一种具有除冰/抗热功能的光伏热电综合利用装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及太阳能热品位提升与利用技术领域，具体是一种具有除冰/抗热功能的光伏热电综合利用装置，是由太阳能热收集系统、分级储热箱、热用户、热电管理系统和管路总控五部分组成；太阳能热收集系统与分级储热箱间、太阳能热收集系统与热用户间、分级储热箱与热用户间均能够构成独立的传热回路；分级储热箱是由至少两个以上的次级储热箱组成，若干个次级储热箱由各自的热量品位高低差异次序排列，并组合构成传热桥路；次级储热箱包括设置有稳流板和TEC换热装置；本发明专利技术不仅能够实现对太阳能光伏/光热组件余热的有效回收，还能够通过分级储热的方式对低品位热/冷能实现品位提升，进而更高效地对太阳能光伏板除冰/抗热，降低极端天气的影响。低极端天气的影响。低极端天气的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种具有除冰/抗热功能的光伏热电综合利用装置及方法


[0001]本专利技术涉及太阳能热品位提升与利用
，具体是一种具有除冰/抗热功能的光伏热电综合利用装置及方法。

技术介绍

[0002]光伏组件在实际应用环境时，往往会面临着各种各样的高温酷暑与严寒冰雪天气影响。一方面，目前的光伏组件在夏季炎热气候的中午及午后短时间，往往会因为此时的高温反而引起光伏发电效率的显著下降，并加速组件老化。另一方面，我国北方在冬季等严寒天气的早上往往存在着严重的霜冻、雾凇、降雪以及冻雨等气象，往往会导致组件在串联并网后不能及时有效的接收到充足且均匀的日光直射，这会引起组件本身热斑效应，并加速诱发组件的过热老化现象，极大削弱电网发电效能。
[0003]针对上述问题目前大多数的专利技术中主要采用电加热、机械刮除等方式进行霜雪去除，这样的方式不仅需要消耗极大的电能，加剧发电初期时段的电网负载压力，而且电加热和物理刮除往往还会引起组件外部的异常破坏。
[0004]除此之外，现有的太阳能热回收仅仅是完成了对太阳能热源的统一回收，实际天气运行情况下，往往会由于不同日辐照度\气候等因素而产生不同温度品位的热能回收，很容易导致高品位热与低品位热的混合存储，大大削弱了系统值效益，降低了不同热能的综合利用。
[0005]针对上述问题，罗刚、彭三兵等人在《一种新型水箱温度分层的相关特性研究》一文中提出了一种新型分层换热承压式太阳能水箱模型，该水箱通过分层设计，可使箱内上下层的最大温差达到30℃，缩短了供特定温度热水的供水时间。但该方案的不足是只能被动地减缓热/冷水的混合，不能主动分离不同品位的热/冷水。
[0006]本专利技术申请人在受到TEC换热装置(半导体热电器，Thermo Electric device[Cooler or Generator])原理的启发下，合理设计储热水箱的结构，在将低品位热/冷能提升品位的同时，利用分离后的热/冷能对太阳能光伏板除冰/抗热，一举解决上述两个问题。

技术实现思路

[0007]为了实现以上目的，本专利技术提供了一种具有除冰/抗热功能的光伏热电综合利用装置及方法，不仅能够实现对太阳能光伏组件余热的有效回收，还能够通过分级储热的方式对收集到的低品位热/冷能实现品位提升，进而更高效地对太阳能光伏板除冰/抗热，降低极端天气对于太阳能光伏板工作性能的影响，具体技术方案如下：
[0008]本专利技术设计的一种具有除冰/抗热功能的光伏热电综合利用装置，是太阳能热收集系统、分级储热箱、热用户、热电管理系统和管路总控五部分组成；
[0009]所述太阳能热收集系统与分级储热箱间、太阳能光伏板与热用户间、分级储热箱与热用户间均能够构成独立的传热回路；
[0010]所述太阳能热收集系统包括太阳能光伏板，以及设置在所述太阳能光伏板背面的
热收集回路；
[0011]所述分级储热箱是由至少两个以上的次级储热箱组成，所述若干个次级储热箱由各自的热量品位高低差异次序排列，并组合构成传热桥路；
[0012]所述分级储热箱的保温温度不同，具体温度设定可依据当地实际应用需求进行设定：随着储热级次的升高，所属保温温度依次升高；所述的分级储热箱的具体个数可依据实际应用需求而定，但至少需要两个；
[0013]所述次级储热箱包括设置于箱体上部的集热进液管、设置于箱体下部的集热出液管，以及位于箱体内腔中轴位置的稳流板；
[0014]所述螺旋板的上端面平滑接入在集热进液管的下方1～2cm处，所述螺旋板的下端面平滑接入在集热出液管的上方1～2cm处；
[0015]所述次级储热箱内腔由上而下设置为高温区和低温区；若干个所述次级储热箱的高温区的连接面上设置有TEC换热装置，以此构成高温传热桥路；若干个所述次级储热箱的低温区的连接面上设置有TEC换热装置，以此构成低温传热桥路；
[0016]所述TEC换热装置的主要功能是实现在外加小功率电能作用下，可直接将TEC换热装置一侧的热能批量的转移至另一侧，实现对不同天气下不同品位热能的归一化提升与定向存储；所述TEC换热装置可选择半导体热电器件，如碲化物、镁系、硒化物等热电纳米材质，所有符合本方案描述功能的装置均可，可根据具体的设计需求和成本预算选择；
[0017]每个所述次级储热箱可单独引出热，并输出至传热回路。
[0018]进一步地，所述稳流板是由螺旋板和设置在所述螺旋板中轴位置的相变储热通管组成；所述相变储热通管中填有相变储热料，且相变储热通管的高度与高温区高度相同；位于所述高温区的螺旋板的板面上设置有与相变储热通管接通的次级热管；所述相变储热通管中填充的相变储热料优选为熔盐储热材料或合成导热油，从而能够更效率将进入次级储热箱的高温液流的热量转移至比热容更大的储热介质中，以此达到更长时间将热量锁定在高温区的目的，避免次级储热箱中的热量过快混合，稀释能量品位。
[0019]进一步地，所述分级储热箱的外壁设置有保温层，所述保温层可以为双层或多层隔温结构，层间填充形式可以为真空、低压或保温结构材料填充，选用何种结构应该根据具体的成本预算考虑，以满足基础的保温性能需求为最低标准。
[0020]进一步地，所述集热进液管的外接管道上通过电控三通阀接有用热进液管；所述集热进液管、电控三通阀和用热进液管构成的传热分路，能够将来自太阳能光伏板背面的高温水单独引向分级储热箱或热用户，也能够将来自太阳能光伏板的高温水同时引向分级储热箱和热用户；
[0021]所述集热出液管的外接管道上通过电控三通阀接有用热出液管；所述集热进液管、电控三通阀和用热出液管构成的传热分路，能够将来自分级储热箱的高/低温水、来自热用户的低温水分别单独引向太阳能光伏板，或将来自分级储热箱的高/低温水、来自热用户的低温水同时引向太阳能光伏板。
[0022]上述结构设计主要是为了满足以下三种情况下的运行方式：
[0023](1)太阳能辐射量非常充足(大日照)
[0024]太阳能光伏板同时与分级储热箱和热用户交互能量；
[0025](2)太阳能辐射量充足(正常日照)
[0026]太阳能光伏板首先与分级储热箱交互能量，经分级储热箱提升热量品位后，由分级储热箱与热用户交互能量；
[0027](3)太阳能辐射量不足(日照不足)
[0028]太阳能光伏板供能不足或无供能，此时由分级储热箱独自与热用户交互能量。
[0029]进一步地，所述热收集回路包括与太阳能光伏板平行设置的控温管，与所述控温管连接的控温进液管和控温出液管，以及填充所述控温管与太阳能光伏板之间间隙的相变储热料填充区；所述相变储热料填充区填充的相变储热料可以为多孔碳泡沫或者金属泡沫，亦或者多孔碳泡沫基或者金属泡沫基的复合改性物，此类材料具有很高的热导率，能够确保填充的相变储热料每个部分均能够被均匀加热或冷却，从而做到对太阳能光伏板高效除冰/抗热。
[0030]进一步地，所述控温进液管的高度位于太阳能光伏板的最低端，所述控温出液管的高度优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有除冰/抗热功能的光伏热电综合利用装置，是由太阳能热收集系统(1)、分级储热箱(2)、热用户(3)、热电管理系统(4)和管路总控(5)五部分组成，其特征在于：所述太阳能热收集系统(1)与分级储热箱(2)间、太阳能热收集系统(1)与热用户(3)间、分级储热箱(2)与热用户(3)间均能够构成独立的传热回路；所述太阳能热收集系统(1)包括太阳能光伏板(11)，以及设置在所述太阳能光伏板(11)背面的热收集回路(12)；所述分级储热箱(21)是由至少两个以上的次级储热箱(21)组成，所述若干个次级储热箱(21)由各自的热量品位高低差异次序排列，并组合构成传热桥路；所述次级储热箱(21)包括设置于箱体上部的集热进液管(211)、设置于箱体下部的集热出液管(212)，以及位于箱体内腔中轴位置的稳流板(215)；所述螺旋板(2151)的上端面平滑接入在集热进液管(211)的下方1～2cm处，所述螺旋板(2151)的下端面平滑接入在集热出液管(212)的上方1～2cm处；所述次级储热箱(21)内腔由上而下设置为高温区(216)和低温区(217)；若干个所述次级储热箱(21)的高温区(216)的连接面上设置有TEC换热装置(218)，以此构成高温传热桥路；若干个所述次级储热箱(21)的低温区(217)的连接面上设置有TEC换热装置(218)，以此构成低温传热桥路；每个所述次级储热箱(21)可单独引出热输出至传热回路。2.如权利要求1所述的一种具有除冰/抗热功能的光伏热电综合利用装置，其特征在于，所述稳流板(215)是由螺旋板(2151)和设置在所述螺旋板(2151)中轴位置的相变储热通管(2152)组成；所述相变储热通管(2152)中填有相变储热料，且相变储热通管2152的高度与高温区(216)高度相同；位于所述高温区(216)的螺旋板(2151)的板面上设置有与相变储热通管(2152)接通的次级热管(2153)。3.如权利要求1所述的一种具有除冰/抗热功能的光伏热电综合利用装置，其特征在于，所述分级储热箱(21)的外壁设置有保温层(219)，所述保温层(219)可以为双层或多层隔温结构，层间填充形式可以为真空、低压或保温结构材料填充。4.如权利要求1所述的一种具有除冰/抗热功能的光伏热电综合利用装置，其特征在于：所述集热进液管(211)的外接管道上能够通过电控三通阀(22)接有用热进液管(213)；所述集热进液管(211)、电控三通阀(22)和用热进液管(213)构成的传热分路，能够将来自太阳能光伏板(11)的高温水单独引向分级储热箱(2)或热用户(3)，也能够将来自太阳能光伏板(11)背面的高温水同时引向分级储热箱(2)和热用户(3)；所述集热出液管(212)的外接管道上通过电控三通阀(22)接有用热出液管(214)；所述集热进液管(211)、电控三通阀(22)和用热出液管(214)构成的传热分路，能够将来自分级储热箱(2)的高/低温水、来自热用户(3)的低温水分别单独引向太阳能光伏板(11)，或将来自分级储热箱(2)的高/低温水、来自热用户(3)的低温水同时引向太阳能光伏板(11)。5.如权利要求1所述的一种具有除冰/抗热功能的光伏热电综合利用装置，其特征在于，所述热收集回路(12)包括与太阳能光伏板(11)平行设置的控温管(121)，与所述控温管(121)连接的控温进液管(122)和控温出液管(123)，以及填充所述控温管(121)与太阳能光伏板(11)之间间隙的相变储热料填充区(124)。
6.如权利要求5所述的一种具有除冰/抗热功能的光伏热电综合利用装置，其特征在于：所述控温进液管(122)的高度位于太阳能光伏板(11)的最低端，所述控温出液管(123)的高度位于太阳能光伏板(11)的最高端；所述控温进液管(122)通过电控三通阀(22)与集热出液管(212)连通；且所述控温进液管(12...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁立兴，陈金龙，
申请(专利权)人：江苏航阳电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：