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科学网发电效率低?太阳能光伏光热综合利用看过来

2017-12-19 07:36栏目:评测
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太阳能光伏和太阳能光热是太阳能大规模应用的主要方式,然而到目前为止,太阳能光伏发电依然存在发电效率低、成本高的瓶颈,太阳能光伏光热综合利用(PV/T)是解决问题的重要途径,其核心是在太阳能光伏发电的同时回收多余热能并加以利用,这不仅对电池有冷却作用,可以提高发电效率和寿命,更重要的是实现“一机多能”,大大提高太阳能综合利用效率,同时降低电热分别供应的成本。太阳能光伏光热综合利用不仅是近年来太阳能研究中最热门的研究领域之一,而且成为太阳能产业界备受关注的方向。




太阳能光伏光热综合利用的概念




太阳能光伏光热综合利用技术是将光伏电池与太阳能集热技术结合起来,在太阳能转化为电能的同时,由集热组件中的冷却介质带走电池的热量加以利用,同时产生电、热两种能量收益。国际上将太阳能光伏光热综合利用技术称为PV/T技术,该技术能够提高太阳能的综合利用效率,且能同时满足用户对高品质电力和低品质热能的需求。



太阳能光伏光热综合利用的优点



1)全光谱利用


以硅材料为例,由于半导体禁带宽度的存在,当太阳辐射投射于太阳能电池表面时,只有能量大于禁带宽度的光子才能产生电子空穴对,能量小于禁带宽度的光子将不能对电池的电流作出贡献。晶硅的禁带宽度在1.2eV 左右,对应太阳辐射的波长为1.1μm 左右,而太阳辐射光谱中波长大于1.1μm 的能量占太阳辐射总能量的约40%,这也意味着这部分能量将不能产生电子空穴对。太阳能光伏光热综合利用技术则可将这部分能量转换成可利用的热能,实现太阳辐射光谱的全光谱利用,从而提高太阳能的综合利用效率。


2)多功能利用


对于绝大多数商用光伏电池,电池温度升高会引起光伏转换效率的下降,如果光伏电池吸收的热量受条件限制不能有效释放,反而会导致光伏电池温度升高,引起光伏转换效率的下降。理论与实验研究均表明,在较高的环境温度下,如果不对光伏组件采取冷却措施,其工作温度通常会高达60~90℃;而在有介质冷却的系统中,光伏电池的工作温度基本上在30~50℃。太阳能光伏光热综合利用技术在太阳能转化为电能的同时,由集热组件中的冷却介质带走电池的热量,产生电、热两种能量收益,从而提高太阳能的综合利用效率。


3)降低成本


太阳能光伏光热综合利用技术将太阳能光伏技术和太阳能光热技术结合起来,系统共用了玻璃盖板、框架、支撑构件等,实现了光伏组件和太阳能集热器的一体化,节省了材料、制作和安装成本;太阳能光伏光热综合利用技术有效控制了光伏电池工作温度,避免了电池高温工作,从而提高了光伏电池的运行寿命,也可以说是减少了硅材料的损耗,改善了其经济性。


4)节约安装面积


建筑是太阳能应用的最佳载体,但目前我国城市中大都是高层或小高层建筑,建筑围护结构可接收到阳光的面积是有限的。若采用太阳能光热技术和太阳能光伏技术两套系统,往往会存在安装位置、安装面积上的矛盾,从而对系统的设计、安装造成困难。采用太阳能光伏光热综合利用技术可以很好地解决这个问题。


5)电/热输出灵活配置


太阳能光伏光热综合利用技术能够提供电力、热水和采暖等多种能量形式,具备太阳能利用的多功能性,从而能够满足用户对不同能量的需求。可综合考虑投资成本及能量需求,在太阳能光伏光热综合利用技术应用中选择合适的光伏电池覆盖率,进行电力输出优先、热力输出为辅的组件选择和系统设计。


6)易于建筑一体化


太阳能光伏光热综合利用技术可以方便地实现建筑一体化,光伏热水-屋顶、光伏热水-墙、光伏空气多功能幕墙、光伏-Trombe 墙、光伏-热水窗、光伏-空气窗等一体化方案不仅利用围护结构发电供热,而且大大降低了建筑的空调负荷,获得了额外的收益。



太阳能光伏光热综合利用技术的应用途径



太阳能光伏光热综合利用技术具体应用途径有如下几个方面。


1)电力-热水