CN106014889B - 一种塔式太阳能光热与光伏联合发电系统 - Google Patents

一种塔式太阳能光热与光伏联合发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种塔式太阳能光热与光伏联合发电系统，主要包括带有可透光光伏电池的定日镜、吸热器、发电装置和储热系统。将可透光光伏电池置于定日镜上方吸收太阳能进行光伏发电。定日镜将剩余的太阳能反射给吸热器，吸热器的热量首先传递给储热系统进行储热，剩余部分直接用于发电。在光照不足时，储热系统释放热量给发电装置的工质进行发电。本发明将光热和光伏发电两种方式相结合，既可以达到对光能进行多次吸收利用的效果，又可以提高整个系统发电的持久性。

Description

一种塔式太阳能光热与光伏联合发电系统
技术领域
本发明属于太阳能综合利用技术领域，涉及一种光热与光伏联合发电系统。
背景技术
与常规能源相比，太阳能分布广泛，取之不尽，用之不竭，且不会出现化石燃料燃烧造成的环境污染。对于偏远山区、沙漠和岛屿等地方，太阳能更显示出其优越性。发展太阳能发电技术，对于缓解世界能源危机和环境问题具有重大的意义。
太阳能发电技术分为太阳能光热发电和太阳能光伏发电。光伏发电是利用某些材料的光伏效应，将太阳辐射能直接转变为电能的发电方式。光热发电是利用太阳辐射产生的热量加热工质，为汽轮机提供蒸汽，从而达到发电的目的。光伏发电具有光电转化率高、成本低廉的特点。但是由于太阳辐射强度会不断变化，光伏发电系统发出的电功率具有波动性，很难保证电网的稳定。对于光热发电系统，增加储热装置后，发出的电功率比较稳定，但发电成本较高。太阳能光热发电系统主要有槽式、塔式和碟式三种。其中塔式太阳能光热发电系统具有较高的聚光倍数和光热转换效率，可达到较高的温度，热发电效率较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种塔式太阳能光热与光伏联合发电系统，将光伏和光热两种发电方式相结合，优势互补，提高太阳能的利用效率。
为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
包括可透光光伏电池、聚光装置、吸热器、发电装置以及储热系统；所述可透光光伏电池与聚光装置相连，可透光光伏电池以及吸热器依次设置于聚光装置的反射光路上，发电装置以及储热系统与吸热器相连，发电装置与储热系统相连。
所述可透光光伏电池选自可透光且可双面吸收太阳能并进行光电转换的光伏电池。
所述聚光装置选自定日镜，所述定日镜包括依次相连的反射镜、跟踪传动机构以及支撑机构。
所述可透光光伏电池设置于所述定日镜的反射镜上，所述反射镜和可透光光伏电池之间留有空隙。
所述储热系统包括由蒸气蓄热器、高温熔盐罐和低温熔盐罐构成的吸热/放热可逆回路；所述吸热器与所述可逆回路的热输入端相连，所述发电装置与所述可逆回路的热输出端相连。
所述可透光光伏电池吸收太阳能进行光伏发电，透过所述可透光光伏电池的太阳能经过聚光装置反射再次被所述可透光光伏电池吸收并进行光伏发电，未被吸收部分则透过所述可透光光伏电池，经两次透过所述可透光光伏电池后剩余的太阳能由所述吸热器吸收。
所述吸热器将通过吸收太阳能产生的热能储存在所述储热系统，未能储存的部分传递给所述发电装置进行光热发电。
储存在所述储热系统的热能释放后传递给所述发电装置进行光热发电。
所述联合发电系统需要使用的电能由所述可透光光伏电池提供。
本发明的有益效果体现在：
本发明将光热和光伏发电两种方式相结合，既可以达到对光能进行多次吸收利用的效果，又可以提高整个系统发电的持久性。
附图说明
图1是塔式太阳能光热与光伏联合发电系统结构示意图；
图2是带有可透光光伏电池的定日镜的结构示意图；
图中：1.定日镜，1-1.反射镜，1-2.跟踪传动机构，1-3.支撑机构，2.吸热器，3.换热器，4.储热系统，5.高温熔盐罐，6.低温熔盐罐，7.蒸汽蓄热器，8.汽轮机，9.凝汽机，10.给水泵，11.除氧器，12.可透光光伏电池。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
(一)系统结构
本发明公开了一种塔式太阳能光热与光伏联合发电系统，如图1所示，其包括带有可透光光伏电池12的定日镜1、塔式吸热器2、发电装置和储热系统4。其中，塔式吸热器2与发电装置为光热发电的主要部分，可透光光伏电池12为光伏发电的主要部分。
参见图2，定日镜1为一种由反射镜1-1、支撑机构1-3及跟踪传动机构1-2等组成的聚光装置，反射镜1-1上方被可透光光伏电池12覆盖。定日镜功能是通过跟踪传动机构实现对太阳辐射能的最佳跟踪，从而获取最多的太阳辐射能(下文简称为太阳能)。反射镜1-1和可透光光伏电池12之间留一定的空隙，防止所述光伏电池温度过高。所述光伏电池可以双面吸收太阳能以进行光电转换，并具有一定的透光性。将可透光光伏电池12置于定日镜1上方吸收太阳能进行光伏发电，剩余的太阳能经过定日镜1反射再次被所述光伏电池吸收进行光伏发电。整个联合发电系统需要的电能由所述光伏电池发电提供，无需再从外界获取电能。两次透过所述光伏电池的太阳能被塔式吸热器2吸收进行光热发电，以达到对光能进行多次吸收利用的效果。
参见图1，塔式吸热器2对流经吸热器的工质进行加热，使其成为过热蒸汽。随着一天中光照强度和气候的变化，塔式太阳能发电系统会出现三种不同的运行模式。当光照充足时，塔式吸热器2产生的过热蒸汽量大于汽轮机8额定发电时所需的蒸汽量。此时一部分过热水蒸汽直接流入汽轮机8完成发电，汽轮机8出口排出的蒸气经过凝汽机9进行冷凝，冷凝后经给水泵10加压以及除氧器11除氧后重新流回塔式吸热器2。另一部分过热水蒸汽流入储热系统4，经由换热器3(热输入端)，对低温熔盐罐6中的熔盐进行加热(使过热水蒸汽降温)，加热后的高温熔盐流入高温熔盐罐5进行储存。降温后的过热蒸汽流入蒸汽蓄热器7进行储存。当光照强度达到一定强度，使塔式吸热器2刚好产生满足汽轮机8额定发电时所需的蒸汽量时，塔式吸热器2产生的全部过热蒸气全部流入汽轮机8进行发电。在太阳光照不足时，高温熔盐罐5中的高温熔盐流入换热器(热输出端)对从蒸汽蓄热器7中流出的水蒸汽进行加热，加热后的水蒸汽进入汽轮机8进行发电，降温后的熔盐流入到低温熔盐罐6中。
(二)系统的工作原理
定日镜1通过跟踪传动机构对最佳太阳辐射能进行追踪，太阳光首先透过可透光光伏电池12，所述光伏电池吸收太阳能进行光电转换发电。太阳光透过所述光伏电池后，经定日镜1反射再次透过所述光伏电池进行第二次的光电转换，剩余的太阳能被反射到塔式吸热器2对其工质进行加热。光伏发电的电能一部分送入电网，一部分供给整个联合发电系统本身使用。塔式吸热器2吸收的热量首先提供给储热系统进行储热，剩余部分用于加热发电装置的工质进行发电。光照不足时，储热系统释放热量给发电装置的工质进行发电，提高了整个系统发电的持久性。
(三)内容总结
太阳能发电技术虽然已实现商业化运行，然而无论是光伏发电或是光热发电的效率依旧处于较低的水平，使得其发电成本过高，制约了其在实际上的应用。要实现太阳能发电的高效，能量的梯级利用是一个可行性较高的方案。本发明即以能量的分级利用为思路，首先借助可透光光伏电池，利用太阳能进行两次光伏发电，相比传统光伏发电的单次吸收(实验室下的最高光电转换效率不足30％)，拥有着更高的转换效率。本发明在光伏发电的基础上同时添加了光热发电系统，利用反射镜将两次光伏发电后未能吸收的太阳能反射于塔式吸热器，实现光能的再次利用，相比传统的太阳能发电系统，整体发电效率显著提高，发电成本降低，独立性增强。同时，储热系统的加入有效提升了发电的稳定性，保障了其在并网发电中的应用前景。

Claims (6)

1.一种塔式太阳能光热与光伏联合发电系统，其特征在于：包括可透光光伏电池(12)、聚光装置、吸热器(2)、发电装置以及储热系统(4)；所述可透光光伏电池(12)与聚光装置相连，可透光光伏电池(12)以及吸热器(2)依次设置于聚光装置的反射光路上，发电装置以及储热系统(4)与吸热器(2)相连，发电装置与储热系统(4)相连；
所述可透光光伏电池(12)选自可透光且可双面吸收太阳能并进行光电转换的光伏电池；
所述吸热器(2)对流经吸热器(2)的工质进行加热，使其成为过热蒸汽，所述吸热器(2)产生的过热蒸汽完成发电后重新流回吸热器(2)；
所述吸热器(2)将通过吸收太阳能产生的热能通过设置于储热系统热输入端的换热器储存在所述储热系统(4)，未能储存的部分传递给所述发电装置进行光热发电；
储存在所述储热系统(4)的热能通过设置于储热系统热输出端的换热器释放后传递给所述发电装置进行光热发电。
2.根据权利要求1所述一种塔式太阳能光热与光伏联合发电系统，其特征在于：所述聚光装置选自定日镜(1)，所述定日镜(1)包括依次相连的反射镜(1-1)、跟踪传动机构(1-2)以及支撑机构(1-3)。
3.根据权利要求2所述一种塔式太阳能光热与光伏联合发电系统，其特征在于：所述可透光光伏电池(12)设置于所述定日镜(1)的反射镜(1-1)上，所述反射镜(1-1)和可透光光伏电池(12)之间留有空隙。
4.根据权利要求1所述一种塔式太阳能光热与光伏联合发电系统，其特征在于：所述储热系统(4)包括由蒸气蓄热器(7)、高温熔盐罐(5)和低温熔盐罐(6)构成的吸热/放热可逆回路；所述吸热器(2)与所述可逆回路的热输入端相连，所述发电装置与所述可逆回路的热输出端相连。
5.根据权利要求1所述一种塔式太阳能光热与光伏联合发电系统，其特征在于：所述可透光光伏电池(12)吸收太阳能进行光伏发电，透过所述可透光光伏电池(12)的太阳能经过聚光装置反射再次被所述可透光光伏电池(12)吸收并进行光伏发电，未被吸收部分则透过所述可透光光伏电池(12)，经两次透过所述可透光光伏电池(12)后剩余的太阳能由所述吸热器(2)吸收。
6.根据权利要求1所述一种塔式太阳能光热与光伏联合发电系统，其特征在于：所述联合发电系统需要使用的电能由所述可透光光伏电池(12)提供。
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