[發(fā)明專利]一種“熱解耦”光伏熱化學(xué)綜合利用系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710989465.8
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107634697A
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郝勇;魏鑫;李文甲;金健;凌云逸;趙雅文;曲萬軍;洪慧;金紅光
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號: H02S10/00
• 分類號: H02S10/00;H02S40/22;H01M8/0612
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司11021
• 代理人: 任巖

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種“熱解耦”光伏熱化學(xué)綜合利用系統(tǒng)。

背景技術(shù)

能源與環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，高效、清潔與可再生能源的開發(fā)及利用迫在眉睫。作為主要可再生能源之一，太陽能具有總量巨大、分布廣泛且無污染的優(yōu)點(diǎn)，因此太陽能利用技術(shù)受到越來越多的重視。

太陽能利用的主流技術(shù)為太陽能光伏技術(shù)與太陽能光熱技術(shù)。對于太陽能光伏技術(shù)，受限于其工作原理，無法將全光譜太陽能全部轉(zhuǎn)化為電能。目前量產(chǎn)的太陽能光伏電池發(fā)電效率在20％左右，這意味著其將約80％的太陽能轉(zhuǎn)化為低溫?zé)崮懿⒗速M(fèi)到環(huán)境中；此外光伏系統(tǒng)還存在供能不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，難以依據(jù)用戶需求調(diào)整其功率。對于太陽能光熱技術(shù)，光-熱轉(zhuǎn)化過程為強(qiáng)不可逆過程，該過程一般損失50％以上的太陽，后續(xù)熱-功轉(zhuǎn)化過程的不可逆性進(jìn)一步損失了剩余部分可用能，以上兩方面原因使得該技術(shù)的太陽能利用效率一般在20％左右。

光伏光熱綜合利用技術(shù)可以在現(xiàn)有光伏技術(shù)、光熱技術(shù)基礎(chǔ)上獲得更高的太陽能利用效率。光伏光熱綜合利用技術(shù)可以分為“熱耦合”與“熱解耦”兩類。“熱耦合”光伏光熱綜合利用技術(shù)是將光伏電池中無法轉(zhuǎn)換為電能的光伏電池余熱用作熱機(jī)或熱電器件的熱源以產(chǎn)生電能。在此類技術(shù)中，由于熱利用部分熱源的溫度即是光伏電池的工作溫度，因此熱能溫度受到限制，使得該技術(shù)太陽能利用效率相對單一太陽能利用技術(shù)效率提升較低。在“熱解耦”光伏光熱綜合利用技術(shù)中，根據(jù)光伏、光熱兩部分對光譜的響應(yīng)特性，將太陽光分為兩部分，其中光子能量高于光伏電池帶隙的光譜部分經(jīng)由光伏電池進(jìn)行利用，其余部分則經(jīng)由光熱轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行直接熱利用；這種方式可以避免將對光伏無用的長波太陽光投射至光伏電池表面，轉(zhuǎn)化為光伏電池低溫余熱。

然而現(xiàn)有“熱解耦”光伏光熱綜合利用技術(shù)中，光熱部分能量經(jīng)由朗肯熱機(jī)、斯特林熱機(jī)等熱機(jī)進(jìn)行利用，利用效率受到卡諾效率的限制，使得太陽能利用效率較低；太陽能無法長時間儲存，系統(tǒng)能量輸出無法滿足用戶負(fù)荷或容易對電網(wǎng)造成沖擊；該技術(shù)產(chǎn)品為電能或熱能，產(chǎn)品組成比較單一，技術(shù)適應(yīng)性較差。

在實現(xiàn)本公開的過程中，申請人發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)有技術(shù)存在如下技術(shù)缺陷：

(1)“熱耦合”光伏光熱綜合利用技術(shù)中，因光伏電池運(yùn)行溫度較低，熱利用溫度受到限制，從而熱利用收益較小，其太陽能利用效率相對單一太陽能利用技術(shù)提高不多；

(2)“熱解耦”光伏光熱綜合利用技術(shù)中，太陽熱能直接經(jīng)由熱力循環(huán)利用，效率受到卡諾效率限制，收益較低；

(3)“熱解耦”光伏光熱綜合利用技術(shù)中，太陽能難以長時間儲存，因此面臨著供能不穩(wěn)定的問題，無法滿足用戶負(fù)荷或容易對電網(wǎng)造成沖擊。

(4)“熱解耦”光伏光熱綜合利用技術(shù)中，輸出的產(chǎn)品組成比較單一，技術(shù)適應(yīng)性較差。

公開內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本公開提供了一種“熱解耦”光伏熱化學(xué)綜合利用系統(tǒng)，以至少部分地解決上述技術(shù)問題。

(二)技術(shù)方案

本公開提供了一種“熱解耦”光伏熱化學(xué)綜合利用系統(tǒng)，包括：熱化學(xué)反應(yīng)裝置、沿光路依次設(shè)置的聚光裝置、分頻裝置和太陽能光伏-余熱綜合利用裝置；所述聚光裝置用于將太陽光匯聚至所述分頻裝置；所述分頻裝置用于根據(jù)太陽光波長的不同將太陽光分為第一光束和第二光束；所述太陽能光伏-余熱綜合利用裝置用于將第一光束轉(zhuǎn)化為電能與熱能；所述熱化學(xué)反應(yīng)裝置用于利用第二光束進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)，生成熱化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物。

在本公開的一些實施例中，還包括：化學(xué)發(fā)電裝置；所述熱化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物通入化學(xué)發(fā)電裝置以產(chǎn)生電能。

在本公開的一些實施例中，還包括：化學(xué)儲罐；熱化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物先儲存于化學(xué)儲罐，再通入化學(xué)發(fā)電裝置以產(chǎn)生電能。

在本公開的一些實施例中，所述熱化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物通入化學(xué)發(fā)電裝置的速率可調(diào)節(jié)。

在本公開的一些實施例中，所述太陽能光伏-余熱綜合利用裝置包括：太陽能光伏電池與光伏電池余熱利用裝置，所述太陽能光伏電池面向分頻裝置；太陽能光伏電池產(chǎn)生電能與熱能，電能作為系統(tǒng)產(chǎn)品對外輸出，光伏電池余熱利用裝置利用熱能預(yù)熱熱化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物。

在本公開的一些實施例中，所述第一光束的光子能量高于光伏電池帶隙的光譜，第二光束的光子能量低于光伏電池帶隙的光譜。

在本公開的一些實施例中，所述聚光裝置為塔式聚光裝置、點(diǎn)聚焦菲涅爾式聚光裝置或復(fù)合拋物面聚光裝置。

在本公開的一些實施例中，所述分頻裝置采用分頻膜。