太阳能光伏技术介绍

太阳能光伏——技术介绍
太阳池发电系统新技术
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1*、罗桂荣
2
*罗鸣
摘要:1975年以色列科研人员建成世界第一座太阳池发电站,发电功率为150KW,它预示了太阳池发电的可行性，并具有一定的经济性，但由于太阳池发电站是借鉴于矿物能源热发电蒸气动力系统朗肯循环原理，所不同之处是以提供0100C 以下至0
80C 以上热水的太阳池取代提供0
500C 过热蒸气的矿物燃料锅炉为高温热源，以低沸点物质替代水O H 2为工质，仍以环境温度下的水源用作低温冷源，因而温度落差不大，热机效率低，经济性竞争不过常规能源，北京海淀科技园区一家新能源科技有限公司科研人员学习并继承国外新能源先进技术，同时更新观念，打破传统做法，为太阳池发电系统研究设计了一台节流蒸发温度为
0300-=T C 的制冷机，取代以环境温度下的水源作为低温冷源，从而温度落差△T 增大，
热机效率提高，单位功率成本降低，无污染，可持续发展。

关键词：太阳池发电系统 低沸点工质蒸汽动力循环 制冷循环 两者复合循环热机 高效率 低成本 无污染 可持续发展
1.前言：1975年以色列科研人员建成了世界上第一座太阳池发电站]1[，它预示了太阳池发电系统的可行性，并且具有一定的经济性和稳定性，但由于太阳池发电系统是借鉴于矿物能源蒸汽动力系统朗肯循环原理，所不同之处是以提供温度T1=0100C 以下～0
80C 以上热水的太阳池替代提供温度T1=0
500C 过热蒸汽的矿物燃料锅炉，用作高温热源，其动力循环系统仍以环境温度下的水源用作低温冷源，以低沸点的物质替代水蒸汽作为工质，由于其温度落差△T 较小，从而热机效率较低，经济性竟争不过矿物能源热发电技术，研究曾被中止过，但由于地球内矿物能源储有量有限，终将枯竭，同时发电又伴随有2CO 、2SO 、
X NO 大量排放，致使全球气候逐渐变暖、生态环境遭到破坏、大气污染，影响人类健康和
可持续发展，人类社会面临着能源短缺与环境污染双重压力，我国和世界许多国家政府和科研人员又重新重视研究开发新能源和可再生能源，以色列政府计划在今后10年～20年间在死海沿岸建造多座25MW 和50MW 太阳池电站，并且计划将死海40万2
m 的海域全部用于建造太阳池电站，目标是发电功率达到2000MW ，提供以色列能量需求的20%。

北京海淀科技园区一家新能源科技有公司研究小组学习与继承国外特别是以色列科研人员研究的太阳池先进技术，同时针对其缺点而更新观念，打破传统做法，自主创新，研究设计了一台制冷机，为太阳池低沸点蒸汽动力循环系统提供节流蒸发温度例如0300-=T C 的低温冷源，取代环境温度下的水源用作低温冷源，而动力循环系统又反过来为制冷机提供温度为O T 的低温热源，并且动力循环系统其膨胀功)/(01T T WA ，为制冷机制冷提供所需消耗的压缩功
)/(20T T W B ，由于1T ＞2T ，更因工质与制冷剂是选用两种不同热力性质的物质，所以膨胀
功A W 甚大于压缩功B W ，即使在21T T =时，膨胀功A W 也大于压缩功B W ，因工质与制冷剂对应状态下的焓（h ）不等，亦即工质与制冷剂两种物质对应状态下的内动能T T V P 和内势能T U 即使在相同温度对应状态下均不相等，因AT AT AT PV U h +=; 而BT BT BT PV U h +=，从而热机效率能较大幅度提高，单位功率发电成本降低，没有污染，可持续发展，并持有中国人自主知识产权，发明专利申请号为200510105805.3，有助于中国企业联合进军国际市场,有助于世界各国减轻能源短缺与环境污染双重压力。

2．太阳池发电系统组成
如图1所示：太阳池发电系统是由太阳池集热—供热循环系统C 、低沸点工质蒸汽动力循环系统A 、制冷循环系统B 、例如蒸汽压缩式制冷循环系统B1、电机—电器部分及其
控制系统组成，而太阳池集热—供热循环系统C 是由太阳池1、热媒泵5、热交换器6A 、水轮机4、分离器2组成，用管道依次密封连接成循环系统C ，并在分离器2的上部出汽管接头2a 与热交换器6的进汽管接头6b 用管道密封连接，分离器2的液体部位管接头2b 通过闸阀3和三通3A 其一端口与热交换器6A 的出液管接头6a 用管道密封连接，三通3A 的另一端口与水轮机4的进液口4b 用管道密封连接，而低沸点工质蒸汽动力循环系统A 是由汽轮机8、冷凝器9、工质泵7、蒸发过热器6B 组成,用管道依次密封连接成又一循环系统A ，在此系统内充灌有适量的低沸点工质，例如氟里昂12R ，而动力循环系统A 的蒸发过热器6B 与太阳池集热—供热循环系统C 的热交换器6A 其容器6合二为一，而蒸汽压缩式制冷循环系统B1是由蒸发器11、汽液分离器12、压缩机14、冷凝器16、干燥过滤器15、节流阀13、组成，用管道依次密封连接成又一循环系统B1，在此系统内充灌有适量的制冷剂，例如氨NH3，制冷循环系统B1的蒸发器11与动力循环系统A 的冷凝器9其容器用两根管道密封连接成—循环系统，并在管路上装有冷媒泵10、在其系统内充满有冷媒，
1— 太阳池 2—分离器 3—阀 4—水轮机 5—泵 6—蒸发器 7—工质泵 8—汽轮机
9—冷凝器
10—冷媒泵 11—蒸发器 12—汽液分离器 13—节流阀 14—压缩机 15—干燥过滤器
16—冷凝器 17—泵 18—水源 G —发电机 G ˊ—水轮机电机 G 〞—压缩机电机
例如盐水溶液，在制冷系统A 其冷凝器16的进水管接头16b 与水源18的出水管道密封连接，并在其管道上装有冷水泵17，冷凝器16的出水管接头16a 与水源18的进水管道密封连接。

在汽轮机8的主轴上装有发电机G ，在压缩机14的主轴上装有电动机G ''，在水轮机主轴上装有电动机G '，发电机G 和电动机G G '''和其接线盒与装有微机或可编程控制器（PLC ）组成的控制柜电连接，其控制系统可以参考各种发电系统和制冷循环系统的控制系统综合设计。

3.太阳池发电系统工作原理 3.1 太阳池运行原理
太阳池是一个沿太阳池垂直深度方向含盐量具有一定梯度的盐水池，上部与底部盐水之间有一定厚度的非对流层，起着隔热保温作用，由于水对红外辐射是不透入的，入射到太阳池表面的太阳辐射其红外部分在近表面几毫米以内的表层中被吸收，而太阳的可见光和紫外线部分则可以透过几米深的纯净盐水，这部分辐射能量将被池的深色底部盐水吸收，当池底部的盐水 被太阳能加热后，水开始膨胀上升，且膨胀所产生的浮力还不足以扰乱池内盐液浓度其梯度的稳定性，则可有效地抑制和消除因浮力而可能引起的池水混合的自然对流趋势，这样，贮存在池底部的热量，只能通过传导才能向外散失，从而形成无对流损失的太阳池，它相当于水平面太阳集热器，用以在1~2m 深水体底部吸收太阳辐射能转化成低温热能，由于热能的贮存主要发生在池的主体部分，而形成低温贮热器，温度介于
C C 0080100以下至以上，按照热力学原理：流体层可以从池底缓缓移走而不扰乱水的主
体，于是可以通过泵从池底抽出被加热的盐水，经热交换器换热后，再送回池底，由于送回
的流体比抽出的流体温度低，因此能够作到将已加热的盐水从池底抽出，同时维持池内所需要的密度梯度而不致扰动太阳池的正常运行，太阳池通常可依托内陆天然盐湖建造，或沿海岸线及岛屿周遍建造。

3.2太阳池发电系统工作原理 太阳池将太阳的辐射能吸收转化成C C 0
080100以下至以上低温热能，并贮存于太阳池内，隔热保温，通过盐水泵，使载热媒体在太阳池1与热交换器6A 之间循环流动，并在热交换器6A 内进行热交换，低沸点的液态工质在蒸发过热器6B 内，亦即热交换器6A 内吸热变成低温中压蒸汽，驱动汽轮机8快速旋转或必要时通过升速箱升速，带动发电机G 飞速旋转，将机械能转换成电能，而作功后的泛气进入冷凝器9内，冷凝器9由制冷循环系
统B 提供节流蒸发温度为C T 0
030-=的低温冷源，从而使泛气冷凝放热，变成温度为0T 低
沸点液态工质，通过工质泵送回蒸发过热器6B 内循环利用，而动力循环系统A 的冷凝器9反过来又为制冷循环系统B 提供节流蒸发温度为0T 的低温热源，动力循环系统A 其膨胀功
)/(01T T W A 也为制冷循环系统B 提供将制冷剂单位吸热量)/(202T T q B 由低沸热源传给高
源热源，亦即环境温度下的水源其温度为2T 所需消耗一定的压缩功)/(20T T w B ，由于
21T T >，更因为工质与制冷剂是选用两种热力性质—焓（h ）不相同的两种物质，即使在21T T =，相同温度对应状况下，其膨胀功A W 仍大于压缩功B W 。

因为即使在相同温度下工质与制冷剂其焓TB TB TB TB TA TA TA TA V p U h V p U h +=+=而,，两种物质的内动能与内势能都不相等，所以BT AT W W >。

因而动力循环与制冷循环两者嫁接成的中国复合循环新型热机比朗
肯循环热机对外界输出的机械功和热机效率能较大幅度提高。

4.太阳池发电系统中国循环新型热机效率
4.1太阳池发电系统中国循环新型热机对外界输出机械功 ΔW= W A （T 1/ T 0）- W B （T 0/ T 2） = M A ωA （T 1/T 0）-ωB （T 0/T 2）
= M A 【h 2A(T 1) –h 1A(T 0)】-【h 2 B (T 2) –h 1 B(T 0)】)1( 4.2中国循环工质从太阳池中所吸取的热量
Q 1 A （T 1/ T 0）=M A q 1A （T 1/T 0）=M A 【h 2 A(T 1)- h 4A (T 0) 】)2(
4.3太阳池发电系统中国循环新型热机效率
ΔW W A （T 1/T 0）-W B （T 0/T 2）
新η= ————— = ———————————————————— Q 1A （T 1/ T 0） Q 1A （T 1/ T 0）
M A ωA （T 1/T 0）- W B （T 0/T 2）
=
M A q 1A （T 1/ T 0） =
)3()]
(T h -)(T [h M 】
)(T h -)(T 【h
】)(T h - )(T A h 【M 04A 12A A 01B 22B
01A 12A '
—
4.4太阳池发电系统中国循环新型热机每循环一周制冷剂与工质之比值A M
设计时令工质在凝汽器9内冷凝所放出冷凝热量A Q 2（T 0）与制冷剂在蒸发器11内蒸发所吸取的蒸发热量Q 2B （0T ）相等，亦即
)()(0202T Q T Q B A =
所以 B T q A T q M A )()(0202=， 所以)4()()()()()()(040104010202 A
T h A T h B
T h B T h A T q B T q M A --==
6结论：由公式(1)至(4)可以看出：
6.1太阳池发电系统中国循环新型热机效率不仅与低沸点工质蒸汽动力循环系统A 的高温热源其温度T 1有关；而且与制冷循环系统B 的节流蒸发温度T 0有关；与低温冷源亦即水源其温度2T 有关，与低沸点工质和制冷剂两种物质的热力性质焓有关，亦即与低沸点工质和制冷剂两种物质的内动能PV 与内势能U 有关，因)()()(T A T A T A PV U h +=、而
)()()(T B T B T B PV U h +=式中T=1T 、2T 或T 。

6.2太阳池发电系统中国循环新型热机效率比国外太阳池发电系统对应于两个一定温度21~T T 之间的朗肯循环传统热机效率较大幅度提高，有助于世界各国逐步解决对矿物能源的依赖。

6.3太阳池发电系统中国循环新型热机比国外太阳池发电系统对应于两个一定温度21T T 与之间的朗肯循环传统热机的单位功率发电成本降低。

有助于世界各国逐步取消燃烧矿物燃料热发电，而将煤、石油、和天然气等矿物燃料用作化工原料，并留给子孙后代。

6.4太阳池发电系统中国循环新型热机不排放温室气体CO 2，有害气体SO 2、和NO X ，有利于世界各国有效执行“京都议定书”。

6.5 太阳池发电系统适宜我国和世界许多国家建造于内陆盐湖与沿海岸线和岛屿周边。