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一种太阳能光伏光热一体化装置及储能系统
申请号	CN202410073057.8	申请日	2024-01-17	公开(公告)号	CN118017931A	公开(公告)日	2024-05-10
申请人	中冶武勘工程技术有限公司;			发明人	陈森; 彭扬东; 李海峰; 彭建斌; 杨珂; 吴灏;
摘要	本发明涉及一种太阳能光伏光热一体化装置及储能系统，其中，太阳能光伏光热一体化装置包括光伏光热组件，光伏光热组件具有转换光能为电能的光伏端，以及具有吸收热能的光热端；太阳能光伏光热储能系统还包括储能装置，储能装置包括电储能端和热储能端，储能装置的电储能端与光伏光热组件的光伏端连接，储能装置的热储能端与光伏光热组件的光热端连接；光伏光热组件的光伏端将光能转化为电能的同时，光伏光热组件光热端能够吸收太阳能所辐射的热能，从而在光伏发电的同时，将太阳能中的热能收集起来；储能装置可将上述电能和热能存储起来，因此，储能装置不仅具备供电功能，还具备供热功能，有效的利用太阳能中的热能。
权利要求	1.一种太阳能光伏光热一体化装置，其特征在于，包括；光伏光热组件，所述光伏光热组件具有转换光能为电能的光伏端，以及具有吸收热能的光热端，所述光热端设于所述光伏端的内部或底部位置处。 2.根据权利要求1所述的太阳能光伏光热一体化装置，其特征在于，所述光伏光热组件包括光伏板，所述光伏板为所述光伏端。 3.根据权利要求1所述的太阳能光伏光热一体化装置，其特征在于，所述光伏光热组件包括换热管路，所述换热管路为所述光热端，所述换热管路内填充有换热介质，所述换热介质用于接收热能。 4.根据权利要求3所述的太阳能光伏光热一体化装置，其特征在于，所述换热介质为水或空气。 5.一种太阳能光伏光热储能系统，其特征在于，包括如权利要求1‑4中任一所述的太阳能光伏光热一体化装置，还包括：储能装置，所述储能装置包括电储能端和热储能端，所述储能装置的电储能端与所述光伏光热组件的光伏端连接，所述储能装置的热储能端与所述光伏光热组件的光热端连接。 6.根据权利要求5所述的太阳能光伏光热储能系统，其特征在于，所述储能装置包括蓄热箱、第一循环管路以及第一循环泵，所述蓄热箱和所述第一循环泵均安装于所述第一循环管路上，所述第一循环管路连通所述蓄热箱与所述光伏光热组件的光热端连接，所述蓄热箱用以接收并存储所述光伏光热组件的光热端的热能。 7.根据权利要求6所述的太阳能光伏光热储能系统，其特征在于，所述蓄热箱具有第一进口和第一出口，所述第一循环管路包括第一连接管和第二连接管，所述第一连接管的一端与所述光伏光热组件的光热端相连通，所述第一连接管的另一端与所述蓄热箱的第一进口相连通，所述第二连接管的一端与所述光伏光热组件的光热端相连通，所述第二连接管的另一端与所述蓄热箱的第一出口相连通。 8.根据权利要求7所述的太阳能光伏光热储能系统，其特征在于，所述储能装置还包括地埋换热管、第二循环管路以及第二循环泵，所述地埋换热管和第二循环泵均安装于所述第二循环管路上，所述第二循环管路连通所述地埋换热管和所述蓄热箱相连接，所述地埋换热管用以接受并存储所述蓄热箱中的热能。 9.根据权利要求8所述的太阳能光伏光热储能系统，其特征在于，所述蓄热箱具有第二进口和第二出口，所述蓄热箱的第二出口经由所述第二循环管路和所述蓄热箱的第二进口相连通。 10.根据权利要求8所述的太阳能光伏光热储能系统，其特征在于，还包括第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀以及地源热泵主机，所述第二循环管路包括第一循环支路和第二循环支路，所述第一控制阀、所述第三控制阀以及所述地埋换热管安装于所述第一循环支路上，所述第一循环支路连通所述地埋换热管和所述蓄热箱，所述第二控制阀、所述第四控制阀、所述地埋换热管和所述地源热泵主机均安装于所述第二循环支路，所述第二循环支路连通所述地埋换热管和所述地源热泵主机。
说明书全文	一种太阳能光伏光热一体化装置及储能系统技术领域 [0001] 本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种太阳能光伏光热一体化装置及储能系统。背景技术 [0002] 随着能源危机和环境污染问题的日益严重，可再生能源的开发和利用越来越受到人们的关注，太阳能作为一种清洁、可再生的能源，具有广阔的应用前景。 [0003] 例如，申请号为CN202211496063.1的发明专利所提出的太阳能发电储能系统，其中，碟式太阳能热发电模块吸收太阳能充足，在保持碟式太阳能热发电模块的发电效率在预设范围内的情况下，将剩余热量存储到二氧化碳储能发电模块的二氧化碳高压储罐中，具体的，二氧化碳储能发电模块中的二氧化碳低压储罐输出低温的二氧化碳、并在二氧化碳热交换器中吸收碟式太阳能热发电模块内导热流体的热量，吸热的二氧化碳再存储到二氧化碳高压储罐中，实现收集、存储碟式太阳能热发电模块发电后导热流体的剩余热量。 [0004] 然而，现有的太阳能利用方式主要为光伏发电，忽略了太阳光热的利用以及太阳光热对光伏发电的影响，太阳能中含带的热能并未被有效开发利用。发明内容 [0005] 有鉴于此，有必要提供一种太阳能光伏光热一体化装置及储能系统，用以解决现有的太阳能利用方式主要为光伏发电，忽略了太阳光热的利用以及太阳光热对光伏发电的影响，太阳能中含带的热能并未被有效开发利用的问题。 [0006] 本发明提供一种太阳能光伏光热一体化装置，包括光伏光热组件，所述光伏光热组件具有转换光能为电能的光伏端，以及具有吸收热能的光热端，所述光热端设于所述光伏端的内部或底部位置处。 [0007] 进一步的，所述光伏光热组件包括光伏板，所述光伏板为所述光伏端。 [0008] 进一步的，所述光伏光热组件包括换热管路，所述换热管路为所述光热端，所述换热管路内填充有换热介质，所述换热介质用于接收热能。 [0009] 进一步的，所述换热介质为水或空气。 [0010] 本发明还提供一种太阳能光伏光热储能系统，包括如上所述的太阳能光伏光热一体化装置，还包括：储能装置，所述储能装置包括电储能端和热储能端，所述储能装置的电储能端与所述光伏光热组件的光伏端连接，所述储能装置的热储能端与所述光伏光热组件的光热端连接。 [0011] 进一步的，所述储能装置包括蓄热箱、第一循环管路以及第一循环泵，所述蓄热箱和所述第一循环泵均安装于所述第一循环管路上，所述第一循环管路连通所述蓄热箱与所述光伏光热组件的光热端连接，所述蓄热箱用以接收并存储所述光伏光热组件的光热端的热能。 [0012] 进一步的，所述蓄热箱具有第一进口和第一出口，所述第一循环管路包括第一连接管和第二连接管，所述第一连接管的一端与所述光伏光热组件的光热端相连通，所述第一连接管的另一端与所述蓄热箱的第一进口相连通，所述第二连接管的一端与所述光伏光热组件的光热端相连通，所述第二连接管的另一端与所述蓄热箱的第一出口相连通。 [0013] 进一步的，所述储能装置还包括地埋换热管、第二循环管路以及第二循环泵，所述地埋换热管和第二循环泵均安装于所述第二循环管路上，所述第二循环管路连通所述地埋换热管和所述蓄热箱相连接，所述地埋换热管用以接受并存储所述蓄热箱中的热能。 [0014] 进一步的，所述蓄热箱具有第二进口和第二出口，所述蓄热箱的第二出口经由所述第二循环管路和所述蓄热箱的第二进口相连通。 [0015] 进一步的，还包括第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀以及地源热泵主机，所述第二循环管路包括第一循环支路和第二循环支路，所述第一控制阀、所述第三控制阀以及所述地埋换热管安装于所述第一循环支路上，所述第一循环支路连通所述地埋换热管和所述蓄热箱，所述第二控制阀、所述第四控制阀、所述地埋换热管和所述地源热泵主机均安装于所述第二循环支路，所述第二循环支路连通所述地埋换热管和所述地源热泵主机。 [0016] 与现有技术相比，光伏光热组件的光伏端将光能转化为电能的同时，光伏光热组件光热端能够吸收太阳能所辐射的热能，从而在光伏发电的同时，将太阳能中的热能收集起来；储能装置的电储能端可将光伏光热组件的光伏端转化的电能存储起来，同时，储能装置的热储能端可将光伏光热组件的光热端转化的热能存储起来，储能装置不仅具备供电功能，还具备供热功能，有效的利用太阳能中的热能。附图说明 [0017] 图1为本发明实施例提供的太阳能光伏光热储能系统中整体的结构示意图； [0018] 图2为本发明实施例提供的太阳能光伏光热一体化装置中多个光伏光热一体化组件串联连接示意图； [0019] 图3为本发明实施例提供的太阳能光伏光热一体化装置中多个光伏光热一体化组件并联连接示意图。具体实施方式 [0020] 下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。 [0021] 由于现有的太阳能的利用方式主要为光伏发电，为了有效利用太阳能中的热能，本实施例中的方案在进行光伏发电的同时，将太阳能中的热能进行有效的收集以及利用。 [0022] 本发明实施例提供的一种太阳能光伏光热一体化装置，包括光伏光热组件1，光伏光热组件1具有转换光能为电能的光伏端，以及具有吸收热能的光热端，光热端设于光伏端的内部或底部位置处。 [0023] 实施时，光伏光热组件1的光伏端将光能转化为电能的同时，光伏光热组件1光热端能够吸收太阳能所辐射的热能，从而在光伏发电的同时，将太阳能中的热能收集起来。 [0024] 在一个实施例中，光伏光热组件1包括光伏板，光伏板为光伏端。可以理解的是，光伏板为本领域技术人员可以想到的用以光伏发电的结构。 [0025] 在一个实施例中，光伏光热组件1包括换热管路，换热管路为光热端，换热管路内填充有换热介质，换热介质用于接收热能。 [0026] 上述换热介质为水或空气，当然，在其他实施例中，换热介质也可以采用其他物质来实现与换热管路外的空气进行热交换的功能，本发明实施例对此不做限定。 [0027] 可以理解的是光伏板以及换热管路的外部分可采用深色材料制作，以提高光热转换效率，更有利于吸收太阳能热能。 [0028] 在一些实施例中，光热端贴于光伏端的内部或底部设置。具体的，光热端即上述换热管路可设置于光伏板的底部，用以收集太阳辐射至光伏板上的热能，换热管路的设置方位不阻挡光伏板的发电效率，同时，还能降低光伏板的温度，提高光伏板的工作效率。 [0029] 可以理解的是，光热端即上述换热管路还可以穿过相邻两个光伏板的间隙设置，提高换热管路中的换热介质与光伏板的换热效率，同时，还有效提高了光伏板的降温效果。 [0030] 通过光伏光热组件1可得到电能以及热能，此时合理的存储电能和热能。为此，如图1所示，本发明实施例还提供一种太阳能光伏光热储能系统，包括如上的太阳能光伏光热一体化装置，还包括：储能装置，储能装置包括电储能端和热储能端，储能装置的电储能端与光伏光热组件1的光伏端连接，储能装置的热储能端与光伏光热组件1的光热端连接。 [0031] 实施时，储能装置的电储能端可将光伏光热组件1的光伏端转化的电能存储起来，同时，储能装置的热储能端可将光伏光热组件1的光热端转化的热能存储起来，储能装置不仅具备供电功能，还具备供热功能，有效的利用太阳能中的热能。 [0032] 在一个实施例中，储能装置包括储能电池2和导电线路11，储能电池2为储能装置的电储能端，储能电池2通过导电线路11与光伏板连接，将电能储存到储能电池2内，同时，储能电池2还可以通过导电线路11将存储的电能输送到用电设备上，以实现供电功能。 [0033] 为便于理解本发明实施例中储能装置的热能端如何实现热能的存储过程，下面以换热介质为水进行阐述，太阳光照射至光伏板上时，光伏板温度升高，与换热管道中的水进行热交换，换热管道中的水温度升高，通过将换热管道中吸收了热能的水导入至储能装置的的光热端中，从而实现了热能的存储。 [0034] 为便于接收以及存储换热管道中吸收了热能的水，在一个实施例中，储能装置包括蓄热箱3、第一循环管路5以及第一循环泵7，蓄热箱3和第一循环泵7均安装于第一循环管路5上，第一循环管路5连通蓄热箱3与光伏光热组件1的光热端连接，蓄热箱3用以接收并存储光伏光热组件1的光热端的热能。 [0035] 具体的，蓄热箱3具有第一进口和第一出口，第一循环管路5包括第一连接管和第二连接管，第一连接管的一端与光伏光热组件1的光热端相连通，第一连接管的另一端与蓄热箱3的第一进口相连通，第二连接管的一端与光伏光热组件1的光热端相连通，第二连接管的另一端与蓄热箱3的第一出口相连通。 [0036] 在第一循环泵7的作用下，可将换热管路中的热水经由第一连接管道从第一进口导入至蓄热箱3中，同时，将蓄热箱3中的冷水从第一出口并经由第二连接管输送至换热管路中。蓄热箱3内的热水可直接由其上设置的排水口16接出使用。 [0037] 在我国北部冬季温度低，需要大量的能量用于供暖，现多以燃烧化石燃料作为供暖热源，供暖成本高且污染环境，而蓄热箱3中的热水难以直接应用于供暖所需。 [0038] 为此，本实施方案中储能装置还包括地埋换热管9、第二循环管路6以及第二循环泵8，地埋换热管9和第二循环泵8均安装于第二循环管路6上，第二循环管路6连通地埋换热管9和蓄热箱3相连接，地埋换热管9用以接受并存储蓄热箱3中的热能。 [0039] 其中，蓄热箱3具有第二进口和第二出口，蓄热箱3的第二出口经由第二循环管路6和蓄热箱3的第二进口相连通。 [0040] 实施时，在第二循环泵8的作用下可将蓄热箱3中的热水导入至地埋换热管9中，将热水的热量储存到地下岩土10中，可避免在严寒地区位于地面上的蓄热箱3中的热能的快速流失。 [0041] 为便于取出存于地下岩土10中的热能，本实施方案中还包括第一控制阀13、第二控制阀12、第三控制阀14、第四控制阀15以及地源热泵主机4，第二循环管路6包括第一循环支路和第二循环支路，第一控制阀13、第三控制阀14以及地埋换热管9安装于第一循环支路上，第一循环支路连通地埋换热管9和蓄热箱3，第二控制阀12、第四控制阀15、地埋换热管9和地源热泵主机4均安装于第二循环支路，第二循环支路连通地埋换热管9和地源热泵主机4。 [0042] 具体工作原理如下，通过第一循环支路和第二循环泵8，并开启第一控制阀13和第三控制阀14，且关闭第二控制阀12和第四控制阀15，可将蓄热箱3中的热水引至地埋换热管9中，使地埋换热管9中的热能辐射至周围的岩土中，热量不易流失，从而实现对地埋换热管 9的保温功能，以便于存储热能，在供热时，通过第二循环支路和第二循环泵8，并关闭第一控制阀13和第三控制阀14，且开启第二控制阀12和第四控制阀15，在地埋换热管9取出存于地下岩土10中的热量后，地埋换热管9内水的热量可被地源热泵主机4提取出来用于供暖。 [0043] 可以理解的是，光伏板转化的电能可通过导电线路11直接为第一循环泵7以及第二循环泵8供电，当然，储能电池2也可通过导电线路11为第一循环泵7和第二循环泵8供电。 [0044] 为便于控制上述热水在换热管路、蓄热箱3、地埋换热管9以及地源热泵主机4之间的流动，本实施方案中还包括一循环泵控制器，循环泵控制器与第一循环泵7、第二循环泵8、第一控制阀13、第二控制阀12、第三控制阀14和第四控制阀15连接。 [0045] 具体的，循环泵控制器包括测温件和开关件，其中，测温件用以测量换热管路、蓄热箱3和地埋换热管9内的水温，开关件可控制第一循环泵7和第二循环泵8的开启和关闭，步骤如下： [0046] 步骤1：当换热管路内的水温达到额定温度(例如40℃)时，第一循环泵7开启，通过第一水循环管路将换热管路内的热水输送到蓄热箱3中，同时将蓄热箱3中温度较低的水输送到换热管路中继续加热。 [0047] 步骤2：当蓄热箱3内的水温达到额定温度时，开关件控制第二循环泵8开启，同时开关件控制第一控制阀13和第三控制阀14开启，且第二控制阀12和第四控制阀15关闭，通过第二循环管路6将蓄热箱3内的热水输送到地埋换热管9中，通过地埋换热管9向地下岩土10储热，经过储热后的水温度降低继续流到蓄热箱3中，再通过第一循环管路5输送到换热管路内加热，由此实现太阳能热能储存到地下岩土10的过程。 [0048] 步骤3：当需要向外界供暖时，开关件控制第二循环泵8开启，同时开关件控制第一控制阀13和第三控制阀14关闭，且第二控制阀12和第四控制阀15开启，地埋换热管9在取出存于地下岩土10中的热量后，地埋换热管9内水的热量可被地源热泵主机4提取出来用于供暖。 [0049] 需要说明的是，在冬季供暖时太阳光照强度较弱，光伏光热一体化组件不需要降温，且为防止系统中的结构因水结冰体积增大而遭受损坏，需排出换热管路、第一水循环管路以及蓄热水箱中的水。此时，预先通过地埋换热管9向地下岩土10中储存的热量需与冬季供暖复合相匹配，储存在地下岩土10中的热量可略多于冬季供暖所需消耗，更有利于冬季供暖效率。 [0050] 如图2所示，多个光伏光热组件1的电路与水路可串联连接，从而增强输出电压和输出热水温度，减少导电线路11和第一水循环管路的材料用量，具体的，多个光伏板串联，多个换热管路与一个蓄热箱3经由第一水循环管路相连通。需要说明的是，光伏光热组件1的数量需与第一循环泵7的功率相匹配。 [0051] 如图3所示，多个光伏光热组件1可电路串联、水路并联，可增强热水的加热效率，此时可选用功率较小的第一循环泵7，降低第一循环泵7的能耗。 [0052] 与现有技术相比：光伏光热组件1的光伏端将光能转化为电能的同时，光伏光热组件1光热端能够吸收太阳能所辐射的热能，从而在光伏发电的同时，将太阳能中的热能收集起来；储能装置的电储能端可将光伏光热组件1的光伏端转化的电能存储起来，同时，储能装置的热储能端可将光伏光热组件1的光热端转化的热能存储起来，储能装置不仅具备供电功能，还具备供热功能，有效的利用太阳能中的热能。 [0053] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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