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1、太阳能发电光伏和光热,一、光伏发电与光热发电,1、光伏发电与光热发电的定义,光伏发电是利用太阳能电池技术，将光能转变为电能；而光热发电是将太阳能聚集，通过换热装置提供蒸汽，进而驱动汽轮机发电的技术。,太阳能发电利用的两大技术流派，引发了业界关于光伏与光热“孰优孰劣”之 争。光热派认为，相信光热发电甚至事关“中国崛起”，光伏派则坚称“10年内光 热还不具备和光伏竞争的能力”。,2、光伏发电与光热发电的优缺点比较,1）光热发电的储存量和稳定性、连续性以及质量都优于光伏发电； 2）光伏发电虽然是一个新能源产业，但它的上游如多晶硅的生产却存在着污染事实；另外，光热发电更方便和目前国内的电网对接，因为其
2、发电原理和火力发电的原理相似，未来将是火电的最佳替代对象，而光伏发电是利用多晶硅电池等载体把光能转化成电能，这对传统电网的调控能力考验很大。 3）而在一些“光伏派”看来，光热的成本问题是其致命伤。“搞光热发电很难算出它的成本，首先，光热发电站的几百面甚至上千面聚光镜，每天冲着太阳转，风吹日晒，要经常清洗，否则反光率会下降；其次，如果其中有聚光镜坏了，这个成本不是初期投资的成本，是运营中算不出来的；第三，光热发电燃气轮机也要进行后期维护，需要大量的水源，如果电站建在沙漠地区，水源也是一大难题。” 对此，从长远来看，光热发电无疑是一大发展趋势，但是由于目前相关技术、政策等都无法确切具体地落实，市场
3、也没有真正规模化，在相当一段时间内还无法与光伏发电匹敌。,二、光伏发电,利用太阳光发电是人类梦寐以求的愿望。从二十世纪五十年代太阳能电池的空间应用到如今的太阳能光伏集成建筑，世界光伏工业已经走过了近半个世纪的历史。,90年代以来，太阳能光伏发电的发展很快，已广泛用于航天、通讯、交通，以及偏远地区居民的供电等领域，近年来又开辟了太阳能路灯、草坪灯和屋顶太阳能光伏发电等新的应用领域。,1、太阳能光伏发电的发展历史,2、太阳能光伏发电系统的组成,一套基本的太阳能发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池构成 ： （一）太阳能电池板： 太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系
4、统中价值最高的部分。 其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。 一般根据用户需要，将若干太阳电池板按一定方式连接，组成太阳能电池方阵，再配上适当的支架及接线盒组成。,（二）太阳能控制器： 太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。 在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。 其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。 （三）蓄电池： 其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。 一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。,（四）逆变
5、器 在很多场合，都需要提供220V、110V的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。 在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能。,3、太阳能光伏发电优缺点 1）太阳能光伏发电的主要优点： (1)结构简单体积小且轻。 (2)易安装，易运输，建设周期短。 (3)容易启动,维护简单,随时使用,保证供应。 (4)清洁，安全，无噪声。 (5)可靠件高，寿命长。 (6)太阳能无处不有，应用范围
6、广。 (7)降价速度快，能量偿还时间有可能缩短。 。,2）太阳能光伏发电的主要缺点： (1)能量分散，占地面积大。 (2)间歇性大。除了昼夜这种周期变化外，太阳能光伏发电还常常受云层变化的影响。小功率光伏发电系统可用蓄电池补充，大功率光伏电站的控制运行比常规火电厂、水电站、核电厂要复杂。 (3)地域性强。,4、太阳能电池发电原理,当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。 这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。 能产生
7、光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。,太阳能电池发电原理图,5、光伏太阳能电池的分类,6、太阳能光伏发电现状,1）日本新型太阳能电池雨天夜间也能发电,日本冈山大学的研究人员最近开发出一种利用氧化铁化合物制成的新型太阳能电池。该太阳能电池的吸光率是以往硅酮制太阳能电池的多倍。 据冈山大学研究生院教授池田直介绍，除可见光外，这种太阳能电池还能够吸收以往太阳能电池无法利用的红外线发电。因为能够产生热量的物体都会发出红外线，因此各种发热设施都可能成为新型太阳能电池的发电来源，而且在雨天和夜间也能发电。制造这种新型太阳能电池的氧化铁化合物呈粉末状，可以薄薄地涂抹在作为媒
8、介的金属上，因此新型电池形状更加多样，而不仅是平板状。 池田直说，争取年让这种新型电池达到实用水平，并把成本降至每千瓦日元（约美元）。,2）GreenSun公司研发出彩色太阳能电池,彩色太阳能电池板是耶路撒冷绿光太阳能公司研发出的一种太阳能电池板，它能够吸收太阳光光谱中不同颜色太阳光的光能，因此其在工作的时候可以不用正对太阳。并且能够达到最高20%的转换率，是目前市场上供应的普通太阳能电池板转换效率的两倍。它不需要太阳光的直接照射就能发电，只要整个环境是明亮的，它被安装在哪个位置都成，甚至是在多云的天气里，也能照常工作。,英国经济学家杂志表示，绿光公司研制的彩色太阳能电池板转换效率高，原因在于
9、其电池板边缘材料的不同。该杂志表示：“传统的太阳能电池板首先由原材料制成薄片形状，然后再在上面覆盖上玻璃平板；而绿光公司生产的彩色太阳能电池板，只在玻璃平板的边缘部分才覆盖有细条形状的硅材质。这种做法能够使照射到玻璃表面的太阳光扩散到电池板的边缘部分，硅材料也能够将这部分光能转换成电能。” 报道还称，绿光公司是通过在玻璃平板上覆盖一层染料和某种纳米金属混合物来达到这一目的的，不过该公司不愿透露这种金属的属性。,彩色太阳能电池板,3）36.9% - 夏普创造太阳能电池效率新纪录,日本夏普公司11月4日宣布，已成功研发出光电转化率高达36.9%的太阳能电池，刷新了公司2009年创下的35.8%的世
10、界纪录。新成果可应用于人造卫星等，预计2014年后投入实际使用。刷新纪录的是夏普“化合物太阳能电池”。该电池的特点是不使用硅，而是以铟、镓等多种元素为材料，具有三层叠加的光吸收层。研究人员减小了电池各层结合处的电阻，成功提升了转换率。,三、光热发电,典型太阳能热发电系统由以下4部分组成：聚光集热子系统、蓄热子系统、辅助能源子系统和汽轮发电子系统。 (1)聚光集热子系统 聚光集热子系统包括聚光器、接收器和跟踪装置。 聚光器：聚光器用于收集阳光并将其聚集到一个有限尺寸面上，以提高单位面积上的太阳辐照度，从而提高被加热工质的工作温度。 最常用的聚光方式有两种，即平面反射镜和曲面反射镜。,1、太阳能光
11、热发电系统的组成,接收器：通过接收经过聚焦的阳光，将太阳辐射能转变为热能，并传递给工质的部件。在这里，工质被太阳辐射能加热，变成过热蒸汽，再经管道送往汽轮机。 跟踪装置：为了使一天中所有时到的太阳辐射都能通过反射镜面反射到固定不动的接收器上，反射镜必须设置跟踪机构。 太阳聚光器的跟踪方式有两种，即单轴跟踪和双轴跟踪。 从实现跟踪的方式上讲，有程序控制方式和传感器控制方式两种。,（2）蓄热子系统 蓄热系统在集热器和汽轮发电机组之间提供一个缓冲环节（蓄热和放热作用），保证机组稳定运行。 因为太阳能热发电系统在早晚和白天云逛间歇的时间内，都必须依靠储存的太阳能来维持正常运行。至于夜间和阴雨天，一般考
12、虑采用常规燃料作辅助能源。 目前、可采用的蓄热方式有3种：显热蓄热、潜热蓄热和化学储能。对不同的蓄热方式，应选用相应不同的蓄热材料。,（3）辅助能源子系统 太阳能热发电系统除要配置蓄热于系统外，还需配置辅助能源于系以维持电站能够一直持续运行。 太阳能系统要求的蓄热子系统容量太大，以致投资巨大。 所以，在太阳能热发电系统中采用常规燃料作辅助能源，是个极为可取的方案。,（4）汽轮发电子系统 太阳能热发电系统用的动力发电装置，可选用的有以下几种： 现代汽轮机； 燃气轮机； 低沸点工质汽轮机； 斯特林发动机。,整个系统出4部分构成： 聚光装置 集热装置 蓄热装置 汽轮发电装置,1）塔式太阳能热发电系统
13、构成 （也称集中型太阳能热发电系统）,2、太阳能热发电系统,塔式太阳能热动力 发电的示意图,塔式太阳能发电系统原理,槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统(SEGS)简称槽式太阳能热发电系统，也称分散型太阳能热发电系统。 整个系统由4部分组成； 聚光集热装置： 辅助能源装置： 蓄热装置： 汽轮发电装置：,2）槽式太阳能热发电系统构成,它是在地面挖一个球形大坑，坑壁贴上许多小反射镜，使大坑成一个巨大的凹面半球镜，它将太阳能聚焦到接受器，以获得高温蒸气。 试验证实太阳坑发电的方案是可行的。,3）太阳坑发电技术,太阳坑发电示意图,它是在一大片圆形土地上盖满玻璃，圆中心建一高大的烟囱，烟囱底部装有风力透平机
14、。透明玻璃盖板下被太阳加热的空气通过烟囱被抽走，驱动风力透平机发电。,4）太阳能烟囱发电,太阳能烟囱发电原理,1）西班牙建成年发电1.1亿千瓦时的夜间太阳能发电站,3、太阳能光热发电现状,今年7月初，西班牙南部塞维利亚建造的太阳能光热电站成功实现了24小时不间断供电。这个太阳能电站拥有2650面定日镜和185公顷(1.85平方公里)的占地面积，在200多个足球场大的土地上，将两千多面巨大的镜子按同心圆状依次排开。据称在夜间或没有阳光的情况下，这个发电站储存在熔盐罐里的热量也能持续发电15小时，因此每年至少可供电270天。,在此太阳能电站中，日光反射装置聚焦所获得的能量可以将熔盐池加热到900多
15、摄氏度的高温，从而产生蒸汽为发电涡轮机提供动力。不过，与其他所有太阳能电站不同的是，存储于这些熔盐池中的热量持续释放的时间可以超过15个小时，从而在整个夜间或没有阳光的情况下也可以保证电站正常发电。 西班牙南部充足的光照意味着吉马太阳能电站可以在大多数夜间都能够通宵运转，保证每年最少有270天都能够全天候发电，这比其他可再生能源的效率要高出三倍以上。 吉马太阳能电站项目是由托雷索尔能源公司负责兴建，历经两年时间完成建设任务。该电站预计年发电量为1.1亿千瓦时，足以为安达鲁西亚地区2.5万个家庭供电。,定日镜安装有光线跟踪系统，能像向日葵一样跟随太阳移动，将95%的 太阳辐射汇聚到位于中心的巨型
16、集热装置上 。,西班牙南部塞维利亚建造的太阳能光热电站,2）麻省理工学院研究团队的光热发电思路,一个革命性突破是，麻省理工学院的研究团队将传统的聚焦蓄能装置由高高的塔顶移到了地面，而将原本安装在地面的反光镜组转移到了环形的山坡上。仅此一项，就大大地减少了建造、安装和长期维护成本。 他们的装置是将一个地面安装的聚焦蓄能罐安装在地下，其暴露在地面上的聚焦蓄能装置将环形山坡上反光镜组反射过来的光能转换成热能，通过一个狭窄的通道传导到下面的储能罐中，融解固态盐使其液化。在液态盐和固态盐之间有一个浮动的格栅将它们分隔开来，有效地起到了保温隔热的效果。如果实践证明它的可行性，它将带来革命性的变革，它将帮助
17、小的城镇或社区供电，提供绿色、清洁、环保的新型能源。,这一新型发明大大地降低了成本，使之能够与传统的矿物燃料相竞争。在最佳的情况下，麻省理工学院的开发团队估计他们的“未来的聚焦太阳能发电”系统的发电成本大约是每千瓦时7美分(折合人民币4毛多)。其小型的实验装置是利用硝酸钠钾盐作为储能介质，下一步将建造更大规模的示范工厂，地点有可能在新墨西哥州或加利福尼亚州。,阳能塔，该公司现已评估美,四、太阳能新产品,这款外形酷似蜗牛的摩托车可通过特殊的外表来尽可能多的获取太阳能。其太阳能板面积达到25平方英尺，它所存储的电力可以供给摩托车以30英里的时速行驶约13英里，如果艳阳高照，还可以边行驶边充电。,带
18、太阳能板的裤子 这款裤子是专门为工厂的搬货工人设计的，与众不同的是在大腿外侧的裤兜处带有太阳能板，能够为随身携带的电子设备提供能源供应。此外，裤子采用特殊的纺织布料制成，能够起到良好的防水防油渍效果。,神奇太阳能贴膜 据悉这块透明的面板只有0.1毫米后，同时可以覆盖在手机的触控屏幕上而不影响使用效果。当贴了贴膜的手机在室内光或阳光下使用时，6小时即可为iPhone 4充满电。而目前法国的Wysips公司正在对这款神奇的产品进行测试，并且表示一旦产品成熟就将会投向市场。,2011年9月1日，在枣庄科技职业学院，该院老师韩玉勇和学生赵强强等人演示了太阳能气动车，该车采用太阳能、压缩空气和蓄电池混合动力，可以把阳光直接转化成电能使用。车重500斤，可以承载4人，不仅节能，而且零排放，阴雨天也可以使用。此发明在8月25日落幕的第八届山东省大学生机电产品创新设计大赛中荣获金奖。,