射锥；所述的腔内板为一端开口的多边形腔体结构，腔内板的内壁面上均匀的布置有多组太阳能电池；所述的射流冲击孔板的截面为圆形，射流冲击孔板与腔内板组成了一个腔体空间，该腔体空间设有出口；所述的射流冲击孔板上对应于每个太阳能电池分别设有一个圆柱形通孔；射流冲击孔板上对应于每组太阳能电池分别设有一个工质腔封板，工质腔封板焊接在射流冲击孔板外侧，并与射流冲击孔板围成一工质流动通道；所述的工质腔封板上设有一个管口，且管口与环形管连通，所述的环形管设有一个用于工质流入的工质流入管；所述的反射锥固定安装在腔内板底部。上述的两级腔体接收式聚光光伏/光热太阳能综合利用系统中，所述的光电光热腔体接收器还包括挡板和玻璃窗，所述挡板为一环形平板，安装在腔内板用于接收太阳光的开口端，所述的玻璃窗是一个圆形平面结构，安装在挡板的圆形通孔处。上述的两级腔体接收式聚光光伏/光热太阳能综合利用系统中，所述的光电光热接收器包括多个热电联供模块、环管Ⅰ、环管Ⅱ、腔体底板及反射锥；所述的热电联供模块包括工质腔Ⅰ、换热腔、射流冲击孔板Ⅰ和电池固定基板；所述的热电联供模块为一长方体结构，一端设置有一个与工质腔Ⅰ连通的工质流入管Ⅰ，另一端设有与换热腔连通的工质流出管；工质腔Ⅰ与换热腔由射流冲击孔板Ⅰ隔开，换热腔底板为电池固定基板；电池固定基板外侧面上设有多个太阳能电池；所述射流冲击孔板Ⅰ对应于每个太阳能电池分别设有一个圆形通孔；所述的多个热电联供模块沿着圆周方向均匀布置，形成一筒状结构，所述的环管Ⅰ、环管Ⅱ分别置于筒状结构的两端，热电联供模块的工质流入管Ⅰ与环管Ⅰ连接，工质流出管与环管Ⅱ连接，环管Ⅰ上设有工质流入管，环管Ⅱ设有出口；底板固定安装在热电联供模块的工质流出管一端，封住筒状结构的开口；反射锥固定安装在筒状结构中，固定安装在底板上。上述的两级腔体接收式聚光光伏/光热太阳能综合利用系统中，所述的光电光热腔体接收器还包括挡板和玻璃窗，所述挡板为一环形平板，安装在筒状结构用于接收太阳光的开口端，所述的玻璃窗是一个圆形平面结构，安装在挡板的圆形通孔处。上述的两级腔体接收式聚光光伏/光热太阳能综合利用系统中，所述的所述的光热腔体接收器包括二次反射器、金属管、腔体和保温层；所述的腔体朝向光电光热接收器的一端为喇叭口状，所述的二次反射器为锥形结构，二次反射器设置在腔体朝向光电光热接收器的一端中心处，与腔体同轴，大端朝向光电光热接收器；所述的金属管为螺旋状，布置在腔体的圆柱孔段，与腔体同轴，所述的保温层设置在腔体外侧；所述的金属管输入端与三通管的一管口连接，连接处设有流量调节阀Ⅲ；三通管的另一管口与环管Ⅱ的出口或射流冲击孔板与腔内板围成的腔体空间的出口连接。上述的两级腔体接收式聚光光伏/光热太阳能综合利用系统中，还包括工质泵、换热器Ⅰ、工质罐、换热器Ⅱ、控制系统；工质泵的进口与工质罐连接，工质泵的出口通过工质管Ⅰ与工质流入管连通，工质管Ⅰ上设有流量调节阀Ⅰ；所述的三通管的第三管口通过工质管Ⅱ与工质罐连通，工质管Ⅱ上设有换热器Ⅰ和流量调节阀Ⅱ；金属管的出口端通过工质管Ⅲ与工质罐连通，工质管Ⅲ上设有换热器Ⅱ；工质泵、流量调节阀Ⅰ、流量调节阀Ⅱ、流量调节阀Ⅲ分别与控制系统连接。上述的两级腔体接收式聚光光伏/光热太阳能综合利用系统中，还包括立柱，所述的方位高度双轴跟踪装置下端固定安装在立柱上。上述的两级腔体接收式聚光光伏/光热太阳能综合利用系统中，所述的反射锥是一个锥形或圆柱形的凸台。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术通过将太阳能电池阵列布置在腔体接收器内部，提升了聚光光伏光热系统的光学效率和热效率。2、本专利技术增加了专门的光热腔体接收器用于提升流出工质的温度，提升了系统的热能品位，扩大了聚光光伏/光热太阳能综合利用系统的热利用领域，甚至可应用于中高温热发电领域。3、本专利技术的光电光热腔体接收器采用了射流冲击冷却技术，可有效的降低太阳能电池的工作温度和提升光电光热腔体接收器的热效率。4、本专利技术的光电光热腔体接收器采用高度模块化的热电联供模块，可以方便的组装成不同电功率级的接收器；而且模块化的结构有利于设备的维护和更换。5、本专利技术将太阳能电池大量的阵列布置在腔体接收器的侧壁面，可以有效减小光伏发电装置的截面尺寸，从而减小其对聚光器镜面的采光遮挡面积。因为同样发电功率情况下，采用平面接收器布置太阳能电池时其平面接收器面积就是采光遮挡面积，要明显大于腔体接收器结构。6、本专利技术可以实现电能和热能综合供应，而且热能供应具有梯级利用特性，即可以输出低温和中高温的热工质，解决不同应用领域的需求。此外，热电联供都基于一套双轴跟踪装置、立柱和控制系统，可以有效的降低光伏光热联供系统建设成本。附图说明图1是聚光光伏/光热太阳能综合利用系统的三维轴侧图。图2是本专利技术的原理图。图3是本专利技术的两级腔体接收器的结构图。图4是本专利技术的光电光热接收器方案1的三维剖视图。图5是本专利技术的光电光热接收器方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种两级腔体接收式聚光光伏/光热太阳能综合利用系统，其特征是：包括方位高度双轴跟踪装置、聚光器、支撑机架、光电光热腔体接收器、光热腔体接收器和控制系统；所述的支撑机架的一端与聚光器固定连接，光电光热腔体接收器、光热腔体接收器安装在支撑机架上；所述的支撑机架靠近聚光器处与方位高度双轴跟踪装置固定连接；方位高度双轴跟踪装置与控制系统连接，能够实现聚光器实时跟踪太阳位置；聚光器包括外环反射镜和内环反射镜，内环反射镜和外环反射镜分别将太阳光分别均匀聚焦到光电光热腔体接收器和光热腔体接收器内。

【技术特征摘要】
1.一种两级腔体接收式聚光光伏/光热太阳能综合利用系统，其特征是：包括方位高度双轴跟踪装置、聚光器、支撑机架、光电光热腔体接收器、光热腔体接收器和控制系统；所述的支撑机架的一端与聚光器固定连接，光电光热腔体接收器、光热腔体接收器安装在支撑机架上；所述的支撑机架靠近聚光器处与方位高度双轴跟踪装置固定连接；方位高度双轴跟踪装置与控制系统连接，能够实现聚光器实时跟踪太阳位置；聚光器包括外环反射镜和内环反射镜，内环反射镜和外环反射镜分别将太阳光分别均匀聚焦到光电光热腔体接收器和光热腔体接收器内。2.根据权利要求1所述的两级腔体接收式聚光光伏/光热太阳能综合利用系统，其特征是：所述的光电光热腔体接收器包括腔内板、太阳能电池、工质腔封板、环形管、射流冲击孔板和反射锥；所述的腔内板为一端开口的多边形腔体结构，腔内板的内壁面上均匀的布置有多组太阳能电池；所述的射流冲击孔板的截面为圆形，射流冲击孔板与腔内板组成了一个腔体空间，该腔体空间设有出口；所述的射流冲击孔板上对应于每个太阳能电池分别设有一个圆柱形通孔；射流冲击孔板上对应于每组太阳能电池分别设有一个工质腔封板，工质腔封板焊接在射流冲击孔板外侧，并与射流冲击孔板围成一工质流动通道；所述的工质腔封板上设有一个管口，且管口与环形管连通，所述的环形管设有一个用于工质流入的工质流入管；所述的反射锥固定安装在腔内板底部。3.根据权利要求2所述的两级腔体接收式聚光光伏/光热太阳能综合利用系统，其特征是：所述的光电光热腔体接收器还包括挡板和玻璃窗，所述挡板为一环形平板，安装在腔内板用于接收太阳光的开口端，所述的玻璃窗是一个圆形平面结构，安装在挡板的圆形通孔处。4.根据权利要求1所述的两级腔体接收式聚光光伏/光热太阳能综合利用系统，其特征是：所述的光电光热接收器包括多个热电联供模块、环管Ⅰ、环管Ⅱ、腔体底板及反射锥；所述的热电联供模块包括工质腔Ⅰ、换热腔、射流冲击孔板Ⅰ和电池固定基板；所述的热电联供模块为一长方体结构，一端设置有一个与工质腔Ⅰ连通的工质流入管Ⅰ，另一端设有与换热腔连通的工质流出管；工质腔Ⅰ与换热腔由射流冲击孔板Ⅰ隔开，换热腔底板为电池固定基板；电池固定基板外侧面上设有多个太阳能电池；所述射流冲击孔板Ⅰ...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜健，彭佑多，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43