一种太阳能高效综合利用系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开的一种太阳能高效综合利用系统及其工作方法，属于太阳能综合利用技术领域。包括冷却系统、太阳能光伏组件、太阳能热辐射波段能量吸收系统、甲醇分光谱吸收流体储罐、换热系统、气液分离系统、变压吸附装置、甲醇裂解反应器和太阳光聚集器。通过太阳能光伏组件发电，同时利用太阳能的热辐射波段光束的热量对甲醇分光谱吸收流体进行加热，然后进行后续的甲醇裂解反应，产物的热量能够在换热系统进行利用进行供热，反应后的固体硫酸铜和未反应的甲醇能够被循环利用，同时产出高纯CO2和高纯H2。本发明专利技术的自动化程度高，实现了低成本、高效率的零碳在线制氢，系统的供热出口温度高，能够大幅度提升整套系统的综合利用效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能高效综合利用系统及其工作方法


[0001]本专利技术属于太阳能综合利用
，具体涉及一种太阳能高效综合利用系统及其工作方法。

技术介绍

[0002]氢能具有清洁无污染、可存储、高热值等优点，被普遍认为是最具潜力的二次能源及清洁能源载体，是实现碳中和目标必不可少的能源形式之一。目前电解水制氢技术为应用最广泛的制氢技术，但该技术制氢成本仍然较高。要使氢能大规模应用，急需进一步降低制氢成本。
[0003]太阳能具有覆盖范围广、无污染等无与伦比的资源潜力，是极具应用前景的清洁能源。利用太阳能热化学制氢，将太阳能转化为化学能，太阳能热化学反应制氢过程清洁、且制氢成本低。但目前的太阳能制氢系统要求的反应温度较高，制氢效率较低，制约着太阳能制氢技术的发展。

技术实现思路

[0004]为了解决上述现有问题，本专利技术的目的在于提供一种太阳能高效综合利用系统及其工作方法，实现了低成本、高效率的零碳在线制氢，而且系统的供热出口温度可达200℃以上，能够大幅度提升整套系统的综合利用效率。
[0005]本专利技术通过以下技术方案来实现：
[0006]本专利技术公开的一种太阳能高效综合利用系统，包括冷却系统、太阳能光伏组件、太阳能热辐射波段能量吸收系统、甲醇分光谱吸收流体储罐、换热系统、气液分离系统、变压吸附装置、甲醇裂解反应器和太阳光聚集器；
[0007]太阳能热辐射波段能量吸收系统设在太阳光聚集器后的聚集区域，太阳能光伏组件设在太阳能热辐射波段能量吸收系统的透射方向，冷却系统设在太阳能光伏组件的背面；甲醇分光谱吸收流体储罐内储存有甲醇分光谱吸收流体，甲醇分光谱吸收流体为溶解硫酸铜的甲醇溶液，甲醇分光谱吸收流体储罐的出口与冷却系统的入口连接，冷却系统的出口与太阳能热辐射波段能量吸收系统的入口连接，太阳能热辐射波段能量吸收系统的出口与甲醇裂解反应器的入口连接；甲醇裂解反应器的固体出口与甲醇分光谱吸收流体储罐的固体入口连接，甲醇裂解反应器的气体出口与换热系统的热侧入口连接，换热系统的热侧出口与气液分离系统连接，气液分离系统的气体出口与变压吸附装置连接，气液分离系统的液体出口与甲醇分光谱吸收流体储罐的液体入口连接。
[0008]优选地，太阳能热辐射波段能量吸收系统的出口连接有三通阀，三通阀的第一出口与甲醇裂解反应器的入口连接，三通阀的第二出口连接有高温甲醇分光谱吸收流体缓冲罐，高温甲醇分光谱吸收流体缓冲罐与换热系统的热侧入口连接。
[0009]优选地，甲醇裂解反应器的固体出口连接有过滤系统，过滤系统与甲醇分光谱吸收流体储罐的固体入口连接。
[0010]优选地，甲醇裂解反应器内部设有催化剂，甲醇裂解反应器上设有泄压阀。
[0011]优选地，太阳能热辐射波段能量吸收系统外部设有真空隔热层。
[0012]优选地，太阳能光伏组件为晶硅电池、非晶硅电池、钙钛矿电池或砷化镓电池。
[0013]优选地，太阳能热辐射波段能量吸收系统为管式集热系统。
[0014]优选地，换热系统为印刷电路板式换热器。
[0015]本专利技术公开的上述太阳能高效综合利用系统的工作方法，包括：
[0016]太阳光照射至太阳光聚集器汇聚成太阳光束投射到太阳能热辐射波段能量吸收系统上，长波热辐射波段被流经太阳能热辐射波段能量吸收系统的甲醇分光谱吸收流体吸收，余下的太阳光束透过太阳能热辐射波段能量吸收系统，透射至太阳能光伏组件激发光生伏打效应发电；甲醇分光谱吸收流体流经冷却系统给太阳能光伏组件降温，随后流经太阳能热辐射波段能量吸收系统热辐射能后热量升高，形成高温甲醇分频液体；高温甲醇分频液体进入甲醇裂解反应器进行甲醇裂解反应；反应后的固体硫酸铜回收至甲醇分光谱吸收流体储罐，反应产生的H2和CO2与未反应完全的甲醇蒸汽一起进入换热系统进行换热降温，未反应完全的甲醇蒸汽冷凝为甲醇液体；甲醇液体、H2和CO2一起进入气液分离系统进行气液分离，甲醇液体随后进入甲醇分光谱吸收流体储罐，H2和CO2经变压吸附装置进行分离，分别获得高纯CO2和高纯H2。
[0017]优选地，甲醇分光谱吸收流体流经太阳能热辐射波段能量吸收系统后温度升至250℃
±
20℃；所述高温甲醇分频液体的温度为200
‑
400℃；反应产生的H2和CO2与未反应完全的甲醇蒸汽在换热系统内降温至50℃以下。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0019]本专利技术公开的一种太阳能高效综合利用系统，通过太阳能光伏组件发电，同时利用太阳能热辐射波段能量吸收系统能够利用太阳能的热辐射波段光束的热量对甲醇分光谱吸收流体进行加热，然后进行后续的甲醇裂解反应，产物的热量能够在换热系统进行利用进行供热，反应后的固体硫酸铜和未反应的甲醇能够被循环利用，同时产出高纯CO2和高纯H2。该系统实现高效发电的同时(发电效率大于25％)，实现了在线制氢和供热，太阳能利用效率远高于常规技术，且制氢成本小于20元/Kg，而目前应用最广泛的电解水制氢技术成本约为40元/Kg，具有良好的应用前景。
[0020]进一步地，太阳能热辐射波段能量吸收系统的出口通过三通阀分为两路，一方面，可以控制进入甲醇裂解反应器的甲醇分光谱吸收流体的量，控制整个系统的反应进度；另一方面，当甲醇裂解反应器进行裂解发生相变时可以关闭该路，所有甲醇分光谱吸收流体进入换热系统换热。
[0021]进一步地，甲醇裂解反应器的固体出口连接有过滤系统，能够去除固体硫酸铜携带的杂质。
[0022]进一步地，太阳能热辐射波段能量吸收系统外部设有真空隔热层，防止热量流向太阳能光伏组件造成升温过高。
[0023]本专利技术公开的上述太阳能高效综合利用系统的工作方法，自动化程度高，实现了低成本、高效率的零碳在线制氢，系统的供热出口温度高，能够大幅度提升整套系统的综合利用效率。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的系统整体结构示意图。
[0025]图中：1
‑
冷却系统，2
‑
太阳能光伏组件，3
‑
太阳能热辐射波段能量吸收系统，4
‑
甲醇分光谱吸收流体储罐，5
‑
三通阀，6
‑
催化剂，7
‑
泄压阀，8
‑
高温甲醇分光谱吸收流体缓冲罐，9
‑
换热系统，10
‑
气液分离系统，11
‑
变压吸附装置，12
‑
甲醇裂解反应器，13
‑
太阳光聚集器，14
‑
过滤系统。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细描述，其内容是对本专利技术的解释而不是限定：
[0027]如图1，本专利技术的一种太阳能高效综合利用系统，包括冷却系统1、太阳能光伏组件2、太阳能热辐射波段能量吸收系统3、甲醇分光谱吸收流体储罐4、换热系统9、气液分离系统1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能高效综合利用系统，其特征在于，包括冷却系统(1)、太阳能光伏组件(2)、太阳能热辐射波段能量吸收系统(3)、甲醇分光谱吸收流体储罐(4)、换热系统(9)、气液分离系统(10)、变压吸附装置(11)、甲醇裂解反应器(12)和太阳光聚集器(13)；太阳能热辐射波段能量吸收系统(3)设在太阳光聚集器(13)后的聚集区域，太阳能光伏组件(2)设在太阳能热辐射波段能量吸收系统(3)的透射方向，冷却系统(1)设在太阳能光伏组件(2)的背面；甲醇分光谱吸收流体储罐(4)内储存有甲醇分光谱吸收流体，甲醇分光谱吸收流体为溶解硫酸铜的甲醇溶液，甲醇分光谱吸收流体储罐(4)的出口与冷却系统(1)的入口连接，冷却系统(1)的出口与太阳能热辐射波段能量吸收系统(3)的入口连接，太阳能热辐射波段能量吸收系统(3)的出口与甲醇裂解反应器(12)的入口连接；甲醇裂解反应器(12)的固体出口与甲醇分光谱吸收流体储罐(4)的固体入口连接，甲醇裂解反应器(12)的气体出口与换热系统(9)的热侧入口连接，换热系统(9)的热侧出口与气液分离系统(10)连接，气液分离系统(10)的气体出口与变压吸附装置(11)连接，气液分离系统(10)的液体出口与甲醇分光谱吸收流体储罐(4)的液体入口连接。2.根据权利要求1所述的太阳能高效综合利用系统，其特征在于，太阳能热辐射波段能量吸收系统(3)的出口连接有三通阀(5)，三通阀(5)的第一出口与甲醇裂解反应器(12)的入口连接，三通阀(5)的第二出口连接有高温甲醇分光谱吸收流体缓冲罐(8)，高温甲醇分光谱吸收流体缓冲罐(8)与换热系统(9)的热侧入口连接。3.根据权利要求1所述的太阳能高效综合利用系统，其特征在于，甲醇裂解反应器(12)的固体出口连接有过滤系统(14)，过滤系统(14)与甲醇分光谱吸收流体储罐(4)的固体入口连接。4.根据权利要求1所述的太阳能高效综合利用系统，其特征在于，甲醇裂解反应器(12)内部设有催化剂(6)，甲醇裂解反应器(12)上设有泄压阀(7)。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：付康丽，韩伟，左芳菲，姚明宇，陆续，宋晓辉，姬海民，杨晓，杨路，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：