項目簡介
太陽能光伏發(fā)電及太陽能熱水器是目前太陽能利用最為成熟和廣泛的兩個技術(shù)領(lǐng)域，但是由于其產(chǎn)能形式單一，最終嚴(yán)重制約了其進(jìn)一步的技術(shù)發(fā)展和市場推廣前景。
其中太陽能光伏發(fā)電存在光電轉(zhuǎn)化效率低（由于溫度效應(yīng)，晶硅型光伏發(fā)電系統(tǒng)綜合光電轉(zhuǎn)化效率只能達(dá)到12%-13%），光伏組件成本高，導(dǎo)致其成本回收期長。同時光伏電池生產(chǎn)也存在高能耗高污染的問題。
如何提高單位面積光伏電池的發(fā)電量，減少電池用量是降低系統(tǒng)成本提高發(fā)電收益的重要手段。通過聚光可以有效提高光伏電池片表面的太陽能能流密度，并大大增加光伏電池的光電輸出功率，成倍減少電池片用量（用量為傳統(tǒng)技術(shù)的1/4），間接降低了光伏電池生產(chǎn)的總能耗和總污染，但是提高電池表面太陽能能流密度的同時，電池的溫度也急劇升高，嚴(yán)重影響電池的電輸出性能和使用壽命，只有通過水冷的方式來降低電池溫度，這就形成了該技術(shù)手段的另一種產(chǎn)能形式，太陽能熱水。即太陽能熱電聯(lián)供。
核心技術(shù)
設(shè)計并制造了EMR型復(fù)合拋物面聚光器，較傳統(tǒng)復(fù)合拋物面聚光器聚光光斑均勻度得到了極大的提升，使其能夠應(yīng)用在光伏聚光領(lǐng)域；其鏡片高度僅為傳統(tǒng)聚光器的一半，大大降低了成本，提高了抗風(fēng)雪能力。具體性能詳見表 1。
設(shè)計并制造了聚光光伏光熱綜合利用組件，采用低倍聚光晶體硅光伏電池以及方形通道換熱器，通過改進(jìn)后的傳統(tǒng)層壓工藝將晶體硅光伏電池層壓到方形通道換熱器上，可降低光伏電池內(nèi)阻并增加總傳熱系數(shù)，實現(xiàn)輸出更多的電能和熱能，并保證了聚光光伏光熱綜合利用組件的使用壽命。
“EMR型復(fù)合拋物面聚光器”和“聚光光伏光熱綜合利用組件”兩種核心設(shè)備已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。課題組制定并掌握全部生產(chǎn)工藝流程。
系統(tǒng)集成
基于以上兩種核心組件的設(shè)計制造完成，目前已經(jīng)建成12m2采光面積雙軸跟蹤實驗系統(tǒng)，6m2采光面積實驗系統(tǒng)，810m2采光面積單軸跟蹤高效聚光熱電聯(lián)合供能示范系統(tǒng)（光電光熱總裝機(jī)容量500kW）。如圖 1 所示。
（a）12m2采光面積雙軸跟蹤高效聚光熱電聯(lián)合供能實驗系統(tǒng)
（b）810m2采光面積單軸跟蹤高效聚光熱電聯(lián)合供能示范系統(tǒng)局部
（c）810m2采光面積單軸跟蹤高效聚光熱電聯(lián)合供能示范系統(tǒng)整體
圖1 高效聚光熱電聯(lián)合供能實驗系統(tǒng)及高效聚光熱電聯(lián)合供能示范系統(tǒng)
以上系統(tǒng)的熱電輸出性能均通過了權(quán)威第三方機(jī)構(gòu)的測試認(rèn)證，其中810m2采光面積單軸跟蹤高效聚光熱電聯(lián)合供能示范系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了12.3%（單片電池的輸出功率為傳統(tǒng)光伏系統(tǒng)電池輸出功率的3-4倍），光熱轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了52.7%，光電光熱綜合效率達(dá)到了65%。根據(jù)目前的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，綜合系統(tǒng)建設(shè)成本，可以得到系統(tǒng)年光電光熱總產(chǎn)能及成本回收期。詳見表2。
表2 示范系統(tǒng)產(chǎn)能及系統(tǒng)回收期
知識產(chǎn)權(quán)
在系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的研制和系統(tǒng)集成過程中課題組共申請國家發(fā)明專利6項，授權(quán)2項，申請實用新型專利2項，授權(quán)2項。
技術(shù)優(yōu)勢
太陽跟蹤系統(tǒng)
型聚光具有較大的采光半角，所以本系統(tǒng)的單軸跟蹤模塊采用低精度跟蹤策略，不需要跟蹤誤差實時修正，造價與運(yùn)行成本非常低。
系統(tǒng)回收期
采光面積示范系統(tǒng)的成本回收期可以控制在4年內(nèi)，西安為太陽能資源三類地區(qū)，而處于我省北部的榆林地區(qū)為太陽能資源二類地區(qū)，回收期可縮短到3.4年內(nèi)，一類地區(qū)回收期可縮短至2.9年內(nèi)。而傳統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本回收期為8-10年。
系統(tǒng)占地面積
采光面積高效聚光熱電聯(lián)合供能示范系統(tǒng)占地面積為1215m2，年產(chǎn)光伏電力10.344萬kW·h，光伏熱水15584噸，而利用傳統(tǒng)光伏發(fā)電技術(shù)及傳統(tǒng)太陽能熱水技術(shù)獲得與本系統(tǒng)同樣多的光伏電力和光伏熱水，則需要分別建設(shè)占地面積約為1215m2的光伏電站及占地面積約為1215m2的太陽能熱水器陣列。
產(chǎn)業(yè)化前景及技術(shù)延伸
本聚光熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，可根據(jù)大、中、小以及分布式的不同建造規(guī)模要求，進(jìn)行自由組合，投資方式靈活，產(chǎn)業(yè)化前景好。其主要面向客戶為電力和熱水使用量較大的酒店，洗浴中心，家庭用戶，紡織企業(yè)，農(nóng)業(yè)蔬菜大棚，海上島礁等。
在技術(shù)延伸上，本聚光熱電聯(lián)產(chǎn)裝置可方便靈活的集成熱泵、吸收式制冷以及膜蒸餾等技術(shù)。其中耦合膜蒸餾技術(shù)可以應(yīng)用于海水淡化，使其更適用于海上島礁推廣使用，實現(xiàn)在海上島礁的電能及熱水一體化供應(yīng)；耦合吸收式制冷技術(shù)及熱泵技術(shù)可以使其廣泛的用于辦公樓宇、居民住宅的電力供應(yīng)、夏季制冷及冬季供暖。
項目專家
【魏進(jìn)家】（化工學(xué)院）
研究領(lǐng)域（方向）：
）多相流和非牛頓流體流動與傳熱；
）過程裝備及其強(qiáng)化技術(shù)；
）太陽能光熱發(fā)電利用與新能源化工。
文章來源:西青院艾思科創(chuàng)服務(wù)中心 微信公眾號
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