[发明专利]一种多功能太阳能蓄能系统及蓄能方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能蓄能技术领域，尤其涉及一种太阳能集热蓄能系统及蓄能方法。

背景技术

近年来，随着有限的化石燃料大量消耗，能源和环境问题已成为制约我国国民经济可持续发展的主要问题之一。太阳能资源具有总量大，分布广泛，使用清洁，不存在资源枯竭等优点，太阳能转化利用已成为全球可再生能源发展战略的重要组成部分。然而，在时间和强度上，太阳能的供应与需求并不协调。因此，如何将富余的太阳能有效储存并在需要的时间重新释放，成为太阳能利用领域的研究热点之一。

对于传统的太阳能蓄热过程，太阳光需先经吸收器转化为热能，热能再传递给换热流体，最终换热流体把热能传输到蓄热装置，传热环节过多。每次换热过程都会引起能量品质的下降及数量的损耗。为此，一些学者提出把相变蓄热材料和集热装置结合在一起的思路，如Fatah HES发表在《Renewable Energy》上的Thermal performance of a simple design solar air heater with built-in thermal energy storage system一文，提出相变蓄热材料填充的蓄热管替代集热装置直接蓄热，这种方法减少了太阳能蓄热过程的传热环节，但一方面集热装置不再具备直接输出热量的功能，另一方面相变材料蓄热后，与环境存在温度差，热量储存过程损失大，导致储能效率低下。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种吸附或气固化学反应蓄热装置与太阳能集热装置一体化的新型太阳能集热蓄热系统及蓄能方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种太阳能集热蓄能系统，包括蓄能吸收器、控制阀、储液器；蓄能吸收器内设有集热换热器和气体通道，并装有固态反应物，储液器内设有蒸发冷凝换热器，并装有流态反应物液体，蓄能吸收器内的气体通道与控制阀连接，控制阀与储液器连接。

所述固固态反应物可以是无机盐（BaCl₂、CaCl₂、SrCl₂、MgCl₂、NiCl₂、Na₂S、MgSO₄等）及其与水或氨形成的络合物、氧化物（CaO、MgO、BaO、PbO等）及其与水或二氧化碳形成的组合物、沸石、硅胶、活性炭、金属有机骨架材料和金属氢化物等，固态反应物也可添加一些石墨、金属粉末等导热系数高的材料，然后压制成型，达到强化换热的目的。

所述的流态反应物主要包括氨、二氧化碳、水和氢气等。

作为本发明的进一步改进，所述蓄能吸收器内还可以设有吸热面。

本发明所述的蓄能吸收器可以为腔式和真空集热管式两种，这两种蓄能吸收器是在原有太阳能吸收器形式上增添了固体反应物和气体通道部分，实现蓄能功能。其中腔式吸收器蓄能吸收器还需要设置反射面和保温材料。

本发明所述的集热换热器为普通换热器或热管换热器，实现热能的输出。

本发明所述的控制阀为节流阀，其开度范围为0～100%。

本发明的工作原理为：蓄能吸收器和蓄能材料的一体化设计，减少流体传热环节，并且吸附及气固反应蓄热技术把热能转化为吸附势能或化学能存储起来，可实现常温下无损存储，因而这种结合方法既减少了换热环节，又不会出现相变蓄热材料保温效果不好导致的能量损失。

所述的吸热材料为可实现太阳光转化为热能的部件，可在其与固态反应物接触面增加翅片，以强化传热。若为固态反应物为吸光材料，则吸热面可以不要，直接利用固态反应物转化太阳光为热能。

本发明所述的气体状态的流态反应物与固态反应物能发生可逆吸附或化学反应，其合成过程为放热过程，分解过程为吸热过程。

本发明所述的太阳能集热蓄能系统，运行一个周期依次经历集热充能、储能和放能三个阶段：

在集热充能阶段，太阳光被吸热面转换为热能，需要存储的热能加热固态反应物与流态反应物反应或吸附生成的物质，该物质分解出流态反应物气体，流态反应物气体进入储液器向蒸发冷凝换热器放热，冷凝为液体，剩余热能经集热换热器输出供热，这两部分热能的分配比例通过调节控制阀的开度来实现；

在储能阶段，控制阀开度为0，固态反应物与流态反应物被隔离开，能量以吸附势能或化学能方式存储，可以实现能量的无损存储。

在放能阶段，控制阀开度大于0，流态反应物从蒸发冷凝换热器吸热汽化，流态反应物气体与固态反应物进行吸附或化学反应，并向集热换热器放出热量，放热速率通过控制阀的开度调节。