CN113465192A - 一种光伏光热热力互补的供储能*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏光热热力互补的供储能***，包括分光器件，二次匀光器件，光伏发电***，塔式太阳能聚光***，储能罐，燃气轮机发电***；其中，所述太阳光线进入分光器件用于对太阳光谱的短波和长波进行部分分光，将短波用于光伏发电***发电，长波用于塔式太阳能聚光***生产高参数的导热流体，太阳光充足时将多余导热流体存储在储能罐中，其余的导热流体进入空气加热器加热燃气轮机发电***燃烧室的入口空气，用于增加布雷顿循环压缩空气初焓的方式进行太阳能间接发电。本发明同时利用光热发电的储能优势，增加导热流体储能罐，提高***的发电稳定性。
Description
技术领域
本发明属于太阳能热利用技术领域，具体涉及一种光伏光热热力互补的供储能***。
背景技术
当前主要有两种太阳能发电方式，包括光伏发电和光热发电。由于光伏发电仅能利用特定波长光伏范围，其发电效率集中在12％～25％范围内。而光热发电虽然对太阳能全光谱进行利用，但高品位紫外和可见波段能量转换为低品位太阳热能，转换过程中存在严重的不可逆损失，因此光热发电效率多在13％～20％范围内，仍然比较低。因此，全光谱梯级利用方法作为太阳能利用领域重要的前沿研究方向得到重视和研究。
太阳能光热发电***一般由集热***、热传输和储存***、热交换***、发电***组成。运行时通过聚光镜场将太阳光聚焦到吸热器上，由吸热器加热工质到高温，再通过换热产生高温高压的蒸汽或超临界二氧化碳，最终驱动汽轮机等设备发电。太阳能光伏发电是利用光伏效应原理将太阳能直接转换为电能，通常将入射太阳能聚光到电池表面，在相同输出电功率下，减少所需电池材料用量，从而降低光伏发电成本。
光伏-光热互补利用***，对太阳光谱的短波和长波进行部分分光，分别用于光伏发电和光热利用，同时使其运行在各自适合的温度范围内，这种方式将太阳能全光谱进行分割并对高低频部分分别进行光伏、光热利用。由于分光器件的使用通常造成光伏电池表面能流分布不均，进而导致电池表面温度集中、内部电流不匹配等问题。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种光伏光热热力互补的供储能***，通过太阳能与热力循环形成热互补，可以实现更高效、更稳定地发电。本发明利用高倍塔式聚光集热方式将太阳能转换为高温热能，用以加热燃气轮机燃烧室的入口空气，以增加布雷顿循环压缩空气初焓的方式实现太阳能发电，同时利用光热发电的储能优势，增加导热流体储能罐，提高***的发电稳定性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种光伏光热热力互补的供储能***，包括分光器件1，二次匀光器件2，光伏发电***3，塔式太阳能聚光***4，储能罐5，燃气轮机发电***9；其中，
所述太阳光线进入分光器件1用于对太阳光谱的短波和长波进行部分分光，将短波用于光伏发电***3发电，长波用于塔式太阳能聚光***4生产高参数的导热流体，太阳光充足时将多余导热流体存储在储能罐5中，其余的导热流体进入空气加热器8加热燃气轮机发电***9燃烧室的入口空气，用于增加布雷顿循环压缩空气初焓的方式进行太阳能间接发电。
用于光伏发电***的短波波长小于850nm～900nm，其余部分用于塔式太阳能聚光***。
所述二次匀光器件2中光线经多次反射、折射形成均匀聚焦光斑。
所述塔式太阳能聚光***4包括吸热器10，吸热器10为多孔泡沫陶瓷，材质为碳化硅或氧化锆等材料。
所述空气加热器8出口设置导热流体管道12，导热流体管道12连接塔式太阳能聚光***4，导热流体在吸热器10内重新被加热。
所述空气加热器8出口设置空气管道13，空气管道13连接燃气轮机发电***9的燃烧室。
所述空气加热器8入口设置空气管道7，空气管道7连接燃气轮机发电***9的压气机出口。
所述储能罐5上入口连接导热流体出口管道11，储能罐5出口连接空气加热器8。
所述空气加热器8入口导热流体的温度为600℃～700℃。
所述空气加热器8为翅片式换热器，换热效率高于96％。
所述光伏发电***3包括光伏组件，光伏组件的表面温度低于60℃。
所述***根据经济性评估结果进行燃气轮机压气机功率的优化选择。
本发明的有益效果：
本发明相比常规太阳能发电***，同时结合了光伏、光热与热力循环发电，高效利用太阳能地同时保证了***发电的稳定性，同时结合储能***，增加***的供电质量，减少弃光现象造成的资源浪费，实现清洁能源的高效利用。
本发明在光伏电池表面增加二次匀光器件，使聚光光线在未聚焦至光伏电池表面前，经多次反射、折射形成匀光焦斑，使光伏电池表面能流分布更加均匀。
本发明相比现有技术能更加有效地利用太阳能，降低***光热转换损失，能够实现更高效地清洁能源供电。同时结合热力***与光热发电的储能***，保证***长时间稳定供电，解决目前存在的清洁能源供电不稳定问题。
附图说明
图1为本发明一种光伏光热热力互补的供储能***。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，一种光伏光热热力互补的供储能***，其特征在于，包括分光器件1，二次匀光器件2，光伏发电***3，塔式太阳能聚光***4，储能罐5，燃气轮机发电***9；其中，
太阳光线进入分光器件1，对太阳光谱的短波和长波进行部分分光，将短波用于光伏发电***3发电，长波用于塔式太阳能聚光***4生产高参数的导热流体。用于光伏发电***的短波波长小于850nm～900nm，其余部分用于塔式太阳能聚光***。光伏发电***3中，光伏组件表面温度低于60℃；塔式太阳能聚光***4中吸热器4为多孔泡沫陶瓷，材质为碳化硅或氧化锆等材料。
由于分光器件的使用通常造成光伏电池表面能流分布不均，进而导致电池表面温度集中、内部电流不匹配等问题，本发明在光伏电池表面增加二次匀光器件2，使聚光光线在未聚焦至光伏电池表面前，经多次反射、折射形成匀光焦斑，使光伏电池表面能流分布更加均匀。
导热流体出口管道11连接储能罐5，当太阳光充足时将多余导热流体存储在储能罐5中，储能罐5出口连接空气加热器8，其余的导热流体进入空气加热器8加热燃气轮机发电***9燃烧室的入口空气，以增加布雷顿循环压缩空气初焓的方式进行太阳能间接发电。空气加热器8为翅片式换热器，换热效率高于96％，空气加热器出口的导热流体管道12连接塔式太阳能聚光***4，导热流体在吸热器10内重新被加热。其中，空气加热器8入口导热流体的温度为600℃～700℃。
其中，空气加热器出口的空气管道13连接燃气轮机发电***9的燃烧室，空气加热器入口的空气管道7连接燃气轮机发电***9的压气机出口，根据经济性评估结果进行燃气轮机压气机功率的优化选择。
本发明通过分光器件分光，利用二次匀光器件保证分光后光线的均匀性，实现光伏与光热对太阳能全光谱的梯级利用，实现太阳能的低成本高效利用。同时结合热力***与光热***中的储能***，保证整个***稳定供电，将聚光太阳能与布雷顿循环热互补集成，不仅获得较大的太阳能发电份额，同时保证较高的太阳能热发电效率。
Claims (9)
1.一种光伏光热热力互补的供储能***，其特征在于，包括分光器件(1)，二次匀光器件(2)，光伏发电***(3)，塔式太阳能聚光***(4)，储能罐(5)，燃气轮机发电***(9)；其中，
所述太阳光线进入分光器件(1)用于对太阳光谱的短波和长波进行部分分光，将短波用于光伏发电***(3)发电，长波用于塔式太阳能聚光***(4)生产高参数的导热流体，太阳光充足时将多余导热流体存储在储能罐(5)中，其余的导热流体进入空气加热器(8)加热燃气轮机发电***(9)燃烧室的入口空气，用于增加布雷顿循环压缩空气初焓的方式进行太阳能间接发电。
2.根据权利要求1所述的一种光伏光热热力互补的供储能***，其特征在于，用于光伏发电***的短波波长小于850nm～900nm，其余部分用于塔式太阳能聚光***。
3.根据权利要求1所述的一种光伏光热热力互补的供储能***，其特征在于，所述二次匀光器件(2)中光线经多次反射、折射形成均匀聚焦光斑。
4.根据权利要求1所述的一种光伏光热热力互补的供储能***，其特征在于，所述塔式太阳能聚光***(4)包括吸热器(10)，吸热器(10)为多孔泡沫陶瓷，材质为碳化硅或氧化锆等材料。
5.根据权利要求1所述的一种光伏光热热力互补的供储能***，其特征在于，所述空气加热器(8)出口设置导热流体管道(12)，导热流体管道(12)连接塔式太阳能聚光***(4)，导热流体在吸热器(10)内重新被加热；
所述空气加热器(8)出口设置空气管道(13)，空气管道(13)连接燃气轮机发电***(9)的燃烧室。
6.根据权利要求1所述的一种光伏光热热力互补的供储能***，其特征在于，所述空气加热器(8)入口设置空气管道(7)，空气管道(7)连接燃气轮机发电***(9)的压气机出口；
所述储能罐(5)上入口连接导热流体出口管道(11)，储能罐(5)出口连接空气加热器(8)。
7.根据权利要求1所述的一种光伏光热热力互补的供储能***，其特征在于，所述空气加热器(8)入口导热流体的温度为600℃～700℃。
8.根据权利要求1所述的一种光伏光热热力互补的供储能***，其特征在于，所述空气加热器(8)为翅片式换热器。
9.根据权利要求1所述的一种光伏光热热力互补的供储能***，其特征在于，所述光伏发电***(3)包括光伏组件，光伏组件的表面温度低于60℃。
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