一种高效光伏/热电组合系统

1.本发明涉及新能源的技术领域，尤其涉及一种高效光伏/热电组合系统。


背景技术：

2.随着资源短缺问题的出现，清洁能源的发展变得日益明朗。光伏发电具有无污染、无噪声、不消耗燃料等优点，展现了可持续发展理念，近年来充分得到应用与发展。在光-电转换过程中，一般来说，波长为200～800nm的光用于光电转化，而其余波长的大部分的光则转化为热能，这部分光引起太阳能电池板发热。
3.由于太阳能电池的输出特性随温度的变化而变化，且光伏组件内部产生的热量，导致光伏组件表面温度升高，这不利于光伏板的发电效率和使用寿命。采用半导体热电材料制作而成的温差发电片，通过将其安装在光伏电池板背板上以吸收光伏组件产生的热量，进而达到降低光伏组件温度的目的，同时产生额外的电能。然而，现有技术中受限于半导体热电材料冷热两端的温差较小，使得半导体热电材料的发电效率偏低及光伏组件表面温降不明显，进而使得光伏发电系统与热电系统的联用无法真正得以推广应用。


技术实现要素：

4.鉴于以上现有技术的不足之处，本发明提供了一种高效光伏/热电组合系统，通过吸收式制冷装置和吸收式热泵装置的接入，以解决现有技术中半导体热电材料冷热两端的温差较小，使得半导体热电材料的发电效率偏低及光伏组件表面温降不明显的问题。通过结合低温端相变材料的储冷技术和中温端、高温端相变材料的储热技术，提高系统热量的利用率。
5.为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
6.一种高效光伏/热电组合系统，所述系统包括光伏板、吸收式制冷装置、吸收式热泵装置、低温端相变材料、中温端相变材料、高温端相变材料及半导体热电材料；所述吸收式制冷装置包括第一发生器、第一冷凝器和第一蒸发器，所述吸收式热泵装置包括第二发生器、第二冷凝器、第二蒸发器和第二吸收器，所述第一蒸发器和所述第二冷凝器属于低温热源，由所述低温端相变材料储冷后连接到所述半导体热电材料的冷端，所述第一冷凝器和所述第二蒸发器属于中温热源，由所述中温端相变材料储热后，连接到所述第二吸收器，通过所述高温端相变材料储热后连接到所述半导体热电材料的热端；所述光伏板上设置有用于热量传递的两条管路，管路内设置有传热介质；其中，所述光伏板的第一条管路与所述第一发生器相连接，所述光伏板的第二条管路与所述第二发生器相连接。本发明使用中温端相变材料和高温端相变材料，对中温与高温热量进行梯级利用，提高了整个系统的热量利用率；使用低温端相变材料储存冷量，以保证系统在较弱的太阳光照射下也能正常运行。
7.优选地，所述传热介质为水、导热油、熔融盐、液态金属和空气中的至少一种，用于冷却所述光伏板并传递其产生的热量。
8.优选地，所述吸收式制冷装置还包括第一溶液泵、第一溶液热交换器和第一吸收
器；沿流体流动方向，所述第一发生器、第一冷凝器、第一蒸发器、第一吸收器、第一溶液泵和第一溶液热交换器依次连接构成第一循环管路。
9.优选地，所述第一发生器和第一吸收器内储有溴化锂水溶液或氨水溶液吸收剂；所述第一循环管路内以溴化锂水溶液或氨水溶液作为第一循环介质。
10.优选地，所述第一冷凝器和所述第一蒸发器之间设置有第一节流阀；所述第一发生器还通过第一溶液热交换器与第一吸收器相连通，并在第一发生器流体流向第一吸收器的连接管路上设置有第二节流阀，在第一吸收器流体流向第一发生器的连接管路上设置有第一溶液泵。
11.优选地，所述吸收式热泵装置还包括冷剂泵、第二溶液热交换器和第二溶液泵；沿流体流动方向，所述第二发生器、第二冷凝器、冷剂泵、第二蒸发器、第二吸收器和第二溶液热交换器依次连接构成第二循环管路。
12.优选地，所述第二发生器和第二吸收器内储有溴化锂水溶液或氨水溶液吸收剂；所述第二循环管路内以溴化锂水溶液或氨水溶液作为第二循环介质。
13.优选地，所述第二发生器还通过第二溶液热交换器与第二吸收器相连通，并在第二发生器流体流向第二吸收器的连接管路上设置有第二溶液泵，在第二吸收器流体流向第二发生器的连接管路上设置有第三节流阀。
14.优选地，所述低温端相变材料选自低温端储冷为-10～10℃的相变材料，如冰、tbab包络化合物等；所述中温端相变材料选自中温端储热为40～60℃的相变材料，如硬脂酸、石蜡等；所述高温端相变材料选自高温端储热为100～150℃的相变材料，如赤藓糖醇、锡铋合金等。
15.本发明的有益效果：
16.本发明将光伏发电系统与相变材料、吸收式制冷装置和吸收式热泵装置相结合，利用传热介质从光伏板吸收热能，有效降低了光伏板的表面温度，延长了光伏板的使用寿命；同时吸收热量后的传热介质分两路分别用于驱动吸收式制冷装置和吸收式热泵装置，以降低半导体热电材料的冷端温度和提高半导体热电材料的热端温度，有效地增大了半导体热电材料两端的温差，从而提高半导体热电材料的电效率；结合相变材料，通过中温端相变材料和高温端相变材料，对中温和高温热量进行梯级利用，提高了整个系统的热量利用率，通过低温端相变材料储存冷量，以保证系统在较弱的太阳光照射下也能正常运行；本系统在运行的过程中，不需要消耗其他能源，只消耗太阳能，且能实现光伏与热电高效发电。
附图说明
17.图1为本发明高效光伏/热电组合系统的结构示意图。附图标记：1-光伏板；2-第一发生器；3-第一冷凝器；4-第一节流阀；5-第一蒸发器；6-第一吸收器；7-第一溶液泵；8-第一溶液热交换器；9-第二节流阀；10-第二发生器；11-第二冷凝器；12-冷剂泵；13-第二蒸发器；14-第二吸收器；15-第二溶液热交换器；16-第三节流阀；17-第二溶液泵；18-低温端相变材料；19-中温端相变材料；20-高温端相变材料；21-半导体热电材料。
具体实施方式
18.以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
19.实施例1
20.如图1所示，本实施例的高效光伏/热电组合系统，其包括光伏板1、吸收式制冷装置、吸收式热泵装置、低温端相变材料18、中温端相变材料19、高温端相变材料20及半导体热电材料21。所述光伏板1上设置有用于热量传递的两条管路，所述管路内设置有传热介质；其中，所述光伏板1的第一条管路与所述吸收式制冷装置中的第一发生器2相连接，所述光伏板1的第二条管路与所述吸收式热泵装置中的第二发生器10相连接。所述低温端相变材料18与第一蒸发器5和第二冷凝器11相连接，用以吸收储存第一蒸发器5和第二冷凝器11作为低温热源放出的低温热量，所述低温端相变材料18储冷后连接到所述半导体热电材料21的冷端；所述中温端相变材料19与第一冷凝器3和第二蒸发器13相连接，用以吸收储存第一冷凝器3和第二蒸发器13作为中温热源放出的中温热量；所述中温端相变材料19储热后再连接到第二吸收器14；所述高温端相变材料20与所述第二吸收器14相连接，用以吸收储存第二吸收器14作为高温热源放出的高温热量，所述高温端相变材料20储热后连接到所述半导体热电材料21的热端。所述低温端相变材料18与所述半导体热电材料21的冷端相连接，所述高温端相变材料20与所述半导体热电材料21的热端相连接，所述半导体热电材料21在其冷热两端温度差的驱动下产生电能，两端温差越大，发电效率越高。所述传热介质为水、导热油、熔融盐、液态金属和空气中的至少一种，用于冷却所述光伏板1并传递其产生的热量。作为其中一个例子，更优选地是水。所述低温端相变材料18选自低温端储冷为-10～10℃的相变材料冰；所述中温端相变材料19选自中温端储热为40～60℃的相变材料石蜡；所述高温端相变材料20选自高温端储热为100～150℃的相变材料赤藓糖醇。本实施例半导体热电材料产生的电能用于驱动第一溶液泵7、冷剂泵12和第二溶液泵17启动运行。本实施例第一蒸发器5和第二蒸发器13采用制冷剂吸热蒸发的方式，无需消耗其他外接能量。
21.所述吸收式制冷装置包括第一发生器2、第一冷凝器3、第一蒸发器5、第一吸收器6、第一溶液泵7和第一溶液热交换器8；所述第一蒸发器5还与所述低温端相变材料18相连接，第一蒸发器5中的制冷剂蒸发后，达到制冷效果，由低温端相变材料18储冷后，通过传热介质将低温热量传递给半导体热电材料21的冷端；所述第一冷凝器3还与所述中温端相变材料19相连接，由中温端相变材料19储热；沿流体流动方向，所述第一发生器2、第一冷凝器3、第一蒸发器5、第一吸收器6、第一溶液泵7和第一溶液热交换器8依次连接构成第一循环管路。所述第一发生器2和第一吸收器6内储有溴化锂水溶液吸收剂；所述第一循环管路内以溴化锂水溶液作为第一循环介质。通过第一循环介质在该循环管路内的循环流动，实现半导体热电材料21冷端温度的降低，进而提高半导体热电材料21的发电效率。所述第一冷凝器3和所述第一蒸发器5之间设置有第一节流阀4。所述第一发生器2还通过第一溶液热交换器8与第一吸收器6相连通，并在第一发生器2流体流向第一吸收器6的连接管路上设置有第二节流阀9，在第一吸收器6流体流向第一发生器2的连接管路上设置有第一溶液泵7。
22.本实施例吸收式制冷装置的工作机制为：以溴化锂水溶液为吸收剂，水为制冷剂，第一发生器2被传热介质加热后，其中的溴化锂稀溶液沸腾产生了制冷剂蒸汽，第一发生器2中的一部分热量以制冷剂蒸汽为载体输送到第一冷凝器3，经过第一冷凝器3后冷凝成液
态制冷剂，再通过第一节流阀4降压进入第一蒸发器5中，在低压下蒸发，产生制冷效应，由低温端相变材料18储冷后，通过传热介质传递冷量，以降低半导体热电材料21的冷端温度；第一发生器2中的另一部分热量以制冷剂蒸汽为载体经过第一溶液热交换器8和第二节流阀9的节流作用后传给第一吸收器6，第一吸收器6吸收了第一蒸发器5蒸发后的热量和第一溶液热交换器8换热后的热量，使制冷剂溶液浓度变稀，由第一溶液泵7导入到第一溶液热交换器8中吸热产生高温高压的浓溶液后，再进入第一发生器2中，完成整个流程的循环。
23.所述吸收式热泵装置包括第二发生器10、第二冷凝器11、冷剂泵12、第二蒸发器13、第二吸收器14、第二溶液热交换器15和第二溶液泵17。所述第二冷凝器11与所述低温端相变材料18相连接，将冷量储存在其中，并通过传热介质传递给半导体热电材料21的冷端；所述第二蒸发器13与所述中温端相变材料19相连接，将中温热量储存后，传递给第二吸收器14；所述第二吸收器14与所述高温端相变材料20相连接，在第二吸收器14中，由于溴化锂水溶液的强吸收作用产生大量高品位热，产生的热量由高温端相变材料20储热后，通过传热介质提供给半导体热电材料21的热端，达到提高半导体热电材料21热端温度的效果；沿流体流动方向，所述第二发生器10、第二冷凝器11、冷剂泵12、第二蒸发器13、第二吸收器14和第二溶液热交换器15依次连接构成第二循环管路。所述第二发生器10和第二吸收器14内储有溴化锂水溶液；所述第二循环管路内以溴化锂水溶液作为第二循环介质。通过第二循环介质在该循环管路内的循环流动，实现半导体热电材料21热端温度的进一步提升，进而提高半导体热电材料21的发电效率。所述第二发生器10还通过第二溶液热交换器15与第二吸收器14相连通，并在第二发生器10流体流向第二吸收器14的连接管路上设置有第二溶液泵17，在第二吸收器14流体流向第二发生器10的连接管路上设置有第三节流阀17。
24.本实施例吸收式热泵装置的工作机制为：以溴化锂水溶液为吸收剂，水为制冷剂，第二发生器10被传热介质加热后，其中溴化锂稀溶液受热蒸发的水蒸气进入第二冷凝器11冷却，热量随冷却水排出，冷凝水经冷剂泵12加压为高压制冷剂进入第二蒸发器13，产生的高压水蒸气进入第二吸收器14中；第二发生器10中产生的溴化锂浓溶液经第二溶液泵17加压，在第二溶液热交换器15中吸热产生高温高压的溴化锂浓溶液进入第二吸收器14，在第二吸收器14中，高压水蒸气与高温高压的溴化锂浓溶液充分混合，由溴化锂的强吸收作用产生大量高品位热，通过高温端相变材料20储热后，由传热介质传递给半导体热电材料21的热端。吸收后的高温溴化锂稀溶液再经第二溶液热交换器15和第三节流阀16的节流生成稀溶液进入第二发生器10中，完成整个流程的循环。
25.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。