一种光伏-光热一体化发电系统

摘要

本发明公开了光伏‑光热一体化发电系统，包括：设置于光伏发电系统的光伏发电板层处，使光伏发电板存积的热能耦合给冷却水，降低光伏发电板温度的冷却水系统；与冷却水系统的出水管、光热发电系统的常温发电用水输入管及光热发电系统的光锅炉均相连，提高光锅炉加热水水温的混合系统；其采用水冷却方式对光伏发电板进行冷却，并从冷却过程中获得高温水与光热发电系统发电用水混合，温度升高的混合发电用水送入光热发电系统光锅炉产生高温高压水蒸汽，实现光伏‑光热一体化发电的目的，提高新能源利用率并提高光伏‑光热一体化发电效率，增加在日、月、年、多年等运行周期内的发电量。

权利要求

1.一种光伏-光热一体化发电系统，其特征在于，包括：设置于光伏发电系统的光伏发电板层处，使光伏发电板存积的热能耦合给冷却水，降低光伏发电板温度的冷却水系统；所述冷却水系统包括依次连接的光伏热系统常温水输入管，冷却水管道及光伏热系统高温水输出管，并将所述光伏热系统高温水输出管作为所述冷却水系统的出水管；

与光伏热系统高温水储存系统高温水输出管、光热发电系统的发电用水输入管及光热发电系统的光锅炉均相连，提高所述光锅炉加热水水温的混合系统；

所述冷却水系统还包括：

与所述冷却水系统的出水管相连，存储所述冷却水系统输出的高温水的高温水存储设备；其中，所述高温水存储设备由高温水存储水箱和所述光伏热系统高温水储存系统高温水输出管组成。

2.根据权利要求1所述的光伏-光热一体化发电系统，其特征在于，所述冷却水系统嵌套于光伏发电板层下部。

3.根据权利要求2所述的光伏-光热一体化发电系统，其特征在于，所述冷却水管道按照预定规律布置的弯曲管道。

4.根据权利要求3所述的光伏-光热一体化发电系统，其特征在于，所述冷却水管道按照预定规律布置的U型管道。

5.根据权利要求4所述的光伏-光热一体化发电系统，其特征在于，所述U型管道至少设置两层。

6.根据权利要求5所述的光伏-光热一体化发电系统，其特征在于，所述光伏热系统常温水输入管设置有电子控制闸阀，用于控制进水流速；

所述光伏热系统高温水输出管设置有电子控制闸阀，用于控制出水流速。

7.根据权利要求1-6任一项所述的光伏-光热一体化发电系统，其特征在于，还包括：与所述光伏发电系统的变压器及所述光热发电系统的变压器均相连，用于将光伏发电功率与光热发电功率汇集，并输入电网系统的共高压母线电力设备。

8.根据权利要求7所述的光伏-光热一体化发电系统，其特征在于，所述共高压母线电力设备包括：与所述光伏发电系统的变压器及所述光热发电系统的变压器均相连的光伏-光热一体化发电系统的高压母线；

与所述高压母线相连的高压侧无功补偿装置。

说明书

一种光伏-光热一体化发电系统

技术领域

[0001] 本发明涉及电力系统技术领域，特别涉及一种光伏-光热一体化发电系统。

背景技术

[0002] 发展太阳能分布式发电系统是智慧城市发展趋势，光伏发电和光热发电是太阳能发电两种不同的形式。近年来，光伏-光热一体化分布式发电系统成为发展主流的方向和研究热点的主题。

[0003] 光伏发电的原理是，利用真空器件、碱金属、磁流体等半导体或金属材料温差将太阳热能直接转化成电能而实现发电。光热发电的原理是，采用聚光集热的形式将水等工质加热至高温高压水蒸汽，由高温高压水蒸汽驱动汽轮机等热机，再由热机驱动发电机组发电，利用太阳光-热-机-电多种能源的转换而实现发电，其发电原理与常规热力发电类似，但其能源不是煤、油或气等燃料而是太阳光。

[0004] 目前，光伏发电已成为非常成熟的技术，其发电成本已经降低至7000万元/万千瓦的水平。光热发电主要有塔式、槽式、碟式及菲涅耳式四种。槽式太阳光热发电系统的原理是，利用多个串并联的槽型抛物面聚光集热器聚集太阳能热，加热工质至高温高压蒸汽，进而驱动汽轮机发电机组发电。碟式太阳光热发电系统的发电原理是，是由许多镜子组成的抛物面反射镜，太阳能光聚集在抛物面的焦点上，使抛物面接收器内工质加热至高温高压蒸汽，驱动发电机发电。菲涅耳式光热发电系统的发电原理是，采用菲涅耳结构的聚光镜聚集太阳能热，加热工质至高温高压蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电，其发电效率低，但结构简单、建设和维护成本较低。塔式太阳能热发电系统的原理是，利用中央吸收塔顶上吸收器聚集太阳能热，加热工质至高温高压蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电，塔的周围安装一定数量的定日镜，通过定日镜将太阳光聚集到塔顶的接收器的腔体内并其工质加热而产生高温蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电。这几种光热发电方式都是通过光转换为热再产生蒸汽来带动汽轮机进行发电。

[0005] 目前，光伏发电系统和光热发电系统仅仅是两个单独的系统，如何将这两个系统组合在一起形成光伏-光热一体化发电系统，且提高光伏-光热一体化发电系统的发电效率，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种光伏-光热一体化发电系统，对光伏发电板水冷却，使光伏发电效率得到提高，增加光伏发电系统输出功率和发电量；且将高温冷却水送给光热发电系统，使光热发电效率得到进一步提高，增加光热发电系统输出功率和发电量，提高光伏-光热一体化发电效率。

[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供一种光伏-光热一体化发电系统，包括：

[0008] 设置于光伏发电系统的光伏发电板层处，使光伏发电板存积的热能耦合给冷却水，降低光伏发电板温度的冷却水系统；

[0009] 与所述冷却水系统的出水管、光热发电系统的发电用水输入管及光热发电系统的光锅炉均相连，提高所述光锅炉加热水水温的混合系统。

[0010] 其中，所述冷却水系统嵌套于光伏发电板层下部。

[0011] 其中，所述冷却水系统包括依次连接的光伏热系统常温水输入管，冷却水管道及光伏热系统高温水输出管，并将所述光伏热系统高温水输出管作为所述冷却水系统的出水管。

[0012] 其中，所述冷却水管道按照预定规律布置的弯曲管道。

[0013] 其中，所述冷却水管道按照预定规律布置的U型管道。

[0014] 其中，所述U型管道至少设置两层。

[0015] 其中，所述光伏热系统常温水输入管设置有电子控制闸阀，用于控制进水流速；

[0016] 所述光伏热系统高温水输出管设置有电子控制闸阀，用于控制出水流速。

[0017] 其中，所述冷却水系统还包括：

[0018] 与所述冷却水系统的出水管相连，存储所述冷却水系统输出的高温水的高温水存储设备。

[0019] 其中，还包括：

[0020] 与所述光伏发电系统的变压器及所述光热发电系统的变压器均相连，用于将光伏发电功率与光热发电功率汇集，并输入电网系统的共高压母线电力设备。

[0021] 其中，所述共高压母线电力设备包括：

[0022] 与所述光伏发电系统的变压器及所述光热发电系统的变压器均相连的光伏-光热一体化发电系统的高压母线；

[0023] 与所述高压母线相连的高压侧无功补偿装置。

[0024] 本发明所提供的光伏-光热一体化发电系统，包括：设置于光伏发电系统的光伏发电板层处，使光伏发电板存积的热能耦合给冷却水，降低光伏发电板温度的冷却水系统；与所述冷却水系统的出水管、光热发电系统的发电用水输入管及光热发电系统的光锅炉均相连，提高所述光锅炉加热水水温的混合系统；

[0025] 该系统采用水冷却方式对光伏发电板进行冷却，使光伏发电效率得到提高，增加光伏发电系统输出功率和发电量，并从冷却过程中获得高温水与光热发电系统发电用水混合，温度升高的混合发电用水送入光热发电系统光锅炉产生高温高压水蒸汽，使光热发电效率得到进一步提高，增加光热发电系统输出功率和发电量，从而提高新能源利用率并提高光伏-光热一体化发电效率，增加在日、月、年、多年等运行周期内的发电量。

附图说明

[0026] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

[0027] 图1为本发明实施例所提供的光伏-光热一体化发电系统的结构框图。

具体实施方式

[0028] 本发明的核心是提供一种光伏-光热一体化发电系统，对光伏发电板水冷却，使光伏发电效率得到提高，增加光伏发电系统输出功率和发电量；且将高温冷却水送给光热发电系统，使光热发电效率得到进一步提高，增加光热发电系统输出功率和发电量，提高光伏-光热一体化发电效率。

[0029] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0030] 本发明实施例提供光伏-光热一体化发电系统，该系统可以包括：

[0031] 设置于光伏发电系统的光伏发电板层处，使光伏发电板存积的热能耦合给冷却水，降低光伏发电板温度的冷却水系统；

[0032] 其中，冷却水系统主要是为了对光伏发电系统的光伏发电板进行降温，由于光伏发电系统的光伏发电板在发电过程中温度会升高，高温会影响光伏发电系统的发电效率，因此这里对温度高的光伏发电板利用冷却水系统进行降温，光伏发电板温度降低会大大提升光伏发电系统的发电效率。本实施例所提供的光伏-光热一体化发电系统通过在光伏发电板层处设置冷却水系统来对光伏发电板进行降温；这里冷却水系统的作用是为了给光伏发电板进行降温，因此其设置于光伏发电板处，但是对于冷却水系统的设置位置并不进行限定，只要可以对光伏发电板进行降温即可。

[0033] 冷却水系统是通过输入低温水(可以是常温水也可以是低温水，只要比光伏发电板的温度低的水都可以)，使得低温水在流经光伏发电板时吸收光伏发电板的热量，从而达到为光伏发电板降温的目的，流过光伏发电板的冷却水因吸收热量，温度会升高，高温水从冷却水系统的出水口流出。因此，所述冷却水系统可以包括依次连接的光伏热系统常温水输入管，冷却水管道及光伏热系统高温水输出管，并将所述光伏热系统高温水输出管作为所述冷却水系统的出水管。这里的冷却水管道可以是光伏热管、水管、水道等，具体的选择可以由用户根据实际成本和效果综合考虑进行选择，由于是通过热交换进行温度传递，因此冷却水管道的管材和布局及其与光伏发电板的热耦合关系会影响冷却水系统的降温效果，在光伏发电过程中光伏发电板温度降低越大，其发电效率提升越大；在实际使用时需要进行考虑，本实施例并不限定冷却水管道的材质和冷却水管道的布局方式。

[0034] 与所述冷却水系统的出水管、光热发电系统的发电用水输入管及光热发电系统的光锅炉均相连，提高所述光锅炉加热水水温的混合系统。

[0035] 其中，混合系统主要将冷却水系统产生的高温水与现有的光热发电系统的发电用水进行混合，从而达到升高光热发电系统的发电用水的目的，使得到达光锅炉进行加热的水的温度较现有技术有了很大提高，从而加快了光锅炉产生高温高压水蒸气的速度，进而提高了光热发电系统的发电效率。

[0036] 其中混合系统可以由高温水输入管即光伏热系统高温水储存系统高温水输出管、常温水输入管、高温水输出管即光热发电系统光锅炉常温水输入管组成。

[0037] 本实施例通过水冷却系统和混合系统使得光伏-光热一体化发电系统的发电效率从而个方面进行提升，且使得能量循环利用，提高能源利用率，变废为宝。

[0038] 基于上述技术方案，本发明实施例提的光伏-光热一体化发电系统，可以同时提升光伏发电系统和光热发电系统的发电效率，提高本地发电功率，增加日、月、年、多年等一定周期光伏-光热一体化发电系统发电量。反映了光伏-光热一体化发电系统中光伏发电水冷却对光伏发电板发电效率提升的作用机理，反映了光伏-光热一体化发电系统中光伏发电系统高温冷却水与光热发电系统发电用水混合后对光热发电系统发电效率的提升的作用机理，为光伏-光热一体化发电系统发电出力预测提供理论指导，为分布式新能源发电及智能电网调度运行提供必要的技术支撑。

[0039] 基于上述实施例，进一步为了提升冷却水系统对光伏发电板的降温效果，可以将冷却水系统嵌套于光伏发电板层下部。冷却水系统是通过输入低温水(可以是常温水也可以是低温水，只要比光伏发电板的温度低的水都可以)，使得低温水在流经光伏发电板时吸收光伏发电板的热量，从而达到为光伏发电板降温的目的，流过光伏发电板的冷却水因吸收热量，温度会升高，高温水从冷却水系统的出水口流出。为了充分利用完全的对光伏发电板进行降温，可以选择增大冷却水流经光伏发电板的面积，即使得冷却水系统中的冷却管道尽量充分的遍布于光伏发电板表层，因此，优选的，所述冷却水管道按照预定规律布置的弯曲管道。例如，冷却水系统里按照一定规律布置的弯曲水道，常温水从弯曲水道入口流入并以一定速度沿弯曲水道流动，最后由弯曲水道出口流出，流动水从高温光伏发电板吸收热量，使冷却水温度升高而使光伏发电板温度降低。且进一步为了在不降低冷却效果的前提下，方便管道铺设，和管道的设计，降低管道成本，可以将冷却水管道按照预定规律布置的U型管道。可以单层或多层布置，目的是增加冷却水管道与光伏发电板热耦合的面积，最大化吸收光伏发电板的热量，降低光伏发电板温度；因此为了提高冷却效果，可选的，所述U型管道至少设置两层。

[0040] 为了进一步提高冷却水系统中冷却水的利用效果及冷却效果，需要考虑冷却水在冷却管道中的流动速度，流动过快则不能够吸收过多热量，不仅冷却效果差且冷却水的利用效果也低，因此需在冷却管道中设置开关控制冷却水流速。例如在出水口处设置开关防止冷却水过快流出，也可以分别在入口处和出口处设置开关，通过两个开关综合控制冷却水的温度。基于上述实施例，所述光伏热系统常温水输入管设置有电子控制闸阀，用于控制进水流速；所述光伏热系统高温水输出管设置有电子控制闸阀，用于控制出水流速。

[0041] 其中，常温水输入管和高温水输出管均由电子控制闸阀自动控制其开度，分别控制进水流速和出水流水，进而精确控制冷却水温度。提升冷却水效果。

[0042] 影响这种水混合升温效应的主要因素是光伏热系统的热水温度、光热发电系统发电用水温度以及其混合方式和比例，送入光热发电系统光锅炉常温水温度越高，其发电效率提升越大；基于上述任意实施例，所述冷却水系统还包括：

[0043] 与所述冷却水系统的出水管相连，存储所述冷却水系统输出的高温水的高温水存储设备。

[0044] 其中，这里的高温水存储设备可以由高温水存储水箱和和光伏热系统高温水储存系统高温水输出管组成，为了保证高温水箱中热水的温度，高温水储水箱应该具备隔热功能。通过提供储备热水的设备，可以保证有足够的高温水与光热发电系统的发电用水进行混合。

[0045] 光伏-光热一体化发电系统是将光伏发电系统和光热发电系统进行组网，因此该系统还包括光伏-光热一体化发电系统的组网装置，基于上述任意实施例，该系统还包括：

[0046] 与所述光伏发电系统的变压器及所述光热发电系统的变压器均相连，用于将光伏发电功率与光热发电功率汇集，并输入电网系统的共高压母线电力设备。

[0047] 其中，所述共高压母线电力系统的光热发电系统经变压器升压至电压 ,光伏发电系统经变压器升压至电压 ，光伏-光热一体化发电系统功率由高压母线 通过线路输送出去。

[0048] 可选的，所述共高压母线电力设备包括：

[0049] 与所述光伏发电系统的变压器及所述光热发电系统的变压器均相连的光伏-光热一体化发电系统的高压母线；

[0050] 与所述高压母线相连的高压侧无功补偿装置。该高压侧无功补偿装置可以为静止无功发生器。

[0051] 基于上述技术方案，本发明实施例提供的光伏-光热一体化发电系统，实现光伏发电和光热发电效率的同步提高，同时采用水冷却方式对光伏发电板进行冷却，从冷却过程中获得高温水并与光热发电系统发电用水混合，温度升高的混合发电用水送入光热发电系统光锅炉产生高温高压水蒸汽，实现光伏-光热一体化发电的目的，其提高新能源利用率并提高光伏-光热一体化发电效率，增加在日、月、年、多年等运行周期内的发电量。该光伏-光热一体化发电系统中有两次发电效率提升过程和环节：1)光伏发电板水冷却，使光伏发电效率得到进一步提高，增加光伏发电系统输出功率和发电量；2)光伏发电系统获得高温冷却水送给光热发电系统，使光热发电效率得到进一步提高，增加光热发电系统输出功率和发电量。

[0052] 下面举例一个具体的光伏-光热一体化发电系统说明上述系统的工作过程，针对光伏-光热一体化发电系统两次发电效率提升过程和环节的接口形式和连接关系进行物理说明和建模，构建光伏-光热发电系统光-热-水-电-储电以及光-热-水-机-电-储热两个物理系统及其组成一体化发电系统。请参考图1，图1中，1为光伏热系统常温水输入管，光伏热系统的上层顶板为光伏发电板、下层为由按照一定规律布置的光伏热管组成冷却水系统；2为光伏发电系统；3为冷却水系统；4为光伏热系统高温水输出管；5为高温水存储水箱；6为光伏热系统高温水储存系统高温水输出管；7为光伏热系统的热水与光热发电系统发电用水的混合系统即混合系统；8为太阳光聚光器；9为光热发电系统集光器；10为光热发电系统光锅炉，用于生成高温高压水蒸汽；11为光热发电系统光锅炉常温水输入管；12为光伏热系统的热水与光热发电系统发电用水的混合系统的常温水输入管也即光热发电系统的发电用水输入管；13为光热发电系统光锅炉高温高压水蒸汽输出管；14为汽轮发电机组；15为光热发电系统的低压母线；16为光热发电系统变压器；17为光伏-光热一体化发电系统的高压母线；18为光伏-光热一体化发电系统高压侧无功补偿装置，这里采用静止无功发生器；19为光伏发电系统低压侧储能系统；20为光伏发电系统低压母线；21为光伏发电系统变压器；22为来自聚光器的热管，也是熔融盐储能系统的光热输入管；23为熔融盐储能系统的光热输出管；24为熔融盐储能系统。

[0053] 该系统可以综合概括为有六个物理系统和三个接口模块组成：

[0054] 第一物理系统：光伏发电系统，光伏发电系统的光伏发电板层下嵌套却水系统，使光伏发电板存积的热能直接耦合给冷却水，达到降低光伏发电板温度的目的。

[0055] 第二物理系统：冷却水系统，由光伏热系统常温水输入管、光伏发电板层下冷却水管道、光伏热系统高温水输出管组成，光伏发电板层下冷却水管道由按照一定规律布置的光伏热管组成。

[0056] 第三物理系统：光伏热系统高温水储存系统即高温水存储设备，由高温水储水箱和光伏热系统高温水储存系统高温水输出管组成，高温水储水箱应该具备隔热功能。

[0057] 第四物理系统：混合系统，由水混合系统、高温水输入管即光伏热系统高温水储存系统高温水输出管、常温水输入管、高温水输出管即光热发电系统光锅炉常温水输入管组成。

[0058] 第五物理系统：光热系统，由塔式或槽式或碟式或菲涅聚光集热器、水输入管、水输出管、热输入管、热输出管等组成。光热系统包括水系统和热系统，水系统输入水由光伏热系统的热水与光热发电系统发电用水的混合而得，水系统输出高温高压水提供给汽轮发电机组；热系统通过热输出管输出热量给熔融盐储能系统将过多光热能储存起来，热系统通过热输入管从熔融盐储能系统输入储存的光热能。

[0059] 第六物理系统：共高压母线电力设备，将光伏发电系统和光热发电系统进行组网。

[0060] 第一接口模块：常温水与光伏发电系统接口，利用常温水吸收光伏发电板高温热量，使冷却水温度升高而使光伏发电板温度降低。

[0061] 第二接口模块：来自水冷却系统高温水与光热发电系统输入常温水的接口，通过来自水冷却系统高温水与光热发电系统输入常温水的混合，使光热发电系统光锅炉的输入水温度升高。

[0062] 第三接口模块：光热发电系统与光伏发电系统的接口，实现了光热发电功率与光伏发电功率的汇集，并共同输入电网系统。

[0063] 以上对本发明所提供的光伏-光热一体化发电系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。