一种利用太阳能发电的装置和方法与流程

1.本发明涉及一种利用太阳能发电的装置和方法，属于能源环保领域。


背景技术：

2.能源结构的多元化、清洁化与低碳化是实现社会经济可持续发展的重要基础，太阳能具有储量大、清洁无污染的特点，太阳能产业作为新能源产业具有良好的发展前景，大力发展太阳能产业，有利于实现我国能源结构的转型与我国经济的可持续发展。
3.中国专利cn107919848a公开了一种环形线性菲涅尔高倍聚光器装置，采用点聚光方式，使聚光器的聚光比大大提高，聚光后能量密度较线聚光大大提高，并且不改变自然界阳光的频率与波长，并且具有双轴追踪的自动跟踪技术，保证太阳光始终保持直射，具有较高的实用价值，并且该发明中提出了焦点处加装光伏组件，转化光能为电能的思想，但并未对其提出具体利用。
4.光热发电、光伏发电是十分清洁的电能产生方式，但其受限于天气与地区的差异，不能实现太阳能连续稳定供应，一定程度上限制了其在发电行业的应用。因此，我们尝试将太阳能光伏发电与光热发电相结合，提出一种利用太阳能发电的装置和方法，以实现太阳能连续高效稳定发电的目的。


技术实现要素：

5.本发明旨在提供一种利用太阳能发电的装置和方法。
6.本发明通过高倍聚光太阳能装置，提高太阳能聚光效应，实现太阳能能量品位和质量的提升，获得高温热源，通过对太阳能的合理分配，达到利用太阳能发电的目的。
7.本发明提供了一种利用太阳能发电的装置，包括如下装置：太阳能聚集装置，太阳光感应追踪装置、光电转换装置，熔盐吸热储热装置，蒸汽发生装置，蒸汽发电装置：所述太阳能聚集装置，由菲涅尔透镜、环形不锈钢片、支撑构架构成；支撑构架底部为圆柱状不锈钢底座，顶部由多个普通不锈钢钢条焊接成倒伞状结构，直径大小不同的环形不锈钢片通过焊接固定在支撑构架上方，菲涅尔透镜固定在内径最小的环形不锈钢片中心处；所述太阳光感应自动追踪装置，由光敏追踪器、控制器、横向旋转器、纵向旋转器组成；光敏追踪器固定在太阳能聚集装置上，与菲涅尔透镜垂直，横向旋转器、纵向旋转器固定在支撑构架底部，光敏追踪器将光照信号传输到控制器，控制器控制横向旋转器和纵向旋转器以保证光敏追踪器接受光照的方向；所述光电转换装置，由若干块可折叠太阳能硅晶板电池组成；所述光电转换装置将光照强度较强时间段内的富余部分太阳能转换成电能储存或并入电网使用；所述太阳能硅晶板电池呈环形排布，硅晶板数量根据单个硅晶板的面积和太阳能聚集装置规模大小设定，在保证蒸汽发生装置温度所需的能量要求下，根据太阳光强度调整硅晶板接受光照的数量；
所述熔盐吸热储热装置，采取双罐吸热储热的方式，由太阳能吸收器、高温熔盐储罐、低温熔盐储罐、换热器构成，来自低温熔盐储罐的低温熔盐经熔融盐管道通过泵输送至太阳能吸收器，被加热后进入高温熔盐罐中储存备用；换热器热流体入口为高温熔盐，与第一循环水出口进入换热器的循环水进行换热，得到低温熔盐进入低温熔盐罐、水蒸汽通过第一蒸汽出口进入蒸汽发电装置；所述蒸汽发生装置，由蒸汽发生腔组成；所述蒸汽发生腔呈圆柱型，由导热系数优良的导热材料构成，内部装有循环水，固定于支撑构架中部；蒸汽发生装置上方设有第二蒸汽出口、下方设有第二循环水出口，且均连接蒸汽发电装置；所述蒸汽发电装置，由蒸汽混合器、蒸汽压力计、汽轮机组、凝汽器、循环水分流器构成；熔盐吸热储热装置的第一蒸汽出口的蒸汽和蒸汽发生装置的第二蒸汽出口的蒸汽分别进入蒸汽混合器；蒸汽混合器将两股蒸汽汇总，蒸汽压力计实时监测蒸汽混合器出口混合蒸汽的压力；混合蒸汽进入汽轮机组推动蒸汽透平做功发电，通过凝汽器冷却为循环水，进入循环水分流器；循环水分流器根据蒸汽混合气各入口蒸汽量的比例，通过第一循环水出口、第二循环水出口流回熔盐吸热储热装置和蒸汽发生装置，达到循环目的；所述蒸汽压力计能实时监测蒸汽混合器出口混合蒸汽的压力，且当蒸汽压力不足4.5mpa时，将熔盐吸热储热装置中的高温熔盐释放进入换热器，在换热器中将循环水加热为水蒸汽，以满足蒸汽混合器出口压力维持在4.5
‑
5mpa。
8.上述利用太阳能发电的装置，太阳能聚集装置总高度为1.3 m，菲涅尔透镜直径为0.6 m，环形不锈钢反射镜最大直径为1.732 m，共有11个不同直径的环形不锈钢反射镜平行组成，从下到上直径逐渐减少（直径逐级增大），装置聚光比为301.65。
9.上述利用太阳能发电的装置，太阳能光伏电池组件太阳能硅晶板电池固定在太阳能聚集装置的正下方，单块硅晶板大小为0.4 m
×
0.4 m，环形排布。
10.上述利用太阳能发电的装置，蒸汽发生装置的蒸汽发生腔直径为0.9 m，容量为5l。
11.上述利用太阳能发电的装置，熔盐吸热储热装置的太阳能吸收器由多根规格参数为φ25
×
700（mm）的真空集热管构成。
12.本发明提供了一种利用太阳能发电的方法，包括以下步骤：（1)太阳光射向环形菲涅尔透镜和环形不锈钢反射镜后进行折射与反射完成太阳光的聚集，获得能量密度与光强度提高的太阳光；（2）光电转换装置中太阳能硅晶板电池根据太阳光照强度，将步骤（1）中0~30%太阳能转化为电能，可储存或并入电网使用；（3）太阳能吸收器（3）熔盐吸热储热装置中太阳能吸收器将步骤（1）中20~30%太阳能的热量储存在高温熔盐储罐中；高温熔盐储罐中部分高温熔盐与循环水在换热器中进行换热，将循环水加热成水蒸汽流股1，直流换热器换热系数为100~2000 w/m2·
k，换热面积为1~50 m2；（4）蒸汽发生装置将步骤（1）中20~30%太阳能的热量用来加热蒸汽发生腔，蒸汽发生腔内的循环水被加热变成水蒸汽流股2，通过第二蒸汽出口后与水蒸汽流股1共同进入蒸汽混合器混合为水蒸汽流股3，水蒸汽流股3通过蒸汽压力计后进入蒸汽发电装置；（5)水蒸汽流股3进入蒸汽发电装置推动蒸汽透平机组做功发电，可储存或并入电网使用。
13.本发明的有益效果：
本发明将自然界中能量密度较低的太阳光进行聚集，获得高能量密度的太阳光，并通过集成光热电的协同转化利用，将太阳能持续的转化为电能，有效提高了太阳能利用的稳定性和可靠性，实现了太阳能高效、绿色、环保的高效转化利用。本发明涉及的装置简易、发电过程简单，适合于大规模推广使用，对其它太阳能利用的诸多研究和应用也具有借鉴性。
附图说明
14.图1为一种利用太阳能发电的装置示意图。
15.图2为组件连接布局示意图（俯视）。
16.图3为一种利用太阳能发电的方法流程示意图。
17.图4为一种利用太阳能发电装置太阳能利用分布示意图。
18.图中：1菲涅尔透镜、2环形不锈钢片，3支撑构架、4光敏追踪器、5控制器、6横向旋转器、7纵向旋转器、8太阳能硅晶板电池、9太阳能吸收器、10高温熔盐储罐、11低温熔盐储罐、12换热器、13蒸汽发生腔、14蒸汽混合器、15蒸汽压力计、16汽轮机组、17凝汽器、18循环水分流器、19第一蒸汽出口、20第二蒸汽出口、21第一循环水出口、第二循环水出口。
具体实施方式
19.下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
20.如图1所示，一种利用太阳能发电的装置，其特征在于包括如下装置：太阳能聚集装置，太阳光感应追踪装置、光电转换装置，熔盐吸热储热装置，蒸汽发生装置，蒸汽发电装置：所述太阳能聚集装置，由菲涅尔透镜1、环形不锈钢片2、支撑构架3构成；其特征在于：支撑构架3底部为圆柱状不锈钢底座，顶部由多个普通不锈钢钢条焊接成倒伞状结构，直径大小不同的环形不锈钢片2通过焊接固定在支撑构架3上方，菲涅尔透镜1固定在内径最小的环形不锈钢片2中心处；所述太阳光感应自动追踪装置，由光敏追踪器4、控制器5、横向旋转器6、纵向旋转器7组成；其特征在于：光敏追踪器4固定在太阳能聚集装置上，与菲涅尔透镜1垂直，横向旋转器6、纵向旋转器7固定在支撑构架3底部，光敏追踪器4将光照信号传输到控制器5，控制器5控制横向旋转器6和纵向旋转器7以保证光敏追踪器4接受光照的方向；所述光电转换装置，由若干块可折叠太阳能硅晶板电池8组成；其特征在于：所述光电转换装置将光照强度较强时间段内的富余部分太阳能转换成电能储存或并入电网使用；所述太阳能硅晶板电池8呈环形排布，硅晶板数量根据单个硅晶板的面积和太阳能聚集装置规模大小设定，在保证蒸汽发生装置温度所需的能量要求下，根据太阳光强度调整硅晶板接受光照的数量；所述熔盐吸热储热装置，采取双罐吸热储热的方式，由太阳能吸收器9、高温熔盐储罐10、低温熔盐储罐11、换热器12构成，来自低温熔盐储罐的低温熔盐经熔融盐管道通过泵输送至太阳能吸收器，被加热后进入高温熔盐储罐10中储存备用；换热器12热流体入口为高温熔盐，与第一循环水出口进入换热器12的循环水进行换热，得到低温熔盐进入低温熔盐储罐11、水蒸汽通过第一蒸汽出口进入蒸汽发电装置；
所述蒸汽发生装置，由蒸汽发生腔13组成；所述蒸汽发生腔呈圆柱型，由导热系数优良的导热材料构成，内部装有循环水，固定于支撑构架3中部；蒸汽发生装置上方设有第二蒸汽出口、下方设有第二循环水出口出口，且均连接蒸汽发电装置；所述蒸汽发电装置，由蒸汽混合器14、蒸汽压力计15、汽轮机组16、凝汽器17、循环水分流器18构成；熔盐吸热储热装置的第一蒸汽出口的蒸汽和蒸汽发生装置的第二蒸汽出口的蒸汽分别进入蒸汽混合器14；蒸汽混合器14将两股蒸汽汇总，蒸汽压力计15实时监测蒸汽混合器14出口混合蒸汽的压力；混合蒸汽进入汽轮机组16推动透平做功发电，通过凝汽器17冷却为循环水，进入循环水分流器18；循环水分流器18根据蒸汽混合气各入口蒸汽量的比例，通过第一循环水出口、第二循环水出口流回熔盐吸热储热装置和蒸汽发生装置，达到循环目的；所述蒸汽压力计15能实时监测蒸汽混合器14出口混合蒸汽的压力，且当蒸汽压力不足4.5mpa时，将熔盐吸热储热装置中的高温熔盐释放进入换热器12，在换热器12中将循环水加热为水蒸汽，以满足蒸汽混合器出口压力维持在4.5
‑
5mpa。
21.本发明提供了一种利用太阳能发电的装置及方法，其特征在于：所述熔盐为碳酸钾、碳酸钠、硝酸钾、硝酸钠、氟化钙、氟化钠中的一种或几种，按照特定比例进行配比。
22.本发明提供了一种利用太阳能发电的装置及方法，其特征在于：太阳光聚集装置总高度为1.3 m，菲涅尔透镜直径为0.6 m，环形不锈钢反射镜最大直径为1.732 m，共有11个不同直径的环形不锈钢反射镜平行组成，从下到上直径逐渐减少（直径逐级增大），装置聚光比为301.65。
23.本发明提供了一种利用太阳能发电的装置及方法，其特征在于：太阳能光伏电池组件太阳能硅晶板电池固定在太阳能聚集装置的正下方，单块硅晶板大小为0.4 m
×
0.4 m，环形排布。
24.本发明提供了一种利用太阳能发电的装置及方法，其特征在于：蒸汽发生装置的蒸汽发生腔直径为0.9 m，容量为5l。
25.本发明提供了一种利用太阳能发电的装置及方法，其特征在于：熔盐吸热储热装置的太阳能吸收器由多根规格参数为φ25
×
700（mm）的真空集热管构成。
26.实施例1如图1所示，通过太阳能聚集装置将太阳光进行聚集，使其光强度与能量密度提高，聚集后的太阳光一部分被光电转换装置转化为电能，一部分被熔盐吸热储热装置以热能方式储存，在焦点处最强能量密度的太阳能被蒸汽发生装置吸收；设备运行共12 h，平均光照强度为900 w/m2；光电转换装置按环形排列于太阳能聚集装置焦点上方约40 cm处，在太阳光线充足的4小时内，12块太阳能硅晶板电池全部打开进行工作，在太阳光线不足的8小时内，只打开6块太阳能硅晶板电池，对太阳能电池转化的电能进行测量，得其总发电量为3.71 kwh; 蒸汽发生装置的太阳能集热器置于太阳能聚集装置焦点上，吸收焦点处热能产生水蒸汽，第二蒸汽出口温度为390
ꢀ°
c；熔盐储存装置置于焦点右上方30 cm处，将太阳能转化成热能进行储存，高温熔盐罐中熔盐为一元熔盐硝酸钠；蒸汽压力计控制进入汽轮机组的蒸汽压力，并保持在5 mpa，通过蒸汽发电装置产生电能共17.34 kwh，经检测，发电后蒸汽压力为0.8 mpa，温度为120
ꢀ°
c；经过计算，熔盐吸热储热装置工作时间为3 h，本装置在12 h总发电量为21.05 kwh。
27.实施例2
如图1所示，通过太阳能聚集装置将太阳光进行聚集，使其光强度与能量密度提高，聚集后的太阳光一部分被光电转换装置转化为电能，一部分被熔盐吸热储热装置以热能方式储存，在焦点处最强能量密度的太阳能被蒸汽发生装置吸收；设备运行共12 h，平均光照强度为1000 w/m2；光电转换装置按环形排列于太阳能聚集装置焦点上方约40 cm处，在太阳光线充足的6小时内，12块太阳能硅晶板电池全部打开进行工作，在太阳光线不足的6小时内，只打开6块太阳能硅晶板电池，对太阳能电池转化的电能进行测量，得其总发电量为4.56 kwh; 蒸汽发生装置的太阳能集热器置于太阳能聚集装置焦点上，吸收焦点处热能产生水蒸汽，第二蒸汽出口温度为410
ꢀ°
c；熔盐储存装置置于焦点右上方30 cm处，将太阳能转化成热能进行储存，高温熔盐罐中熔盐为一元熔盐碳酸钠；蒸汽压力计控制进入汽轮机组的蒸汽压力，并保持在5 mpa，通过蒸汽发电装置产生电能共18.26 kwh，经检测，发电后蒸汽压力为0.9 mpa，温度为125
ꢀ°
c；经过计算，熔盐吸热储热装置工作时间为3 h，本装置在12 h总发电量为25.82 kwh。
28.实施例3如图1所示，通过太阳能聚集装置将太阳光进行聚集，使其光强度与能量密度提高，聚集后的太阳光一部分被光电转换装置转化为电能，一部分被熔盐吸热储热装置以热能方式储存，在焦点处最强能量密度的太阳能被蒸汽发生装置吸收；设备运行共12 h，平均光照强度为900 w/m2；光电转换装置按环形排列于太阳能聚集装置焦点上方约40 cm处，在太阳光线充足的4小时内，12块太阳能硅晶板电池全部打开进行工作，在太阳光线不足的8小时内，只打开5块太阳能硅晶板电池，对太阳能电池转化的电能进行测量，得其总发电量为3.50 kwh; 蒸汽发生装置的太阳能集热器置于太阳能聚集装置焦点上，吸收焦点处热能产生水蒸汽，第二蒸汽出口温度为350
ꢀ°
c；熔盐储存装置置于焦点右上方30 cm处，将太阳能转化成热能进行储存，高温熔盐罐中熔盐为一元熔盐硝酸钾；蒸汽压力计控制进入汽轮机组的蒸汽压力，并保持在4.9 mpa，通过蒸汽发电装置产生电能共18.50 kwh，经检测，发电后蒸汽压力为0.9 mpa，温度为110
ꢀ°
c；经过计算，熔盐吸热储热装置工作时间为3 h，本装置在12 h总发电量为22.00 kwh。
29.实施例4如图1所示，通过太阳能聚集装置将太阳光进行聚集，使其光强度与能量密度提高，聚集后的太阳光一部分被光电转换装置转化为电能，一部分被熔盐吸热储热装置以热能方式储存，在焦点处最强能量密度的太阳能被蒸汽发生装置吸收；设备运行共12 h，平均光照强度为600 w/m2；光电转换装置按环形排列于太阳能聚集装置焦点上方约40 cm处，在太阳光线充足的1小时内，12块太阳能硅晶板电池全部打开进行工作，在太阳光线不足的8小时内，只打开4块太阳能硅晶板电池，对太阳能电池转化的电能进行测量，得其总发电量为3.10 kwh; 蒸汽发生装置的太阳能集热器置于太阳能聚集装置焦点上，吸收焦点处热能产生水蒸汽，第二蒸汽出口温度为350
ꢀ°
c；熔盐储存装置置于焦点右上方30 cm处，将太阳能转化成热能进行储存，高温熔盐罐中熔盐为一元熔盐硝酸钾；蒸汽压力计控制进入汽轮机组的蒸汽压力，并保持在4.6 mpa，通过蒸汽发电装置产生电能共17.34 kwh，经检测，发电后蒸汽压力为0.9 mpa，温度为115
ꢀ°
c；经过计算，熔盐吸热储热装置工作时间为6 h，本装置在12 h总发电量为21.05 kwh。
30.实施例5
如图1所示，通过太阳能聚集装置将太阳光进行聚集，使其光强度与能量密度提高，聚集后的太阳光一部分被光电转换装置转化为电能，一部分被熔盐吸热储热装置以热能方式储存，在焦点处最强能量密度的太阳能被蒸汽发生装置吸收；设备运行共12 h，平均光照强度为500 w/m2；光电转换装置按环形排列于太阳能聚集装置焦点上方约40 cm处，在太阳光线充足的1小时内，12块太阳能硅晶板电池全部打开进行工作，在太阳光线不足的11小时内，只打开4块太阳能硅晶板电池，对太阳能电池转化的电能进行测量，得其总发电量为3.00 kwh; 蒸汽发生装置的太阳能集热器置于太阳能聚集装置焦点上，吸收焦点处热能产生水蒸汽，第二蒸汽出口温度为330
ꢀ°
c；熔盐储存装置置于焦点右上方30 cm处，将太阳能转化成热能进行储存，高温熔盐罐中熔盐为一元熔盐硝酸钠；蒸汽压力计控制进入汽轮机组的蒸汽压力，并保持在4.5 mpa，通过蒸汽发电装置产生电能共12.60 kwh，经检测，发电后蒸汽压力为0.9 mpa，温度为110
ꢀ°
c；经过计算，熔盐吸热储热装置工作时间为6 h，本装置在12 h总发电量为15.60 kwh。
31.表1 一种利用太阳能发电的装置及方法关键参数本发明把能量密度较低的太阳光进行聚集，获得高能量密度的太阳光，并将其持续的转化为电能。 按照表1中不同实施例条件，该聚光发电装置平均工作12小时可发电18.50 kwh。若将本发明用于分布式发电，实施规模为1
‑
3 mw，年工作4000小时，可配备50
‑
100个聚光装置。按照当前火力电厂平均供电煤耗300 gce/kwh计算，则本发明可节约煤炭3600 t/年，同时减排co
2 970 t/年。