低碳、高效的“蝴蝶效應”———機械工程學院許志龍談“太陽能光電-光熱復合系統(tǒng)關鍵技術研究與應用”
許志龍,高級工程師。曾經擔任國家863重大專項“低倍MW級聚光型(CPV)并網電站及關鍵設備研制開發(fā)”的機械總設計師,負責主持福建省科技廳重點項目“太陽能光電-光熱復合系統(tǒng)關鍵技術研究與應用”及十余項產學研合作項目。在太陽能聚光、跟蹤、光伏、光熱、海水淡化方面具有豐富的工作經驗。
一只節(jié)能而環(huán)保的“蝴蝶”翩然落在了廈門市多科莫太陽能有限公司的樓頂,它就是我校機械工程學院高級工程師許志龍主持的 “太陽能光電—光熱復合系統(tǒng)關鍵技術研究與應用”項目的研發(fā)成果———“太陽能光電-光熱一體機”。它可以在同樣的發(fā)電功率等級條件下,減少光伏電池面積,提高聚光光伏發(fā)電的效率,同時將沒有轉化成電能的太陽能轉化成熱能加以利用,達到高效、低成本太陽能光電—光熱綜合利用的效果。
實現(xiàn)高效、低成本太陽能光電-光熱綜合應用
從2005年底開始,許志龍就開始研究太陽能聚光系統(tǒng),并在此基礎上研發(fā)蝶式光伏聚光器。2008年許志龍承擔的福建省重點項目 “太陽能光電—光熱復合系統(tǒng)關鍵技術研究與應用”,研發(fā)了一款小型聯(lián)動聚光器,和目前面世的太陽能聚光發(fā)電器相比,它相對輕巧、穩(wěn)定,適合安裝在普通水泥屋面上。采用“聚光跟蹤”技術,這個太陽能光伏光熱一體裝置將數(shù)倍的太陽光匯聚到太陽能電池片上,收集太陽光的能力比普通太陽發(fā)電器強。
“聚光跟蹤”技術提高了太陽光的利用率,但同時也加速了電池板的升溫。若這些熱量不能得到及時散發(fā),將會嚴重破壞電池板的發(fā)電效能。為了解決這一難題,許志龍課題組與廈門太陽能科技有限公司合作,采用“太陽能電池片與集熱裝置層壓技術”,將太陽能的電池片的熱量傳遞到集熱裝置,由集熱裝置背部的熱交換器,把無法轉換成光電的光熱儲存在熱水箱內,不僅解決了聚光帶來的電池片溫升過高的問題,而且可以獲取數(shù)量相當可觀的熱水,實現(xiàn)了高效、低成本太陽能光電—光熱的綜合利用。
在項目組成員的共同努力下,該項目各項驗收技術指標均已超額完成,已獲批發(fā)明專利1項、實用新型專利5項,共研制樣機9臺,已建立5kw聚光跟蹤光伏光熱一體機中試電站一個,成果具有明顯的創(chuàng)新性以及很好產業(yè)化應用價值。
“向日葵”跟蹤器技術國內獨一無二
為了讓太陽能得到充分的利用,該項目發(fā)明出了雙光電傳感器聯(lián)合控制太陽跟蹤方法。它包括粗跟蹤和精跟蹤兩個步驟,即先通過粗跟蹤光電傳感器模塊實現(xiàn)大范圍捕捉太陽位置,接著用精跟蹤光電傳感器模塊實現(xiàn)精確捕捉太陽位置。此項技術在國內獨一無二,目前已獲批國家專利。
雙傳感器跟蹤器由于可以根據(jù)太陽的移動位置改變方向自動追蹤太陽,就被形象地稱為“向日葵”跟蹤器,實現(xiàn)了對太陽光的精確跟蹤,造價低,性價比高,具有明顯的環(huán)境效益和經濟效益。
市場應用前景廣闊
該項目聚光跟蹤光伏&光熱一體機技術目前已和廈門多科莫太陽能有限公司對接,與多科莫公司合作在公司的樓頂建造了5kW的蝶式聚光光電光熱一體機。測試結果顯示,相較于傳統(tǒng)平板發(fā)電機,新型的聚光跟蹤光伏&光熱一體機每發(fā)電1kW不僅能降低3000元的成本,同時還能獲得相當于2kW電能加熱的50℃-60℃的熱水。許志龍介紹,目前已經開始在銀祥集團的屠宰車間屋頂安裝100千瓦的這一太陽能裝置,初步估算,平均每天能發(fā)電400度和獲得800度電燒的熱水。
在低碳經濟大背景下,許志龍表示,高效環(huán)保的太陽能光電光熱一體機技術還需要不斷優(yōu)化,提高設備的穩(wěn)定性和性價比,實現(xiàn)產業(yè)化生產、促進該技術在生產、生活領域的推廣將是該項目今后的努力方向。