一種塔式太陽(yáng)能光熱與光伏聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種塔式太陽(yáng)能光熱與光伏聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，主要包括帶有可透光光伏電池的定日鏡、吸熱器、發(fā)電裝置和儲(chǔ)熱系統(tǒng)。將可透光光伏電池置于定日鏡上方吸收太陽(yáng)能進(jìn)行光伏發(fā)電。定日鏡將剩余的太陽(yáng)能反射給吸熱器，吸熱器的熱量首先傳遞給儲(chǔ)熱系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)熱，剩余部分直接用于發(fā)電。在光照不足時(shí)，儲(chǔ)熱系統(tǒng)釋放熱量給發(fā)電裝置的工質(zhì)進(jìn)行發(fā)電。本發(fā)明將光熱和光伏發(fā)電兩種方式相結(jié)合，既可以達(dá)到對(duì)光能進(jìn)行多次吸收利用的效果，又可以提高整個(gè)系統(tǒng)發(fā)電的持久性。
【專利說(shuō)明】
一種塔式太陽(yáng)能光熱與光伏聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于太陽(yáng)能綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光熱與光伏聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]與常規(guī)能源相比，太陽(yáng)能分布廣泛，取之不盡，用之不竭，且不會(huì)出現(xiàn)化石燃料燃燒造成的環(huán)境污染。對(duì)于偏遠(yuǎn)山區(qū)、沙漠和島嶼等地方，太陽(yáng)能更顯示出其優(yōu)越性。發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)，對(duì)于緩解世界能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題具有重大的意義。
[0003]太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)分為太陽(yáng)能光熱發(fā)電和太陽(yáng)能光伏發(fā)電。光伏發(fā)電是利用某些材料的光伏效應(yīng)，將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電方式。光熱發(fā)電是利用太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱量加熱工質(zhì)，為汽輪機(jī)提供蒸汽，從而達(dá)到發(fā)電的目的。光伏發(fā)電具有光電轉(zhuǎn)化率高、成本低廉的特點(diǎn)。但是由于太陽(yáng)輻射強(qiáng)度會(huì)不斷變化，光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電功率具有波動(dòng)性，很難保證電網(wǎng)的穩(wěn)定。對(duì)于光熱發(fā)電系統(tǒng)，增加儲(chǔ)熱裝置后，發(fā)出的電功率比較穩(wěn)定，但發(fā)電成本較高。太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)主要有槽式、塔式和碟式三種。其中塔式太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)具有較高的聚光倍數(shù)和光熱轉(zhuǎn)換效率，可達(dá)到較高的溫度，熱發(fā)電效率較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種塔式太陽(yáng)能光熱與光伏聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，將光伏和光熱兩種發(fā)電方式相結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高太陽(yáng)能的利用效率。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0006]包括可透光光伏電池、聚光裝置、吸熱器、發(fā)電裝置以及儲(chǔ)熱系統(tǒng)；所述可透光光伏電池與聚光裝置相連，可透光光伏電池以及吸熱器依次設(shè)置于聚光裝置的反射光路上，發(fā)電裝置以及儲(chǔ)熱系統(tǒng)與吸熱器相連，發(fā)電裝置與儲(chǔ)熱系統(tǒng)相連。
[0007]所述可透光光伏電池選自可透光且可雙面吸收太陽(yáng)能并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光伏電池。
[0008]所述聚光裝置選自定日鏡，所述定日鏡包括依次相連的反射鏡、跟蹤傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及支撐機(jī)構(gòu)。
[0009]所述可透光光伏電池設(shè)置于所述定日鏡的反射鏡上，所述反射鏡和可透光光伏電池之間留有空隙。
[0010]所述儲(chǔ)熱系統(tǒng)包括由蒸氣蓄熱器、高溫熔鹽罐和低溫熔鹽罐構(gòu)成的吸熱/放熱可逆回路;所述吸熱器與所述可逆回路的熱輸入端相連，所述發(fā)電裝置與所述可逆回路的熱輸出端相連。
[0011]所述可透光光伏電池吸收太陽(yáng)能進(jìn)行光伏發(fā)電，透過(guò)所述可透光光伏電池的太陽(yáng)能經(jīng)過(guò)聚光裝置反射再次被所述可透光光伏電池吸收并進(jìn)行光伏發(fā)電，未被吸收部分則透過(guò)所述可透光光伏電池，經(jīng)兩次透過(guò)所述可透光光伏電池后剩余的太陽(yáng)能由所述吸熱器吸收。
[0012]所述吸熱器將通過(guò)吸收太陽(yáng)能產(chǎn)生的熱能儲(chǔ)存在所述儲(chǔ)熱系統(tǒng)，未能儲(chǔ)存的部分傳遞給所述發(fā)電裝置進(jìn)行光熱發(fā)電。
[0013]儲(chǔ)存在所述儲(chǔ)熱系統(tǒng)的熱能釋放后傳遞給所述發(fā)電裝置進(jìn)行光熱發(fā)電。
[0014]所述聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)需要使用的電能由所述可透光光伏電池提供。
[0015]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0016]本發(fā)明將光熱和光伏發(fā)電兩種方式相結(jié)合，既可以達(dá)到對(duì)光能進(jìn)行多次吸收利用的效果，又可以提高整個(gè)系統(tǒng)發(fā)電的持久性。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是塔式太陽(yáng)能光熱與光伏聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是帶有可透光光伏電池的定日鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖中:1.定日鏡，1-1.反射鏡，1-2.跟蹤傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，1-3.支撐機(jī)構(gòu)，2.吸熱器，3.換熱器，4.儲(chǔ)熱系統(tǒng)，5.高溫熔鹽罐，6.低溫熔鹽罐，7.蒸汽蓄熱器，8.汽輪機(jī)，9.凝汽機(jī)，10.給水栗，11.除氧器，12.可透光光伏電池。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
[0021](一)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
[0022]本發(fā)明公開了一種塔式太陽(yáng)能光熱與光伏聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，如圖1所示，其包括帶有可透光光伏電池12的定日鏡1、塔式吸熱器2、發(fā)電裝置和儲(chǔ)熱系統(tǒng)4。其中，塔式吸熱器2與發(fā)電裝置為光熱發(fā)電的主要部分，可透光光伏電池12為光伏發(fā)電的主要部分。
[0023]參見圖2，定日鏡I為一種由反射鏡1-1、支撐機(jī)構(gòu)1-3及跟蹤傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1-2等組成的聚光裝置，反射鏡1-1上方被可透光光伏電池12覆蓋。定日鏡功能是通過(guò)跟蹤傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)輻射能的最佳跟蹤，從而獲取最多的太陽(yáng)輻射能(下文簡(jiǎn)稱為太陽(yáng)能)。反射鏡1-1和可透光光伏電池12之間留一定的空隙，防止所述光伏電池溫度過(guò)高。所述光伏電池可以雙面吸收太陽(yáng)能以進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并具有一定的透光性。將可透光光伏電池12置于定日鏡I上方吸收太陽(yáng)能進(jìn)行光伏發(fā)電，剩余的太陽(yáng)能經(jīng)過(guò)定日鏡I反射再次被所述光伏電池吸收進(jìn)行光伏發(fā)電。整個(gè)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)需要的電能由所述光伏電池發(fā)電提供，無(wú)需再?gòu)耐饨绔@取電能。兩次透過(guò)所述光伏電池的太陽(yáng)能被塔式吸熱器2吸收進(jìn)行光熱發(fā)電，以達(dá)到對(duì)光能進(jìn)行多次吸收利用的效果。
[0024]參見圖1，塔式吸熱器2對(duì)流經(jīng)吸熱器的工質(zhì)進(jìn)行加熱，使其成為過(guò)熱蒸汽。隨著一天中光照強(qiáng)度和氣候的變化，塔式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)三種不同的運(yùn)行模式。當(dāng)光照充足時(shí)，塔式吸熱器2產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽量大于汽輪機(jī)8額定發(fā)電時(shí)所需的蒸汽量。此時(shí)一部分過(guò)熱水蒸汽直接流入汽輪機(jī)8完成發(fā)電，汽輪機(jī)8出口排出的蒸氣經(jīng)過(guò)凝汽機(jī)9進(jìn)行冷凝，冷凝后經(jīng)給水栗10加壓以及除氧器11除氧后重新流回塔式吸熱器2。另一部分過(guò)熱水蒸汽流入儲(chǔ)熱系統(tǒng)4，經(jīng)由換熱器3(熱輸入端)，對(duì)低溫熔鹽罐6中的熔鹽進(jìn)行加熱(使過(guò)熱水蒸汽降溫)，加熱后的高溫熔鹽流入高溫熔鹽罐5進(jìn)行儲(chǔ)存。降溫后的過(guò)熱蒸汽流入蒸汽蓄熱器7進(jìn)行儲(chǔ)存。當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到一定強(qiáng)度，使塔式吸熱器2剛好產(chǎn)生滿足汽輪機(jī)8額定發(fā)電時(shí)所需的蒸汽量時(shí)，塔式吸熱器2產(chǎn)生的全部過(guò)熱蒸氣全部流入汽輪機(jī)8進(jìn)行發(fā)電。在太陽(yáng)光照不足時(shí)，高溫熔鹽罐5中的高溫熔鹽流入換熱器(熱輸出端)對(duì)從蒸汽蓄熱器7中流出的水蒸汽進(jìn)行加熱，加熱后的水蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)8進(jìn)行發(fā)電，降溫后的熔鹽流入到低溫熔鹽罐6中。
[0025](二)系統(tǒng)的工作原理
[0026]定日鏡I通過(guò)跟蹤傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)最佳太陽(yáng)輻射能進(jìn)行追蹤，太陽(yáng)光首先透過(guò)可透光光伏電池12，所述光伏電池吸收太陽(yáng)能進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換發(fā)電。太陽(yáng)光透過(guò)所述光伏電池后，經(jīng)定日鏡I反射再次透過(guò)所述光伏電池進(jìn)行第二次的光電轉(zhuǎn)換，剩余的太陽(yáng)能被反射到塔式吸熱器2對(duì)其工質(zhì)進(jìn)行加熱。光伏發(fā)電的電能一部分送入電網(wǎng)，一部分供給整個(gè)聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)本身使用。塔式吸熱器2吸收的熱量首先提供給儲(chǔ)熱系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)熱，剩余部分用于加熱發(fā)電裝置的工質(zhì)進(jìn)行發(fā)電。光照不足時(shí)，儲(chǔ)熱系統(tǒng)釋放熱量給發(fā)電裝置的工質(zhì)進(jìn)行發(fā)電，提高了整個(gè)系統(tǒng)發(fā)電的持久性。
[0027](三)內(nèi)容總結(jié)
[0028]太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)雖然已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行，然而無(wú)論是光伏發(fā)電或是光熱發(fā)電的效率依舊處于較低的水平，使得其發(fā)電成本過(guò)高，制約了其在實(shí)際上的應(yīng)用。要實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能發(fā)電的高效，能量的梯級(jí)利用是一個(gè)可行性較高的方案。本發(fā)明即以能量的分級(jí)利用為思路，首先借助可透光光伏電池，利用太陽(yáng)能進(jìn)行兩次光伏發(fā)電，相比傳統(tǒng)光伏發(fā)電的單次吸收(實(shí)驗(yàn)室下的最高光電轉(zhuǎn)換效率不足30%)，擁有著更高的轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明在光伏發(fā)電的基礎(chǔ)上同時(shí)添加了光熱發(fā)電系統(tǒng)，利用反射鏡將兩次光伏發(fā)電后未能吸收的太陽(yáng)能反射于塔式吸熱器，實(shí)現(xiàn)光能的再次利用，相比傳統(tǒng)的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，整體發(fā)電效率顯著提高，發(fā)電成本降低，獨(dú)立性增強(qiáng)。同時(shí)，儲(chǔ)熱系統(tǒng)的加入有效提升了發(fā)電的穩(wěn)定性，保障了其在并網(wǎng)發(fā)電中的應(yīng)用前景。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種塔式太陽(yáng)能光熱與光伏聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:包括可透光光伏電池(12)、聚光裝置、吸熱器(2)、發(fā)電裝置以及儲(chǔ)熱系統(tǒng)(4);所述可透光光伏電池(12)與聚光裝置相連，可透光光伏電池(12)以及吸熱器(2)依次設(shè)置于聚光裝置的反射光路上，發(fā)電裝置以及儲(chǔ)熱系統(tǒng)(4)與吸熱器(2)相連，發(fā)電裝置與儲(chǔ)熱系統(tǒng)(4)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種塔式太陽(yáng)能光熱與光伏聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述可透光光伏電池(12)選自可透光且可雙面吸收太陽(yáng)能并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光伏電池。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種塔式太陽(yáng)能光熱與光伏聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述聚光裝置選自定日鏡(I)，所述定日鏡(I)包括依次相連的反射鏡(1-1)、跟蹤傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(1-2)以及支撐機(jī)構(gòu)(1-3)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種塔式太陽(yáng)能光熱與光伏聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述可透光光伏電池(12)設(shè)置于所述定日鏡(I)的反射鏡(1-1)上，所述反射鏡(1-1)和可透光光伏電池(12)之間留有空隙。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種塔式太陽(yáng)能光熱與光伏聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述儲(chǔ)熱系統(tǒng)(4)包括由蒸氣蓄熱器(7)、高溫熔鹽罐(5)和低溫熔鹽罐(6)構(gòu)成的吸熱/放熱可逆回路;所述吸熱器(2)與所述可逆回路的熱輸入端相連，所述發(fā)電裝置與所述可逆回路的熱輸出端相連。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種塔式太陽(yáng)能光熱與光伏聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述可透光光伏電池(12)吸收太陽(yáng)能進(jìn)行光伏發(fā)電，透過(guò)所述可透光光伏電池(12)的太陽(yáng)能經(jīng)過(guò)聚光裝置反射再次被所述可透光光伏電池(12)吸收并進(jìn)行光伏發(fā)電，未被吸收部分則透過(guò)所述可透光光伏電池(12)，經(jīng)兩次透過(guò)所述可透光光伏電池(12)后剩余的太陽(yáng)能由所述吸熱器(2)吸收。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種塔式太陽(yáng)能光熱與光伏聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述吸熱器(2)將通過(guò)吸收太陽(yáng)能產(chǎn)生的熱能儲(chǔ)存在所述儲(chǔ)熱系統(tǒng)(4)，未能儲(chǔ)存的部分傳遞給所述發(fā)電裝置進(jìn)行光熱發(fā)電。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種塔式太陽(yáng)能光熱與光伏聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:儲(chǔ)存在所述儲(chǔ)熱系統(tǒng)(4)的熱能釋放后傳遞給所述發(fā)電裝置進(jìn)行光熱發(fā)電。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種塔式太陽(yáng)能光熱與光伏聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)需要使用的電能由所述可透光光伏電池(12)提供。
【文檔編號(hào)】F24J2/54GK106014889SQ201610438138
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月17日
【發(fā)明人】何茂剛, 劉向陽(yáng), 張穎, 朱晨陽(yáng), 辛楠, 魏顯貴, 朱明成, 張燦海
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué), 青海黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司