CN103397990B - 光伏光热集热器辅助燃煤机组的混合发电系统 - Google Patents

Abstract

一种光伏光热集热器辅助燃煤机组的混合发电系统，它包括燃煤发电系统、PVT集热系统、分流水泵和分流控制器，所述分流水泵的进水口接燃煤发电系统中凝结水泵的出水口，出水口接PVT集热系统的进水口，其控制端接分流控制器；所述PVT集热系统的出水口排出的凝结水与燃煤发电系统的第四级低压加热器排出的凝结水汇合后进入第三级低压加热器，PVT集热系统的电能输出端经控制器与负载或电网连接。本发明利用燃煤电厂的低温凝结水对光伏光热集热器中的光伏电池组件进行冷却，不仅提高了光伏电池组件的光电转换率，而且还使燃煤机组的热经济性得到一定程度的改善。该系统可提高能源的综合利用率，减少一次能源的消耗，有利于电厂的节能减排。

Description

光伏光热集热器辅助燃煤机组的混合发电系统

技术领域

本发明涉及一种将光伏光热集热器和燃煤机组有机结合在一起的混合发电系统，属发电技术领域。

背景技术

PVT集热器是利用层压或胶粘技术将太阳电池或组件与太阳集热器有机结合在一起构成的（如图1所示）。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，因此太阳电池所吸收的大部分太阳辐射能量并没有转变成电能，而是提升了光伏电池的温度，但其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%。

PVT集热器采用强制循环流体(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而得到有效利用。获得的较高温度的水或热空气可以被合理利用，如可用于建筑供暖、生活热水、温室保温等，与此同时太阳电池的温度通过强制冷却的措施得以降低，光电转换效率明显得到提升，因此光伏光热集热器具有广阔的发展前景。然而到目前为止，国内外已有的研究大多限于对PVT集热系统本身，在PVT集热系统的应用方面还有待进一步研究。

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辅助燃煤机组的混合发电系统，以提高能源的综合利用率，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辅助燃煤机组的混合发电系统，构成中包括燃煤发电系统、PVT集热系统、分流水泵和分流控制器，所述分流水泵的进水口接燃煤发电系统中凝结水泵的出水口，出水口接PVT集热系统的进水口，其控制端接分流控制器；所述PVT集热系统的出水口排出的凝结水与燃煤发电系统的第四级低压加热器排出的凝结水汇合后进入第三级低压加热器，PVT集热系统的电能输出端经控制器与负载或电网连接。

上述光伏光热集热器辅助燃煤机组的混合发电系统，所述分流控制器包括PI控制器和两个温度传感器，第一温度传感器安装在燃煤发电系统的第四级低压加热器的凝结水出口，第二温度传感器安装在PVT集热系统的出水口，两个温度传感器输出信号的差值信号送入PI控制器的输入端，PI控制器的输出端接分流水泵的控制端。

上述光伏光热集热器辅助燃煤机组的混合发电系统，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、光伏电池组件和导热板，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凝结水槽道。

上述光伏光热集热器辅助燃煤机组的混合发电系统，所述导热板的背光面设置有绝热层，所述光伏电池组件的迎光面设置有两层钢化玻璃，两层钢化玻璃与CPC聚光镜的侧壁围成凝结水通道，在两层钢化玻璃的上方还设置有玻璃盖板。

上述光伏光热集热器辅助燃煤机组的混合发电系统，在分流水泵的出水口与PVT集热系统的进水口之间的管路上设置有阀门和流量计。

上述光伏光热集热器辅助燃煤机组的混合发电系统，所述PVT集热系统的进出水管路上均设置有止回阀。

本发明利用燃煤电厂的低温凝结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，部分低温凝结水被电池组件的余热加热，这样不仅提高了光伏电池组件的光电转换率，而且还使燃煤机组的热经济性得到一定程度的改善。据实验，当太阳辐射强度达到907W/m²时，无凝结水冷却时，光电转换率仅为5.7%；当采用35℃左右低温凝结水作为冷却介质时，光电转换率可达9%。经计算，当55.6kg/s的凝结水被PVT集热系统加热到83℃时，机组循环热效率提高0.45%。本发明可提高能源的综合利用率，减少一次能源的消耗，非常有利于燃煤电厂的节能减排。

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(PVT)的剖面示意图；

图2是光伏光热集热器(PVT)辅助燃煤机组的混合发电系统连接示意图。

图中各标号清单为：1、第一级高压加热器；2、第二级高压加热器；3、第三级高压加热器；4、给水泵；5、除氧器；6、第一级低压加热器；7、第二级低压加热器；8、第三级低压加热器；9、第四级低压加热器；10、轴封加热器；11、锅炉；12、高压缸；13、中压缸；14、低压缸；15、发电机；16、凝汽器；17、凝结水泵；18、分流水泵；19、阀门；20、第一止回阀；21、第二止回阀；22、PVT集热系统；23、PI控制器；24、玻璃盖板；25、夹层空气；26、光伏电池组件；27、粘结层；28、凝结水槽道；29、导热板；30、第一温度传感器；31、第二温度传感器；32、流量计；33、绝热层；34、PVT框架；35、CPC聚光镜；36、钢化玻璃板；37、凝结水通道。

具体实施方式

本发明提供了一种光伏光热集热器(PVT)与燃煤机组混合发电系统，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

图1为光伏光热集热器(PVT)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、凝结水槽道28、导热板29、绝热层33、PVT框架34、CPC聚光镜35、钢化玻璃板36、凝结水通道37。其工作原理：太阳光经CPC聚光镜35聚集后穿过玻璃盖板24和钢化玻璃板36。两块钢化玻璃板36的间距为5cm，不宜过大或过小。一部分红外光被钢化玻璃以及凝结水通道37内的电厂凝结水吸收，其余绝大部分可见光照射到光伏电池组件26上。一般人会担心，这样作会影响光伏电池组件吸收的光能量吧，但根据我们的研究，发现凝结水通道37中凝结水以及钢化玻璃板36主要吸收红外光，钢化玻璃板36吸收的热量可通过导热传递给凝结水，由于凝结水以及钢化玻璃板36对可见光吸收率很低，因此绝大部分的可见光可以通过钢化玻璃板36和凝结水到达光伏电池组件26表面，产生光伏效应，同时通过热传导凝结水吸收其底部较高温度光伏电池组件26传递的余热。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，本发明中光伏光热集热器(PVT)的冷却介质为燃煤电厂凝结水泵17出口的低温凝结水，凝结水经凝结水槽道28吸收电池板背光侧导热板中的热量，部分凝结水温度得以提高，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33与PVT框架34均为隔热材料，防止热量向外界传递而造成损失。

设置玻璃盖板可用于防风，并使凝结水通道与外界隔绝，避免与外界空气流体对流换热，减少散热损失。

凝结水槽道28内嵌在导热板29之中，其高度为2cm,宽度为4cm，每个凝结水槽道28之间间隔2cm，共8个凝结水槽道，凝结水槽道28长度200cm，导热板29宽度48cm、厚度4cm，凝结水槽道28位于导热板正中间。

图2为光伏光热集热器(PVT)辅助燃煤机组的混合发电系统连接示意图，其主要分为燃煤发电系统、光伏、光热三大部分，具体包括如下几个部分：第一级高压加热器1、第二级高压加热器2、第三级高压加热器3、给水泵4、除氧器5、第一级低压加热器6、第二级低压加热器7、第三级低压加热器8、第四级低压加热器9、轴封加热器10、锅炉11、高压缸12、中压缸13、低压缸14、发电机15、凝汽器16、凝结水泵17、分流水泵18、阀门19、第一止回阀20、第二止回阀21、PVT集热系统22、PI控制器23、控制器、蓄电池组、逆变器27、第一温度传感器30、第二温度传感器31、流量计32。该系统流程为：从凝汽器16热井流出的主凝结水分流两股，一股经分流水泵18抽出进入PVT集热系统22，对光伏电池组件进行冷却，光电转换率得到提高的同时主凝结水吸收热量且温度提升(一般能达到第四级低压加热器9出口凝结水温度)，后与第四级低压加热器9出口凝结水汇合，这部分称为光热部分。其中PI控制器23主要根据PVT集热系统的出水温度T _p与第四级低压加热器9出口水温T _w(通过第一温度传感器30、第二温度传感器31采集两个采集点的温度)的温差e作为其输入信号，分流水泵18作为其执行器，通过分流水泵18的转速来控制其出口流量(通过流量计32测定)，当温差e为正信号时，减小分流水泵转速，当温差e为负信号时，提高分流水泵转速，第一止回阀20、第二止回阀21为常开状态；另一股经凝结水泵17依次进入轴封加热器10以及第四级低压加热器9。两股水流汇合后依次经过第三级低压加热器8、第二级低压加热器7、第一级低压加热器6，经过各级低压加热器初步升温后进入除氧器5进行除氧，从除氧器出来的主给水分别经过第三级高压加热器3、第二级高压加热器2、第一级高压加热器1进行充分换热后，进入锅炉11继续吸热，达到一定蒸汽参数后依次送入汽轮机高压缸12、中压缸13、低压缸14做功，驱动发电机15发电，做完功后的蒸汽排往凝汽器16，完成整个热力循环。其中，汽轮机的高压缸、中压缸和低压缸均有抽汽分别被引入高压加热器、除氧器、低压加热器，对主给水(凝结水)进行放热之后通过疏水管路采用逐级自流方式对主给水(凝结水)再次进行换热；第一级高压加热器1和第二级高压加热器2之间、第二级高压加热器2和第三级高压加热器3之间、第三级高压加热器3和除氧器5之间以及第一级低压加热器6和第二级低压加热器7之间、第二级低压加热器7和第三级低压加热器8之间、第三级低压加热器8和第四级低压加热器9之间、第四级低压加热器9和凝汽器16热井之间分别设有疏水管路，其连接为逐级自流方式。这部分为燃煤电厂热力系统。PVT集热系统光伏部分具体流程为：光伏电池组件产生的电经控制器一部分直接用于电厂直流负载，一部分经逆变器变为交流电供给电厂交流负载，过剩的电力可储存在蓄电池组中，可以作为厂用电的备用电源，多余的电量也可补给电网。

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1，并且在组件的两侧以及底部加装隔热的PVT框架34。

Claims (5)

1.一种光伏光热集热器辅助燃煤机组的混合发电系统，其特征是，它包括燃煤发电系统、PVT集热系统（22）、分流水泵（18）和分流控制器，所述分流水泵（18）的进水口接燃煤发电系统中凝结水泵（17）的出水口，出水口接PVT集热系统（22）的进水口，其控制端接分流控制器；所述PVT集热系统（22）的出水口排出的凝结水与燃煤发电系统的第四级低压加热器（9）排出的凝结水汇合后进入第三级低压加热器（8），PVT集热系统（22）的电能输出端经控制器与负载或电网连接；

所述分流控制器包括PI控制器（23）和两个温度传感器，第一温度传感器（30）安装在燃煤发电系统的第四级低压加热器（9）的凝结水出口，第二温度传感器（31）安装在PVT集热系统（22）的出水口，两个温度传感器输出信号的差值信号送入PI控制器（23）的输入端，PI控制器（23）的输出端接分流水泵（18）的控制端；

所述系统流程为：从凝汽器（16）热井流出的主凝结水分流两股，一股经分流水泵（18）抽出进入PVT集热系统（22）后与第四级低压加热器（9）出口凝结水汇合；另一股经凝结水泵（17）依次进入轴封加热器(10)以及第四级低压加热器(9)，两股水流汇合后依次经过第三级低压加热器(8)、第二级低压加热器(7)、第一级低压加热器(6)，经过各级低压加热器初步升温后进入除氧器(5)进行除氧。

2.根据权利要求1所述的一种光伏光热集热器辅助燃煤机组的混合发电系统，其特征是，所述PVT集热系统（22）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（34）、CPC聚光镜（35）、光伏电池组件（26）和导热板（29），所述CPC聚光镜（35）安装在PVT框架（34）上，所述光伏电池组件（26）位于CPC聚光镜（35）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）内设置有凝结水槽道（28）。

3.根据权利要求2所述的一种光伏光热集热器辅助燃煤机组的混合发电系统，其特征是，所述导热板（29）的背光面设置有绝热层（33），所述光伏电池组件（26）的迎光面设置有两层钢化玻璃板（36），两层钢化玻璃板（36）与CPC聚光镜（35）的侧壁围成凝结水通道（37），在两层钢化玻璃板（36）的上方还设置有玻璃盖板（24）。

4.根据权利要求3所述的一种光伏光热集热器辅助燃煤机组的混合发电系统，其特征是，在分流水泵（18）的出水口与PVT集热系统（22）的进水口之间的管路上设置有阀门（19）和流量计（32）。

5.根据权利要求4所述的一种光伏光热集热器辅助燃煤机组的混合发电系统，其特征是，所述PVT集热系统（22）的进出水管路上均设置有止回阀。