一种光伏温差联合发电装置的设计方法及发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种光伏温差联合发电装置的设计方法及发电装置，所述设计方法包括构建电路数学模型以及热性能数学模型，输入参数解算得到光伏电池板的电功率、电效率以及温差电池的电功率、电效率，进一步根据热性能数学模型解算得到可利用热量，根据热性能数学模型计算冷却水蒸发段的热量，并与可利用热量比较，若差值小于设定阈值，则输出最终的太阳辐射强度、光伏电池板的输出电流及输出电压，否则，回到重新输入参数进行计算；根据光伏电池板的输出电流及输出电压，对光伏电池板进行设计；将光伏电池板以及温差电池的输出电压通过DC/DC电路补偿后，利用稳压电路得到稳定的输出电压。本发明专利技术的有益效果：提高了发电效率。

【技术实现步骤摘要】
一种光伏温差联合发电装置的设计方法及发电装置
本专利技术涉及太阳能发电
，尤其涉及一种光伏温差联合发电装置的设计方法及发电装置。
技术介绍
随着经济的快速增长，现代社会对电力的需求越来越大。传统的发电方式包括火力发电、风力发电、水力发电等，但火力发电采用不可再生的煤、天然气等能源，容易对环境造成破坏，风力发电、水力发电则容易受到自然条件的限制，因此开发利用新能源是当今社会发展的必然趋势。其中，太阳能作为自然界中最常见、最普遍存在的能量，是一种集众多优点于一身的可再生能源，能为人类提供取之不尽的能源，具有很大的开发价值。光伏发电是利用太阳能的主要形式之一，但是光伏电池只能将所采集的少量太阳辐射光转变为电能，而大量的辐射光会以热量的形式存在光伏电池中或散失掉，这种余热会提升光伏电池的工作温度，降低其转换效率；同时，温度过高还可能造成发电装置使用寿命下降，例如硅太阳能电池工作在温度较高情况下，开路电压随温度的升高而大幅下降，导致充电工作点的严重偏移，易造成系统充电不足而损坏，而输出功率随温度的升高也大幅下降，导致太阳能电池组件不能充分发挥最大性能。而这一多余热量造成的温差正好可用于温差发电，因此光伏发电与温差发电能进行很好的结合，从而对太阳能进行二次利用。但光伏电池和温差电池具有不同的输出特性，难以把握多余热量的使用效率，从而造成发电效率低下、使用寿命较低的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种光伏温差联合发电装置的设计方法及发电装置，设计得到一种光伏温差联合发电装置，通过聚光面采集垂直入射的太阳能，光伏电池将一部分光能转化为电能，将另一部分转换为热量以提升温差电池的热端温度，利用温差电池进行二次发电；同时，还利用控制器对光伏电池的输出电压进行控制保证其处于最佳输出功率下，从而提高光伏温差联合发电装置的发电效率。本专利技术提供一种光伏温差联合发电装置的设计方法，包括以下步骤：S1、选取合适的槽式聚光器、光伏电池板、温差电池、传热元件、以及储热箱，用于构建光伏温差联合发电装置，利用仿真软件建立光伏温差联合发电装置的电路数学模型以及热性能数学模型，并进行初始化；S2、向所述电路数学模型以及所述热性能数学模型中输入参数，所述输入参数包括太阳辐射强度、光伏电池板的输出电流Ipv和输出电压Vpv、环境温度、以及传热元件中冷却水的温度，解算得到光伏电池板的电功率Ppv、电效率ηpv以及温差电池的电功率PTE、电效率ηTE；S3、利用步骤S2得到的光伏电池板的电功率Ppv、电效率ηpv以及温差电池的电功率PTE、电效率ηTE，根据热性能数学模型解算光伏电池板、温差电池、以及传热元件之间的热量传递值，从而得到冷却水传递至储热箱的可利用热量Qlzz；S4、根据热性能数学模型计算冷却水蒸发段的热量Q′lzz，并与可利用热量Qlzz进行比较，若差值小于设定阈值，则执行步骤S5，否则，回到步骤S2重新输入参数；S5、输出最终的太阳辐射强度、光伏电池板的输出电流及输出电压，并根据所述太阳辐射强度对槽式聚光器进行调节，根据光伏电池板的输出电流及输出电压，确定光伏电池板的最佳输出功率，从而对光伏电池板进行设计；S6、将所述光伏电池板以及所述温差电池的输出电压通过DC/DC电路补偿后，利用稳压电路得到稳定的输出电压，为负载供电，完成光伏温差联合发电装置的设计。进一步地，所述电路数学模型包括光伏电池板数学模型以及温差电池数学模型，其中，所述光伏电池板数学模型用于分析太阳辐射与光伏电池板表面温度对光伏电池板的发电性能的影响，所述温差电池数学模型用于分析温差电池冷热端温差值对温差电池的发电性能的影响。进一步地，所述热性能数学模型用于分析光伏电池板、温差电池、传热元件、以及储热箱之间的热量传递，从而得到所述光伏温差联合发电装置的热耗损失。进一步地，所述初始化的具体过程为：根据光伏电池板的伏安特性曲线，基于模糊逻辑控制法对光伏电池板进行最大功率跟踪，确定光伏电池板具有最大输出功率时的太阳辐射强度、输出电流Ipv及输出电压Vpv，作为电路数学模型的输入参数。进一步地，步骤S2中，利用所述太阳辐射强度、光伏电池板的输出电流Ipv及输出电压Vpv，根据光伏电池板数学模型得到光伏电池板的电功率Ppv及电效率ηpv。进一步地，利用光伏电池板的电效率ηpv以及环境温度、传热元件中冷却水的温度，根据温差电池数学模型得到温差电池的电功率PTE及电效率ηTE。进一步地，所述步骤S5中，通过控制器对光伏电池板的输出电压进行控制，使得光伏电池板在太阳辐射强度不断变化的情况下也能保证最佳输出功率。本专利技术还提供一种发电装置，采用上述光伏温差联合发电装置的设计方法，包括槽式聚光器、光伏电池板、温差电池、传热元件、储热箱、控制器、DC/DC电路、以及稳压电路，其中：所述槽式聚光器用于汇聚太阳光并反射到光伏电池板表面，所述温差电池的热端固定在所述光伏电池板上，所述温差电池的冷端固定在传热元件的热管表面，所述传热元件的热管与储热箱连接，所述热管中具有冷却水进行内循环，将发电过程中产生的余热传递至所述储热箱中进行储存；控制器用于对光伏电池板的输出电压进行控制，使其在太阳光辐射强度不断变化的情况下也能保证最佳输出功率；所述DC/DC电路连接光伏电池板以及温差电池，用于补偿光伏电池板以及温差电池的输出电压，所述稳压电路连接所述DC/DC电路，用于得到稳定的输出电压为负载供电。进一步地，所述DC/DC电路为Cuk斩波电路。本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：有效解决了单一光伏系统、单一温差系统以及光伏温差混合发电系统的发电效率及发电量较低，且存在余热浪费、无法完全利用太阳能的问题；通过对光伏温差联合发电装置的电路数学模型及热性能数学模型的分析，采用控制器对光伏电池板的输出电压进行调节，提高了发电效率。附图说明图1是本专利技术实施例提供的光伏温差联合发电装置的设计方法的流程图；图2是本专利技术实施例提供的光伏温差联合发电装置的结构原理图；图3是本专利技术实施例提供的光伏电池板的电路图。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，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。请参考图1，本专利技术的实施例提供了一种光伏温差联合发电装置的设计方法，包括以下步骤：S1、选取合适的槽式聚光器、光伏电池板、温差电池、传热元件、以及储热箱，用于构建光伏温差联合发电装置，利用仿真软件建立光伏温差联合发电装置的电路数学模型以及热性能数学模型，并进行初始化，优选地，所述仿真软件为MATLAB。请参考图2，光伏温差联合发电装置一般包括槽式聚光器、光伏电池板、温差电池、传热元件以及储热箱，其中，槽式聚光器用于汇聚太阳光并反射到光伏电池板表面，温差电池的热端固定在光伏电池板上，其冷端固定在传热元件的热管表面，所述传热元件的热管与储热箱连接，所述热管中具有冷却水进行内循环，将发电过程中产生的余热传递至所述储热箱中储存。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏温差联合发电装置的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、选取合适的槽式聚光器、光伏电池板、温差电池、传热元件、以及储热箱，用于构建光伏温差联合发电装置，利用仿真软件建立光伏温差联合发电装置的电路数学模型以及热性能数学模型，并进行初始化；/nS2、向所述电路数学模型以及所述热性能数学模型中输入参数，所述输入参数包括太阳辐射强度、光伏电池板的输出电流I

【技术特征摘要】
1.一种光伏温差联合发电装置的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选取合适的槽式聚光器、光伏电池板、温差电池、传热元件、以及储热箱，用于构建光伏温差联合发电装置，利用仿真软件建立光伏温差联合发电装置的电路数学模型以及热性能数学模型，并进行初始化；
S2、向所述电路数学模型以及所述热性能数学模型中输入参数，所述输入参数包括太阳辐射强度、光伏电池板的输出电流Ipv和输出电压Vpv、环境温度、以及传热元件中冷却水的温度，解算得到光伏电池板的电功率Ppv、电效率ηpv以及温差电池的电功率PTE、电效率ηTE；
S3、利用步骤S2得到的光伏电池板的电功率Ppv、电效率ηpv以及温差电池的电功率PTE、电效率ηTE，根据热性能数学模型解算光伏电池板、温差电池、以及传热元件之间的热量传递值，从而得到冷却水传递至储热箱的可利用热量Qlzz；
S4、根据热性能数学模型计算冷却水蒸发段的热量Ql′zz，并与可利用热量Qlzz进行比较，若差值小于设定阈值，则执行步骤S5，否则，回到步骤S2重新输入参数；
S5、输出最终的太阳辐射强度、光伏电池板的输出电流及输出电压，并根据所述太阳辐射强度对槽式聚光器进行调节，根据光伏电池板的输出电流及输出电压，确定光伏电池板的最佳输出功率，从而对光伏电池板进行设计；
S6、将所述光伏电池板以及所述温差电池的输出电压通过DC/DC电路补偿后，利用稳压电路得到稳定的输出电压，为负载供电，完成光伏温差联合发电装置的设计。


2.根据权利要求1所述的光伏温差联合发电装置的设计方法，其特征在于，所述电路数学模型包括光伏电池板数学模型以及温差电池数学模型，其中，所述光伏电池板数学模型用于分析太阳辐射与光伏电池板表面温度对光伏电池板的发电性能的影响，所述温差电池数学模型用于分析温差电池冷热端温差值对温差电池的发电性能的影响。


3.根据权利要求1所述的光伏温差联合发电装置的设计方法，其特征在于，所述热性能数学模型用于分析光伏电池板、温差电池、传热元件、以及储热箱之间的热量传递，从而得到所述光伏温差联合发电装置的热...

【专利技术属性】
技术研发人员：马媛媛，李勇波，孙皓，江澜，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42