華北電力大學研發(fā)新型聚光光伏光熱混合發(fā)電系統(tǒng)
發(fā)布者：本網(wǎng)記者Spark | 來源：CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 0評論 | 13710查看 | 2015-03-09 09:14:00
CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)訊：華北電力大學徐超教授正在研發(fā)一種新型的聚光光伏/光熱混合發(fā)電系統(tǒng)。
一般來說，常規(guī)的聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)只有一小部分光能被轉(zhuǎn)化為電能，而聚集的大部分光能則轉(zhuǎn)化為熱能散失了。雖然在傳統(tǒng)的光伏光熱混合系統(tǒng)中可以把這部分余熱利用，但是因為余熱溫度較低而在應用方面受到了很大限制。針對這個難題，華北電力大學徐超教授和他的研發(fā)團隊提出了一種新型的聚光光伏/光熱混合發(fā)電系統(tǒng)。該研發(fā)團隊通過將常規(guī)聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)損失的熱能與ORC（有機朗肯循環(huán)）發(fā)電系統(tǒng)結合起來的思路，將液體有機工質(zhì)加熱成為過熱蒸汽并通過ORC系統(tǒng)進行發(fā)電，以此提高整個太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率。
傳統(tǒng)聚光光伏技術的局限性
近年來，聚光光伏發(fā)電技術因其相比普通光伏發(fā)電技術（不帶聚光器）更具成本效益和更加高效的特點吸引了全球眾多太陽能行業(yè)人士的關注。
但是，伴隨聚光光伏系統(tǒng)的運行必然產(chǎn)生一部分低品級熱能。因為一方面在系統(tǒng)運行中大多數(shù)聚光太陽能被轉(zhuǎn)化成了熱能，另一方面太陽能電池模塊的溫度必須限制在一定的范圍內(nèi)（通常低于100攝氏度），過高的系統(tǒng)溫度會降低硅材料的禁帶寬度，進而影響組件的性能參數(shù)，最終會導致輸出功率降低。
為了充分利用這部分低品級熱能，在過去幾年里聚光光伏熱電聯(lián)產(chǎn)技術獲得了一定的發(fā)展。但是，在傳統(tǒng)的聚光光伏熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中這部分低品級熱能往往被應用于加熱制冷劑而服務于供暖或制冷方面。事實上這種技術因為其電能和熱能需求與供應的比例失調(diào)以及運行所需的復雜能源管理系統(tǒng)等方面原因在推廣應用方面受到了嚴重的限制。
此外，對于常規(guī)聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)來說，只有聚光器核心區(qū)域能量密度高并相對穩(wěn)定的光能被系統(tǒng)利用，而聚光器外圍的低聚光能量則白白損失掉了。
整體發(fā)電效率高達44%
為了更好地利用太陽能電池散失的熱能和聚光器外圍輻射密度較低的光能，徐超教授及其研究團隊提出了一種新型的聚光光伏光熱混合發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由聚光光伏發(fā)電模塊、模塊背面的蒸發(fā)冷卻裝置、環(huán)繞模塊的光熱接收裝置和ORC發(fā)電系統(tǒng)的相關設備組成。
據(jù)徐超及其研究團隊介紹，該系統(tǒng)運行時，太陽能電池組件可以直接利用聚光器收集的中心區(qū)域高輻射密度的光能進行發(fā)電，同時其散失的熱能將把液體有機工質(zhì)加熱成為飽和蒸汽。然后利用熱量吸收裝置將聚光器外圍低聚光能量轉(zhuǎn)化為熱能，并利用該部分熱量將從聚光器中心向邊緣輸送的有機工質(zhì)飽和蒸汽加熱變成過熱蒸汽后通過ORC發(fā)電系統(tǒng)進行發(fā)電。
因此，該聚光光伏光熱混合發(fā)電系統(tǒng)將形成一個復合的電力生產(chǎn)裝置，從而解決了傳統(tǒng)聚光光伏熱電聯(lián)產(chǎn)技術市場應用有限的問題。
另外，徐超教授及其團隊還為該混合發(fā)電系統(tǒng)建立了穩(wěn)態(tài)物理模型并對其進行能量分析。分析結果顯示，利用聚光器外圍可用的低聚光能量將有機工質(zhì)飽和蒸汽加熱成過熱蒸汽的效果相當可觀，同時可以使整個太陽能發(fā)電系統(tǒng)的整體效率大大提高。舉例來說，當聚光比為500倍時, 該系統(tǒng)可以將整體光電轉(zhuǎn)換效率從傳統(tǒng)的聚光光伏電池的28.4%顯著提高到44%。因此, 該混合發(fā)電系統(tǒng)為太陽能的更高效率發(fā)電提供了新的發(fā)展方向。
據(jù)了解，該項研究獲得了中國國家自然科學基金會、 中央高?；究蒲谢?、熱流科學與工程教育部重點實驗室等相關機構支持。
有關該研究的論文發(fā)表在2015年第四期的《科學通報》雜志上（可下載附件查閱）。
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