CN103362577A - 光伏光热集热器与燃气-蒸汽联合循环机组联合供能系统 - Google Patents

Abstract

一种光伏光热集热器与燃气-蒸汽联合循环机组联合供能系统，它包括燃气-蒸汽联合循环机组、PVT集热系统和引水泵，燃气-蒸汽联合循环机组的凝结水泵排出的部分凝结水经引水泵进入PVT集热系统加热，经过PVT集热系统加热的凝结水与凝结水泵排出的其余凝结水汇合后进入燃气-蒸汽联合循环机组的余热锅炉的低压省煤器的水工质入口，PVT集热系统的电能输出端与负载或电网连接。本发明将PVT集热系统与燃气-蒸汽联合循环机组有机结合在一起，很好地解决了光伏电池的散热和废热利用问题，大大提高了能源的综合利用率，减少了天然气的消耗，有利于燃气-蒸汽联合电厂的节能减排。

Description

光伏光热集热器与燃气-蒸汽联合循环机组联合供能系统

技术领域

本发明涉及一种将PVT光伏光热集热装置和燃气-蒸汽联合循环机组结合在一起的供热供电系统，属太阳能技术领域。

背景技术

光伏发电技术以光伏电池为基础，利用半导体P-N结受到光照产生的光伏效应直接将光能转换成电能。光伏电池发电过程中，入射太阳能转换为电能的比例约为15％，其余大部分能量都转换为热量，使光伏电池的温度升高，而光伏电池温度的大幅上升将导致其光电转换效率下降，研究表明，光伏电池温度每升高1℃，光电转换效率下降0.5%，因此，太阳能光伏发电系统存在着光电转化率低、发电不连续和发电成本高等问题。

燃气-蒸汽联合循环机组是将经过加热后的天然气进入燃气轮机的燃烧室，与压气机压入的高压空气混合燃烧，利用产生的高温高压气流推动燃气轮机旋转做功，从燃气轮机排出的气体温度高达摄氏600度，仍然具有很高的能量，把这些高温气体送到锅炉，把水加热成蒸汽去推动蒸汽轮机，带动发电机发电。燃气-蒸汽联合循环机组的发电效率比燃煤机组高，而且无需脱硫脱氮，二氧化碳排放量小，对空气污染程度小。但天然气面临着资源匮乏的问题，靠天然气发电难以满足供电要求。

总之，以上供能系统在能源利用率、发电成本、节能减排等方面还不够理想，有必要进一步研究新能源的综合利用技术。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种光伏光热集热器与燃气-蒸汽联合循环机组联合供能系统，以提高能源的综合利用率，降低发电成本，达到节能减排的目的。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种光伏光热集热器与燃气-蒸汽联合循环机组联合供能系统，构成中包括燃气-蒸汽联合循环机组、PVT集热系统和引水泵，燃气-蒸汽联合循环机组的凝结水泵排出的部分凝结水经引水泵进入PVT集热系统加热，经过PVT集热系统加热的凝结水与凝结水泵排出的其余凝结水汇合后进入燃气-蒸汽联合循环机组的余热锅炉的低压省煤器的水工质入口，PVT集热系统的电能输出端与负载或电网连接。

上述光伏光热集热器与燃气-蒸汽联合循环机组联合供能系统，所述PVT集热系统由多个光伏光热集热器串并联连接而成，所述光伏光热集热器包括PVT框架、CPC聚光镜、光伏电池组件、导热板和两块钢化玻璃板，所述CPC聚光镜安装在PVT框架上，所述光伏电池组件位于CPC聚光镜的底部，其背光面通过粘结层粘结在导热板上，所述导热板内设置有下流体槽道，所述下流体槽道的一端接进水，另一端接保温蓄水箱；两块钢化玻璃板位于光伏电池组件的迎光面上方，它们与CPC聚光镜的侧壁围成的上流体通道一端接凝结水泵的排水口，一端接余热锅炉的低压省煤器的水工质入口。

上述光伏光热集热器与燃气-蒸汽联合循环机组联合供能系统，所述导热板的背光面设置有绝热层，两块钢化玻璃板的上方设置有防风玻璃盖板。

上述光伏光热集热器与燃气-蒸汽联合循环机组联合供能系统，所述上流体通道的内壁上设置有透明绝热层。

上述光伏光热集热器与燃气-蒸汽联合循环机组联合供能系统，所述下流体槽道和上流体通道内的水流方向相反。

本发明利用燃气-蒸汽联合电厂的低温凝结水和生活用水对光伏光热集热器中的光伏电池组件进行冷却，在降低电池组件工作温度的同时，得到了生活热水和较高温度的凝结水，这样就提高了光伏电池组件的光电转换率和余热锅炉的锅炉效率，降低发电成本，同时也方便了人们的生活。

本发明将PVT集热系统与燃气-蒸汽联合循环机组有机结合在一起，很好地解决了光伏电池的散热和废热利用问题，它采用强制循环流体(水或者空气)来移除电池组件产生的热量，这些没有被转化成电能的热量被低温水或冷空气吸收，很好地解决了光伏电池的光电转化率低的问题，大大提高了能源的综合利用率，减少了天然气的消耗，有利于燃气-蒸汽联合电厂的节能减排。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是光伏光热集热器的剖视图；

图2是光伏光热集热器与燃气-蒸汽联合循环机组联合供能系统的结构示意图。

图中各标号清单为：1、烟囱，2、高压给水泵，3、中压给水泵，4、低压汽包，5、中压汽包，6、高压汽包，7、低压省煤器，8、高中压缸，9、汽轮机低压缸，10、凝汽器，11、循环水泵，12、凝结水泵，13、余热锅炉，14、引水泵，15、发电机，17、燃气轮机，18、再热器，19、光伏光热集热器，20、钢化玻璃板；21、绝热层；22、PVT框架；23、CPC聚光镜；24、玻璃盖板；25、夹层空气；26、光伏电池组件；27、粘结层；28、下流体槽道；29、导热板；30、上流体通道；31、透明绝热层。

具体实施方式

本发明提出了一种改进型PVT光伏光热集热器与燃气-蒸汽联合循环机组联合供能系统，该系统解决了光伏电池散热、废热利用问题，将光伏发电进行并网，充分利用了太阳能，补充了燃气-蒸汽联合电厂发电量，并对燃气-蒸汽联合电厂余热锅炉的低压省煤器入口水工质进行加热，提高了锅炉效率和发电效率，降低了发电成本。

图1为光伏光热集热器的剖面图，其主要结构包括：玻璃盖板24、夹层空气25、光伏电池组件26、粘结层27、下流体槽道28、导热板29、绝热层21、PVT框架22、CPC聚光镜23、钢化玻璃板20、上流体通道30。其工作原理：太阳光经CPC聚光镜23聚集后穿过玻璃盖板24和钢化玻璃板20（两块钢化玻璃板20间距为5cm，不宜过大或过小），一部分红外光被钢化玻璃板20以及上流体通道30内的电厂凝结水吸收，绝大部分可见光照射到光伏电池组件26上（上流体通道30中凝结水以及钢化玻璃板20主要吸收红外光，钢化玻璃板20吸收的热量可传递给凝结水，由于凝结水以及钢化玻璃板20对可见光吸收率很低，因此绝大部分的可见光可通过钢化玻璃板20和凝结水到达光伏电池组件26表面，产生光伏效应），根据光生伏特效应原理，光伏电池将15%的太阳光能直接转化为电能，其余大部分能量都转换为热量，这部分热量一小部分通过对流以及辐射换热损失在夹层空气25之中，一大部分传递给粘结层27，粘结层(导热材料)又传递给导热板29，进水经下流体槽道28 (内嵌在导热板29之中，其高度为2cm,宽度为4cm，每个下流体槽道28之间间隔2cm，共8个下流体槽道，下流体槽道28长度200cm，导热板29宽度48cm、厚度4cm，下流体槽道28位于导热板正中间)吸收电池板背光侧导热板中的热量，进水温度得以提高，光伏光热集热器(PVT)在迎光侧与背光侧均设置流体通道，使得光伏电池温度大幅度降低，不仅光电转换效率有所提高，而且光伏电池产生的热量大部分得到有效利用。绝热层21与PVT框架22均为隔热材料，防止热量向外界传递而造成损失。

光伏电池组件26的背光面和导热板29的外表面之间为粘结层27，粘结层涂有不透明的TPT材料和导热绝缘胶，以填充接触缝隙提高导热效果，并且使得光伏电池组件充分利用太阳光来发电，减弱反射。

为了保证每块光伏电池组件26的工作效率，避免热量在导热板29与环境之间以及光伏电池组件26与环境之间产生不必要的热损失和热传导，在导热板29底部加装一层绝热材料，在光伏电池组件迎光面加装一层玻璃盖板24，并且在组件的两侧以及底部加装隔热的PVT框架22。

本系统的工作原理

参看图2，从凝汽器10出来的水工质温度约30℃，由引水泵14引出一股水流进入PVT光伏光热集热器的上流体通道30入口，将上层加热后的水工质引入余热锅炉13的低压省煤器7的水工质入口处，在低压省煤器7加热后进入低压蒸发器而后进入低压汽包4，一部分变成低压蒸汽进入低压过热器进行过热，直接进入汽轮机低压缸9做功，低压汽包4中其余部分水由中高压给水泵2引出到中高压省煤器进行加热，再进入中高压蒸发器加热后，进入中高压汽包，产生的蒸汽再进入中高压过热器进行加热，中压过热器通过再热器进行再热后进入汽轮机中压做功，高压过热蒸汽直接进入高压缸做功，带动发电机15发电，高压缸做完功的蒸汽进入余热锅炉13的再热器18进行再热，中压缸做完功的蒸汽进入低压缸，低压缸做完功的蒸汽排到凝汽器10与循环水泵抽出的循环冷却水进行换热，低压缸排汽凝结后又变成凝结水，部分凝结水再经引水泵14引入PVT光伏光热集热器19，相当于提前加热主给水，加快汽水循环过程，提高了余热锅炉13的锅炉效率，而且通过太阳辐射表测出的太阳辐射强度对上流体通道30入水工质流量进行粗调，保证出口水工质温度稳定在合适的范围内，提高了锅炉效率的同时，也不至于因温升原因导致光伏发电效率降低，而且采用简单的南北放置的单轴太阳跟踪系统，根据日出日落的规律，以每小时15度角的速度由东至西转动转轴，对太阳进行低精度跟踪，降低跟踪系统的成本，却能实现很好的跟踪效果。上下两层流道互相独立、互不连通，采用蛇形管道有助于减小流体在管道的阻力，水工质与生活用水相向流通，避免了光伏电池上下层在水工质与生活用水的加热末级同时受热，保证了光伏发电效率。光伏电池组件产生的直流电通过逆变器并网补充燃气-蒸汽联合电厂的发电量。

图2中把6个CPC聚光镜组合在一起构成光伏光热组件为一个光伏光热单元，单个CPC聚光镜的聚光比为8，长度为2m，单个CPC的上流体通道30内流体的温升最小为10℃，则经过6 个串联的CPC，上层流体的温升将达到50℃。以凝结水流体为30℃计，则经过上流体通道30，上流体通道30出口凝结水的最终温度将至少达到80℃；单个CPC的下层流道内流体的温升最小为8℃，以生活用水为25℃计，则经过下流体槽道28加热后，下流体槽道28出口水的最终温度将至少达到70℃。通过多个光伏光热单元的串联和分布式布置方式，PVT光伏光热集热器19产生的直流电压通过控制器与逆变器直接输送到当地电网，作为一部分的发电量用以补充燃气-蒸汽联合电厂的发电量，一定程度上降低了发电成本。而对每一个光伏光热单元的上下两层流道则采用并联给水方式，引至各个光伏光热单元。光伏电池产生的废热则通过导热性能良好的导热硅胶热传递给下流体槽道28。通过下流体槽道28的生活用水吸收热量，被加热后的生活用水直接被送入保温蓄水池。

    在PVT光伏光热集热器19附近设置一个辐射表，用于测量太阳辐射强度，根据太阳辐射强度大小对流入PVT 光伏光热集热器19上流体通道30的水工质流量通过引水泵14进行粗调，使PVT 装置上流体通道30的出口温度保持在一定的范围内，并采用简单的太阳跟踪系统跟踪太阳光，降低投资成本却能实现有效控制的目的。晚上或阴雨天PVT装置停止工作时，关闭引水泵14，停止对PVT装置上流体通道30引入水工质，但并不影响余热锅炉13的锅炉效率。

本发明能够实现联合供能的目的。PVT光伏光热集热器19采用CPC复合抛物面聚光器，通过上流体通道30的水工质与玻璃盖板对远红外光线的吸热原理与下流体槽道28的散热与余热回收技术，充分利用了太阳能，提高了光伏发电效率，PVT光伏光热集热器19内部上下两层水流道采用蛇形管道，工质流动互不影响，均采用逐级加热方式相向流动，避免了光伏电池上下表面同时受上下两层流道加热后的水工质最高温度的影响，从而保持了较高的光伏发电效率。将加热工质直接送至燃气-蒸汽联合电厂余热锅炉13的主给水入口处进而通过低压省煤器7，加快汽水循环过程，提高了余热锅炉13的锅炉效率，间接地提高了蒸汽轮机做功的效率。面对目前光伏发电技术和光热发电技术尚未成熟和普及的情况下，相对于燃煤电厂，采用一种改进型PVT光伏光热集热器与燃气-蒸汽联合循环机组联合供能系统，降低了发电成本，并且具有高度的环境友好性、更高的供电效率、更好的发展前景。

Claims (5)

1.一种光伏光热集热器与燃气-蒸汽联合循环机组联合供能系统，其特征是，它包括燃气-蒸汽联合循环机组、PVT集热系统和引水泵（14），燃气-蒸汽联合循环机组的凝结水泵（12）排出的部分凝结水经引水泵（14）进入PVT集热系统加热，经过PVT集热系统加热的凝结水与凝结水泵（12）排出的其余凝结水汇合后进入燃气-蒸汽联合循环机组的余热锅炉（13）的低压省煤器（7）的水工质入口；PVT集热系统的电能输出端与负载或电网连接。

2.根据权利要求1所述的一种光伏光热集热器与燃气-蒸汽联合循环机组联合供能系统，其特征是，所述PVT集热系统由多个光伏光热集热器（19）串并联连接而成，所述光伏光热集热器（19）包括PVT框架（22）、CPC聚光镜（23）、光伏电池组件（26）、导热板（29）和两块钢化玻璃板（20），所述CPC聚光镜（23）安装在PVT框架（22）上，所述光伏电池组件（26）位于CPC聚光镜（23）的底部，其背光面通过粘结层（27）粘结在导热板（29）上，所述导热板（29）内设置有下流体槽道（28），所述下流体槽道（28）的一端接进水，另一端接保温蓄水箱；两块钢化玻璃板（20）位于光伏电池组件（26）的迎光面上方，它们与CPC聚光镜（23）的侧壁围成的上流体通道（30）一端接凝结水泵（12）的排水口，一端接余热锅炉（13）的低压省煤器（7）的水工质入口。

3.根据权利要求2所述的一种光伏光热集热器与燃气-蒸汽联合循环机组联合供能系统，其特征是，所述导热板（29）的背光面设置有绝热层（21），两块钢化玻璃板（20）的上方设置有防风玻璃盖板（24）。

4.根据权利要求3所述的一种光伏光热集热器与燃气-蒸汽联合循环机组联合供能系统，其特征是，所述上流体通道（30）的内壁上设置有透明绝热层（31）。

5.根据权利要求4所述的一种光伏光热集热器与燃气-蒸汽联合循环机组联合供能系统，其特征是，所述下流体槽道（28）和上流体通道（30）内的水流方向相反。