[发明专利]基于纳米流体分频的家用太阳能热电氢储能利用系统

说明书

本发明公开了一种基于纳米流体分频的家用太阳能热电氢储能利用系统，本系统聚光装置、纳米流体分频器、光伏电池阵列和纳米流体集热器从上到下依次间隔布置，纳米流体分频器和纳米流体集热器的输出端连接潜热储热器的输入端，潜热储热器的输出端经第一泵连接纳米流体分频器和第一温控器的输入端，第一温控器的输出端连接纳米流体集热器的输入端；纳米流体‑水换热器与潜热储热器之间通过第二泵构成液体回路，纳米流体‑水换热器输出端经第二温控器连接电解池的输入端，电解池的输出端依次连接储氢罐和氢燃烧器，光伏电池阵列提供蓄电池和电解池电源，蓄电池连接逆变器提供交流电源。本系统利用全光谱太阳能达到能源梯级互补利用目的。

技术领域

本发明涉及太阳能光伏光热储能技术领域，尤其涉及一种基于纳米流体分频的家用太阳能热电氢储能利用系统。

背景技术

太阳能作为一种可再生能源，可以通过光伏电池输出电能，也可以通过集热器输出热能。太阳能光伏光热系统在低能耗小型家庭建筑中占有至关重要的地位，能够清洁高效的提供热能和电能。

由于光伏电池硅材料禁带波长的限制，其只能将短波太阳辐射转化为电能，其余无法被转化的长波辐射将导致光伏电池温度升高，致使光电转换效率降低。传统的耦合式光伏光热系统将集热器置于光伏电池组件背部，用于通过冷却介质冷却光伏电池并储存热量，然而，高温热能的需求与较低光伏电池工作温度的需求相互矛盾，极大的限制了光热及光电转换效率。

纳米流体具有良好的光谱选择性，通过纳米流体分频器构建分离式光伏光热系统可以实现太阳辐射的全光谱利用，并高效的产生热能和电能。因此，可将纳米流体分频器与光伏和光热系统结合，通过纳米流体吸收将无法被转换为电能的长波辐射能，并转换为热能，然后，将短波辐射能过滤，并辐射于光伏电池表面转换为电能，为了进一步提高光电转换效率，选择适当的冷却装置对光伏电池进行温度管理。

储能系统包含储热及储电系统，目前的家用环境中大多使用传统的热水储热系统和蓄电池实现热能和电能的储存和利用。这两种储能系统的性能极易受到环境的影响，在波动的外界环境中，系统的效率较低。潜热储热系统具有较大的储能密度和良好的稳定性，可以被广泛应用到家用环境中，然而，单一熔点的潜热储热介质的环境适应性较差，无法满足不同季节条件下的使用。因此，在储热系统中应用多个不同熔点的潜热储热介质是必不可少的。储电系统中选择合适的蓄电池可以有效地储存电量，并通过电解水产生清洁的氢气，从而使用氢气作为稳定的能量载体，以减缓波动的太阳辐射对系统性能的影响。

此外，太阳能具有间歇性和不稳定性的特点，因此，结合聚光装置是提高太阳能利用率的有效途径，同时可以减少系统的占地面积，提高系统在商业应用中的适应性。综上所述，为了高效的利用全光谱太阳能，需要提出一种分频式的太阳能光伏光热系统，并结合高效的储能装置，实现能量的捕获和储存，提高分频式太阳能光伏光热系统的性能，促进该系统在和低能耗小型家庭建筑中的商业化发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于纳米流体分频的家用太阳能热电氢储能利用系统，本系统充分利用全光谱太阳能，适应于不同的季节需求，实现热电氢能的相互转化和依存，满足小型家用环境下的多品质多品味能量储存，达到能源梯级互补利用的目的，降低传统建筑的能耗。