項目簡介
太陽能光伏發電及太陽能熱水器是目前太陽能利用最為成熟和廣泛的兩個技術領域，但是由于其產能形式單一，最終嚴重制約了其進一步的技術發展和市場推廣前景。
其中太陽能光伏發電存在光電轉化效率低（由于溫度效應，晶硅型光伏發電系統綜合光電轉化效率只能達到12%-13%），光伏組件成本高，導致其成本回收期長。同時光伏電池生產也存在高能耗高污染的問題。
如何提高單位面積光伏電池的發電量，減少電池用量是降低系統成本提高發電收益的重要手段。通過聚光可以有效提高光伏電池片表面的太陽能能流密度，并大大增加光伏電池的光電輸出功率，成倍減少電池片用量（用量為傳統技術的1/4），間接降低了光伏電池生產的總能耗和總污染，但是提高電池表面太陽能能流密度的同時，電池的溫度也急劇升高，嚴重影響電池的電輸出性能和使用壽命，只有通過水冷的方式來降低電池溫度，這就形成了該技術手段的另一種產能形式，太陽能熱水。即太陽能熱電聯供。
核心技術
設計并制造了EMR型復合拋物面聚光器，較傳統復合拋物面聚光器聚光光斑均勻度得到了極大的提升，使其能夠應用在光伏聚光領域；其鏡片高度僅為傳統聚光器的一半，大大降低了成本，提高了抗風雪能力。具體性能詳見表 1。
設計并制造了聚光光伏光熱綜合利用組件，采用低倍聚光晶體硅光伏電池以及方形通道換熱器，通過改進后的傳統層壓工藝將晶體硅光伏電池層壓到方形通道換熱器上，可降低光伏電池內阻并增加總傳熱系數，實現輸出更多的電能和熱能，并保證了聚光光伏光熱綜合利用組件的使用壽命。
“EMR型復合拋物面聚光器”和“聚光光伏光熱綜合利用組件”兩種核心設備已經實現規模化生產。課題組制定并掌握全部生產工藝流程。
系統集成
基于以上兩種核心組件的設計制造完成，目前已經建成12m2采光面積雙軸跟蹤實驗系統，6m2采光面積實驗系統，810m2采光面積單軸跟蹤高效聚光熱電聯合供能示范系統（光電光熱總裝機容量500kW）。如圖 1 所示。
（a）12m2采光面積雙軸跟蹤高效聚光熱電聯合供能實驗系統
（b）810m2采光面積單軸跟蹤高效聚光熱電聯合供能示范系統局部
（c）810m2采光面積單軸跟蹤高效聚光熱電聯合供能示范系統整體
圖1 高效聚光熱電聯合供能實驗系統及高效聚光熱電聯合供能示范系統
以上系統的熱電輸出性能均通過了權威第三方機構的測試認證，其中810m2采光面積單軸跟蹤高效聚光熱電聯合供能示范系統的光電轉化效率達到了12.3%（單片電池的輸出功率為傳統光伏系統電池輸出功率的3-4倍），光熱轉化效率達到了52.7%，光電光熱綜合效率達到了65%。根據目前的系統運行數據，綜合系統建設成本，可以得到系統年光電光熱總產能及成本回收期。詳見表2。
表2 示范系統產能及系統回收期
知識產權
在系統關鍵設備的研制和系統集成過程中課題組共申請國家發明專利6項，授權2項，申請實用新型專利2項，授權2項。
技術優勢
太陽跟蹤系統
型聚光具有較大的采光半角，所以本系統的單軸跟蹤模塊采用低精度跟蹤策略，不需要跟蹤誤差實時修正，造價與運行成本非常低。
系統回收期
采光面積示范系統的成本回收期可以控制在4年內，西安為太陽能資源三類地區，而處于我省北部的榆林地區為太陽能資源二類地區，回收期可縮短到3.4年內，一類地區回收期可縮短至2.9年內。而傳統的光伏發電系統的成本回收期為8-10年。
系統占地面積
采光面積高效聚光熱電聯合供能示范系統占地面積為1215m2，年產光伏電力10.344萬kW·h，光伏熱水15584噸，而利用傳統光伏發電技術及傳統太陽能熱水技術獲得與本系統同樣多的光伏電力和光伏熱水，則需要分別建設占地面積約為1215m2的光伏電站及占地面積約為1215m2的太陽能熱水器陣列。
產業化前景及技術延伸
本聚光熱電聯產裝置，可根據大、中、小以及分布式的不同建造規模要求，進行自由組合，投資方式靈活，產業化前景好。其主要面向客戶為電力和熱水使用量較大的酒店，洗浴中心，家庭用戶，紡織企業，農業蔬菜大棚，海上島礁等。
在技術延伸上，本聚光熱電聯產裝置可方便靈活的集成熱泵、吸收式制冷以及膜蒸餾等技術。其中耦合膜蒸餾技術可以應用于海水淡化，使其更適用于海上島礁推廣使用，實現在海上島礁的電能及熱水一體化供應；耦合吸收式制冷技術及熱泵技術可以使其廣泛的用于辦公樓宇、居民住宅的電力供應、夏季制冷及冬季供暖。
項目專家
【魏進家】（化工學院）
研究領域（方向）：
）多相流和非牛頓流體流動與傳熱；
）過程裝備及其強化技術；
）太陽能光熱發電利用與新能源化工。
文章來源:西青院艾思科創服務中心 微信公眾號
文章來源:西青院艾思科創服務中心 微信公眾號
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