华北电力大学研发新型聚光光伏光热混合发电系统
发布者：本网记者Spark | 来源：CSPPLAZA光热发电网 | 0评论 | 10807查看 | 2015-03-09 09:14:00
CSPPLAZA光热发电网讯：华北电力大学徐超教授正在研发一种新型的聚光光伏/光热混合发电系统。
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，华北电力大学徐超教授和他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。该研发团队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。
传统聚光光伏技术的局限性
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众多太阳能行业人士的关注。
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加热制冷剂而服务于供暖或制冷方面。事实上这种技术因为其电能和热能需求与供应的比例失调以及运行所需的复杂能源管理系统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，只有聚光器核心区域能量密度高并相对稳定的光能被系统利用，而聚光器外围的低聚光能量则白白损失掉了。
整体发电效率高达44%
为了更好地利用太阳能电池散失的热能和聚光器外围辐射密度较低的光能，徐超教授及其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发电系统的相关设备组成。
据徐超及其研究团队介绍，该系统运行时，太阳能电池组件可以直接利用聚光器收集的中心区域高辐射密度的光能进行发电，同时其散失的热能将把液体有机工质加热成为饱和蒸汽。然后利用热量吸收装置将聚光器外围低聚光能量转化为热能，并利用该部分热量将从聚光器中心向边缘输送的有机工质饱和蒸汽加热变成过热蒸汽后通过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，徐超教授及其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，利用聚光器外围可用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。举例来说，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。
据了解，该项研究获得了中国国家自然科学基金会、 中央高校基本科研基金、热流科学与工程教育部重点实验室等相关机构支持。
有关该研究的论文发表在2015年第四期的《科学通报》杂志上（可下载附件查阅）。
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