CN101608606B - 太阳能低温热发电与光伏发电复合系统 - Google Patents

太阳能低温热发电与光伏发电复合系统 Download PDF

Info

Publication number
CN101608606B
CN101608606B CN2009101442766A CN200910144276A CN101608606B CN 101608606 B CN101608606 B CN 101608606B CN 2009101442766 A CN2009101442766 A CN 2009101442766A CN 200910144276 A CN200910144276 A CN 200910144276A CN 101608606 B CN101608606 B CN 101608606B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
communicated
composite parabolic
collector
photovoltaic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2009101442766A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101608606A (zh
Inventor
李晶
裴刚
季杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology of China USTC
Original Assignee
University of Science and Technology of China USTC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology of China USTC filed Critical University of Science and Technology of China USTC
Priority to CN2009101442766A priority Critical patent/CN101608606B/zh
Publication of CN101608606A publication Critical patent/CN101608606A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101608606B publication Critical patent/CN101608606B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/60—Thermal-PV hybrids

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及太阳能低温热发电与光伏发电复合系统。本发明包括复合抛物面集热器系统、蓄热系统、有机朗肯循环发电系统、光伏模块和光伏电源系统；复合抛物面集热器系统包括高温端复合抛物面集热器阵列和低温端复合抛物面集热器阵列，复合抛物面集热器的吸热体上部安装有光伏模块；蓄热系统包括储液罐，盘管均布于储液罐内，盘管内填充有相变材料；有机朗肯循环发电系统包括蒸发器、汽轮机、发电机、回热器、冷凝器、两台泵及六只阀门。本发明总发电效率大为提高；采用了蓄热系统不需要额外蓄电池，不需要复杂跟踪装置，降低了成本；采用两级蒸发器，减小了换热流体和有机工质传热的不可逆性，降低平均运行温度，有利于延长光伏电池寿命。

Description

太阳能低温热发电与光伏发电复合系统
技术领域
本发明涉及太阳能利用中的热发电与光伏发电领域。
背景技术
目前光伏电池的制作加工，以硅材料为主。硅光伏电池表面接收到的太阳辐射含有不同的波长，不同波长光辐照的光子能量和在光伏电池中的穿透深度各不相同。硅光伏电池对短波的吸收系数较大，对长波的吸收系数则较小。而对于射入电池内部的太阳光来说，只有那些光子能量大于禁带宽度的光子，才能激发出电子-空穴对，而那些能量小于禁带宽度的光子，则不能激发出电子-空穴对。现有工艺条件下，硅光伏电池只能把很小部分的辐照转化为电能，其余的绝大部分辐照被转化为热能耗散。
针对光电转换过程中的上述问题，Kern最早提出了太阳能光电/光热综合利用(PV/T，Photovoltaic/Thermal)的思想，即在光伏组件的背面铺设流道，通过流体带走耗散热能，并对这部分热能加以收集利用[1]。一方面，提高了单位接收面积上的太阳能光电/光热综合效率；另一方面，通过流体冷却，降低光伏电池温度，提高其光电效率。PV/T系统可以同时向建筑提供电力和热能，是太阳能建筑一体化技术中的一个研究亮点。Bergene的理论研究指出PV/T系统的光电/光热总效率可以达到60-80％，比单独的光电系统或者光热系统都有明显提高[2]。
目前光电转换中产生的热量主要应用于供暖、热水等领域，很少有关于将光电转换中产生的热量用于发电的研究及报道。太阳能光伏和光热联合发电的一种原理是利用分光镜先把与光伏电池相匹配的光线分离到PV吸收体上，而剩余的光线将转换为高温热能用以汽轮机发电，如澳大利亚的MTSA(multi-tower solar array)工程[3]。基于这一原理的联合发电系统存在控制繁琐，需跟踪装置及聚光和吸热不易匹配的问题。David等在2004年提出了另一种太阳能光伏和热联合发电的原理。该原理不需要分光镜，而直接让光伏电池吸收光能并维持150℃左右的工作温度，此时光伏电池的电效率约为常温效率的60％-70％，而内部由光能转换的热能用于推动斯特林热机发电[4]。
总之，市场上非晶硅产品的实际发电效率大约只有7.0％，绝大部分太阳能辐照转换为热能，而这部分热能的传统利用方式基本局限于供暖、热水等方面，太阳能的综合发电效率不高。
中国是世界上太阳能最丰富的地区之一，特别是西部地区，年日照时间达3000h以上。而全国108万平方公里的荒漠面积也主要分布在光照资源丰富的西北地区。如果以10％太阳能的利用效率计算，那么仅需要开发利用1％左右的荒漠，就可以满足我国目前的用电要求。另外，在我国的北方、沿海等很多地区，每年的日照量都在2000小时以上，海南更是达到了2400小时以上，中国利用太阳能具有广阔的前景。加快发展太阳能，提高可再生能源在能源结构中的比重，将给我国带来显著的社会经济效益。
发明内容
为了提高太阳能的发电效率，本发明提出了太阳能低温热发电与光伏发电复合系统。系统获得的太阳辐照能量首先被光伏电池吸收，部分转换为电能，而转换为热能的太阳辐照能量将通过有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，ORC)转换为电能。
具体的技术解决方案如下：
太阳能低温热发电与光伏发电复合系统包括复合抛物面集热器系统、蓄热系统、有机朗肯循环发电系统、光伏模块和光伏电源系统；复合抛物面集热器系统为复合抛物面集热器阵列，每个阵列的复合抛物面集热器都包括本体、玻璃盖板11、两个以上的抛物面反射镜12、工质盘管13、金属板凹槽14和吸热体15，本体的侧壁为夹层，本体侧壁夹层内填充绝热材料16；金属板凹槽14上方为吸热体15，金属板凹槽14内有工质盘管13；所述光伏模块包括依次重叠的透明盖板41、光伏电池43和背板44，且透明盖板41和光伏电池43之间、光伏电池43和背板44之间均通过耐高热粘合剂42连接；
所述复合抛物面集热器系统包括高温端复合抛物面集热器阵列17和低温端复合抛物面集热器阵列18；
所述有机朗肯循环发电系统包括蒸发器、汽轮机33、发电机34、回热器35、冷凝器36、两台泵及六只阀门；其中汽轮机33的输出端连接着发电机34，汽轮机33的排气口连通着回热器35，回热器35另一端口连通着连冷凝器36，冷凝器36工质出口端经过回热器35连通着回热器泵311，回热器泵311的另一端口通过阀门376连通着储液罐21，并通过阀门374连通着液态区蒸发器322，液态区蒸发器322连通着两相区蒸发器321，两相区蒸发器321通过阀门375连通着储液罐21，储液罐21通过阀门371连通着汽轮机33的进气口，储液罐21的另一端口连通着储液罐泵312，储液罐泵312通过阀门373连通着两相区蒸发器321，并通过阀门372和阀门374连通着液态区蒸发器322，两相区蒸发器321连通着高温端复合抛物面集热器阵列17，液态区蒸发器322连通着低温端复合抛物面集热器阵列18；
所述复合抛物面集热器系统包括高温端复合抛物面集热器阵列17和低温端复合抛物面集热器阵列18，每个阵列的复合抛物面集热器的吸热体15上方设有光伏模块；所述光伏模块的背板44与复合抛物面集热器系统阵列的吸热体15相接；光伏模块的输出端与光伏电源系统连接；所述复合抛物面集热器为低倍率太阳聚焦集热器；
所述蓄热系统包括储液罐21、盘管22和相变材料23；盘管22均布于储液罐21内，盘管22内填充有相变材料23。
所述复合抛物面集热器为聚光比小于3的低倍率太阳聚焦集热器。
所述耐高热粘合剂42为有机硅胶粘合剂。
本发明的具体可行性体现在以下三个方面：
1、太阳能低温热发电采用ORC循环，有机工质由于其低沸点特性，在低温条件下可以获得较高的蒸汽压力，推动涡轮机做功，适合于低温热源做功发电。ORC循环是将低温热源转换为电能最为经济且可靠的方式[5]。即使热源温度不到100℃，ORC循环仍旧可以有效地将低品位热能转换为电能。瑞典Opcon(奥普康)公司的Powerbox产品可以将温度只有55℃的热源通过ORC循环进行发电[6]。
2、非晶硅电池具有良好的温度特性和高温运行的可靠性。非晶硅电池的功率温度系数大约为0.21％/℃，工作在100℃时仍旧能保持标准条件下测试功率的85％左右。美国联合太阳能公司(United Solar Ovinic)的非晶硅电池组件在-40℃到90℃温度范围内进行200多次热循环试验(Thermal Cycle testing)以及在85℃和85％相对湿度环境下连续工作1000小时(Damp-Heat testing)，仍保持良好的性能[7]。
3、有机硅胶粘合剂的主链中含有Si-O-Si键，具有高的耐热性，耐候性、优良的电绝缘性和疏水性，是一种非常好的材料[8]。与目前常有的粘合剂EVA相比，有机硅胶的耐老化性能明显优于EVA[9]。因此，采用有机硅胶作为光伏电池粘合剂可以把电池的正常工作温度上限(市场上非晶硅电池产品上限值大约为85℃)进一步提高。
由于ORC循环要求的热源温度较低，不到100℃的热源就可以维持ORC循环的正常运行。因此选用低倍率的太阳聚焦集热器就可以得到合适的热源温度。聚光比小于3的低聚光比复合抛物面集热器(Compound Parabolic Concentrator，CPC)无需自动跟踪太阳轨迹，可以模块化安装，易于使用维护，在太阳能中低温聚焦领域具有极大的实用性和运用潜力[10]。Rabl在对几种CPC集热器评估中，指出带有平板或圆柱吸收体的非真空固定CPC集热器经济性能良好；三年多的研究及实验数据的表明，在100-160℃的温度范围内，非真空CPC集热器仍旧拥有很好的热效率，而每年只需对集热器倾斜角调整12-20次[11]。T.S.Saitoch等通过实验把双层玻璃盖板的CPC与传统平板集热器，真空管集热器进行比较，指出CPC集热器的高温(120℃以上)热性能极佳，与真空管集热器相比更适合太阳能热发电工程[12]。T.S.Saitoch还介绍了一种新型的无跟踪三维的CPC太阳能集热器(3-DCPC)，在180-200℃的高运行温度范围内集热效率大约为60％，运用于小规模太阳能热发电系统非常可行[13]。
由此可见，太阳辐照低能流密度、易于转换为低温热源的物理特性与ORC循环之间具有潜在的联系。把两者有机结合，可以形成基于ORC循环的太阳能低温热发电与光伏发电复合系统。该系统通过低聚焦比复合抛物面集热器把太阳辐照能量聚焦于光伏模块上，部分太阳辐照能量转换电能，而转换为热能的太阳辐照通过ORC循环转换为机械能和电能。系统温度参数低，不需自动跟踪，易于小型化、模块化，极大地提高了太阳能的综合发电效率。
本发明与现有技术相比具有几方面的优点：
1、本发明与单一的光伏发电系统或太阳能热发电系统相比，太阳能低温热发电与光伏发电复合系统总发电效率大为提高。
2、本发明系统具有蓄热功能，因此不需要额外蓄电池，不存在单独光伏发电系统蓄电池充放电过程中电能损失的问题，并降低了光伏电源系统的成本。
3、本发明系统采用低倍聚焦的复合抛物面集热器，不需要复杂跟踪装置，与非聚光光伏发电系统相比减少了电池的使用量，降低了电池成本。
4、本发明系统采用两级蒸发器，减小了换热流体和有机工质传热的不可逆性，降低集热器和光伏电池的平均运行温度，有利于延长光伏电池寿命。
5、本发明储液罐中设有盘管，盘管内有相变材料(PCM)，当辐照强度较强时，集热器获得的热量大于系统发电所需的热量，此时发电与蓄热可以同时进行；反之，当辐照强度较弱时，集热器获得的热量小于系统发电所需的热量，此时发电与释放热量可以同时进行。这不但保证了ORC系统在额定状态下稳定运行，而且，由于系统蓄热与释放热量的过程中不需要复杂的控制设备就可以与系统发电同时进行，延长了蓄热或释放热量的时间，因此蓄热与释放热量的功率通常较小，从而减少了相变材料与有机工质的平均换热温差。
6、本发明工作中，当有机工质未能被蒸发器完全加热到饱和蒸汽状态时，出口处的液滴可以汇集在储液罐中，防止其进入汽轮机而造成机械损伤。
7、本发明工作时，由于集热器中的换热流体与蒸发器中的有机工质不需要通过蓄热器就能进行换热，从而有效地减小了换热流体和有机工质的传热温差，提高了集热器的热效率。
附图说明
图1为本发明结构示意图，
图2为复合抛物面集热器结构示意图，
图3为光伏模块结构示意图，
图4为有机朗肯循环ORC热力循环示意图，
图5为热发电、光伏电池和总发电效率图，
图6为两级与单级蒸发器条件下光伏电池效率随有机工质蒸发温度变化的曲线。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。
实施例：
参见图1，太阳能低温热发电与光伏发电复合系统包括复合抛物面集热器系统、蓄热系统、有机朗肯循环发电系统、光伏模块和光伏电源系统。
复合抛物面集热器系统包括高温端复合抛物面集热器阵列17和低温端复合抛物面集热器阵列18，见图1，每个阵列的复合抛物面集热器都包括本体、玻璃盖板11、两个以上的抛物面反射镜12、工质盘管13、金属板凹槽14和吸热体15，本体的侧壁为夹层，本体侧壁夹层内填充绝热材料16；金属板凹槽14上方为吸热体15，金属板凹槽14内有工质盘管13；每个阵列的复合抛物面集热器的吸热体15上部安装有光伏模块4，见图2；光伏模块4的背板44与复合抛物面集热器系统阵列的吸热体15相接；该复合抛物面集热器为聚光比小于3的低倍率太阳聚焦集热器。
光伏模块包括依次重叠的透明盖板41、光伏电池43和背板44，且透明盖板41和光伏电池43之间、光伏电池43和背板44之间均通过耐高热粘合剂42连接，见图3，耐高热粘合剂42为有机硅胶粘合剂。光伏模块的背板44与复合抛物面集热器系统阵列的吸热体15相接；光伏模块的输出端与光伏电源系统连接；光伏电源系统5包括控制器51、直流负载52、逆变器53、交流负载54，见图1。
蓄热系统包括储液罐21、盘管22和相变材料23；盘管22均布于储液罐21内，盘管22内填充有相变材料23，见图1。
有机朗肯循环发电系统包括蒸发器、汽轮机33、发电机34、回热器35、冷凝器36、两台泵及六只阀门，见图1；其中汽轮机33的输出端连接着发电机34，汽轮机33的排气口连通着回热器35，回热器35另一端口连通着冷凝器36，冷凝器36工质出口端经过回热器35连通着回热器泵311，回热器泵311的另一端口通过阀门376连通着储液罐21，并通过阀门374连通着液态区蒸发器322，液态区蒸发器322连通着两相区蒸发器321，两相区蒸发器321通过阀门375连通着储液罐21，储液罐21通过阀门371连通着汽轮机33的进气口，储液罐21的另一端口连通着储液罐泵312，储液罐泵312通过阀门373连通着两相区蒸发器321，并通过阀门372和阀门374连通着液态区蒸发器322，两相区蒸发器321连通着高温端复合抛物面集热器阵列17，液态区蒸发器322连通着低温端复合抛物面集热器阵列18。
本发明的工作原理是这样的：
一、太阳能低温热发电与光伏发电复合系统整体工作原理
1)系统处于额定运行工况
如图1所示，复合抛物面集热器系统接受太阳辐照能，太阳辐照被光伏模块4吸收，部分转换为电能，电能通过光伏模块4输出端接入光伏电源系统，并通过控制器51连接直流负载52或经过逆变器53连接交流负载54。光伏模块4内部产生的热量通过吸热体15和金属板凹槽14传给工质盘管13中的换热流体。阀门371、阀门374、阀门375打开，其余阀门关闭。低温端复合抛物面集热器阵列18中换热流体通过液态区蒸发器322中把热量传给有机工质，使液态区蒸发器322出口的有机工质处于饱和液体状态附近；高温端复合抛物面集热器阵列17中换热流体通过两相区蒸发器321中把热量传给有机工质，使两相区蒸发器321出口的有机工质处于饱和蒸汽状态附近。有机工质在蒸发器中定压吸热；高温高压的气态有机工质进入汽轮机33膨胀做功，带动发电机34发电；汽轮机33尾部排出的有机工质经过回热器35初步冷却，然后进入冷凝器36中定压冷凝；冷凝器36出口的有机工质处于液态并进入回热器35进行预热；预热后有机工质经过回热器泵311进入液态区蒸发器322完成一次发电循环。
2)辐照强度很强，系统需要向外部全功率供电
阀门371、阀门373、阀门374、阀门375打开，其余阀门关闭。回热器泵311、储液罐泵312都打开。储液罐泵312把储液罐21内的有机工质注入两相区蒸发器321中，加大两相区蒸发器321内的传热功率，相变材料23进行蓄热。复合抛物面集热器系统接受太阳辐照能，太阳辐照达到光伏模块4，部分转换为电能，电能通过光伏模块4输出端接入光伏电源系统，并通过控制器51连接直流负载52或经过逆变器53连接交流负载54。光伏模块4内部产生的热量通过吸热体15和金属板凹槽14把热量传给工质盘管13中的换热流体。低温端复合抛物面集热器阵列18中换热流体通过液态区蒸发器322中把热量传给有机工质；高温端复合抛物面集热器阵列17中换热流体通过两相区蒸发器321中把热量传给有机工质。有机工质在液态区蒸发器322和两相区蒸发器321中定压吸热；储液罐21中的高温高压气态有机工质进入汽轮机33膨胀做功，带动发电机34发电；汽轮机33尾部排出的有机工质经过回热器35初步冷却，然后进入冷凝器36中定压冷凝；冷凝器36出口的有机工质处于液态并进入回热器35进行预热；预热后有机工质经过回热器泵311进入液态区蒸发器322完成一次发电循环。
3)辐照强度很强，系统需要向外部小功率供电
光伏模块4输出电能，有机朗肯循环(ORC)系统进行蓄热。复合抛物面集热器系统接受太阳辐照能，太阳辐照达到光伏模块4，部分转换为电能，电能通过光伏模块4输出端接入光伏电源系统，并通过控制器51连接直流负载52或经过逆变器53连接交流负载54。光伏模块4内部产生的热量通过吸热体15和金属板凹槽14传给工质盘管13中的换热流体。阀门372、阀门374、阀门375打开，其余阀门关闭。储液罐泵312打开，回热器泵311关闭。储液罐泵312把储液罐21内的有机工质注入液态区蒸发器322和两相区蒸发器321中，有机工质获得来自换热流体的热量，并在储液罐21中把热量传给相变材料23。
4)辐照强度在额定工况附近，系统需要向外部供电
运行状态同系统处于额定运行工况。
5)辐照强度较强，系统不需要向外部供电
复合抛物面集热器系统接受太阳辐照能，太阳辐照达到光伏模块4，部分转换为电能，电能通过光伏模块4输出端接入光伏电源系统，并通过控制器51及逆变器53给储液罐泵312提供能量。光伏模块4内部产生的热量通过吸热体15和金属板凹槽14传给工质盘管13中的换热流体。阀门372、阀门374、阀门375打开，其余阀门关闭。储液罐泵312打开，回热器泵311关闭。储液罐泵312把储液罐21内的有机工质注入液态区蒸发器322和两相区蒸发器321中，有机工质获得来自换热流体的热量，并在储液罐21中把热量传给相变材料23。
6)辐照强度很弱，或者处于夜间，系统需要发电
阀门371、阀门376打开，其余阀门关闭。储液罐21中的高温高压气态有机工质进入汽轮机33膨胀做功，带动发电机34发电；汽轮机33尾部排出的有机工质经过回热器35初步冷却，然后进入冷凝器36中定压冷凝；冷凝器出口的有机工质处于液态并进入回热器35进行预热；预热后有机工质经过回热器泵311和阀门376进入储液罐21完成一次发电循环。
二、复合抛物面集热系统工作原理
如图2所示，太阳辐照透过玻璃盖板11直接或经过抛物面反射镜12被光伏模块4吸收，光伏模块4内产生的热能通过吸热体15和金属板凹槽14传给工质盘管13内的换热流体。绝热材料16阻止热能向环境散失。
三、有机朗肯循环工作原理
有机工质依据T-s图上饱和蒸汽线斜率分为干工质(斜率为正)、绝热工质(近似垂直)及湿工质(斜率为负)。湿工质经过汽轮机膨胀后焓大为降低而成为饱和两相状态，部分冷凝的小液滴会损坏汽轮机，因而在ORC系统中较少使用。图4为干工质的热力循环图(T-s图)。点1为工质在冷凝器36的出口状态，点2为回热器泵311的出口状态，点3为两相区蒸发器321的出口状态，点4为汽轮机33出口状态，点5为冷凝器36的进口状态。
四、光伏模块工作原理
如图3所示，光伏电池43通过有机硅胶粘合剂42在上方层压着透明盖板41，同时有机硅胶粘合剂42层压于背板44上。背板44与吸热体15连接，进行热量传递。
下面根据太阳能低温热发电与光伏发电复合系统的热发电效率、光伏发电效率及总发电效率进行分析。参数见表1，其中有机工质以二氯四氟乙烷(HCFC114)为例，蒸发器以同心逆流换热器为例，光伏电池为非晶硅电池。。
表1太阳能低温热发电与光伏发电复合系统模拟参数
Figure G2009101442766D00081
图5为太阳能低温热发电与光伏发电复合系统整体电效率、光伏发电效率、热发电效率随有机工质蒸发温度的变化，其中冷凝温度为7℃。当有机工质蒸发温度为78℃时，光伏发电效率为6.79％，热发电效率为6.58％，太阳能低温热发电与光伏发电复合系统整体电效率为13.37％。在相同的采光面积下太阳能低温热发电与光伏发电复合系统产生的电能约为单独光伏电池系统(标况下7.27％)的2倍。
图6为两级与单级蒸发器条件下光伏电池效率随有机工质蒸发温度变化的曲线。由图6可见，当蒸发温度为79℃时，两级蒸发器和单级蒸发器对应的PV电池效率分别为6.58％和6.44％，前者效率高出后者2.17％。由于光伏电池功率温度系数为0.21％，2.17％的功率提高量相当于电池平均工作温度降低了10℃左右。
参考文献
[1]Kern J.E.C.Combined photovoltaic and thermal hybrid collector system[J].Proceedings ofthe13th IEEE Photovoltaic Specialists，Washington DC，USA，1153-1157
[1]Kern J.E.C.光热光电复合系统.第十三届IEEE光伏专题[J].美国华盛顿，1978，1153-1157
[2]Bergene.T，Lovvik.M.Model calculations on a flat-plat solar heat collector with integratedsolar cells[J]，Solar Energy，1995，55：453-462
[2]Bergene.T，Lovvik.M.带光伏电池的平板式太阳能集热器模型计算[J].太阳能，1995，55：453-462
[3]D.Mills.Advances in solar thermal electric technology[J].Solar Energy，2004，76：19-31.
[3]D.Mills.太阳能热发电技术进展[J]，太阳能，2004，76：19-31.
[4]David Meneses-Rodriguez，Paul P.Horley，Jesus Gonzilez-Hernhdez，Yuri V.Vorobiev，Sergey A.Kostylev.High Temperature Operation of Photovoltaic Solar Cells in One-andTwo-Stage Systems[C].2004 1st International Conference on Electrical and ElectronicsEngineering，305-309
[4]David Meneses-Rodriguez，Paul P.Horley，Jesus Gonzilez-Hernhdez，Yuri V.Vorobiev，Sergey A.Kostylev.高温工况下单级及两级光伏太阳能电池系统[C].2004第一次IEEE会议，305-309
[5]Enrico Barbier.Geothermal energy technology and current status：an overview[J].Renewableand Sustainable Energy Reviews，2002，6：3-65
[5]Enrico Barbier.地热技术及目前状况综述[J].可再生与可依赖能源回顾.2002，6：3-65
[6]http://www.opcon.se/index.asp？sPage＝1&langID＝2&cID＝19
[7]Dan Ton，Joe Tillerson，Thomas McMahon，Michael Quintana，Kenneth Zweibel.AcceleratedAging Tests in Photovoltaics Summary Report[R].U.S.Department of Energy Energy Efficiencyand Renewable Energy，2007.7
[7]Dan Ton，Joe Tillerson，Thomas McMahon，Michael Quintana，Kenneth Zweibel.光伏电池加速寿命测试摘要报告[R]，美国能源部高效与可再生能源，2007
[8]沈辉.太阳能电池封装技术的现状与发展建议.新材料产业.2008，5：16-20
[9]徐雪青，沈辉，邓润坤，黎宪静.若干太阳电池封装用粘接剂的耐老化性能评价.2004，25(4)：438-442
[10]Pereira M.Design and performance of a novel non-evacuated 1.2x CPC type concentrator[J].In：Proc.ISES Solar World Congress 1985，2：1199-1204.
[10]Pereira M.新型非真空1.2X复合抛物面聚光器的设计及性能[J].加拿大蒙特利尔国际太阳能协会会议论文，1985，2：1199-1204.
[11]Rabl A.，O’Gallagher J.and Winston R.Design and test of non evacuated solar collectorswith compound parabolic concentrators[J].Solar Energy，1980，25：335-351
[11]Rabl A.，O’Gallagher J.and Winston R.非真空复合抛物面太阳能集热器设计与测试[J].太阳能，1980，25：335-351
[12]T.S.Saitoh.Proposed solar rankine cycle system with phase change steam accumulator andCPC solar collector[C].2002 37th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference(IECEC)，Paper No.20150
[12]Takeo S.SAITOH.使用相变蓄热器和复合抛物面集热器的太阳能朗肯循环系统[C].2002年第37届国际能源转换工程会议论文，编号20150
[13]Saitoh，T.S.；Kato，J.；Yamada，N.Advanced 3-D CPC solar collector for thermal electricsystem[J]，Heat Transfer-Asian Research，2006，.35：323-35
[13]Saitoh，T.S，Kato，J，Yamada，N.用于热发电系统的先进三维复合抛物面集热器.热传递-亚洲研究，2006，.35：323-35

Claims (1)

1.太阳能低温热发电与光伏发电复合系统，包括复合抛物面集热器系统、蓄热系统、有机朗肯循环发电系统、光伏模块和光伏电源系统；复合抛物面集热器系统为复合抛物面集热器阵列，所述复合抛物面集热器为聚光比小于3的低倍率太阳聚焦集热器；每个阵列的复合抛物面集热器都包括本体、玻璃盖板(11)、两个以上的抛物面反射镜(12)、工质盘管(13)、金属板凹槽(14)和吸热体(15)，本体的侧壁为夹层，本体侧壁夹层内填充绝热材料(16)；金属板凹槽(14)上方为吸热体(15)，金属板凹槽(14)内有工质盘管(13)；所述光伏模块包括依次重叠的透明盖板(41)、光伏电池(43)和背板(44)，且透明盖板(41)和光伏电池(43)之间、光伏电池(43)和背板(44)之间均通过耐高热粘合剂(42)连接；其特征在于：
所述复合抛物面集热器系统包括高温端复合抛物面集热器阵列(17)和低温端复合抛物面集热器阵列(18)；
所述有机朗肯循环发电系统包括蒸发器、汽轮机(33)、发电机(34)、回热器(35)、冷凝器(36)、两台泵及六只阀门；其中汽轮机(33)的输出端连接着发电机(34)，汽轮机(33)的排气口连通着回热器(35)，回热器(35)另一端口连通着冷凝器(36)，冷凝器(36)工质出口端经过回热器(35)连通着回热器泵(311)，回热器泵(311)的另一端口通过阀门(376)连通着储液罐(21)，并通过阀门(374)连通着液态区蒸发器(322)，液态区蒸发器(322)连通着两相区蒸发器(321)，两相区蒸发器(321)通过阀门(375)连通着储液罐(21)，储液罐(21)通过阀门(371)连通着汽轮机(33)的进气口，储液罐(21)的另一端口连通着储液罐泵(312)，储液罐泵(312)通过阀门(373)连通着两相区蒸发器(321)，并通过阀门(372)和阀门(374)连通着液态区蒸发器(322)，两相区蒸发器(321)连通着高温端复合抛物面集热器阵列(17)，液态区蒸发器(322)连通着低温端复合抛物面集热器阵列(18)；
所述复合抛物面集热器系统包括高温端复合抛物面集热器阵列(17)和低温端复合抛物面集热器阵列(18)，每个阵列的复合抛物面集热器的吸热体(15)上方设有光伏模块；所述光伏模块的背板(44)与复合抛物面集热器系统阵列的吸热体(15)相接；光伏模块的输出端与光伏电源系统连接；所述复合抛物面集热器为低倍率太阳聚焦集热器；
所述蓄热系统包括储液罐(21)、盘管(22)和相变材料(23)；盘管(22)均布于储液罐(21)内，盘管(22)内填充有相交材料(23)。
CN2009101442766A 2009-07-29 2009-07-29 太阳能低温热发电与光伏发电复合系统 Expired - Fee Related CN101608606B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009101442766A CN101608606B (zh) 2009-07-29 2009-07-29 太阳能低温热发电与光伏发电复合系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009101442766A CN101608606B (zh) 2009-07-29 2009-07-29 太阳能低温热发电与光伏发电复合系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101608606A CN101608606A (zh) 2009-12-23
CN101608606B true CN101608606B (zh) 2011-10-19

Family

ID=41482484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009101442766A Expired - Fee Related CN101608606B (zh) 2009-07-29 2009-07-29 太阳能低温热发电与光伏发电复合系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101608606B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102817657A (zh) * 2012-09-12 2012-12-12 重庆大学 基于热管技术的有机朗肯循环低温余热发电系统

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101786725B (zh) * 2009-12-31 2011-08-17 中国科学院生态环境研究中心 一种利用太阳能驱动的污水生物处理系统及其操作方法
WO2011091694A1 (zh) * 2010-01-29 2011-08-04 天津大学 一种液浸光伏组件
CN101860275B (zh) * 2010-05-07 2012-07-18 新奥光伏能源有限公司 一种聚焦型太阳能冷热电联供系统
CN102103258B (zh) * 2011-02-25 2012-10-17 浙江大学 基于碟式聚光的太阳能二次聚光分频方法及其装置
CN102182656B (zh) * 2011-04-06 2012-09-26 王旭 太阳能发电集热系统
CN102818380B (zh) * 2011-04-06 2014-02-12 常州聚焦新能源科技有限公司 光电或光热转换效率较高的太阳能发电集热系统
CN102767491B (zh) * 2011-04-06 2014-08-13 国家电网公司 太阳能发电集热系统
CN102767492B (zh) * 2011-04-06 2014-05-07 山西科致成科技有限公司 太阳能发电集热系统
CN103061833A (zh) * 2012-12-26 2013-04-24 东南大学 一种太阳能与生物质能复合的热电联产装置
CN103397990B (zh) * 2013-08-02 2015-11-18 华北电力大学（保定） 光伏光热集热器辅助燃煤机组的混合发电系统
CN103607166B (zh) * 2013-11-26 2015-12-30 华北电力大学 一种聚光光伏光热复合发电系统
CN104913513A (zh) * 2014-03-10 2015-09-16 容云 太阳能光伏、光热发电系统
CN109204761A (zh) * 2018-09-26 2019-01-15 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 一种具有蒸汽排放功能的船用主机组模块化集成机架
CN115638037A (zh) * 2021-07-19 2023-01-24 营嘉科技股份有限公司 蓄热储压循环发电系统及其控制方法
CN113790134A (zh) * 2021-09-14 2021-12-14 哈尔滨工程大学 一种用于水下潜行器的太阳能温差能复合发电系统
CN114465577A (zh) * 2022-04-12 2022-05-10 华东交通大学 一种基于光伏光热的太阳能利用装置及优化控制方法
CN115183211A (zh) * 2022-08-25 2022-10-14 云南电网有限责任公司电力科学研究院 蒸汽供应系统
CN115468317A (zh) * 2022-09-07 2022-12-13 中国科学技术大学 一种基于太阳能光伏光热梯级利用的卡诺电池储能装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4002031A (en) * 1975-07-07 1977-01-11 Varian Associates, Inc. Solar energy converter with waste heat engine
US6434942B1 (en) * 2001-09-20 2002-08-20 Walter T. Charlton Building, or other self-supporting structure, incorporating multi-stage system for energy generation
WO2003078191A1 (en) * 2002-03-14 2003-09-25 The Sun Trust L.L.C. Rankine cycle generation of electricity
JP2007132330A (ja) * 2005-11-10 2007-05-31 Kokusai Gijutsu Kaihatsu Co Ltd 太陽熱発電装置
JP2007291908A (ja) * 2006-04-24 2007-11-08 Ntn Corp 熱発電システム
CN101392736A (zh) * 2008-05-29 2009-03-25 中国科学技术大学 太阳能低温热发电及冷热联供系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4002031A (en) * 1975-07-07 1977-01-11 Varian Associates, Inc. Solar energy converter with waste heat engine
US6434942B1 (en) * 2001-09-20 2002-08-20 Walter T. Charlton Building, or other self-supporting structure, incorporating multi-stage system for energy generation
WO2003078191A1 (en) * 2002-03-14 2003-09-25 The Sun Trust L.L.C. Rankine cycle generation of electricity
JP2007132330A (ja) * 2005-11-10 2007-05-31 Kokusai Gijutsu Kaihatsu Co Ltd 太陽熱発電装置
JP2007291908A (ja) * 2006-04-24 2007-11-08 Ntn Corp 熱発電システム
CN101392736A (zh) * 2008-05-29 2009-03-25 中国科学技术大学 太阳能低温热发电及冷热联供系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
何汉峰，季杰，裴刚，何伟，刘可亮.光伏电池覆盖率和玻璃盖板对光伏太阳能热泵系统综合性能的影响.《中国科学技术大学学报》.2009,第39卷(第1期),43-49. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102817657A (zh) * 2012-09-12 2012-12-12 重庆大学 基于热管技术的有机朗肯循环低温余热发电系统
CN102817657B (zh) * 2012-09-12 2014-08-27 重庆大学 基于热管技术的有机朗肯循环低温余热发电系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN101608606A (zh) 2009-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101608606B (zh) 太阳能低温热发电与光伏发电复合系统
CN101392736B (zh) 太阳能低温热发电及冷热联供系统
CN208578678U (zh) 一种基于线性涅菲尔式定日镜的改良布雷顿光热发电系统
CN101761461B (zh) 热管式太阳能有机朗肯循环低温热发电系统
TWI545257B (zh) 多功能太陽能熱電共生系統
CN101614196B (zh) 内蓄热太阳能低温热发电系统
CN101798996A (zh) 直膨式太阳能低温热发电与光伏发电复合系统
CN201062902Y (zh) 太阳能聚光光伏热泵联合系统
CN101022138A (zh) 一种太阳光伏/光热联用装置
US11431289B2 (en) Combination photovoltaic and thermal energy system
US20160352282A1 (en) Storage of solar energy
CN201582063U (zh) 直膨式太阳能低温热发电与光伏发电复合系统
CN107084102A (zh) 一种以二氧化碳为储热及做功工质的槽式太阳能光热发电系统
Ghazy et al. Cooling technologies for enhancing photovoltaic–thermal (PVT) performance: a state of the art
CN202696508U (zh) 高倍聚光太阳能光热综合发电系统
CN106685315A (zh) 光伏光热互补发电系统以及发电方法
CN200940974Y (zh) 太阳能热泵制热与光伏发电一体化装置
CN202082057U (zh) 一种热砂蓄热太阳能碟式斯特林机发电装置
CN202451379U (zh) 一种光热、光伏发电站整体化利用装置
CN102176483B (zh) 一种水加热型光电/热太阳能系统
CN111953233A (zh) 一种结合菲涅尔聚光光伏和温差发电片的直膨式热泵系统
CN210035683U (zh) 一种利用太阳能的冷热电联供装置
CN111953292A (zh) 一种太阳能分频型电热联供装置
WO2023077833A1 (zh) 一种分光反射高倍聚光光伏光热一体化腔式接收器
CN105577032A (zh) 单元式太阳能全光谱利用的光电-热电-热水复合系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20111019

Termination date: 20150729

EXPY Termination of patent right or utility model