華北電力大學研發新型聚光光伏光熱混合發電系統
發布者：本網記者Spark | 來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 12357查看 | 2015-03-09 09:14:00
CSPPLAZA光熱發電網訊：華北電力大學徐超教授正在研發一種新型的聚光光伏/光熱混合發電系統。
一般來說，常規的聚光光伏發電系統只有一小部分光能被轉化為電能，而聚集的大部分光能則轉化為熱能散失了。雖然在傳統的光伏光熱混合系統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團隊提出了一種新型的聚光光伏/光熱混合發電系統。該研發團隊通過將常規聚光光伏發電系統損失的熱能與ORC（有機朗肯循環）發電系統結合起來的思路，將液體有機工質加熱成為過熱蒸汽并通過ORC系統進行發電，以此提高整個太陽能發電系統的發電效率。
傳統聚光光伏技術的局限性
近年來，聚光光伏發電技術因其相比普通光伏發電技術（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人士的關注。
但是，伴隨聚光光伏系統的運行必然產生一部分低品級熱能。因為一方面在系統運行中大多數聚光太陽能被轉化成了熱能，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（通常低于100攝氏度），過高的系統溫度會降低硅材料的禁帶寬度，進而影響組件的性能參數，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產技術獲得了一定的發展。但是，在傳統的聚光光伏熱電聯產系統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以及運行所需的復雜能源管理系統等方面原因在推廣應用方面受到了嚴重的限制。
此外，對于常規聚光光伏發電系統來說，只有聚光器核心區域能量密度高并相對穩定的光能被系統利用，而聚光器外圍的低聚光能量則白白損失掉了。
整體發電效率高達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電系統。該系統主要由聚光光伏發電模塊、模塊背面的蒸發冷卻裝置、環繞模塊的光熱接收裝置和ORC發電系統的相關設備組成。
據徐超及其研究團隊介紹，該系統運行時，太陽能電池組件可以直接利用聚光器收集的中心區域高輻射密度的光能進行發電，同時其散失的熱能將把液體有機工質加熱成為飽和蒸汽。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飽和蒸汽加熱變成過熱蒸汽后通過ORC發電系統進行發電。
因此，該聚光光伏光熱混合發電系統將形成一個復合的電力生產裝置，從而解決了傳統聚光光伏熱電聯產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電系統建立了穩態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電系統的整體效率大大提高。舉例來說，當聚光比為500倍時, 該系統可以將整體光電轉換效率從傳統的聚光光伏電池的28.4%顯著提高到44%。因此, 該混合發電系統為太陽能的更高效率發電提供了新的發展方向。
據了解，該項研究獲得了中國國家自然科學基金會、 中央高校基本科研基金、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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