[發明專利]太陽能熱泵熱電聯產系統

有效

• 申請號: 201310743435.0
• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN103836835A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 高秀峰;賀國凌;李震;齊寶金;李云
• 申請（專利權）人: 西安交通大學蘇州研究院
• 主分類號: F25B27/00
• 分類號: F25B27/00;F25B30/02;F24H4/02;H01L31/054;H01L31/0525
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴;夏振

技術領域

本發明屬于太陽能利用技術領域，涉及一種利用熱電聯產型光伏太陽能組件同時生產電能和熱能的熱電聯產裝置，具體涉及一種帶有熱泵裝置的太陽能光伏熱電聯產裝置及其優化的工作方法。

背景技術

太陽能光伏發電技術近年來發展和推廣應用都非常迅速，受到世界各國政府和產業界的廣泛重視，目前的太陽能光伏發電使用晶體硅電池板，根據其工作原理，在光電轉換過程中，由于禁帶寬度效應，只有能量大于其半導體材料禁帶寬度的部分光子能量能夠轉化為電能，因此工業生產的晶體硅太陽電池轉化效率大約在15%左右，其余的太陽輻射能量則沒有被利用，因此太陽能的整體利用率不高。在不能轉化成電能的這部分太陽輻射能量中，有相當一部分會轉變為熱量，導致光伏電池板的溫度升高，而光伏電池板的溫度升高會導致其電能轉換率下降，太陽能輻射的整體利用率進一步降低。為了解決這一問題，出現了將熱能和電能分別采集并同時利用的熱電聯產型光伏電池組件，進而可構成同時生產電能和熱能的太陽能熱電聯產系統。

這種熱電聯產型光伏電池組件常見的結構有圖1所示的幾種設計方案：

1）如圖1（a）所示的設計方案是在光伏發電組件101的向光面設置一個由透明玻璃蓋板（即透明白玻璃蓋板103和分頻玻璃104）所構造的夾層（相當于太陽能集熱腔102），在夾層內通入純水或特殊的光線分頻介質，依靠該液體層將可以轉變成電能以外的其他太陽能頻譜截留下來并轉變成熱能，剩余的可轉變成電能的部分達到電池板表面并轉變成電能，控制液體層的溫度不超過30℃來控制電池板的溫度，進而達到保證光伏發電效率的目的。這種方案雖然使光伏發電的效率得以保證，但由于所生產的熱能溫度太低，沒有利用價值，如果提高液體的集熱溫度，則又降低了光伏發電的效率。此外，該方案使用的液體在冬季夜晚可能出現結凍的問題，從而導致電池板損壞。

2）如圖1（b）所示的設計方案是在光伏電池組件的背光面設置一個冷卻夾套（相當于太陽能集熱腔102），在其中通入冷卻液來控制電池板的溫升。相比于圖1（a）所示的設計方案，此方案對冷卻液的品質要求不高，還可使用防凍液防止冬季夜間電池板凍壞；同時，冷卻夾套可以用低成本的材料和結構實現。由于熱量要通過電池板傳給集熱腔內的冷卻液，所以該方案所產生的液體溫升更小，所采集的熱量更加難以被利用。同時，由于電池板基材的導熱性差，所以電池板的溫度高于圖1（a）所示的設計方案，這不利于提高光伏發電的效率。

3）如圖1（c）所示的設計方案是將圖1（a）和圖1（b）所示的設計方案結合起來，在電池組件的向光面和背光面同時設置太陽能集熱腔102和冷卻夾套（另一太陽能集熱腔102），這種方案一般在兩個夾套中通入同一種介質，即圖1（a）所示的方案所述的純水或特殊的光線分頻介質。這一方案理論上講更有利于降低電池板溫度而保證發電效率，但仍然沒有解決輸出熱能品位太低，難以被利用的問題。

4）如圖1（d）和（e）所示的設計方案是采用聚光元件105將更多的太陽能聚集并投射到光伏發電組件101的受光面上，從而利用較小的電池板面積產生更多的電能，由于聚光元件105的成本低于晶體硅電池板的成本，因此聚光光伏發電方案有一定的成本構成優勢。聚光光伏發電方案中，單位面積電池板表面所接受的太陽能為自然光照的數倍，因此其溫升會更高，導致發電效率下降。因此，這種聚光光伏發電裝置一般是熱電聯產的，集熱方式與前三種方案相同。與前三種方案一樣，為了保證光伏電池板處于高發電效率的溫度區間，這種方案所產生的熱能仍然因為溫度太低而難以被利用。

因此，基于上述幾種熱電聯產型光伏電池組件所構造的太陽能光伏熱電聯產系統，最大的問題是其所生產的熱能溫度太低，難以被利用；而提高產熱溫度則又會降低光伏發電的效率，違背了這種系統的構造初衷。同時，這種系統還存在冬季夜間結凍損壞的危險。本發明因此而來。

發明內容

本發明目的在于提供一種帶有熱泵裝置的太陽能光伏熱電聯產系統，能夠使太陽能光伏熱電聯產系統的光伏電池組件穩持在較低的工作溫度，保證較高的光電轉換效率，同時又能使系統的產熱溫度提升到50℃以上，使所產熱能具有利用價值。

為了解決現有技術中的這些問題，本發明提供的技術方案是：