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新型聚光光伏/光热混合发电系统获得国际关注

 电站设备状态监测与控制教育部重点实验室徐超教授团队正在研发一种新型的聚光光伏/光热混合发电系统目前取得了突破性进展

   一般来说,常规的聚光光伏发电系统只有一小部分光能被转化为电能,而聚集的大部分光能则转化为热能散失了。虽然在传统的光伏/光热混合系统中可以把这部分余热进行利用,但是因为余热温度较低而在应用方面受到了很大限制。针对这个难题,重点实验室徐超教授的研发团队提出了一种新型的聚光光伏/光热混合发电系统。通过将常规聚光光伏发电系统损失的热能与ORC(有机朗肯循环)发电系统结合起来的思路,将液体有机工质加热成为过热蒸汽并通过ORC系统进行发电,以此提高整个太阳能发电系统的发电效率。

   近年来,聚光光伏发电技术因其相比普通光伏发电技术(不带聚光器)更具成本效益和更加高效的特点吸引了全球太阳能行业的关注。但是,伴随聚光光伏系统的运行必然产生一部分低品级热能。因为一方面在系统运行中大多数聚光太阳能被转化成了热能,另一方面太阳能电池模块的温度必须限制在一定的范围内(通常低于100摄氏度),过高的系统温度会降低硅材料的禁带宽度,进而影响组件的性能参数,最终会导致输出功率降低。

   为了充分利用这部分低品级热能,在过去几年里聚光光伏热电联产技术获得了一定的发展。但是,在传统的聚光光伏热电联产系统中这部分低品级热能往往被应用于供暖或制冷方面。事实上这种技术因为其电能和热能需求与供应的不匹配以及运行所需的复杂能源管理等方面原因在推广应用方面受到了严重的限制。此外,对于常规聚光光伏发电系统来说,只有能量密度高的核心聚光区域的光能被系统利用,而核心聚光区域外围的低聚光能量则白白损失掉了。

   为了更好地利用太阳能电池散失的热能和聚光区域外围热流密度较低的光能,研究团队提出了一种新型的聚光光伏/光热混合发电系统。该系统主要由聚光光伏发电模块、模块背面的蒸发冷却装置、环绕模块的光热接收装置和ORC发电系统组成。该系统运行时,太阳能电池组件可以直接利用来自聚光器的能量密度高的核心聚光区域的光能进行发电,同时其散失的热能将把液体有机工质加热成为饱和蒸汽。然后利用环绕模块的光热吸收装置将模块外的低聚光能量转化为热能,并利用该部分热量将从蒸发冷却装置出来的有机工质饱和蒸汽加热变成过热蒸汽,过热蒸汽进而通过ORC发电系统进行发电。因此,该聚光光伏/光热混合发电系统将形成一个复合的电力生产装置,从而解决了传统聚光光伏热电联产技术市场应用有限的问题。

   另外,研究团队还为该混合发电系统建立了稳态物理模型并对其进行能量分析。分析结果显示,利用光伏模块外围的低聚光能量将有机工质饱和蒸汽加热成过热蒸汽的效果相当可观,同时可以使整个太阳能发电系统的整体效率大大提高。比如,当聚光比为500倍时, 该系统可以将整体光电转换效率从传统的聚光光伏电池的28.4%显著提高到44%。因此, 该混合发电系统为太阳能的更高效率发电提供了新的发展方向。

   该项研究获得了教育部重点实验室、中国国家自然科学基金会、中央高校基本科研基金、热流科学等相关机构支持。

   该混合发电系统已经申请国家发明专利,有关该系统研究的论文发表在2015年第四期的《科学通报》杂志上(可下载附件查阅)。论文发表后引起了国际太阳能发电行业的关注,第一时间被国际光热发电领域最权威网站CSP Today在每周科技亮点(Weekly Intelligence Brief)上特别介绍(http://social.csptoday.com/intelligence-brief/weekly-intelligence-brief-february-9-16),研究成果同时被EurekAlert!、Microgenerationconcepts等国际科技新闻网站报道。


附件:2015-Energy analysis of a hybridsolar CSP-CPV SYSTEM.pdf


:本文转载自CSPPLAZA光热发电网