阅读说明：本技术 一种季节性跟踪低倍聚光光伏光热热电联产装置 (Seasonal tracking low-concentration photovoltaic photo-thermal cogeneration device ) 是由 黄晔 张高明 高峰 魏进家 王泽昕 于 2019-12-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种季节性跟踪低倍聚光光伏光热热电联产装置,包括复合抛物面聚光器、光伏光热一体化组件与支架,其中,复合抛物面聚光器设置在光伏光热一体化组件上,光伏光热一体化组件设置在支架上方。其中,光伏光热一体化组件包括光伏电池、玻璃盖板、铝合金方管以及铝合金边框,所述玻璃盖板设置在光伏电池上,光伏电池设置在铝合金方管上,铝合金方管上开设有若干通道。本发明结构紧凑,安装方便。光伏光热一体化组件安装在比聚光器出光孔位置更低的最佳聚光面上,保证了聚光的均匀性。支架在一个季节里的倾角保持不变,在不同季节的倾角根据当地纬度进行设置,简化了运行模式,降低了运行成本,提高了光伏光热系统的经济性。(The invention discloses a seasonal tracking low-concentration photovoltaic photo-thermal cogeneration device which comprises a compound parabolic condenser, a photovoltaic photo-thermal integrated assembly and a support, wherein the compound parabolic condenser is arranged on the photovoltaic photo-thermal integrated assembly, and the photovoltaic photo-thermal integrated assembly is arranged above the support. The photovoltaic and photothermal integrated assembly comprises a photovoltaic cell, a glass cover plate, an aluminum alloy square tube and an aluminum alloy frame, wherein the glass cover plate is arranged on the photovoltaic cell, the photovoltaic cell is arranged on the aluminum alloy square tube, and a plurality of channels are formed in the aluminum alloy square tube. The invention has compact structure and convenient installation. The photovoltaic and photo-thermal integrated assembly is arranged on the optimal light-gathering surface lower than the position of the light outlet hole of the condenser, so that the uniformity of light gathering is ensured. The inclination angle of support in a season keeps unchangeable, sets up according to local latitude at the inclination in different seasons, has simplified the operational mode, has reduced the running cost, has improved photovoltaic light and heat system's economic nature.)

一种季节性跟踪低倍聚光光伏光热热电联产装置

技术领域

本发明属于太阳能聚光光伏光热领域，涉及一种季节性跟踪低倍聚光光伏光热热电联产装置。

背景技术

在太阳能聚光光伏光热领域，聚光器的使用可以使光伏光热组件的热电输出成倍增加。但是受限于聚光器的接收角，为了获得更多的热电输出，单轴跟踪或者双轴跟踪一般被采用。然而跟踪装置的引入，一方面增加了聚光光伏光热系统初始投资成本，另一方面也使系统更复杂，运行维护成本也相应地增加。对于中高倍聚光器，如碟式和槽式聚光器等成像聚光器，只要入射光线稍有偏差，聚光光斑将不能投射到接收面上，因此必须采用时时跟踪模式。而对于低倍聚光器，如复合抛物面聚光器这种非成像聚光器，由于具有一定的接收半角，跟踪精度要求低，与成像聚光器相比经济性更佳。在现有研究中，有的复合抛物面聚光器采用双轴或者单轴跟踪模式，有的采用不跟踪模式。前者可以实现输出性能的最大化，但是投资和运行成本也比较高，投资回收期较长；后者可以实现投资和运行成本的最小化，但输出性能也较低，难以满足用户需求。

发明内容

为克服于降低初始投资成本和运行维护成本的问题，本发明的目的是提出了一种季节性跟踪低倍聚光光伏光热热电联产装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种季节性跟踪低倍聚光光伏光热热电联产装置，包括复合抛物面聚光器、光伏光热一体化组件与支架，其中，复合抛物面聚光器设置在光伏光热一体化组件上方，复合抛物面聚光器和光伏光热一体化组件均设置在支架上；复合抛物聚光器的出光口与光伏光热一体化组件之间设置有竖直平面反射镜；复合抛物面聚光器采光半角为30°。

本发明进一步的改进在于，光伏光热一体化组件包括光伏电池、玻璃盖板、铝合金方管以及铝合金边框，所述玻璃盖板设置在光伏电池上，光伏电池设置在铝合金方管上，铝合金方管上开设有若干通道。

本发明进一步的改进在于，玻璃盖板与光伏电池之间、光伏电池与铝合金方管均之间通过粘接材料相连。

本发明进一步的改进在于，光伏电池与铝合金方管之间设置有绝缘保护材料。

本发明进一步的改进在于，光伏电池、玻璃盖板与铝合金方管通过铝合金边框封装，铝合金边框设置在耳板上。

本发明进一步的改进在于，铝合金边框与铝合金方管之间填充有保温材料。

本发明进一步的改进在于，支架包括支架主体骨架、聚光器顶部卡槽和聚光器底部卡槽，支架主体骨架包括底部水平方管；底部水平方管上设置有若干对称设置的竖直方管，竖直方管上设置有用于固定聚光器的聚光器顶部卡槽和聚光器底部卡槽。

本发明进一步的改进在于，底部水平方管上设置有斜拉方管。

本发明进一步的改进在于，聚光器顶部卡槽包括第一L形固定件和第一基板，第一L形固定件设置在第一基板上，第一基板设置在竖直方管上，第一L形固定件的角度与聚光器的顶部相匹配；

聚光器底部卡槽包括第二L形固定件和第二基板，第二L形固定件设置在第二基板上，第二基板设置在竖直方管上，第二L形固定件的角度与聚光器的底部相匹配。

本发明进一步的改进在于，复合抛物面聚光器的几何聚光比为2。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明为适应季节性跟踪模式，设计相应的聚光器、光伏光热一体化组件以及一体化安装支架，结构紧凑，安装方便。一方面，支架在一个季节里的倾角保持不变，在不同季节的倾角根据当地纬度进行设置，简化了运行模式，装置总成本较双轴跟踪模式相比降低50％左右，提高了光伏光热系统的经济性；另一方面，由于聚光器采光半角较大，使得其在采取季节性跟踪模式时也可以接受大部分的太阳辐射能，系统热电输出性能可以达到双轴跟踪模式的75％～80％左右。因此本发明提出的这种低倍聚光光伏光热热电联产装置能够实现系统热电输出性能和投资运行成本之间的平衡，具有一定的先进性。

进一步地，聚光器的顶端和底部均采用卡槽式进行固定，保证了其机械稳定性，光伏光热组件安装在比聚光器出光孔位置更低的最佳聚光面上，保证了聚光的均匀性。

附图说明

图1为本发明的低倍聚光光伏光热热电联产装置立体图。

图2为本发明的低倍聚光光伏光热热电联产装置截面图。

图3为本发明的光伏光热一体化组件立体图。

图4为本发明的光伏光热一体化组件截面图。

图5为本发明的支架立体图。

图6为本发明的支架截面图。

图7为本发明的卡槽结构示意图。其中，(a)为聚光器顶部卡槽，(b)为聚光器底部卡槽。

图中，1为复合抛物面聚光器，2为光伏光热一体化组件，3为支架主体骨架，4为聚光器顶部卡槽，5为聚光器底部卡槽，6为竖直平面反射镜，7为L形连接件，8为小尺寸光伏电池，9为玻璃盖板，10为铝合金方管，11为铝合金边框，12为耳板，13为第一L形固定件，14为第一基板，15为第二L形固定件，16为第二基板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的阐述。

参见图1-图2，本发明包括复合抛物面聚光器1、光伏光热一体化组件2与支架，其中，复合抛物面聚光器1设置在光伏光热一体化组件2上方，光伏光热一体化组件2设置在支架3上；复合抛物聚光器1的出光口与光伏光热一体化组件2之间设置有竖直平面反射镜6。

参见图3和图4，光伏光热一体化组件2包括光伏电池8、玻璃盖板9、铝合金方管10以及铝合金边框11，所述玻璃盖板9设置在光伏电池8上，光伏电池8设置在铝合金方管10上，具体的，玻璃盖板9与光伏电池8之间、光伏电池8与铝合金方管10均之间通过粘接材料相连，光伏电池8与铝合金方管10之间还设置有绝缘保护材料。铝合金方管10上开设有若干通道，用于通入流体对光伏电池8冷却。

光伏电池8、玻璃盖板9与铝合金方管10通过铝合金边框11封装。铝合金边框11与铝合金方管10之间填充有保温材料。

参见图2、图5和图6，支架包括支架主体骨架3、聚光器顶部卡槽4和聚光器底部卡槽5，支架主体骨架3包括底部水平方管。底部水平方管上设置有用于加强整体结构的斜拉方管，底部水平方管上设置有若干对称设置的竖直方管，竖直方管上设置有用于固定聚光器的聚光器顶部卡槽4和聚光器底部卡槽5。

参见图7中的(a)和(b)，聚光器顶部卡槽4包括第一L形固定件13和第一基板14，第一L形固定件13设置在第一基板14上，第一基板14设置在竖直方管上，第一L形固定件13的角度与聚光器的顶部相匹配。

聚光器底部卡槽5包括第二L形固定件15和第二基板16，第二L形固定件15设置在第二基板16上，第二基板16设置在竖直方管上，第二L形固定件15的角度与聚光器的底部相匹配。

本发明中各个部件的结构具体如下：

1)复合抛物面聚光器1。为了在不同季节都能满足用户的热电需求，应用于季节性跟踪，根据季节性跟踪模式，复合抛物面聚光器的几何聚光比设计为2，根据复合抛物面聚光器几何聚光比与采光半角的关系式C＝1/sinθ，计算得其采光半角可达30°，接收半角可达30°，因此聚光器采取季节性跟踪模式也可以尽可能多地接收太阳辐射，在不同季节都能满足用户的热电需求。

2)光伏光热一体化组件2。光伏光热一体化组件采用的光伏电池为多晶硅太阳能电池，目前市场上最常见的多晶硅太阳能电池尺寸为156mm*156mm。考虑到季节性跟踪条件下，太阳光非垂直入射的运行工况占绝大部分，因此为了解决非垂直入射时不均匀能流密度造成的太阳能电池欧姆损失增大效率降低的问题，将市场上156mm*156mm常规尺寸的多晶硅太阳能电池在长度和宽度方向分别进行一次对半切割，得到光生电流仅为原来常规电池的1/4大小的78mm*78mm小尺寸光伏电池8。小尺寸光伏电池8光生电流小，引起的欧姆损失几乎可以忽略不计，大大降低了电功率损耗，提高了光电转换效率。进一步地，如图3和图4所示，小尺寸光伏电池8与玻璃盖板9、铝合金方管10，以及三者之间的粘接材料EVA以及光伏电池8与铝合金方管之间的绝缘保护材料TPT一起通过层压的方式制造成小尺寸光伏光热一体化组件2，层压好的光伏光热一体化组件2通过铝合金边框11进行封装，并在铝合金边框与铝合金方管之间的空隙填充保温材料。

光伏光热一体化组件2则安装在比聚光器出光口更低位置的最佳聚光面上，通过耳板12固定在支架主体骨架上。

3)支架。如图1所示，支架包括以下几个部分：支架主体骨架3、聚光器顶部卡槽4和聚光器底部卡槽5。如图5和图6所示，支架主体骨架3包括底部水平方管、若干左右对称设置的竖直方管以及位于中间的加强整体结构的斜拉方管。其中，底部水平方管起支撑作用，而竖直方管用于固定聚光器，同时也将装置划分成了若干个通道。需要指出的是，图5和图6所示是4个通道，但不仅限于此，也可以是2个，6个或者其他偶数个通道，需根据具体应用场合确定。如图7所示，聚光器顶部卡槽4和聚光器底部卡槽5分别包括L形固定件13和基板14两部分，两者通过焊接成型。小型化复合抛物面聚光器1的顶端和底部均采用卡槽进行固定，再通过基板用螺栓固定在支架主体骨架3的竖直方管上，这样可确保其机械稳定性，同时也简化了安装流程，提高了工作效率。

首先根据复合抛物面聚光器和光伏光热一体化组件的安装高度和聚光器入射平面的宽度设计支架主体骨架3，作为支撑整个装置的载体。根据聚光器1顶部和底部抛物面的曲率设计与抛物面匹配的卡槽结构，用于聚光器顶部和底部的固定。

4)防止漏光的竖直平面反射镜6。对于2×聚光比的复合抛物面聚光器，其最佳聚光面与聚光器出光口的距离与抛物面反射镜的尺寸几乎在一个量级，因此非常有必要在聚光器的出光口与光伏光热一体化组件2之间设置竖直平面反射镜，以防止各种非垂直入射条件下造成的聚光能流的损失。为降低制造成本，竖直平面反射镜采用在金属板上贴反射率92％以上的反光膜的方式制作。另外，在聚光器底部卡槽安装部位预留豁口，防止发生机械干涉。竖直平面反射镜6通过L形连接件7固定在底部卡槽上，而卡槽通过基板固定在支架主体骨架的竖直方管上。竖直平面反射镜6的长度与聚光器1的长度相同，高度与聚光器最佳聚光面的高度相同。

在制作竖直平面反射镜6时，先计算复合抛物面聚光器最佳聚光面的高度，并以此为依据切割出相应宽度的金属板，其长度应与聚光器保持一致。然后在金属板上粘贴反射率92％以上的反光膜，最后竖直平面反射镜6通过L形连接件7固定在聚光器底部卡槽的基板14上。

设计好各个部件之后，按照以下流程进行安装：首先将光伏光热一体化组件2通过耳板12固定在支架主体骨架3的水平方管上，然后安装聚光器底部卡槽4和竖直平面反射镜6，最后安装聚光器顶部卡槽5，将复合抛物面聚光器1固定。

在实际运行过程中，由于采用的聚光器采光半角较大，可采用在每一个季节固定一个最佳倾角的方式使光伏光热一体化组件2在该季节接收到的辐射量最大，从而达到运行成本和热电输出性能两者之间的平衡。此外，由于春季和秋季的太阳高度角和方位角变化是对称的，因此，实际操作过程中只需要设置三个可调倾角即可。

从以上实施步骤可以看出，本发明设计的聚光器和光伏光热一体化组件2一体化安装支架，结构紧凑，节省空间，机械稳定性强，而且安装方便，装配效率高。另外，对整套低倍聚光光伏光热热电联产装置采取季节性跟踪模式，可以实现系统热电输出性能和投资运行成本之间的平衡，最终达到经济性最佳的目的，具有一定的先进性。