Parallel Solar Tracking and High-frequency Airflow Dedusting Technology for Solar Power Generation S
admin
2022-09-18
面向太阳能发电系统的并联式太阳跟踪与高频气流除尘技术
Parallel Solar Tracking and High-frequency Airflow Dedusting Technology for Solar Power Generation System
技术编号
ZJ-025
提供单位
浙江理工大学
技术大类
其他技术
联系人
杜小强
技术类型
其他技术
电话
13588209025
邮箱
xqiangdu@zstu.edu.cn
适用范围
制造业,电力、热力、燃气及水生产和供应业
推荐单位
浙江省科学技术厅
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技术简要说明并联式太阳跟踪机构与高频气流除尘装置主要包括跟踪机构、气动除尘系统、控制系统以及光伏面板和储能系统。并联式跟踪系统采用视日轨迹跟踪算法,能够实时跟踪太阳运行轨迹,确保机构动平台上安装的光伏面板实时接收最大太阳辐射并转化为电能,实现太阳能的高效利用。除尘装置中除尘模块在高频气流的作用下能将大部分粘附在光伏面板上的灰尘吹起,而吸尘模块能有效的将吹起的灰尘收集起来,实现高效环保低能耗除尘。
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技术提供方浙江理工大学
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技术主要指标信息系统工作电压为220V,跟踪机构中步进电动推杆功率为50W,可载重1300N,并联机构尺寸为800*800*1400mm
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商业应用情况0
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希望在技术转移过程中得到的帮助/支持
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商业应用单位联系人/电话/邮箱
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设备投资应用该技术主要是对现有光伏电站或新建光伏电站加装太阳跟踪机构与气流除尘设备,包括并联式太阳跟踪系统、气流除尘模块、逆变器、空气压缩机、测试仪表和计算机监控等设备。以一座5 MW光伏电站为例,每个跟踪式光伏系统安装的光伏面板额定功率为6 kW,共计833个跟踪装置;每个高频气流除尘装置的除尘覆盖功率为0.8 MW,共计6个除尘装置。太阳跟踪系统的机电成本和安装成本约为1.2元/W,故跟踪系统的总成本为600万;光伏除尘装置每套安装成本和机电成本为3万元,共计18万元。整套系统共需投入618万元。
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年运行维护费用本技术的实施方式可在已有工程的基础上进行改造,运行维护费用包括跟踪机构控制系统与除尘装置的折旧费用。 光伏跟踪机构随着使用时间的累计,控制系统中的电线、传感器等需要更换,每台跟踪装置的控制系统成本大约为1000元,使用年限为10年,更换1250套,折旧费用:1500×1250=187.5万元,除尘装置使用年限为10年,需要更换9套,折旧费用:30000×9=27万。共计运维费用为214.5万元。
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投资回收期以5MW装机容量为例,固定式光伏年发电量约为600万kWh,则应用跟踪系统及除尘装置的年均发电量为600×1.25×1.1=825万度电。根据光伏面板寿命与跟踪机构寿命分析,按照25年的投资回收期计算是较为合理的。按行业水平,电价0.75元/度,年均利润为0.75×825=618.75万元。运维费用214.5万均摊到每年为226.5/25=8.58万元。那么,第一年利润减去设备投资成本,再减去,每年平均运维费用,则项目第一年营收:618.75-618-8.58=-7.83万元,考虑到各地区增值税不同,第二年可以实现正营收。
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附加效益不同的地区,不同的天气条件下,太阳跟踪系统提高发电量的程度也是不同的,多云多雾天气下,可提高发电量20%~25%,但在晴天下,可提高发电量35%~45%不等,综合各种因素,发电量可以平均提升25%左右。 光伏组件清洁装置能有效提升发电效率 10%~30%。北京某实验样机测试电流瞬时数据表明对于20天未清扫的光伏组件自动清洁装置清扫3次后,电流在清扫后比清扫前提高26%,对于光伏清洁装置带来的效益预估能达到平均每月10%。 以5 MW装机容量为例,固定式光伏年发电量约为600万kWh,则采用跟踪式光伏发电方式并定时清洁之后,年发电量可以额外增加:600×1.25×1.1-600=225万kWh。 由调研得知,南方电网能源公司光伏发电运行时期每发 1 度电可减少 0.7979 kg 的二氧化碳排放,若应用本技术则一年可减少二氧化碳碳排放SUMCO2=0.7979×225=179.53万kg。
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综合效益太阳能光伏发电技术一方面可以对传统能源进行补充和替代,另一方面又可以有效地降低能源消耗对环境所造成的污染节约燃煤,同时减少二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、烟尘等有害气体和废气的排放,实现了节能减排的目标。参照国内电厂的平均能耗,每节约一度电,可以节约 0.36 kg 标准煤,减少污染排放0.272 kg碳粉尘、0.997 kg CO2、0.03 kg SO2和 0.015 kg NOx,有利于生态改善,区域的环境质量也会得到明显的改善;其次,太阳能光伏发电项目的发展与治理污染、保护生态环境、缓解环境压力的宗旨相统一。研究表明,跟踪式光伏发电相较于固定式光伏发电可以提高20%—40%的发电量。光伏组件的性能和发电环境对其发电效率有很大影响,因为光伏面板长时间处于户外环境接受阳光照射,所以环境里的灰尘颗粒有可能沉积并黏附在其外表面,不仅会降低其转换效率,更会降低其使用寿命。研究表明当灰尘覆盖光伏组件表面的密度达到 0.4mg/cm2,将会导致高达 30%的输出损耗,即使相对较轻的灰尘(0.06mg/cm2)沉积在光伏组件表面,也能造成 2.5%的输出损耗。
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障碍对技术转移影响等级当地基建条件差 当地政府政策支持力度不足(如:关税、补贴等) 技术转移后的运营维护困难
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提交日期2020/12/28
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技术成熟度本团队长期致力于光伏发电运维技术的研究和应用,开发的的并联式太阳跟踪机构与高频气流除尘装置已经具备了完善的集成系统,主要包括跟踪机构、气动除尘系统、控制系统以及光伏面板和储能系统,通过前期实验证明了系统的稳定性与可靠性。技术成熟度为高级。 并联式太阳跟踪机构高度角调节范围为20°~90°,方位角调节范围为-90°~90°;动力系统采用步进电动推杆,其移动速度在7mm/s时的最大载重量为1300N,足够满足使用要求;控制方式采用市场上广泛使用的视日轨迹跟踪算法,跟踪频率为15分钟一次,可以根据跟踪精度的要求调整频率。跟踪系统的逆变器、蓄电池、双轴跟踪控制器等电子配件及光伏面板均为市场采购,跟踪机构静平台使用铝型材切割装配,三条支链采用机械加工方式制造,并通过轴承装配连接。 除尘装置分为风刀与真空吸尘装置,气动系统包括空气压缩机与橡胶管均为市场采购。整体除尘试验表明,对清洁后的光伏板分中的灰尘面积占情节前面积的0.0404%,证明了整体清洁器件的有效性。 综上,该项目的技术水平、工艺流程、配套资源等方面已达到产业化适用程度。
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技术适用性与使用条件并联式太阳跟踪系统与高频气流除尘装置适用于太阳能光伏发电领域。在现有的发电站加装跟踪装置,只需通过简单培训即可掌握使用方法,安装,维护需要电厂专业人员进行。除尘装置可实现低成本、结构简单、零污染、清洁效率高且不损伤光伏组件表面的安全高效的无水除尘作业。太阳跟踪机构的角度调节范围可以满足沿线国家的要求。此外系统稳定性高,在恶劣的工作条件下仍可正常工作,且对当地的生态环境不会造成任何影响。
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技术稳定性本团队研发的太阳跟踪系统采用并联式跟踪机构,主要通过电动推杆带动关节转动执行跟踪运动,具有很好的稳定性,在强风条件下可以正常工作;采用视日轨迹跟踪算法,算法精度高,仅受到安装误差的影响,不受周围环境的影响,在各种环境条件下均可以准确跟踪太阳轨迹。除尘系统无需水资源,无需清洁剂,无特定环境要求,在干燥环境下具有更好的除尘效果。除尘装置采用气动系统执行除尘与吸尘动作,两者具有很高的执行动作稳定性和可靠性,控制系统主要采用电控,能够在各种扰动影响下,保持其预定工作状态。
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技术安全性本技术采用的太阳跟踪方式和气流除尘方式,不会产生碳排放和发生二次污染、易燃易爆高毒性物质泄露等环境。上游资源主要为机械制造业与晶硅太阳能电池制造业,具有完善的配套设施与成熟的制造技术。并联式跟踪机构相较于传统的固定式光伏发电方式,大大提升了光伏发电效率,而光伏组件表面除尘技术已逐渐以非接触除尘方式代替了传统除尘方式,越来越受市场的青睐。
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技术转移推广障碍当地基建条件差,当地政府政策支持力度不足(如:关税、补贴等),技术转移后的运营维护困难
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知识产权转让已具有国内自主知识产权并取得专利,技术拥有方性质为高校;引进技术关键环节、工艺、设备均为国产化;技术转让意愿强烈,浙江理工大学科技服务中心具有完善的技术转移机构与运行机制,负责与地方政府的科技合作,推动建立校地合作关系,包括签订合作协议、建立技术转移分支机构等,精心搭建紧密结合的组织框架与合作体系,落实合作内容。推动学校科技成果和技术转移,为企业提供先进、实用的成果和技术。