分析太阳能热电联供系统及应用

摘要：分析了解太阳能光伏发电和光热热水两种能量输出的“太阳能热电联供设备”，以深圳市尚新热电能源科技有限公司（以下简称“尚新热电”）的太阳能热电联供设备在实践应用中的成功经验为例，它颠覆了现有市场上的普通光伏发电板和纯粹的真空管热水器的传统概念，真正将太阳的能量利用到极致，真正具备光伏发电和光热热水双重能源输出的能力。 　　0引言 　　“新型高效太阳能热电综合利用系统”这一核心技术是我国太阳能综合利用领域的重大突破，它的发明并生产标志着我国集光伏发电、光热供暖兼备的高效太阳能热电联供设备，全面产业利用已经进入高速发展的快车道，该设备单机实现了光伏发电、光热热水的强大能源输出，是目前市场上太阳能利用率最高的产品，该产品功能上是光伏、光热的综合体，光伏发电部分比平板光伏组件使用的单晶硅电池少，具备散热装置，工作温度稳定，使用寿命长；光热热水部分比真空管热水器出水温度高、流量大、寿命长，特别是在高寒地区，在环境温度极低条件下，普通真空管已经完全丧失功能，空气源设备基本演变为电老虎，而太阳能热电联供系统仍然能够不耗能源输出高温热水，能够担当起北方地区冬季供暖的重任，为节约资源和实现绿色环保做出贡献。 　　1太阳能热电联供设备聚光原理 　　太阳能热电联供设备是在碟式聚光原理的基础上改进而成。由反光盘、圆柱型储水罐、聚光硅电池以及超白钢化玻璃组成。达到一机具备中高温热水双重功率输出的优异功能，该太阳能光伏光热一体机属于原创性新产品，具有发明专利，是目前性价比最高的太阳能产品。太阳能热电联供系统如图1所示。 图1太阳能热电联供系统 　　传统的固定式真空管只能生产热水，传统的光伏板只能发电，而太阳能热电联供产品将它们合二为一：太阳光经过聚焦后均匀照射在焦点中的电池片上，即刻产生强劲的直流电，聚焦后的巨大热量又能将铝罐中的水加热，生产出大量高温热水，利用保温水箱将高温水储存，通过水泵循环供用户使用。本系统采用自动跟踪太阳的电动高强度支架，全天候自动跟踪太阳运动，能最大限度地利用太阳能资源。18个聚能盘一天能够产生2000L高温热水，足以给50m2房间供暖。太阳能热电联供系统的聚焦状态如图2所示。 图2太阳能热电联供系统的聚焦状态 　　2太阳能热电综合系统结构 　　2.1太阳能热电综合产品结构 　　太阳能热电综合产品结构是以圆形聚光盘将太阳光聚焦在中间焦点处，焦斑位置安放聚光太阳电池，电池后面是圆柱型铝罐，有进水接口和出水接口。产品表面有特殊超白钢化玻璃覆盖，与盘面形成密封空间，有效保护反射面及内部太阳电池，延长产品的使用寿命。 　　2.2 太阳能热电综合系统支架 　　太阳能热电综合系统运作的基本架构为：在支架上固定安装若干个（18或34个）太阳能热电综合设备，智能跟踪系统驱动整个支架，沿着太阳运行轨道自动跟踪太阳，使之达到垂直照射最佳角度，以获得最大的太阳能量。太阳照射到聚能盘中间的焦点处，聚焦能量非常强烈，34个聚能盘的系统，一天能产出3.5t热水。 　　支架尺寸最大为4.8m×6.7m，承重2.5t，立柱高度为3.8m，最高点离地面为7.3m，倾斜角度达82°，设备承重强度大、跟踪驱动力量大、跟踪精度高，完全能够满足客户对使用寿命的要求，支架模块化设计、生产，标准件出厂，相同部件能够互换，现场组装简易、方便；支架回转电机及推杆电机使用寿命超过10年。跟踪系统及支架能达到的最大角度为82°，且任意一个角度都能到达，如图3所示。 　　太阳能热电联供系统适应目前中国的政策要求和经济发展需求，是小中大型热水供暖站、家庭小型分布式太阳能电站、北方冬季太阳能供暖、需求中高温热水用户的首选设备。用户包括别墅、酒店、供暖站、农业蔬菜大棚、工业食品加工厂、学校、绿色建筑、边防哨所、政府部门、工业领域等，工业领域如印染厂、纺织厂、食品干燥厂等高耗能的企业，可以通过太阳能对用水进行预加热，作为现在工业锅炉的补充能源。安装在别墅楼顶的太阳能热电联供系统如图4所示。 　　一个聚能盘，能够产生130kW·h/年以上的电力，同时在减少CO2、吸收粉尘等方面的功效，相当于四棵树的环保效应。综上所述，本设备能节省大量燃煤，减少PM2.5粉尘排放，减少CO2排放，减轻国家环保压力，成为治霾利器。 　　4电磁加热设备原理 　　电磁加热设备的热效率，可高达92%，而普通电热丝的热效率一般只有55%左右，能提高30%左右的能源利用率。电磁加热系统铜线本身不发热，是高频电流通过铜线转换成高频磁场，磁场使钢管发热，直接加热管子内部的水，因而热效率非常高，而且不锈钢管外有保温层，其热损耗低，又能提高节能效率，根据需要，甚至可以生产温度高达200℃蒸汽，扩大了供热的应用范围。电磁加热板如图5所示，电磁加热线圈如图6所示。 　　本设备可配套利用时间控制及温度自动控制双重智能电磁能源控制，充分利用国家电网晚间电谷半价优惠电价，大量加温集热，将热水利用本系统的保温水箱储存起来，绝对保障采暖热源的充分供应，用户既能大幅度减少费用支出，又能保障冬季供暖的安全可靠，同时清洁环保无污染。 　　5太阳能热电联供冬季采暖系统 　　一个普通电热采暖系统，一天需要支出100元的采暖电费，而达到相同功率效果的电磁加热系统，在完全不用太阳能的情况下，由于电磁能的高效率可以节约30%的电费，即电磁采暖一天只需要70元的电费。如果再采用晚间半价电费阶段大量加温储热，第二天白天供热，那么理论上只需要35 元的电费支出，再加上北方地区国家补贴，又大幅度减少了支出。太阳能热电联供冬季供暖系统示意图如图7所示。 （深圳市尚新热电能源科技有限公司易斌宣）