一种小型化聚光分频太阳能光热光电综合利用装置

技术领域

本发明涉及太阳能综合利用技术领域，具体而言，涉及一种小型化聚光分频太阳能光热光电综合利用装置。

背景技术

在能源转型与低碳发展的大背景下，太阳能作为最清洁的能源极具发展前景，传统的太阳能利用方式主要有光热利用与光电利用。但由于太阳能的能流密度低，光热利用需要大面积的集热设备，投资成本大，光电利用则存在发电效率提升难度大且成本偏高的问题。因此，为解决上述问题，提高太阳能的能量利用效率，光伏光热综合利用技术得到了广泛关注。

光伏光热综合利用技术是通过利用太阳能聚光装置、分频装置、光伏组件、集热管等主要设备，提升太阳能的能流密度并利用全光谱太阳能同时产热产电，有效提升了太阳能利用率。但常规的光伏光热综合利用系统的各类设备都是独立设置的，设备安装较复杂，并且收集足够的太阳能需要聚光装置的面积较大，目前市场上普遍的大型槽式聚光器存在一定的加工难度。

现有专利如一种光热光伏一体化发电装置(申请号：CN201710563991.8)，包括驱动立柱、支撑立柱、驱动系统、轴承、扭矩轴、悬臂支架、反射镜、光伏板、集热管支架、集热管、角度传感器和限位开关；该装置可最大限度的利用空间，节省了宝贵的土地资源，具有较高的实际运用价值和科研价值。其光伏板为额外设置在反射镜的下方，仅仅是将光电与光热的简单结合，在安装时并不能简化步骤。且该装置虽然最大限度的利用了空间，但该系统仍然是单独设置的集热系统与光伏系统，只是在不同的情况下进行功能切换，不可以同时实现光热光电综合利用，光伏发电时仍有很大一部分太阳能量损失。

现有专利如一种双流道布置太阳能聚光分频分时电热联产装置(申请号：CN202211324156.6)，本发明的聚光分频集热装置包括太阳能聚光器、真空集热管、太阳能电池板、冷却管，在真空集热管中通分频液，入射光线经太阳能聚光器聚集到真空集热管表面，分频流体可以将适合太阳能电池发电的太阳辐射进行选择性吸收和透射，光经分频流体折射后发散光落到太阳能电池表面发电。该装置虽然实现了光热光电综利用，但是光伏板的位置需要单独进行固定安装，并没有简化系统结构，并且聚光器的尺寸仍是常规型号，集热管也需要抽真空，操作相对复杂，投资成本相对较高。

因此对光伏光热综合利用系统进行结构简化，提供一种集成化小型太阳能光热光电综合利用装置是亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：

为了解决现有光电光热综合利用系统集成化程度低、系统结构复杂以及大型槽式聚光器加工难度大的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案：

本发明提供了一种小型化聚光分频太阳能光热光电综合利用装置，包括聚能光热光电单元、玻璃盖板和保护支撑结构，所述聚能光热光电单元设置在上方开口的保护支撑结构内，所述聚能光热光电单元包括若干个均匀布设的聚能光热光电子单元，所述聚能光热光电子单元包括镀膜聚光发电槽和集热管，相邻两个镀膜聚光发电槽的端部相连，位于四周边缘处的镀膜聚光发电槽与保护支撑结构的四周内壁紧密连接，所述镀膜聚光发电槽由下至上包括玻璃基材、下封装胶膜、光伏电池片、上封装胶膜和分频膜，所述玻璃基材为槽状结构且横截面为抛物线形状，所述下封装胶膜、光伏电池片、上封装胶膜和分频膜依次柔性贴合在玻璃基材上；每个聚能光热光电子单元的集热管均设置在镀膜聚光发电槽的焦线上，所述聚能光热光电单元的上方设有玻璃盖板且二者之间的空腔为封闭腔，所述封闭腔内抽真空设置。

进一步地，所述玻璃盖板可为高透玻璃。

进一步地，所述玻璃盖板的外表面上设有减反射膜。

进一步地，所述保护支撑结构与玻璃盖板的连接处设有真空密封胶层。

进一步地，所述保护支撑结构与聚能光热光电单元的空腔非真空设置。

进一步地，所述镀膜聚光发电槽沿长度方向设置的若干个聚能光热光电子单元的集热管依次相连。

进一步地，沿镀膜聚光发电槽的长度方向均设置有一个聚能光热光电子单元。

进一步地，沿镀膜聚光发电槽宽度方向的若干个集热管依次串联，且相邻两个集热管的连接管道设置在保护支撑结构的外部。

进一步地，设置在保护支撑结构外部的连接管道外壁设有保温层。

进一步地，所述连接管道贯穿保护支撑结构的位置密封处理。

相较于现有技术，本发明的有益效果是：

本发明一种小型化聚光分频太阳能光热光电综合利用装置，包括若干个均匀布设的聚能光热光电子单元，每个聚能光热光电子单元均包括镀膜聚光发电槽和其焦线上的集热管，若干个聚能光热光电子单元的上方设有玻璃盖板且二者之间的封闭腔抽真空设置，镀膜聚光发电槽由下至上依次包括玻璃基材、下封装胶膜、光伏电池片、上封装胶膜和分频膜；

本发明一种小型化聚光分频太阳能光热光电综合利用装置，镀膜聚光发电槽可以同时实现聚光、分频、发电三个功能，将太阳能聚光装置、分频装置及光伏组件集成一体，与常规的光热光电综合利用系统相比，简化了系统结构可提前在工厂预制，直接使用即可；

本发明一种小型化聚光分频太阳能光热光电综合利用装置，利用玻璃盖板替代常规光伏组件的钢化玻璃层，镀膜聚光发电槽表面无需再加保护层，有利于减小其厚度，而且相比槽型保护玻璃，盖板玻璃的加工难度小；

本发明一种小型化聚光分频太阳能光热光电综合利用装置，玻璃盖板与镀膜聚光发电槽间的封闭腔抽成真空，避免了空气流动造成的集热管热量损失，相同条件下采用非真空集热管也可以基本达到真空集热管的集热温度，减少了投资成本；

本发明一种小型化聚光分频太阳能光热光电综合利用装置，将多个聚能光热光电子单元并联使用，同时集热，一方面可以减小镀膜聚光发电槽的尺寸，降低加工难度，另一方面热水管可以采用串联形式依次通过集热管，可以保证在装置小型化、集热温度降低的基础上最大程度提升热水出口温度。

附图说明

图1为本发明中一种小型化聚光分频太阳能光热光电综合利用装置的结构示意图一；

图2为本发明中一种小型化聚光分频太阳能光热光电综合利用装置的结构示意图二；

图3为本发明中一种小型化聚光分频太阳能光热光电综合利用装置的结构示意图三；

图4为本发明中镀膜聚光发电槽的分层结构示意图。

附图标记说明：

1、镀膜聚光发电槽；1-1、玻璃基材；1-2、下封装胶膜；1-3、光伏电池片；1-4、上封装胶膜；1-5、分频膜；2、集热管；3、玻璃盖板；4、封闭腔；5、聚能光热光电子单元；6、聚能光热光电单元；11、保护支撑结构；12、减反射膜；13、真空密封胶层。

具体实施方式

在本发明的描述中，应当说明的是，各实施例中的术语名词例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示方位的词语，只是为了简化描述基于说明书附图的位置关系，并不代表所指的元件和装置等必须按照说明书中特定的方位和限定的操作及方法、构造进行操作，该类方位名词不构成对本发明的限制。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

具体实施方案一：结合图1至图4所示，本发明提供一种小型化聚光分频太阳能光热光电综合利用装置，包括聚能光热光电单元6、玻璃盖板3和保护支撑结构11，所述聚能光热光电单元6设置在上方开口的保护支撑结构11内，所述聚能光热光电单元6包括若干个均匀布设的聚能光热光电子单元5，所述聚能光热光电子单元5包括镀膜聚光发电槽1和集热管2，相邻两个镀膜聚光发电槽1的端部相连，位于四周边缘处的镀膜聚光发电槽1与保护支撑结构11的四周内壁紧密连接，所述镀膜聚光发电槽1由下至上包括玻璃基材1-1、下封装胶膜1-2、光伏电池片1-3、上封装胶膜1-4和分频膜1-5，所述玻璃基材1-1为槽状结构且横截面为抛物线形状，所述下封装胶膜1-2、光伏电池片1-3、上封装胶膜1-4和分频膜1-5依次柔性贴合在玻璃基材4上；每个聚能光热光电子单元5的集热管2均设置在镀膜聚光发电槽1的焦线上，所述集热管2的两端或中间通过集热管支架固定在镀膜聚光发电槽1上，所述聚能光热光电单元6的上方设有玻璃盖板3且二者之间的空腔为封闭腔4，所述封闭腔4内抽真空设置。

太阳光线透过玻璃盖板3后落入到镀膜聚光发电槽1上，通过分频膜1-5进行分频，在光伏电池光谱响应区间内的太阳波段通过光伏电池片1-3转化为电能，未在其太阳波段的太阳光通过镀膜聚光发电槽1反射至集热管2上进行集热。光伏电池片1-3产生的电能通过直流电缆进行传输，相邻聚能光热光电子单元5的光伏电池片1-3之间可以采用串联或并联形式连接，然后可以将直流电缆连接到蓄电池中进行电量储存，或者也可以经逆变器转变为交流后并入电网中。

优选地，所述玻璃盖板3可为高透玻璃。高透玻璃对可见光和红外线均为高度透过，尽可能多地保证太阳光落到镀膜聚光发电槽1的表面，镀膜聚光发电槽1中的分频膜1-5的光学特性应根据光伏电池片1-3的光谱响应特性确定，保证在光伏电池光谱响应区间内的太阳波段高透过，其余波段高反射。

优选地，所述玻璃盖板3的外表面上设有减反射膜12。通过减反射膜12能有效降低玻璃表面的反射比，提高透射比，保证更多太阳光入射到镀膜聚光发电槽1表面。

优选地，所述保护支撑结构11与玻璃盖板3的连接处设有真空密封胶层13，提高了封闭腔4的密闭性，减少了封闭腔4抽真空后室外空气的渗入量，营造更好的真空环境。

优选地，所述保护支撑结构11与聚能光热光电单元6的空腔可为非真空设置，不会影响本装置的正常使用。

优选地，所述镀膜聚光发电槽1沿长度方向设置的若干个聚能光热光电子单元5的集热管2依次相连，热水管穿过玻璃盖板3后进入集热管2内，热水管穿过玻璃盖板3的部分密封设置，用于避免封闭腔4内进入空气。

优选地，沿镀膜聚光发电槽1的长度方向均设置有一个聚能光热光电子单元5，且沿镀膜聚光发电槽1宽度方向的若干个集热管2依次串联，相邻两个集热管2的连接管道设置在保护支撑结构11的外部，所述连接管道贯穿保护支撑结构11的位置密封处理；设置在保护支撑结构11外部的连接管道外壁设有保温层，可进一步提高集热温度。

本实施例中，镀膜聚光发电槽1的玻璃基材1-1为抛物柱面状，既充当了光伏电池片1-3的背板，对光伏电池片1-3的背面起到保护和支撑作用，而且也起到聚光作用，提升入射太阳光能流密度；

将盖板玻璃3替代常规的光伏电池组件的上层钢化玻璃，镀膜聚光发电槽1的上表面无需再加一层保护层，厚度减小，而且相比槽型保护玻璃，盖板玻璃3的加工难度小；

将若干个聚能光热光电子单元5并联起来，同时进行集热，一方面可以减小镀膜聚光发电槽1的尺寸，降低加工难度，另一方面热水管可以采用串联形式依次通过集热管，可以保证在装置小型化、集热温度降低的基础上最大程度提升热水出口温度。

封闭腔4抽成真空，避免了空气流动造成的集热管热量损失，因此在相同条件下采用非真空型的集热管2也可以基本达到真空集热管的集热温度，减少了投资成本，封闭腔4为真空状态也是对镀膜聚光发电槽1的双重保护，保护支撑结构11对聚能光热光电单元6起到固定保护作用，减小了外界环境对镀膜聚光发电槽1的破坏，且保护支撑结构11的底面是平面而不是曲面，搬运及安装方便，在地势不平的地面安装稳定性更强。

虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本发明领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。