CSPV:光熱+光伏熱電聯產的一種理想模式,太陽能轉化效率可達90%左右
發布者:lzx | 來源:CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 2465查看 | 2020-04-26 10:30:52    

CSPPLAZA光熱發電網報道:據外媒近日報道,美國國家可再生能源實驗室(NREL)發表在《自然能源》上的一項新研究表明,科學家們已經制造出了一種效率接近50%的太陽能電池。


通過現代工程和納米技術的魔力,這種新型太陽能電池總共包含約140種各種III-V材料層,以支持這些連接點的性能,但它比一根頭發還窄。


研究人員表示,目前該六結太陽能電池保持著47.1%的最高轉換效率的世界紀錄,這是在集中照明下測量的。即使在太陽光下的轉換效率也高達39.2%,這也是目前最高的記錄。


雖然效率很高,但高昂的制造成本限制了其大規模市場應用,目前僅用于衛星供電等特殊領域,在這些特殊領域往往需要電池體積越小越好,而完全不用擔心資金問題。


如何克服其高成本劣勢同時發揮高效的特點,使其得以應用于更多市場領域甚至實現居民日常生活應用呢?


目前科學家們正在嘗試將其與聚光技術結合起來,以實現更經濟的部署。


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圖:NREL新型太陽能電池研發人員John Geisz (左)和Ryan France(右)


據上述新型太陽能電池研發人員之一的NREL科學家Ryan France介紹,降低成本的一個方法是減少所需的面積,可以通過使用鏡子捕捉光線并將光線聚焦到某一點來做到這一點。


簡單來說,就是把聚光技術與高效太陽能電池結合起來,使用大面積相對便宜的鏡場來搜集太陽能并聚焦于太陽能電池,以減少太陽能電池的用量以平衡成本。


事實上,類似的光熱光伏技術混合思路早已存在,國內外一些科研單位和企業已經取得了一定進展,也有一些項目在布局。


據CSPPLAZA此前報道,致力于通過創新型的CSPV技術生產更高效更廉價的太陽能清潔電力的澳大利亞Raygen公司此前剛剛宣布,該公司已從澳大利亞可再生能源署(ARENA)獲得300萬澳元,用于對一個以水為儲存介質的光熱發電試點項目進行可行性研究。


該項目便將采用Raygen公司開發的CSPV技術,該技術將光伏發電與集中式太陽能光熱發電技術相結合,可以同時產生電力和熱量。和常見的塔式技術一樣,其采用定日鏡反射陽光至集熱塔產生高溫熱能,聚光倍數為750倍,每一個塔式模塊安裝一個大小約1平方米的高效聚光GaInP/GaAs/Ge三結太陽電池,發電功率為200kW。


據RayGen業務開發主管Will Mosley介紹,該技術可以使所搜集到的太陽能的轉化率達到90%左右,其中約三分之一被太陽能電池直接轉換為電能,另外約三分之二與水換熱轉化為熱能儲存起來。


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圖:Raygen建于澳大利亞的模塊化CSPV項目


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圖:Raygen開發的CSPV技術原理


近年來,中國科學院工程熱物理研究所傳熱傳質研究中心也在致力于基于高強度傳熱技術研制出高倍聚光光伏電池的控溫冷卻方法方面的研究,目前也已取得一些進展。


由于聚光光伏電池在高溫環境下發電效率較低,中國科學院工程熱物理研究所課題組將散熱和熱利用巧妙結合,開發了獨特的高效散熱兼熱回收系統,將回收的余熱用于冬季供暖和夏季制冷除濕,給用戶提供冷熱濕電一體化解決方案,既可有效降低單位投資成本,又能滿足用戶的各種需求。這種光伏光熱一體化系統,適合于鄉村校舍、醫院、廠房等公共建筑,偏遠鄉村和別墅區用戶,海島、邊防站以及光伏農業等,具有廣闊市場前景。


針對高倍聚光光伏光熱一體化系統,該課題組完成了聚光光伏發電及余熱利用系統的熱力學建模和優化分析,確定了最佳運行參數和方案。對于光伏電池的控溫問題,課題組設計研發了以熱管技術為核心的被動式傳熱控溫器件,實現聚光光伏電池熱面溫度的控制以及余熱的傳遞和轉換。在實驗方面,課題組對研發設計的系統模組箱進行了室外實驗測試,結果表明模組發電效率平均達到26%,太陽能綜合利用率超過75%,均達到國際先進水平。


目前,該研究團隊已經在河北衡水建設發電量15kW的高倍聚光光伏發電系統并計劃后續在衡水地區展開中等規模的示范推廣,并進一步推向光伏農業、海島邊防區等民用領域。此外,該技術還可以與火電廠結合,實現光煤互補發電,并用余熱制冷解決火電空冷機組的渡夏問題。

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