太阳能发电技术
太阳能发电技术
现代节能技术
太阳能发电技术
专业班级自动化0802 姓名林龙飞学
0120811360229 号
太阳能(Solar Energy)，一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用(光热转换)和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。
众所周知，在全球能源日渐枯竭的21世纪，作为一种清洁无污染并且可再生的太阳能必将成为新的主要能源之一。我国是太阳能资源十分丰富的国家之一，它具有诸多其他能源无法取代的优点。因此，能否充分利用我国太阳能资源丰富这一巨大优势。充分成熟的掌握太阳能发电及其相关技术无疑具有重大的意义，甚至将决定着21世纪的世界经济走向。
随着经济社会的不断发展和人们生活水平的日益提高，能源的需求量越来越大。目前占主导地位的是化石能源，但由于其使用过程中可产生大量污染且具有不可再生性(因而人们一直在探寻新的清洁能源及可再生能源。其中最引人注目。开展研究工作最多，应用最广的就是太阳能。
目前，太阳能的利用有许多途径，直接的如太阳能热发电、光伏发电、太阳能热水器、太阳能电池等;间接的可以包括风力发电、水力发电、生物能等。特别是近年来，太阳能以其独具的储量“无限性”、存在的普遍性、开发利用的清洁性，
使许多发达国家都把太阳能等可再生能源从原来的补充能源上升到战略替代能源的地位。在我国，随着建设资源节约、环境友好型社会目标的提出，太阳能等可再生能源利用步伐明显加快，尤其是开发利用太阳能、风能已经成为我国能源战略的重要内容。
太阳能转化为电能有2种主要途径:一种是通过光电装置将太阳光直接转化为电能(即“太阳光发电”，常称为“光伏发电”;另一种是收集太阳辐射能转化为电能。即“太阳热发电”。
下面就太阳能的三种发电形式作简要阐述:
1)、太阳能光伏发电
光伏发电是利用半导体界面的光发生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。
发电系统构成部分及工作原理:
太阳辐射的光子带有能量。当光子照射半导体材料时(光能便转换为电能，这个现象叫“光伏效应”。太阳能光伏发电，是利用光伏效应的原理将照射到太阳能电池上的太阳光转换为电能。发出的直流电采用蓄电池组储存(使用时经逆变器转化为交流电送给用户或电网。太阳能电池是光伏发电的核心部件，能够将光能直接转化为电能，发电时常将太阳能电池组件按一定方式排列成方阵，提高太阳能利用效率。目前应用较广的太阳能电池有单晶硅、多晶硅和非晶硅3种。
光伏发电是利用半导体界面的光发生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。光伏发电系统主要包括太阳能电池组件(阵列)、蓄电池、控制器、逆变器以及负载(如照明负荷)等。其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，负载即系统的用户终端。
光伏发电的主要原理可表述为:
太阳辐射的光子带有能量。当光子照射半导体材料时(光能便转换为电能，这个现象叫“光伏效应”。太阳能光伏发电，是利用光伏效应的原理将照射到太阳能电池上的太阳光转换为电能。发出的直流电采用蓄电池组储存(使用时经逆变器转化为交流电送给用户或电网。
太阳能光伏发电的优点;
(1) 可以有效利用建筑物屋顶和幕墙，无需占用土地资源;
(2) 可原地发电、原地使用，大大减少电力输送的线路损耗;
(3) 各种彩色光伏组件可取代和节约外饰材料;
(4) 在白天用电高峰期供电，从而减缓电力需求;
(5) 配备蓄电池后，还能满足安全设施的不断电要求;
(6) 太阳能发电板阵列直接吸收太阳能，降低墙面和屋顶的温升，减轻建筑空调负荷。
光伏发电技术发展新方向(BIPV技术)
BIPV是Building Integrated Photovoltaic 的英文缩写,中文解释就是建筑一体化光伏发电技术。作为一项新兴第三代太阳能发电技术，国际上现在有10%左右的建筑光伏发电开始采用BIPV技术。国内目前受成本和建筑工艺的制约运用很少，只有个别政府投资形象工程有小面积示范性装设。该类产品技术可以通过和建筑构件结合，尤其是高性能玻璃的结合，在提供太阳能发电功能的同时，能最大限度减小对建筑立面的影响。并同时减少穿透玻璃的太阳能热量和紫外线辐射，达到全面及美观的遮阳效果。根据即将在深圳投产的世界500强企业，美国材料和化工领军企业杜邦公司的产品介绍，其玻璃透光率可在5%至30%间可调。价格比目前主流多晶硅系统贵40%左右。(多晶硅系统造价目前30元~40元/Wp)价格还比较昂贵。需待在国内推广后才能慢慢降低成本。
2)、太阳能热发电
太阳能热发电是利用太阳的热能发电(通过集热装置将太阳辐射的热能集中，
驱动发电机发电。热发电系统一般包括集热系统、热传输系统、蓄热储能系统、热机、发电机等。集热系统聚集太阳能后。经过热传输系统将热能传给热机。并由热机产生动力。而热发电中应用较广泛的应属太阳能塔式热发电。
太阳能热发电是利用聚光器聚集太阳能，经吸收器吸收后，转化成热能，产生高温蒸汽或气体进入汽轮发电机组或燃气轮机发电机组产生电能。按聚光形式不同，太阳能热发电可分为塔式太阳能热发电、槽式太阳能热发电和碟式太阳能热发电。
一、塔式太阳能热发电
塔式太阳能热发电系统的基本形式是利用独立跟踪太阳的定日镜群，将阳光聚集到1个固定在塔顶部的接收器上，用以产生高温。加热工质产生过热蒸汽或高温气体，驱动发电机组发电，从而将太阳能转换为电能。塔式太阳能热发电系统包括:聚光子系统、集热子系统、发电子系统、蓄热子系统和辅助能源子系统。具有规模大、热传递路程短、热损耗少、聚光比和温度较高等特点，极适合于大规模并网发电。
二、槽式太阳能热发电
槽式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，产生高温，加热工质，产生蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电。槽式太阳能热发电系统具有规模大、寿命长、成本低等特点，非常适合商业并网发电。整个系统包括:聚光集热子系统、换热子系统、发电子系统、蓄热子系统和辅助能源子系统。
三、碟式太阳能热发电
碟式太阳能热发电系统是利用旋转抛物面反射镜(将入射阳光聚集在焦点上，
放置在焦点处的太阳能接收器收集较高温度的热能，加热工质，驱动发电机组发电或在焦点处直接放置太阳能斯特林(stir(1ing)发电装置发电。碟式太阳能热发电
系统具有寿命长、效率高、灵活性强等特点，可以单台供电，也叮以多套并联使用，非常适合边远山区发电。整个系统包括:聚光集热子系统、发电子系统、蓄热子系统。
四、盘式太阳能热发电
盘式太阳能发电系统是利用曲面聚光反射镜，将入射阳光聚集在焦点处，在焦点处直接放置斯特林发动机发电的一种太阳能利用装置。系统的主要部分由控制柜、聚光反射镜、接受器、迴转台、跟踪装置和斯特林发动机构成。跟踪装置可连续地在两个坐标轴方向根据太阳移动进行定位。斯特林发动机为闭环活塞式发动机，聚焦的阳光直接落在发动机头部的吸热组件上，加热其内部的气体工质氦气进行发电。接收器位于各抛物面的焦点处，可产生800度左右的高温，效率达
29.4%，在聚光式发电中是最高的。当在800度温度下运行时，单个盘式装置最大可发电约50千瓦。太阳能盘式发电系统可以实现并网发电，感应发电机效率达到94%以上，可提供60Hz，单相230V、三相460V的电力。交流发电机有时需要调频至直流，再调至交流，用来解决发电机输出波动及与电网匹配的问题。由于斯特林发动机的运动部件间没有机械连接，无须润滑、密封简单，被其带动的微型热电共生器既生电又生热等特点，使其具有能量转换效率高、机器非常“安静”、寿命长和非常环保、完全燃烧后只产生很少一点氧氮化物和一氧化碳等优势。虽然它与槽式电站相似，也可将多个盘组成一个较大的系统，但它原则上仍是小型发电系统。如果在一个区域内集中若干个这样的系统，也可以采用集中控制的方式，总功率能达到5-1000千瓦。
五、热气流太阳能发电
热气流太阳能发电系统是利用太阳辐射产生的热空气向上流动转化为动能的原理,并通过适当的机械转化成电能的一种自然驱动的发电装置。太阳能热气流发电系统主要由太阳能集热棚、导流烟囱和涡轮发电机组三部分构成。太阳能集热棚建
在一块太阳辐照强、绝热性能比较好的土地上;集热棚和地面有一定间隙，可以让周围空气进入系统;集热棚中间离地面一定距离处装着烟囱，在烟囱底部装有涡轮机。太阳光照射集热棚，集热棚下面的土地吸收透过覆盖层的太阳辐射能，并加热土地和集热棚太阳能热气流覆盖层之间的空气，使集热棚内空气温度升高，密度下降，并沿着烟囱上升，集热棚周围的冷空气进入系统，从而形成空气循环流动。由于集热棚内的空间足够大，当集热棚内的空气流到达烟囱底部的
时候，在烟囱内将形成强大的气流，利用这股强大的气流推动装在烟囱底部的涡轮机，带动发电机发电。太阳能热气流发电系统除了进行发电以外,还可以利用涡轮机旋转的动能直接抽取地下水,用于干旱地区农业灌溉。还可以在太阳能烟囱上安装风力发电机,利用风能和太阳能进行互补,提高发电功率和削减大风对太阳能烟囱装备的破坏。同时，还可利用太阳能烟囱改善局部空气扩散,消除局部的大气污染。但因烟囱入口热源温度与环境温度只相差只几十度，决定了其发电瓦的电厂效率不可能很高，一般很难超过1%。而这一系统占地面积又大，30
兆就需用地400万平方米，因此，比较适合地广人稀的沙漠地区。
3)、太阳能光电池
太阳能电池是利用太阳光和材料相互作用直接产生电能的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如:硅系材料(单品硅、多晶硅、非晶硅)，化合物半导体(砷化镓、硒锱锕)等。它们的发电原理基本相同。此类太阳能电池的工作原理是基于P-N结的光生伏打效应:当N型半导体与P型半导体通过适当的方法组合到一起时，在二者的交界处就形成了P-N结。由于内建电场的存在，产生的非平衡电子载流子将向空间电荷区两端漂移，形成电流。
太阳能电池的发电机理
太阳能电池是利用太阳光和材料相互作用直接产生电能的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，它们的发电原理基本相同。太阳能电池的工作原理是基于P-N 结的光生伏打效应:当N型半导体与P型半导体通过适当的方法组合到一起时，在二者的交界处就形成了P-N结。由于多数载流子的扩散，形成了空问电荷区，并形成一个不断增强的从n型半导体指向P型半导体的内建电场，导致多数载流子反向漂移。达到平衡后，扩散产生的电流和漂移产生的电流相等。如果光照在岬结上，而且光能大于岬结的禁带宽度，则在岬结附近将产生电子-空穴对。由于内建电场的存在，产生的非平衡电子载流子将向空间电荷区两端漂移，j托生光牛电势，破坏了原来的平衡。如果将岬结和外电路相连，则电路中出现电流。
而对于太阳能电池技术而言，最基本的组成部分便是光电池材料了。太阳能光电池材料是一类重要的半导体材料，具有半导体材料的性质。从原则上讲，所有的半导体材料都有光伏效应，都可以用做太阳能电池的基础材料。太阳能电池材料的发展历程可以分为以下三个阶段:
第一代太阳能电池:包括单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池;
第二代太阳能电池:基于薄膜材料的太阳电池;
第三代太阳能电池:目前第三代太阳电池还在进行概念和简单的试验研究。已
经提出的第三太阳电池主要有叠层太阳电池、多带隙太阳电池和热载流予太阳电池等。
虽然目前我国在太阳能利用方面取得了一些成就，但毕竟仍处于太阳能发展的初期阶段，因此在研发过程中难免会存在诸多问题和难点。主要体现在如下方面: 我困的太阳能发电技术落后于德国、日本、美国、澳大利亚等发达幽家，甚至落后于印度。不容忽视的我国太阳能产业的不正常状态:九成以上的原材料依赖进口，九成以上的产品出口，一个典型的两头在外产业。作为太阳能光伏电池的
,的高纯多晶硅材料依赖迸口，而且技术基本上被国外垄断，主要原料，我国95
这一问题已经成为我国发展太阳能光伏产业的最大瓶颈。
另外，虽然我国颁布了《可再生能源法》，法令明确提出，“国家鼓励单位和个人安装和使用太阳能光伏发电系统等太阳能利用系统’:但相应的具有可操作性措施，如《上网电价法》迟迟没有出台，目前电网公司只接受风电和生物质发电。太阳能光伏电池以及原材料多晶硅的生产属于高污染、高能耗行业，加上我国并没有掌握多品硅生产的关键技术，过高的成本和污染能耗代价也都极大限制了太阳能发电技术的发展。
以上这些都是在我国今后的太阳能发电技术发展中需要解决的难题。针对以上一些问题与不足之处，现简略提出以下几点建议:
一、提高发电系统中关键部件的性能，大幅度降低太阳能发电的投资成本。
二、进一步研究开发新的太阳能发电系统，对系统进行有机集成，实现高效的热功转化，不仅要实现太阳能热的梯级利用，而且要集成新型的太阳能热化学系统，突破常规系统中太阳能发电效率低的限制。
三、将太阳能发电系统和化石燃料互补，借助太阳能的利用来减少化石燃料热力发电系统中的燃料消耗量，同时也可以省略太阳能发电系统中的储热装置，从而降低太阳能发电的一次投资成本和发电成本。
四、根据我国自身情况，最好应当采取光伏发电与光热发电技术结合、太阳能发电与其他可再生能源发电的互补利用等策略，从而取得更好的效果。
相信在不久的将来，我国的太阳能发电产业必将迈出更加坚实的一步，为我国新能源的开发利用作出重大贡献～