光热也称为太阳能热,是一种新能源技术,是太阳能利用中的重要项目之一,该技术被许多国家视为新能源利用的一个重要方向。只要将太阳能聚集起来,加热工质,驱动汽轮发电机即能发电。据称光热技术不会增电网负荷,能很好地解决储能问题,上海地区正在大力支持该技术的发展和推广应用。
太阳能光热发电的原理是,通过反射镜将太阳光汇聚到太阳能收集装置,利用太阳能加热收集装置内的传热介质(液体或气体),再加热水形成蒸汽带动或者直接带动发电机发电。
1950年,原苏联设计了世界上第一座太阳能塔式电站,建造了一个小型光热发电试验装置。70年代,太阳电池价格昂贵,效率较低,相对而言,太阳热发电与光伏发电相比,效率较高,技术比较成熟,因此当时许多工业发达国家都将太阳热发电作为重点,投资兴建了一批试验性太阳能热发电站。
按太阳能采集方式划分,光热发电站主要有塔式、槽式、蝶式和菲涅尔式四类。
1、塔式光热发电
从1981-1991年10年间,全世界建造了装机容量500kW以上的各种不同形式的兆瓦级太阳能热发电试验电站余座,其中主要形式是塔式电站,最大发电功率为80MW。由于单位容量投资过大,且降低造价十分困难,因此太阳能热发电站的建设逐渐冷落下来。
但对塔式太阳能热发电的研究开发并未完全中止。1980年美国在加州建成太阳I号塔式太阳能热发电站,装机容量10MW。经过一段时间试验运行后,在此基础上又建造了太阳II号塔式太阳能热发电站,并于1996年1月投入试验运行。
2、槽式光热发电
槽式太阳能热发电系统全称为槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统,是将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列,加热工质,产生过热蒸 汽,驱动汽轮机发电机组发电。
20世纪80年代初期,以色列和美国联合组建了LUZ太阳能热发电国际有限公司。从成立开始,该公司集中力量研究开发槽式太阳能热发电系统。从1985年-1991年的6年间,在美国加州沙漠相继建成了9座槽式太阳能热发电站,总装机容量353.8MW,并投入网营运。经过努力,电站的初次投资由1号电站的4490美元/KW降到8号电站的2650美元/kW,发电成本从24美分/KWh降到8美分/KWh。
3、菲涅尔式光热发电
工作原理类似槽式光热发电,只是采用菲涅尔结构的聚光镜来替代抛面镜。这使得它的成本相对来说低廉,但效率也相应降低。
此类系统由于聚光倍数只有数十倍,因此加热的水蒸气质量不高,使整个系统的年发电效率仅能达到10%左右;但由于系统结构简单、直接使用导热介质产生蒸汽等特点,其建设和维护成本也相对较低。
4、盘式光热发电
盘式(又称碟式)太阳能热发电系统是世界上最早出现的太阳能动力系统。近段时间以来,盘式太阳能热发电系统主要开发单位功率质量比更小的空间电源。盘式(又称碟式)太阳能热发电系统(抛物面反射镜斯特林系统)是由许多镜子组成的抛物面反射镜组成,接收在抛物面的焦点上,接收器内的传热工质被加热到750℃左右,驱动发动机进行发电。
盘式太阳能热发电系统应用于空间,例如,1983年美国加州喷气推进试验室完成的盘式斯特林太阳能热发电系统,其聚光器直径为11m,最大发电功率为24.6 kW,转换效率为29%。1992年德国一家工程公司开发的一种盘式斯特林太阳能热发电系统的发电功率为9kW,到1995年3月底,累计运行了17000h,峰值净效率20%,月净效率16%,该公司计划用100台这样的发电系统组建一座MW的盘式太阳能热发电示范电站。
光热和光伏都是利用光能转换成电能来发电,都属于光电技术。
光伏发电是利用太阳能电池技术,有光子使电子跃迁,形成电位差,光能直接就转变为电能,产生直流电。
而光热发电是将光能转变为热能,然后再通过传统的热力循环做功发电的技术。太阳能光热发电产生的是和传统的火电一样的交流电,与传统发电方式和现有电网的匹配性更好,可直接上网。
两者之间最为重要的差别,则在于各自在能量储存方式上的差异。而储能对于弥补太阳能发电的间歇性,以及对电网的调峰能力,具有着非常重要的意义。由于光伏发电是由光能直接转换为电能,因此其多余的能量只能采用电池储存,其技术难度和造价远比太阳能光热发电中,仅需储热要大得多。因此,易于对多余的能量进行储存,以实现连续稳定的发电和调峰发电,是太阳能热发电相对于光伏发电的一个最为重要和明显的优势。
光伏和光热发电各有优劣势,有各自的应用领域。光热发电规模比较大,而光伏则相对较小,适合家庭、居民小区等,包括与建筑相结合,因此,两者应用范围并不完全一样。
光伏发电主要应用于分布式发电,而光热发电则较多用作集中式发电。光热和光伏都有各自的优势和发展前景,二者没有直接冲突。在太阳能发电发展比较好的地方应该既有光热发电系统,又有光伏发电系统,因此两者长期来看是互补关系。未来二者必将共同担当未来世界能源消费格局。
1、太阳能热水器
太阳能热水器是将太阳光能转化为热能的加热装置,将水从低温加热到高温,以满足人们在生活、生产中的热水使用。太阳能热水器按结构形式分为真空管式太阳能热水器和平板式太阳能热水器,主要以真空管式太阳能热水器为主,占据国内95%的市场份额。真空管式家用太阳能热水器是由集热管、储水箱及支架等相关零配件组成,把太阳能转换成热能主要依靠真空集热管,真空集热管利用热水上浮冷水下沉的原理,使水产生微循环而得到所需热水。
它是将太阳辐射能收集起来,通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置,主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器等3种。太阳能发电:未来太阳能的大规模利用是用来发电。
2、太阳能采暖系统
太阳能采暖系统是指将分散的太阳能通过太阳能集热器把太阳能转换成热水,然后通过将热水输送到发热末端来提供建筑供热需求的一种采暖系统。建筑屋面或建筑旁能够摆放相应面积的太阳能集热器。安装太阳能采暖系统的建筑,主要朝向宜为南向。建筑的体形和空间组合避免安装太阳能集热器部位受建筑自身及周围设施和绿化树木的遮挡,并应满足太阳能集热器有不少于4H日照射数的要求。