CN101237199A - 结合光伏技术的太阳能热风发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结合光伏技术的太阳能热风发电系统，包括太阳能烟囱，集热器，在所述的太阳能集热器的顶棚贴覆薄膜太阳能光伏电池板；或在所述的集热器的底面上敷设太阳能电池板。所述的集热器顶棚贴覆的薄膜太阳能光伏电池板是透光的。所述的集热器底面上敷设的太阳能电池板是普通的单晶硅太阳能光伏电池板。该系统可以充分利用太阳能中光能和热能，太阳能电池板在将太阳能中的光能转化为电能后，剩余的太阳能以热能的形式用于加热进入集热器内的空气；光伏电池板可以得到良好的冷却，保证的光伏发电系统的效率和发电功率；增加了太阳能热风发电系统对太阳能的利用效率，提高太阳能热风发电系统的发电效率30％左右。

Description

结合光伏技术的太阳能热风发电系统

技术领域

本发明属能源、电力技术领域，特别是涉及一种结合光伏技术的太阳能热风发电系统。

背景技术

随着全球性的能源危机日益突显，开发新能源称为全人类共同的需要。太阳能热风发电技术是实现大规模开发和利用太阳能的一种新途径，是解决我国能源危机的有效途径之一(张建锋，杨家宽，肖波，等.太阳能烟囱发电技术现状及展望[J].可再生能源，2003(1)：5～7；赵玉文.太阳能利用的发展概况和未来趋势[J].中国电力，2003，36(9)：63～69)。

太阳能热风发电技术最早是由德国J.Schlaich教授于1978年提出来的，其原理是利用太阳能集热器以及烟囱效应驱动风力涡轮带动发电机发电(Schlaich J.The solarchimney：Electricity from the sun[M].Maurer C，Geislingen，Germany，1995)，如图1所示。空气在大型的太阳能集热器中被加热后，温度升高，密度降低，然后利用烟囱效应，形成强烈的上升气流，推动透平-发电装置做功发电。

热风发电技术被提出以来，引起了国内外学者的普遍关注。1982年德国和西班牙合作建造了世界上第1座太阳能热风试验型电站。随后，美国、德国、西班牙、印度、澳大利亚、埃及、摩洛哥和南非等国家的学者都对此产生了浓厚的研究兴趣并进行了大量的理论和实验研究(卢峰，张华，姚秀平，黄惠兰.太阳能热风发电技术研究进展[J].中国电力，2006，39(9)：24～27)。Kreetze建立了蓄热系统的数学模型，并在理论上证明了太阳能热风电厂全天候运行的可行性，南非的Von Backstrom和Gannon A.J.对提出了IGV(即用烟囱的底座作为烟囱入口导叶)的概念，取得了一些列的研究成果(T.W.vonBackstrom，A.J.Gannon.Solar chimney turbine characteristics[J].Solar Energy，2004(76)：235～241)。

国内在太阳能热风发电技术方面起步稍晚，2002年底，华中科技大学建立了一座小型太阳能热风发电实验装置(Xinping Zhou，Jiakuan Yang，Bo Xiao，Guoxiang Hou.Experimental study of temperature field in a solar chimney power setup.AppliedThermal Engineering，2007(27)：2044～2050)，2003年天津的杨现平申报了《太阳能热风塔发电装置》的实用新型发明(申请号：03204526，授权日：20040218)，中国科学技术大学和上海交通大学也相继开展了这方面的研究。

太阳能热风发电技术还存在着一些不够完善的地方，比如发电效率偏低，太阳能烟囱的需要比较高的高度等问题。

在太阳能的开发利用中，除了光热技术，比如热风发电、热水器等，还有太阳能的光电利用技术，比如太阳能光伏发电。太阳能光伏发电技术是利用太阳能光伏电池板，把吸收到的太阳辐射转化为直流电能输出。目前太阳能光伏发电技术在国内外已经得到了非常广泛的应用(张伯泉，杨宜民.风力和太阳能光伏发电现状及发展趋势[J].中国电力，2006，39(6)：65～69)。但是，目前困扰光伏发电技术一个难题是，光伏电池板的冷却问题(黄护林，韩东，孔令宾.光伏建材型太阳电池板自然通风冷却的研究[J].太阳能学报，2006，27(3)：309～313)。通常没有冷却的情况下，在太阳能直射下的光伏电池板温度会达到70℃以上，严重影响了半导体材料的性能。

对薄膜太阳能电池的研究主要开始于20世纪80年代。大部分都采用硅作为最基本的材料，也就是说将多层的不同导电类型的多晶硅薄膜或非晶硅薄膜沉积起来，以达到增加太阳能光电转化效率的效果，其光电转换效率一般稳定在11％-13％。薄膜型太阳电池技术具有可吸收散射光、可挠性与可制作大面积太阳电池等特性，特别是与结晶硅型太阳电池相比，其所消耗的材料成本更为经济，因此备受产业界人士看好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种将光伏发电技术与太阳能热风发电技术相结合，在热风发电系统中布置太阳能光伏电池板，既提高热风发电技术发电效率，又解决光伏电池板发电过程中的冷却问题的太阳能热风发电系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种结合光伏技术的太阳能热风发电系统，包括太阳能烟囱，集热器，在所述的太阳能集热器的顶棚贴覆薄膜太阳能光伏电池板；或在所述的集热器的底面上敷设太阳能电池板。

所述的集热器顶棚贴覆的薄膜太阳能光伏电池板是透光的。

所述的集热器底面上敷设的太阳能电池板是普通的单晶硅太阳能光伏电池板。

本发明所提出的结合光伏技术的太阳能热风发电系统有两种形式：一是在太阳能集热器的顶棚贴覆薄膜太阳能光伏电池板，薄膜太阳能电池板是透光的，在将太阳能中的光能转化为电能后，剩余的太阳能一部分以热能的形式被电池板吸收，另一部分进入集热器内部，照射到集热器内的底面上，如图2所示；另一种形式是在集热器的底面上敷设太阳能电池板，这种电池板可以是普通的单晶硅的太阳能光伏电池板，如图3所示。

这样，采用本发明的太阳能热风发电系统发出的电能包括两个部分：一是透平-发电装置产生的交流电能，一是太阳能光伏电池板产生的直流电能。虽然由于采用了太阳能光伏电池板，透平发电装置的发电功率会较传统热风发电系统有所降低，但是再加上太阳能光伏电池板产生的电功率，整个系统的发电功率和效率都大于图1所示的传统太阳能热风发电系统。初步计算结果表明：采用结合光伏技术的太阳能热风发电系统的发电效率比图1所示的传统的太阳能热风发电系统可以提高30％左右。

有益效果

结合光伏技术的太阳能热风发电系统的优点在于：

①该系统可以充分利用太阳能中光能和热能，太阳能电池板在将太阳能中的光能转化为电能后，剩余的太阳能以热能的形式用于加热进入集热器内的空气；

②由于太阳能热风发电装置的顶棚和底面本身就是用于加热空气的，由于热气流的流速较快，空气同时也就对集热器的顶棚和底面具有良好的冷却作用，因此，可以保证太阳能光伏电池板不论是贴覆在集热器顶棚还是敷设在集热器的底面，都可以得到良好的冷却效果，与一般太阳能光伏发电系统相比，光伏电池板可以得到良好的冷却，保证的光伏发电系统的效率和发电功率；

③结合了光伏发电技术后，增加了太阳能热风发电系统对太阳能的利用效率，初步计算结果表明，可以提高太阳能热风发电系统的发电效率30％左右。

附图说明

图1为太阳能热风发电技术原理简图。

图中：1-太阳能烟囱；2-透平-发电装置；3-太阳能集热器；4-底面

图2为顶棚贴覆薄膜太阳能光伏电池板的太阳能热风发电系统图。

图中：1-薄膜太阳能光伏电池板；2-太阳能烟囱；3-风力涡轮；

4-薄膜太阳能光伏电池板

图3为集热器底面敷设太阳能光伏电池板的太阳能热风发电系统图。

图中：1-太阳能烟囱；2-风力涡轮；3-太阳能光伏电池板。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明所提出的结合光伏技术的太阳能热风发电系统与传统的热风发电系统相比，是在集热器的顶棚贴覆薄膜太阳能光伏电池板或者在集热器的底面敷设普通的单晶硅太阳能光伏电池板。

依据本发明所提出的太阳能发电系统在太阳能资源比较丰富的地区，如我国的西北地区，建成太阳能热风发电项目。在集热器的顶棚贴覆薄膜太阳能光伏电池或者在集热器的底面敷设硅晶的太阳能电池，可以显著提高太阳能热风发电系统的发电效率30％左右。

Claims (3)

1.一种结合光伏技术的太阳能热风发电系统，包括太阳能烟囱，集热器，其特征在于：在所述的太阳能集热器的顶棚贴覆薄膜太阳能光伏电池板；或在所述的集热器的底面上敷设太阳能电池板。

2.根据权利要求1所述的一种结合光伏技术的太阳能热风发电系统，其特征在于：所述的集热器顶棚贴覆的薄膜太阳能光伏电池板是透光的。

3.根据权利要求1所述的一种结合光伏技术的太阳能热风发电系统，其特征在于：所述的集热器底面上敷设的太阳能电池板是普通的单晶硅太阳能光伏电池板。

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