阿曼的研究人员比较了光伏发电和聚光太阳能热发电(CSP)在能量产生强度和北回归线附近低纬度地区土地的有效利用方面的性能。他们描述了九种项目类型,并用三种不同的模拟工具对它们进行了排名。
具有固定方向面板的PV阵列(左)和带有抛物面碟形天线的CSPd系统(右)
阿曼布莱米大学的研究人员研究了在撒哈拉沙漠、阿拉伯半岛、墨西哥和南亚等低纬度地区,光伏发电厂和光热发电设施在预期电能输出和土地有效利用方面的竞争。
该研究的主要目标是对九种太阳能发电系统类型进行排名,即四种光伏电站和五种CSP设施,同时定义土地使用绩效指标。
科学家们解释,这一排名不包括经济因素、可扩展性或技术复杂性;这可能会使一个系统优于其他系统,即使它需要相对更多的土地面积来产生相同的电能。
他们研究了具有固定光伏板(PVF)的光伏系统、具有单水平轴跟踪器(PVH)的阵列、具有单垂直轴跟踪器(PV)的装置以及具有双轴跟踪(PV2)的系统。他们还考虑了基于带附加热机的抛物面碟形散热片(CSPd)的聚光灯系统、带抛物面槽(CSPt)的工厂、带线性菲涅耳反射器和单吸收器的设施(CSPF1)、基于带两个吸收器的紧凑型线性菲涅耳反射器的项目(CSPF2)以及带定日镜的太阳能塔(CSPh)。
科学家们使用三种不同的模拟工具来描述九种项目类型的性能:Energy3D、PVWatts计算器和PVGIS。他们考虑了月发电强度(MGI)、日发电强度(DGI)和小时发电强度(HGI),以确定项目的总体发电强度(EGI)。他们发现PVF系统在PV类型中表现最好。
据介绍,尽管该系统简单,没有任何主要的移动部件,但它允许较高的地面覆盖率(堆积密度)。增加单轴(水平)太阳能跟踪可以提供最佳的EGI。将跟踪系统升级为双轴跟踪可能会误导性地显示出更好的能量转换,假设面板表面相同,但EGI实际上下降了。
科学家们表示,CSPd、CSPt和CSPF1具有相似的EGI,但当需要较少的季节变化时,抛物线形碟形更为可取。
科学家们表示,不建议在线性菲涅耳反射器系统中添加吸收器,而不添加比例数量的反射器(保持反射器与吸收器的比例相同),这实际上会导致性能下降。
他们在最近发表在《太阳能》杂志上的论文《北回归线附近光伏和集中太阳能发电技术的土地利用竞争力Land-Use competitiveness of photovoltaic and concentrated solar power technologies near the Tropic of Cancer》中介绍了他们的研究结果。