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低碳、高效的“蝴蝶效应”———机械工程学院许志龙谈“太阳能光电-光热复合系统关键技术研究与应用”


  许志龙,高级工程师。曾经担任国家863重大专项“低倍MW级聚光型(CPV)并网电站及关键设备研制开发”的机械总设计师,负责主持福建省科技厅重点项目“太阳能光电-光热复合系统关键技术研究与应用”及十余项产学研合作项目。在太阳能聚光、跟踪、光伏、光热、海水淡化方面具有丰富的工作经验。
一只节能而环保的“蝴蝶”翩然落在了厦门市多科莫太阳能有限公司的楼顶,它就是我校机械工程学院高级工程师许志龙主持的 “太阳能光电—光热复合系统关键技术研究与应用”项目的研发成果———“太阳能光电-光热一体机”。它可以在同样的发电功率等级条件下,减少光伏电池面积,提高聚光光伏发电的效率,同时将没有转化成电能的太阳能转化成热能加以利用,达到高效、低成本太阳能光电—光热综合利用的效果。
  实现高效、低成本太阳能光电-光热综合应用
从2005年底开始,许志龙就开始研究太阳能聚光系统,并在此基础上研发蝶式光伏聚光器。2008年许志龙承担的福建省重点项目 “太阳能光电—光热复合系统关键技术研究与应用”,研发了一款小型联动聚光器,和目前面世的太阳能聚光发电器相比,它相对轻巧、稳定,适合安装在普通水泥屋面上。采用“聚光跟踪”技术,这个太阳能光伏光热一体装置将数倍的太阳光汇聚到太阳能电池片上,收集太阳光的能力比普通太阳发电器强。
  “聚光跟踪”技术提高了太阳光的利用率,但同时也加速了电池板的升温。若这些热量不能得到及时散发,将会严重破坏电池板的发电效能。为了解决这一难题,许志龙课题组与厦门太阳能科技有限公司合作,采用“太阳能电池片与集热装置层压技术”,将太阳能的电池片的热量传递到集热装置,由集热装置背部的热交换器,把无法转换成光电的光热储存在热水箱内,不仅解决了聚光带来的电池片温升过高的问题,而且可以获取数量相当可观的热水,实现了高效、低成本太阳能光电—光热的综合利用。
  在项目组成员的共同努力下,该项目各项验收技术指标均已超额完成,已获批发明专利1项、实用新型专利5项,共研制样机9台,已建立5kw聚光跟踪光伏光热一体机中试电站一个,成果具有明显的创新性以及很好产业化应用价值。
  “向日葵”跟踪器技术国内独一无二
为了让太阳能得到充分的利用,该项目发明出了双光电传感器联合控制太阳跟踪方法。它包括粗跟踪和精跟踪两个步骤,即先通过粗跟踪光电传感器模块实现大范围捕捉太阳位置,接着用精跟踪光电传感器模块实现精确捕捉太阳位置。此项技术在国内独一无二,目前已获批国家专利。
  双传感器跟踪器由于可以根据太阳的移动位置改变方向自动追踪太阳,就被形象地称为“向日葵”跟踪器,实现了对太阳光的精确跟踪,造价低,性价比高,具有明显的环境效益和经济效益。
  市场应用前景广阔
该项目聚光跟踪光伏&光热一体机技术目前已和厦门多科莫太阳能有限公司对接,与多科莫公司合作在公司的楼顶建造了5kW的蝶式聚光光电光热一体机。测试结果显示,相较于传统平板发电机,新型的聚光跟踪光伏&光热一体机每发电1kW不仅能降低3000元的成本,同时还能获得相当于2kW电能加热的50℃-60℃的热水。许志龙介绍,目前已经开始在银祥集团的屠宰车间屋顶安装100千瓦的这一太阳能装置,初步估算,平均每天能发电400度和获得800度电烧的热水。
  在低碳经济大背景下,许志龙表示,高效环保的太阳能光电光热一体机技术还需要不断优化,提高设备的稳定性和性价比,实现产业化生产、促进该技术在生产、生活领域的推广将是该项目今后的努力方向。