光伏光熱集熱器與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組聯(lián)合供能系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種光伏光熱集熱器與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組聯(lián)合供能系統(tǒng)，它包括燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組、PVT集熱系統(tǒng)和引水泵，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的凝結(jié)水泵排出的部分凝結(jié)水經(jīng)引水泵進入PVT集熱系統(tǒng)加熱，經(jīng)過PVT集熱系統(tǒng)加熱的凝結(jié)水與凝結(jié)水泵排出的其余凝結(jié)水匯合后進入燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的余熱鍋爐的低壓省煤器的水工質(zhì)入口，PVT集熱系統(tǒng)的電能輸出端與負載或電網(wǎng)連接。本實用新型將PVT集熱系統(tǒng)與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組有機結(jié)合在一起，很好地解決了光伏電池的散熱和廢熱利用問題，大大提高了能源的綜合利用率，減少了天然氣的消耗，有利于燃氣-蒸汽聯(lián)合電廠的節(jié)能減排。
【專利說明】光伏光熱集熱器與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組聯(lián)合供能系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種將PVT光伏光熱集熱裝置和燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組結(jié)合在一起的供熱供電系統(tǒng)，屬太陽能【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏發(fā)電技術(shù)以光伏電池為基礎(chǔ)，利用半導(dǎo)體P-N結(jié)受到光照產(chǎn)生的光伏效應(yīng)直接將光能轉(zhuǎn)換成電能。光伏電池發(fā)電過程中，入射太陽能轉(zhuǎn)換為電能的比例約為15%，其余大部分能量都轉(zhuǎn)換為熱量，使光伏電池的溫度升高，而光伏電池溫度的大幅上升將導(dǎo)致其光電轉(zhuǎn)換效率下降，研究表明，光伏電池溫度每升高I °C，光電轉(zhuǎn)換效率下降0.5%，因此，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)存在著光電轉(zhuǎn)化率低、發(fā)電不連續(xù)和發(fā)電成本高等問題。
[0003]燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組是將經(jīng)過加熱后的天然氣進入燃氣輪機的燃燒室，與壓氣機壓入的高壓空氣混合燃燒，利用產(chǎn)生的高溫高壓氣流推動燃氣輪機旋轉(zhuǎn)做功，從燃氣輪機排出的氣體溫度高達攝氏600度，仍然具有很高的能量，把這些高溫氣體送到鍋爐，把水加熱成蒸汽去推動蒸汽輪機，帶動發(fā)電機發(fā)電。燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的發(fā)電效率比燃煤機組高，而且無需脫硫脫氮，二氧化碳排放量小，對空氣污染程度小。但天然氣面臨著資源匱乏的問題，靠天然氣發(fā)電難以滿足供電要求。
[0004]總之，以上供能系統(tǒng)在能源利用率、發(fā)電成本、節(jié)能減排等方面還不夠理想，有必要進一步研究新能源的綜合利用技術(shù)。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種光伏光熱集熱器與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組聯(lián)合供能系統(tǒng)，以提高能源的綜合利用率，降低發(fā)電成本，達到節(jié)能減排的目的。
[0006]本實用新型所述問題是以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]—種光伏光熱集熱器與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組聯(lián)合供能系統(tǒng)，構(gòu)成中包括燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組、PVT集熱系統(tǒng)和引水泵，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的凝結(jié)水泵排出的部分凝結(jié)水經(jīng)引水泵進入PVT集熱系統(tǒng)加熱，經(jīng)過PVT集熱系統(tǒng)加熱的凝結(jié)水與凝結(jié)水泵排出的其余凝結(jié)水匯合后進入燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的余熱鍋爐的低壓省煤器的水工質(zhì)入口，PVT集熱系統(tǒng)的電能輸出端與負載或電網(wǎng)連接。
[0008]上述光伏光熱集熱器與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組聯(lián)合供能系統(tǒng)，所述PVT集熱系統(tǒng)由多個光伏光熱集熱器串并聯(lián)連接而成，所述光伏光熱集熱器包括PVT框架、CPC聚光鏡、光伏電池組件、導(dǎo)熱板和兩塊鋼化玻璃板，所述CPC聚光鏡安裝在PVT框架上，所述光伏電池組件位于CPC聚光鏡的底部，其背光面通過粘結(jié)層粘結(jié)在導(dǎo)熱板上，所述導(dǎo)熱板內(nèi)設(shè)置有下流體槽道，所述下流體槽道的一端接進水，另一端接保溫蓄水箱；兩塊鋼化玻璃板位于光伏電池組件的迎光面上方，它們與CPC聚光鏡的側(cè)壁圍成的上流體通道一端接凝結(jié)水泵的排水口，一端接余熱鍋爐的低壓省煤器的水工質(zhì)入口。[0009]上述光伏光熱集熱器與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組聯(lián)合供能系統(tǒng)，所述導(dǎo)熱板的背光面設(shè)置有絕熱層，兩塊鋼化玻璃板的上方設(shè)置有防風玻璃蓋板。
[0010]上述光伏光熱集熱器與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組聯(lián)合供能系統(tǒng)，所述上流體通道的內(nèi)壁上設(shè)置有透明絕熱層。
[0011]上述光伏光熱集熱器與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組聯(lián)合供能系統(tǒng)，所述下流體槽道和上流體通道內(nèi)的水流方向相反。
[0012]本實用新型利用燃氣-蒸汽聯(lián)合電廠的低溫凝結(jié)水和生活用水對光伏光熱集熱器中的光伏電池組件進行冷卻，在降低電池組件工作溫度的同時，得到了生活熱水和較高溫度的凝結(jié)水，這樣就提高了光伏電池組件的光電轉(zhuǎn)換率和余熱鍋爐的鍋爐效率，降低發(fā)電成本，同時也方便了人們的生活。
[0013]本實用新型將PVT集熱系統(tǒng)與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組有機結(jié)合在一起，很好地解決了光伏電池的散熱和廢熱利用問題，它采用強制循環(huán)流體(水或者空氣)來移除電池組件產(chǎn)生的熱量，這些沒有被轉(zhuǎn)化成電能的熱量被低溫水或冷空氣吸收，很好地解決了光伏電池的光電轉(zhuǎn)化率低的問題，大大提高了能源的綜合利用率，減少了天然氣的消耗，有利于燃氣-蒸汽聯(lián)合電廠的節(jié)能減排。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0015]圖1是光伏光熱集熱器的剖視圖；
[0016]圖2是光伏光熱集熱器與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組聯(lián)合供能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中各標號清單為:1、煙囪，2、高壓給水泵，3、中壓給水泵，4、低壓汽包，5、中壓汽包，6、高壓汽包，7、低壓省煤器，8、高中壓缸，9、汽輪機低壓缸，10、凝汽器，11、循環(huán)水泵，12、凝結(jié)水泵，13、余熱鍋爐，14、引水泵，15、發(fā)電機，17、燃氣輪機，18、再熱器，19、光伏光熱集熱器，20、鋼化玻璃板；21、絕熱層；22、PVT框架；23、CPC聚光鏡；24、玻璃蓋板；25、夾層空氣；26、光伏電池組件；27、粘結(jié)層；28、下流體槽道；29、導(dǎo)熱板；30、上流體通道；31、透明絕熱層。
【具體實施方式】
[0018]本實用新型提出了一種改進型PVT光伏光熱集熱器與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組聯(lián)合供能系統(tǒng)，該系統(tǒng)解決了光伏電池散熱、廢熱利用問題，將光伏發(fā)電進行并網(wǎng)，充分利用了太陽能，補充了燃氣-蒸汽聯(lián)合電廠發(fā)電量，并對燃氣-蒸汽聯(lián)合電廠余熱鍋爐的低壓省煤器入口水工質(zhì)進行加熱，提高了鍋爐效率和發(fā)電效率，降低了發(fā)電成本。
[0019]圖1為光伏光熱集熱器的剖面圖，其主要結(jié)構(gòu)包括:玻璃蓋板24、夾層空氣25、光伏電池組件26、粘結(jié)層27、下流體槽道28、導(dǎo)熱板29、絕熱層21、PVT框架22、CPC聚光鏡23、鋼化玻璃板20、上流體通道30。其工作原理:太陽光經(jīng)CPC聚光鏡23聚集后穿過玻璃蓋板24和鋼化玻璃板20 (兩塊鋼化玻璃板20間距為5cm，不宜過大或過小)，一部分紅外光被鋼化玻璃板20以及上流體通道30內(nèi)的電廠凝結(jié)水吸收，絕大部分可見光照射到光伏電池組件26上(上流體通道30中凝結(jié)水以及鋼化玻璃板20主要吸收紅外光，鋼化玻璃板20吸收的熱量可傳遞給凝結(jié)水，由于凝結(jié)水以及鋼化玻璃板20對可見光吸收率很低，因此絕大部分的可見光可通過鋼化玻璃板20和凝結(jié)水到達光伏電池組件26表面，產(chǎn)生光伏效應(yīng))，根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，光伏電池將15%的太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能，其余大部分能量都轉(zhuǎn)換為熱量，這部分熱量一小部分通過對流以及輻射換熱損失在夾層空氣25之中，一大部分傳遞給粘結(jié)層27，粘結(jié)層(導(dǎo)熱材料)又傳遞給導(dǎo)熱板29，進水經(jīng)下流體槽道28 (內(nèi)嵌在導(dǎo)熱板29之中，其高度為2cm，寬度為4cm，每個下流體槽道28之間間隔2cm，共8個下流體槽道，下流體槽道28長度200cm，導(dǎo)熱板29寬度48cm、厚度4cm，下流體槽道28位于導(dǎo)熱板正中間)吸收電池板背光側(cè)導(dǎo)熱板中的熱量，進水溫度得以提高，光伏光熱集熱器(PVT)在迎光側(cè)與背光側(cè)均設(shè)置流體通道，使得光伏電池溫度大幅度降低，不僅光電轉(zhuǎn)換效率有所提高，而且光伏電池產(chǎn)生的熱量大部分得到有效利用。絕熱層21與PVT框架22均為隔熱材料，防止熱量向外界傳遞而造成損失。
[0020]光伏電池組件26的背光面和導(dǎo)熱板29的外表面之間為粘結(jié)層27，粘結(jié)層涂有不透明的TPT材料和導(dǎo)熱絕緣膠，以填充接觸縫隙提高導(dǎo)熱效果，并且使得光伏電池組件充分利用太陽光來發(fā)電，減弱反射。
[0021]為了保證每塊光伏電池組件26的工作效率，避免熱量在導(dǎo)熱板29與環(huán)境之間以及光伏電池組件26與環(huán)境之間產(chǎn)生不必要的熱損失和熱傳導(dǎo)，在導(dǎo)熱板29底部加裝一層絕熱材料，在光伏電池組件迎光面加裝一層玻璃蓋板24，并且在組件的兩側(cè)以及底部加裝隔熱的PVT框架22。
[0022]本系統(tǒng)的工作原理
[0023]參看圖2，從凝汽器10出來的水工質(zhì)溫度約30°C，由引水泵14引出一股水流進入PVT光伏光熱集熱器的上流體通道30入口，將上層加熱后的水工質(zhì)引入余熱鍋爐13的低壓省煤器7的水工質(zhì)入口處，在低壓省煤器7加熱后進入低壓蒸發(fā)器而后進入低壓汽包4，一部分變成低壓蒸汽進入低壓過熱器進行過熱，直接進入汽輪機低壓缸9做功，低壓汽包4中其余部分水由中高壓給水泵2引出到中高壓省煤器進行加熱，再進入中高壓蒸發(fā)器加熱后，進入中高壓汽包，產(chǎn)生的蒸汽再進入中高壓過熱器進行加熱，中壓過熱器通過再熱器進行再熱后進入汽輪機中壓做功，高壓過熱蒸汽直接進入高壓缸做功，帶動發(fā)電機15發(fā)電，高壓缸做完功的蒸汽進入余熱鍋爐13的再熱器18進行再熱，中壓缸做完功的蒸汽進入低壓缸，低壓缸做完功的蒸汽排到凝汽器10與循環(huán)水泵抽出的循環(huán)冷卻水進行換熱，低壓缸排汽凝結(jié)后又變成凝結(jié)水，部分凝結(jié)水再經(jīng)引水泵14引入PVT光伏光熱集熱器19，相當于提前加熱主給水，加快汽水循環(huán)過程，提高了余熱鍋爐13的鍋爐效率，而且通過太陽輻射表測出的太陽輻射強度對上流體通道30入水工質(zhì)流量進行粗調(diào)，保證出口水工質(zhì)溫度穩(wěn)定在合適的范圍內(nèi)，提高了鍋爐效率的同時，也不至于因溫升原因?qū)е鹿夥l(fā)電效率降低，而且采用簡單的南北放置的單軸太陽跟蹤系統(tǒng)，根據(jù)日出日落的規(guī)律，以每小時15度角的速度由東至西轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)軸，對太陽進行低精度跟蹤，降低跟蹤系統(tǒng)的成本，卻能實現(xiàn)很好的跟蹤效果。上下兩層流道互相獨立、互不連通，采用蛇形管道有助于減小流體在管道的阻力，水工質(zhì)與生活用水相向流通，避免了光伏電池上下層在水工質(zhì)與生活用水的加熱末級同時受熱，保證了光伏發(fā)電效率。光伏電池組件產(chǎn)生的直流電通過逆變器并網(wǎng)補充燃氣-蒸汽聯(lián)合電廠的發(fā)電量。
[0024]圖2中把6個CPC聚光鏡組合在一起構(gòu)成光伏光熱組件為一個光伏光熱單元，單個CPC聚光鏡的聚光比為8，長度為2m，單個CPC的上流體通道30內(nèi)流體的溫升最小為10°c，則經(jīng)過6個串聯(lián)的CPC，上層流體的溫升將達到50°C。以凝結(jié)水流體為30°C計，則經(jīng)過上流體通道30，上流體通道30出口凝結(jié)水的最終溫度將至少達到80°C ;單個CPC的下層流道內(nèi)流體的溫升最小為8°C，以生活用水為25°C計，則經(jīng)過下流體槽道28加熱后，下流體槽道28出口水的最終溫度將至少達到70°C。通過多個光伏光熱單元的串聯(lián)和分布式布置方式，PVT光伏光熱集熱器19產(chǎn)生的直流電壓通過控制器與逆變器直接輸送到當?shù)仉娋W(wǎng)，作為一部分的發(fā)電量用以補充燃氣-蒸汽聯(lián)合電廠的發(fā)電量，一定程度上降低了發(fā)電成本。而對每一個光伏光熱單元的上下兩層流道則采用并聯(lián)給水方式，引至各個光伏光熱單元。光伏電池產(chǎn)生的廢熱則通過導(dǎo)熱性能良好的導(dǎo)熱硅膠熱傳遞給下流體槽道28。通過下流體槽道28的生活用水吸收熱量，被加熱后的生活用水直接被送入保溫蓄水池。
[0025]在PVT光伏光熱集熱器19附近設(shè)置一個輻射表，用于測量太陽輻射強度，根據(jù)太陽輻射強度大小對流入PVT光伏光熱集熱器19上流體通道30的水工質(zhì)流量通過引水泵14進行粗調(diào)，使PVT裝置上流體通道30的出口溫度保持在一定的范圍內(nèi)，并采用簡單的太陽跟蹤系統(tǒng)跟蹤太陽光，降低投資成本卻能實現(xiàn)有效控制的目的。晚上或陰雨天PVT裝置停止工作時，關(guān)閉引水泵14，停止對PVT裝置上流體通道30引入水工質(zhì)，但并不影響余熱鍋爐13的鍋爐效率。
[0026]本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)合供能的目的。PVT光伏光熱集熱器19采用CPC復(fù)合拋物面聚光器，通過上流體通道30的水工質(zhì)與玻璃蓋板對遠紅外光線的吸熱原理與下流體槽道28的散熱與余熱回收技術(shù)，充分利用了太陽能，提高了光伏發(fā)電效率，PVT光伏光熱集熱器19內(nèi)部上下兩層水流道采用蛇形管道，工質(zhì)流動互不影響，均采用逐級加熱方式相向流動，避免了光伏電池上下表面同時受上下兩層流道加熱后的水工質(zhì)最高溫度的影響，從而保持了較高的光伏發(fā)電效率。將加熱工質(zhì)直接送至燃氣-蒸汽聯(lián)合電廠余熱鍋爐13的主給水入口處進而通過低壓省煤器7，加快汽水循環(huán)過程，提高了余熱鍋爐13的鍋爐效率，間接地提高了蒸汽輪機做功的效率。面對目前光伏發(fā)電技術(shù)和光熱發(fā)電技術(shù)尚未成熟和普及的情況下，相對于燃煤電廠，采用一種改進型PVT光伏光熱集熱器與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組聯(lián)合供能系統(tǒng)，降低了發(fā)電成本，并且具有高度的環(huán)境友好性、更高的供電效率、更好的發(fā)展前景。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏光熱集熱器與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組聯(lián)合供能系統(tǒng)，其特征是，它包括燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組、PVT集熱系統(tǒng)和引水泵(14)，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的凝結(jié)水泵(12)排出的部分凝結(jié)水經(jīng)引水泵(14)進入PVT集熱系統(tǒng)加熱，經(jīng)過PVT集熱系統(tǒng)加熱的凝結(jié)水與凝結(jié)水泵(12)排出的其余凝結(jié)水匯合后進入燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的余熱鍋爐(13)的低壓省煤器(7)的水工質(zhì)入口 ；PVT集熱系統(tǒng)的電能輸出端與負載或電網(wǎng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏光熱集熱器與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組聯(lián)合供能系統(tǒng)，其特征是，所述PVT集熱系統(tǒng)由多個光伏光熱集熱器(19)串并聯(lián)連接而成，所述光伏光熱集熱器(19 )包括PVT框架(22 )、CPC聚光鏡(23 )、光伏電池組件(26 )、導(dǎo)熱板(29 )和兩塊鋼化玻璃板(20)，所述CPC聚光鏡(23)安裝在PVT框架(22)上，所述光伏電池組件(26)位于CPC聚光鏡(23)的底部，其背光面通過粘結(jié)層(27)粘結(jié)在導(dǎo)熱板(29)上，所述導(dǎo)熱板(29)內(nèi)設(shè)置有下流體槽道(28)，所述下流體槽道(28)的一端接進水，另一端接保溫蓄水箱；兩塊鋼化玻璃板(20)位于光伏電池組件(26)的迎光面上方，它們與CPC聚光鏡(23)的側(cè)壁圍成的上流體通道(30) —端接凝結(jié)水泵(12)的排水口，一端接余熱鍋爐(13)的低壓省煤器(7)的水工質(zhì)入口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光伏光熱集熱器與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組聯(lián)合供能系統(tǒng)，其特征是，所述導(dǎo)熱板(29)的背光面設(shè)置有絕熱層(21)，兩塊鋼化玻璃板(20)的上方設(shè)置有防風玻璃蓋板(24)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光伏光熱集熱器與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組聯(lián)合供能系統(tǒng)，其特征是，所述上流體通道(30 )的內(nèi)壁上設(shè)置有透明絕熱層(31)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光伏光熱集熱器與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組聯(lián)合供能系統(tǒng)，其特征是，所述下流體槽道(28)和上流體通道(30)內(nèi)的水流方向相反。
【文檔編號】F01K23/10GK203394601SQ201320469595
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月2日
【發(fā)明者】謝澤坤, 金秀章, 曹丁元, 于鑫瑋 申請人:華北電力大學(xué)（保定）