[發明專利]太陽能梯級儲能裝置

有效

• 申請號: 201810408095.9
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108759119B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 劉啟斌;方娟;郭少朋;劉泰秀
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F24S23/30
• 分類號: F24S23/30;F24S80/00;F24S60/00;F28D20/00;H02S40/44;H02S40/22
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 喻穎

一種太陽能梯級儲能裝置，包括：依次疊加的N個光化學反應器，所述N個光化學反應器中有不同的的光化學反應物，分別吸收太陽光中不同波長的光子，反應生成光化學反應生成物，將這部分光子儲存在化學鍵中，其中N≥1。本發明的太陽能梯級儲能裝置通過吸收不同頻率光子的光化學分子異構反應之間的重疊，彌補了單一光化學儲能只能利用特定頻率光子的不足，充分挖掘了太陽能的儲能能力，實現了太陽能的全光譜儲能。

技術領域

本發明屬于太陽能儲熱技術領域，具體涉及一種太陽能梯級儲能裝置。

背景技術

由于太陽輻照的波動性和用戶側能源消費的隨機性，太陽能的利用常 與儲能結合起來，目前全球儲熱裝機總量高達3.05GW。根據儲熱原理不 同，分為顯熱儲熱、潛熱儲熱和化學儲熱等?；瘜W儲能因為儲能密度大、 熱損失小、可實現遠距離儲能而受到研究者的親睞，包括熱化學儲能和光 化學儲能。

太陽能光化學反應包含雙分子加成反應和單分子光致異構反應，單分 子異構反應又包括幾何異構和價鍵異構化兩種。光致異構化反應過程是一 個閉環系統，儲能和放能過程沒有其它反應物或產物的進出，對環境沒有 影響。光致異構化反應通常為在特定波長照射，內部分子結構會由于光波 的激發而發生改變，低能量穩定態的化合物A將轉化為高能量、亞穩態的 同分異構體B，同時將能量儲存在化學鍵中。需要的時候通過提供少量的熱能、催化劑作用或者另一種波長的光照射，產物B再發生逆反應再生成 化合物A，儲存的光能將以熱能的形式釋放出來。

太陽能熱化學儲能將太陽光子轉化為熱能，提供吸熱反應的反應熱， 使反應物發生分解或重整反應，從而能將低品位、不穩定、不連續的太陽 能轉化為化學能儲存起來。

然而單一的太陽能光化學儲能通常只能利用特定波長范圍內的的光 子，其他光子轉化為熱能，既造成了能量的浪費，溫度升高還會加劇逆反 應的發生，使反應轉化率低，量子產率低。單一的太陽能熱化學儲能將所 有光子先轉化為熱能，提供吸熱反應的反應熱，再將熱能轉化為化學能， 可見光和紅外光起主要作用，能量高的紫外區域的光子并沒有得到充分利 用，造成了較大的可用能損失。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種太陽能梯級儲能裝 置，以便解決上述問題的至少之一。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種太陽能梯級儲能裝置，包括：依次疊加的N個光化學反應器，所 述N個光化學反應器中有不同的的光化學反應物，分別吸收太陽光中不同 波長的光子，反應生成光化學反應生成物，將這部分光子儲存在化學鍵中， 其中N≥1。

進一步地，所述太陽能梯級儲能裝置還包括聚光系統，用于提高太陽 光的能量密度。

進一步地，所述聚光系統為菲涅爾透鏡、拋物槽式太陽能聚光集熱器、 復合拋物面聚光集熱器、塔式太陽能聚光集熱器或碟式太陽能聚光集熱器。

進一步地，所述太陽能梯級儲能裝置還包括熱化學反應器，所述熱化 學反應器中有熱化學反應物，所述N個光化學反應器吸收后剩余的太陽光 透射到所述熱化學反應器中轉化為熱量，所述熱化學反應器中的熱化學反 應物吸收熱量，反應生成熱化學生成物，將剩余的太陽能量以化學能的形 式儲存起來。

進一步地，所述太陽能儲能裝置還包括水加熱器，所述水加熱器中有 水，所述N個光化學反應器吸收后剩余的太陽光透射到水加熱器轉化為熱 量，所述水加熱器中的水吸收熱量后溫度升高，將剩余的太陽能量以顯熱 的形式儲存起來。

進一步地，所述光化學反應物為降冰片二烯及其衍生物、偶氮苯及其 衍生物、富瓦烯金屬化合物或偶氮苯納米管。

進一步地，所述熱化學反應物為經過預熱或不經過預熱的甲烷水蒸氣、 甲烷與二氧化碳的混合物、甲醇與水的混合物或二甲醚。

進一步地，所述熱化學反應器中的反應溫度的控制通過調節聚光系統 的聚光比實現。