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兴邺光伏光热一体化技术 提升太阳能利用效率

发表时间:2021-08-23 13:30

       近年来,太阳能光热利用与太阳能光伏发电产业,得到快速发展,但单一的光热光伏效率低,光热效率仅50%,光伏20%,为进一步提升光热光伏效率,上海兴邺材料科技逐渐把两种技术融合在一起,这就是太阳能光热光伏一体化技术(PV/T),即太阳能热水器在提供生活热水的同时,也具有发电的功能,并且还通过双轴跟踪及弧面聚光镜来实现效率更高。


     

       这种光伏光热一体化技术还因地制宜,如采暖是北方刚需,传统的集中供暖会消耗大量的煤炭资源,管道运输会有温损,而兴邺的光热光伏一体化技术可实现太阳能光热热水,通过换热方式实现供暖,如一年中4个月供暖,剩下的8个月时间用来光伏发电,或者热水够时,也可以进行发电;南方采暖需求时间少,可以更多时间进行光伏发电,即兴邺的光热与光电是因地制宜,按需切换,再加上良好的保温设施,中间没有温损,效率更高,利用率更高,因此,兴邺这种将太阳能光伏光热产能与建筑用能相结合有着巨大的优势。

光热光伏一体化的现状有初步研究,但还未广泛应用

  光热光伏一体化不仅实现了太阳能热水器的全自动运行,而且把光热和光伏有机结合在一起,产生热水的同时还能发电。事实上,类似的光热光伏技术混合思路早已存在,国内外一些科研单位和企业已经取得了初步进展,但由于技术层还有一些局限性,现有设计方案都存在某些缺陷,比如由于光伏电池在高温环境下发电效率较低,阴雨天光照不足,光热光伏如何转换,如何低成本储能等问题没有从技术层面突破,因而光热光伏一体化技术还处于发展初级阶段,不能进行大面积铺开,更不能被普及。


       因而,推广太阳能光热光伏技术的应用是一个新的课题。随着太阳能产业化进程和技术开发的深化太阳能光热光伏技术的效率、性价比将得到迅速提高,在各个领域都将得到广泛的应用也将推动我国“绿色工程”的快速发展。

光热光伏一体化未来发展:技术创兴更具可行性


       太阳能光热光电结合的开发和利用是近有实效,远有前景的事业。

       

       具体分析,在外部环境层面,我国大部分地区光照充足,并且以晴天居多,有充足的光照时间;在空间上,我国地域宽广,大量的农村空余土地及农业、林业上端均可用于光伏发电和光热在能量匹配上,光伏光热正可对应建筑电和热为主的用能方式,且和大工业用能相比,光伏光热基本可满足建筑的能源需求;在能源形式上,光伏的直流的形式也适用于建筑内照明及各种电器使用

       

       在技术层面,由于聚光光伏电池在高温环境下发电效率较低,兴邺的光伏光热设备可将散热和热利用巧妙结合,它开发了差异化的散热兼热利用系统,采用水作为冷却介质可以降低太阳电池的工作温度提高发电效率光伏产生的热用于冬季供暖和夏季制冷,给用户提供冷热电一体化解决方案,既可降低单位投资成本,又能满足用户的各种需求。


       并且设备所用的集热管具有导热性能好结构简单、工作可靠、温度均匀等良好性能。热管作为一种优良的导热元件,与光伏光热一体化技术的结合应用是一项创新的技术。热管PV/T技术克服了传统PV/T系统中温度不均及冬季结冰等问题,可解决光伏板温度过高影响发电效率的问题。

       

       兴邺的这种光伏光热一体化设备可做到双轴跟踪,可根据经纬度追踪太阳光照方向来调整,并且有智能控制系统,能够自动感应光照强度、天气情况,来调整光伏板高度及倾斜度,从而保证了太阳热水器的各根光伏板集热管全天中任一时段都能获取充足的光照,这样即可显著提升集热及发电效率。当太阳光达到足够强度时,自动跟踪系统被唤醒,并转动到指向太阳光的位置上开始自动跟踪,当太阳光强度某种程度或太阳光没有明显方向感时自动跟踪系统进入休眠状态,机器直接停止在当前的位置上,这种双轴跟踪实现发电效率可提升36%。


       除了双轴跟踪,为进一步提升光伏光热效率,该设备还采用高强度聚光的弧面反光镜,通过弧面反光镜将大面积的太阳光汇聚在较小面积的太阳电池或集热管上,一方面,相同的输出功率,可以大幅度减少太阳电池的消耗,降低电池消耗成本,另一方面,进一步提高了发电及集热效率。



光热光伏一体化研究:仿真+模拟实验,未来适合多种场景



       围绕绿色能源利用,兴邺组建了以新南威尔士大学博士为中心的仿真部,针对光伏光热一体化技术,成立了专门的仿真课题组,该课题组完成了聚光光伏发电、热能利用系统、储能系统的热力学建模和优化分析,确定了较佳运行参数和方案。对于光伏电池的控温问题,课题组设计研发了以热管技术为核心的被动式传热控温器件,实现聚光光伏电池热面温度的控制以及余热的传递和转换。


       同时,还有对应的检测试验实验室及打样车间,通过不断的实验,反复测试得出了这种光伏光热设备效果价值:对比传统太阳能热水设备,因角度不可调,不能追踪光照大限度获得热量,将30度热水加热到达到80热水度需要4小时,并且水温达到80度后温度基本不能再升高。兴邺这种光热光伏一体化设备优势的双轴跟踪,加上弧面聚光反光镜,高性能真空技术,20分钟即可将初温30度的热水加热到100°C 。这种的光热光伏一体化技术,可同时从给指定区域产生热量和电力,与传统太阳能热水器相比,集热效率提升了300%。


       一项技术的进步不能只停留在理论,而应该变为实际应用,为生产生活服务。这种光伏光热一体化系统,适合于城市社区、学校、医院、厂房、高铁站、机场、酒店,以及偏远农村和别墅区,还有光伏农业等,具有广阔市场前景。利用这种光伏光热一体化技术,我们设想的未来是,从我们的家庭到酒店、到机场高铁站等,都可实现非化石能源如煤炭锅炉热水,非电加热水,还能替代煤炭锅炉方式供暖、空调取暖制冷,并且能实现炊事气改电(太阳能自发电),这将是人类脱碳路线图的关键部分,是供能方式的一大颠覆性变革。


     

       兴邺开发的这种光伏光热一体化技术效益明显,随着该技术的逐步成熟,相信会进一步推动光伏、光热建筑一体化与多能互补在低碳建筑应用,使中国经济走上可持续发展轨道,成为贡献“碳达峰、碳中和”的重要力量。








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