[发明专利]基于光谱分选的光伏发电和光热暖通高效利用装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于太阳能光谱分选，实现高效光伏发电和光热暖通利用的装置与方法，属于太阳能光伏发电和光热暖通利用领域。

背景技术

当今世界一方面存在能源短缺和电力供应紧张的困绕，另一方面又存在暖通电耗比例很大并且继续膨胀的问题，据统计，我国南方城市的空调总耗电量占城市总用电量的30％-40％，而发达国家空调耗电量比例达到40％以上，因此使用可再生能源发电和驱动暖通设备已经成为全世界的研究热点。

在我国能源战略中，利用太阳能发电已经列为可再生能源开发利用的重要组成部分，太阳能光伏发电和太阳能生产热水已经成为利用太阳能的两大应用市场，但都是单独使用，存在效率低的问题。目前市场上的光伏电池转换效率都比较低，单晶硅光电池的发电效率只有16％，多晶硅光电池的发电效率只有13％左右，效率低主要来自三方面原因，太阳能光谱中有部分光谱不能参加光电转换(对于硅电池，只有波长小于1.1μm的太阳光才具有足够的能量，产生电子-空穴对形成电流)，达到光电效应能级的光谱存在剩余能量，只能在完成光电效应后转变成耗散热能，此外还有复合损失等方面的因素。那些不能转换电能的光谱和耗散热能如果不加利用，不但造成太阳能热浪费，还会降低光伏发电效率，严重情况下会造成光电池的烧毁。对于热水形式的太阳能应用技术，虽然光热转换效率比较高(可以达到65~96％)，但是把太阳能全部转换成低焓热能，在能级利用上也是一种浪费。

近年来开发利用太阳能驱动暖通设备的研究，先把太阳能转换成热能，再用热能驱动吸收式制冷、吸附式制冷、或者蒸汽喷射式制冷。在解决太阳能光照不足、光照不稳定的问题上，一般配套燃煤、燃气、或者电锅炉作为太阳能辅助热源，这些辅助设备采用化石燃料作为能源，同样存在化石燃料的短缺问题和污染问题。

供暖模式的空气加湿问题，现有技术存在一些缺点，例如高压喷雾式加湿效率低、超声波式可能带菌且单价高、电极式耗电量大，薄膜型不易控制。空调系统除湿技术中，低温露点除湿法较为成熟，但是需要将空气温度降低到露点温度以下，增加了系统电耗；而目前市场上的溶液方法只能用于夏季除湿，但在供暖模式下却造成了溶液除湿设备闲置。

土壤源热泵是一种具有节能潜力的建筑物供冷、供热技术，该技术需要确保地下岩土的常年供冷与供热的收支平衡。特别是土壤源热泵驱动的辐射末端空调系统，其环境效益、节能效果突出，但辐射末端空调系统需要提供新风处理系统，以防结露。对于制冷负荷较大的长江中下游区域，如果供冷模式下的空调负荷好新风负荷全部由地源热泵承担，就会造成对地下岩土的冷热不平衡，威胁热泵的可持续节能运行。

发明内容

技术问题：本发明的目的是实现太阳能的筛选、分级优化利用，充分利用太阳能实现供冷、供热、除湿、加湿及生活热水供应，解决太阳能利用效率低，克服冬季溶液除湿设备闲置和传统空气加湿方法的缺点，提供一种基于太阳能光谱分选的光伏发电和光热暖通高效利用装置。

技术方案：本发明的基于光谱分选的光伏发电和光热暖通高效利用装置包括太阳能光谱分选组件、太阳能光伏发电组件和太阳能光热暖通组件；太阳能光谱分选组件包括太阳能光谱分选器、太阳能光热转换器、太阳能光伏电池组件，太阳能光伏发电组件包括流体冷却构件、太阳能光伏电池组件、电能处理构件，其中，太阳能光谱分选器将接收到的太阳光分成用于光电转换和直接加热的两部分光，用于光电转换的光送入太阳能光伏电池组件发电，由电能处理构件将电能输出；用于直接加热的光送入太阳能光热转换器将光能转换成热能；流体冷却构件与太阳能光伏电池组件耦合，利用流体冷却构件回收光伏发电产生的耗散热能，同时提高光伏发电效率，流体冷却构件与太阳能光热暖通组件中的冷水箱连接，太阳能光热转换器与太阳能光热暖通组件中的保温热水箱连接。