文章编号:0254-0096(2005)07-0731-06
太阳能烟囱发电和海水淡化综合系统的初步研究
收稿日期:2005-04-08
王一平1,王俊红1,朱 丽2,杨智勇1,方振雷
1
(1 天津大学化工学院,天津300072;2 天津大学建筑学院,天津300072)
摘 要:提出了太阳能烟囱海水淡化及热风发电综合系统。以天津地区的气候条件为准,估算出此系统每平方米集热棚面积可年产1 0kWh 的电量和0 74t 的淡水。对建立的小型冷凝实验验证系统中的冷空气风速、冷凝水产量及温度场进行了测量,给出了高浓度不凝气体 水蒸气间壁冷凝换热的水蒸气冷凝速率模型和理论风速计算公式,用来关联不凝气体浓度、温度等对冷凝换热的影响,为将来综合系统的优化提供理论依据。并根据实验数据对冷凝系统进行了初步设计。
关键词:太阳能烟囱;海水淡化;不凝气体冷凝中图分类号:TK511 文献标识码:A
0 引 言
太阳能烟囱最初由德国斯图加特大学的J.Schlaich 教授于1978年提出[1]
,并于1982年在西班牙Manzanares 建成了世界上第一座太阳能烟囱发电
站[2]
。随后,许多国家对太阳能烟囱发电及相关技术开展了一系列研究
[3~8]
。但限于系统的热力学特
性,其太阳能利用效率较低(不能超过1%)[4]
。为了解决这个问题,相关学者提出了综合系统的概念,如引入温室植物种植,但由于高温不利于植物的生长、灌溉水资源缺乏等原因,植物的产量不高。针对目前的研究现状,本文提出了太阳能烟囱海水综合利用系统。系统首先利用海水蓄热保证昼夜运转,同时利用集热棚的温室效应和烟囱的拔风作用,强化海水蒸发过程,制备海盐;其次水蒸气在间壁冷凝换热装置中发生冷凝,制得淡水;最后吸收冷凝余热后的冷空气在烟囱的拔风作用下,形成强大上升气流,推动风力涡轮机发电。该综合系统在生产可再生能源电力的同时,缓解了目前淡水资源缺乏的问题,带动了地区经济发展。
本文对综合系统进行了性能估算,并针对饱和湿热空气的冷凝换热情况进行了初步的实验研究。
1 综合系统的提出
本文所设计的太阳能烟囱海水综合利用系统简
图1 太阳能烟囱综合利用系统基本原理图
Fi g 1Schematic diagram of solar chimney integrated system
图如图1所示。50%~90%的太阳可见光可透过集热棚加热底部海水,必要时可在海水中加入多孔材
料强化蒸发过程,升温后的海水与进入棚内[9]
的空气间发生热量和质量传递,促使空气升温饱和。依靠集热棚的温室效应和烟囱的拔风效应,升温后的空气形成压力驱动,向集热棚中心、烟囱基部汇集;必要时可在烟囱底部与冷凝换热管束位于集热棚内的接口处加入调节阀门,借助烟囱拔风形成的强大气流,提高热空气的扩散速率。冷凝换热装置位于集热棚中心,烟囱下方。换热过程中,冷凝管上下管段的温差和烟囱的拔风作用,使得外部干冷空气不断被吸入管内,形成强大气流,充当冷凝介质。吸收冷凝余热后的干冷空气沿烟囱继续上升,将空气内
第27卷 第7期
2006年7月
太 阳 能 学 报
ACTA ENER GIAE SOLARIS SINICA
Vol 27,No 7
Jul ,2006
能逐渐转变为动能,推动位于烟囱底部的风力涡轮机发电。冷凝水则经蓄水池收集作为淡水。同时,还可以利用海水的蒸发浓缩制取海盐产品,并在海水中进行盐水生物的养殖。
2 系统性能估算
为了预测综合系统的研究和实用价值,以天津地区的自然气候条件[11]为准,对系统的风力发电量和淡水产量进行了粗略的估算。估算过程中假设系统初始空气温度和海水温度一致,由于昼夜运转,故不考虑海水的蓄热。表1给出了估算所需的系统和气候数据。
表1 综合系统估算数据
T able1 Data used for system esti mation
G
/kWh (m2 d)-1A
coll
/m2
H
ch
/m
T
/K
T
1
/K
coll wt 0 1
3 911052002883130 50 750 61
2 1 淡水产量估算
系统有效吸收的太阳热能为:
Q sun=125
3
coll A coll G(1)
吸收的太阳热能被用于空气的升温与增湿,据能量守恒定律得出关系式:
Q su n=m air I1-m air(H1-H0)I water-m air I0(2)
在系统的最优化条件下,系统的最大冷凝水量等于313K饱和湿热空气冷凝为218K饱和湿热空气所失水分。
m cond=m air(H1-H0,s)=Q cond
Q cond=m air(H1-H0,s) (3)联合上述3式,可求得系统最大淡水产量为0 74t (m2 a)-1。
2 2 风力发电量估算
结合Schlaic h教授给出的30MW电站的计算示例和文献[4],给出风力发电功率:
W sys,max=8
27
1A ch u13 wt(4)
其中,u1 烟囱入口处的风速,代表烟囱的拔风能力(见文献[4])。烟囱面积A ch(假设系统没有阻力损失)为:
A ch=
Q h
1u1C pair T(5)
假设系统冷凝换热过程中无热损。结合(2)式
可得系统的最大冷凝换热量为:
Q h,max=m cold air(I1,s-I0,s)-m coldair(H1-H0,s)I water
=0 94Q sun(6)
综上所述,给出风力发电功率与系统结构尺寸、
冷空气物理性质的关系式:
W sys,max=
8
27
wt 0g H ch Q h
C pair 1T0
(7)
当系统处于最大的冷凝放热量,可忽略研究温
度范围内物性参数变化时,近似认为系统的发电量
仅取决于烟囱的高度;在H ch=200m条件下,依据
(7)式可得系统的发电量为1 0kWh (m2 a)-1。另
外,根据(5)式可知,温差推动力与冷风速成正比,与
烟囱尺寸成反比。
2 3 综合系统优势
与单目标系统相比,海水具有比土壤更好的蓄
热作用,可将太阳照射充足时吸收的多余热量的阴
雨天和夜间不断释放出来,使系统能连续性运作。
综合系统可同时生产电能、淡水、海盐等多种产品,
还可以利用集热棚的温室环境进行盐水生物的养
殖,这些在很大程度上都提高了太阳能的综合利用
效率,解决了单目标系统效率较低的问题,增强了市
场竞争性。另外,系统还可以收集雨水,并利用雨水
和外界自然风对集热棚进行冲洗清洁,以保持棚的
集热性能。除了用于海水淡化外,此系统还可拓展
用于非挥发性废水和污水的处理等。
3 系统性能的实验验证
3 1 实验装置
决定系统经济可行的主要因素是如何从饱和湿
热空气中获取最大量的冷凝水分。建立了小型间壁
冷凝系统实验装置,来考察饱和湿热空气冷凝过程,
实验装置简图如图2所示。
试验系统稳定运行过程中,水箱中的恒温热水
不断蒸发进入箱内气体主体,同时加热空气。空气
增湿升温后上升与内通冷空气的内管(镀锌铁,d=
0 05m,L=3m)外壁接触,水蒸气冷凝析出液态水。
冷凝放热后的空气由于密度增大而下降,继续同循
环热水之间进行传热传质的交换,如此周而复始不
断的进行加热 蒸发 冷凝的过程。测温铜电阻分
别固定在混合气体主体、内管外壁、冷空气主体的不
同段处测量系统的温度场分布情况,纵向测温点间
732
太 阳 能 学 报27卷
距为0 5m
。
图2 小系统实验装置示意图Fig 2Schematic diagram of experimental system
实验过程中,通过控制不同的水浴温度来改变系统的温度条件;采用烟尘示踪法测量自然风条件下的风速;通过采用不同型号功率的风机来改变冷空气风速模拟烟囱的拔风效应,并用风速仪测量风速。3 2 间壁冷凝换热理论分析
含有不凝气体的蒸汽[10]
冷凝过程中,水蒸气分子以扩散方式通过不凝气体层时,只有显热传递而不发生冷凝。不凝气膜层的传热传质阻力与不凝气体的浓度成正比。在高浓度的不凝气体条件下,气膜阻力在冷凝换热阻力中占主导地位,故可以忽略液膜的阻力影响,其冷凝原理如图3
所示。
图3 间接冷凝换热原理图Fig 3Mechanism of indirect condensation
本系统的冷凝属于饱和湿热空气的间壁冷凝换热,其冷却介质是干冷空气。根据空气 水蒸气的气体扩散理论,结合Fick 定律和Peterson -Schrock -Kageyama 模型[9]
,给出了系统水蒸气分子的冷凝速率理论模型公式:
V cond =
D
g
[ln(x gi )-ln(x gb )](8)
其中,D 水蒸气分子在空气中的质扩散系数,可根据Fuller 关联式以及给定温度下的扩散系数求
得; g 有效气膜厚度,其值为 g =d
Sh ,在本系统中,可认为混合气体在管隙中作层流流动,取Sh =4 364,则得 g 值为1
1mm 。根据理想气体状态方程可关联得出气液界面不凝气体摩尔含量x gi ;在界面上的水蒸气所对应的分压力为液面温度所对应的饱和蒸汽压,且系统的总压力保持常压不变。混合气体主体的不凝气体摩尔含量x gb 根据饱和绝对含湿量关联得出(设T i =T w ,T d =1
2
(T b +T i ))。据此可进一步求出M con d :
M cond =10 vapor V con d
(9)
风速也是系统理论分析中的一个重要参数。适当的改变风速可以在一定程度上提高系统的冷凝换热量;并且在系统其它条件不变的情况下,风速增大可以获得更高的发电量。根据哈根 泊稷叶公式和内管中冷空气与外界环境之间压差可计算得出冷空气风速。
P =
12 a u 2
a +32u Hu a d
2=12 gH T a -T T (10)3 3 实验结果与讨论3 3 1 风速与温度场
风速与温度场都是影响水蒸气冷凝换热的重要因素,而两者之间也存在互相制约的关系。图4给出了各传热温差推动力与实验风速的关系曲线。
由图4知系统的总径向传热推动力T b -T a 与风速成正比关系,说明在烟囱高度一定的条件下,总径向温差的增大有利于加强烟囱的拔风能力;但是T b -T a 增大的同时,局部径向温差推动力T b -T w 却减小了,这将不利于水蒸气分子向气 液界面的
传质,而不凝气膜层是传热传质的主要阻力,这就需要对烟囱高度与集热棚集热面积进行优化组合,以获得温度场和风速场的最佳搭配。
7期王一平等:太阳能烟囱发电和海水淡化综合系统的初步研究733
图4 温差与风速关系
Fi g 4Relationship of temperature difference and wind
velocity
图5 实验与理论风速对比
Fig 5Comparison of experimen tal and theoretical wind velocity
将实验风速、理论风速与干冷空气轴向温差对比作图5,发现两者能较好的吻合,都与温差呈正比关系。在今后的研究中将在对系统进行优化的同时对理论公式进行进一步的细化,以便更准确的预测大型综合系统的风速。3 3 2 水蒸气冷凝速率
据冷凝速率理论(8)、(9)式,求出M cond 。使M cond
与T b -T i 及ln(x gi /x gb )分别作图6、图7,并与实验测量值进行对比。
分析图6、图7知,对数浓度差与温差对冷凝水
的作用关系基本一致,这一点可以从传热传质相似性理论得到验证。以图6为例进行分析,对数浓差与理论M cond 为正增长趋势,这与水蒸气在不凝气中扩散的气体扩散理论相对应;但是实验M s 与理论值偏离较大,说明水蒸气扩散速率与冷凝速率并不
相等,还需要考虑其它因素的影响,如液膜等。这就
需要在后续文章中将对实验系统的结构做进一步优
化,对理论公式做出修正,如引入不凝气气膜层厚度变化、液膜层阻力等的影响,以求理论模型对系统冷凝水的情况做准确描述,为大型综合系统的设计优化提供理论依据。
图6 冷凝水量与浓差关系
Fig 6Relationship of water and concentration difference
图7 冷凝水量与温差关系
Fig 7Relationship of water and temperature difference
3 3 3 冷凝系统的初步设计
参考系统性能估算部分,大型综合系统运转过程中,若假设集热棚的内外年平均温差为30K,则烟囱入口面积为16 2m 2
,单位时间需要冷凝下来的水
量为3 49kg s -1
。以第三组实验测得的冷凝能力0 037g (K m 2
s)
-1
为基础,对综合系统所需冷凝系
统进行设计:采用直径为0 5m,高为4m 的冷凝管,并加入强化传热附属结构,如翅片或纵向圆肋等,可以强化系统冷凝换热能力,优化后系统所需冷凝换热面积为315m 2
,冷凝管束所占面积仅为10m 2
。设计安装时,冷凝管束按照一定的顺序和间隔排列后,可以很好的满足烟囱直径的要求。
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4 结 论
本文提出了太阳能烟囱海水淡化及热风发电综合利用系统,以改善单目标发电系统的能源利用率低的问题。预计系统每平方米集热棚面积可年产1 0kWh和0 74t的淡水,大大缩短了投资回收期,缓解了环境恶化的压力,还可进行盐类、盐水生物和雨水等附加产品的生产,具有更大的开发利用优势。
对不凝气体 水蒸气的间壁冷凝换热机理进行了理论和实验研究。在理论分析中,根据气体扩散理论和不凝气体的浓度提出了水蒸气的冷凝速率模型,并给出了风速计算公式。结合实验数据分析了系统的实验条件,如风速、温度场、不凝气体浓度等对获得系统既定目标的影响。最后给出了冷凝系统的初步结构参数,从而在一定程度上验证了本综合系统的技术可行性
符号
A 面积,m2
C
p
流体的比热,kJ (kg );
d 直径,m;
D 质扩散系统,cm2/s
G 太阳能日辐照量,kWh (m2 d);
H 绝对含湿量,kg kg绝干气;
H 烟囱高度,m;
I焓值,kJ kg;
m 质量流率,kg s;
M 冷凝水质量流率,g (m2 s);
P 压力,Pa;
Q 传热速率,J s;
T 温度,K;
u 风速,m s;
V 冷凝速率,cm s;
W发电功率,kWh(m2 a);
x 摩尔分数;
密度,kg m3;
g
有效气膜厚度,cm;
饱和蒸气的冷凝潜热,kJ kg;
效率;
粘度,Pa s;
下标
air绝干空气;
a 冷空气;
b 气 汽混合物,即饱和湿热空气主体;
ch烟囱;
coll集热棚;
d 空气气膜层;
g 不凝性气体;
i汽 液界面;
s实验得值;
w冷凝管壁;
wt风机;
外界环境。
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h ttp: https://www.doczj.com/doc/336376021.html,rc.nasa.gor.
THE STUDY OF SEA DES ALINATIO N AND HOT WIND
ELECTRIC POWER INTEGRATED SYSTEM BY SOLAR CHIMNEY
Wang Yiping 1
,Wang Junhong 1
,Zhu Li 2
,Yang Zhiyong 1
,Fang Zhenlei
1
(1 School o f Chemical Enginee ring and Te chnology ,Tianjin 300072,China ;2 Sc hool o f Arc hitecture ,Tian j in U niversity ,Tianjin 300072,China )
Abstract :The integrated solar chimney syste m for power and freshwater from seawater has been put forward. 1.0kWh wind electric power and 0.74t freshwater per collector square meters per year could be obtained by the integrated system.The vapor c ondensation velocity model of indirect condensation of air -vapor was discussed to associate the air c oncentra -tion and temperature with c ondensation process.In the small experimental syste m the wind velocity,output of freshwater and temperature were measured for the design of condensation system.
Keywords :solar chimney;water desalination;noncondensable gas -steam condensation 联系人E -mail :zly_tj@https://www.doczj.com/doc/336376021.html,
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扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计 题目：北京市发电系统设计 课程：太阳能光伏发电系统设计 专业：电气工程及其自动化 班级：电气0703 姓名：严小波 指导教师：夏扬 完成日期： 2011年3月11日
目录 1光伏软件Meteonorm和PVsyst的介绍---------------------------------------------3 1.1 Meteonorm--------------------------------------------------------------------------3 1.2 PVsyst-------------------------------------------------------------------------------4 2中国北京市光照辐射气象资料-------------------------------------------------------11 3独立光伏系统设计----------------------------------------------------------------------13 3.1负载计算（功率1kw，2kw，3kw，4kw，5kw）-----------------------------13 3.2蓄电池容量设计（电压：24V，48V）----------------------------------------13 3.3太阳能电池板容量设计，倾角设计--------------------------------------------13 3.4太阳能电池板安装间隔计算及作图。-----------------------------------------16 3.5逆变器选型--------------------------------------------------------------------------17 3.6控制器选型--------------------------------------------------------------------------17 3.7系统发电量预估--------------------------------------------------------------------18
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浅谈太阳能光伏电站接地变压器容量的选择 摘要：接地变压器是太阳能光伏电站内的重要电气设备，文章讨论了接地变压 器容量选择时应注意的情况、常用的工程计算方法，最后结合工程实际进行了实 例阐述。 关键词：光伏电站；接地形式；变压器容量 一、概述 光伏发电作为一种重要的太阳能利用方式，具有太阳能利用率高、无需储能 设备、发电能力强等优点，目前我国太阳能发电已经具备成为战略能源的技术、 成本和环境条件，2050年后可能成为主要电力供应来源之一。我国太阳能光资源 丰富，光伏资源开发利用的前景非常广阔。目前，发改委能源局已决定将光伏发 电作为一种重要的能源利用方式进行开发，太阳能光伏的装机容量不断扩大。 中性点的接地形式直接影响了电气设备的绝缘水平，以及光伏电站的安全性、可靠性和供电连续性。太阳能光伏发电站根据装机规模、并网电压等级、单相接 地故障电流、保护装置灵敏度以及过电压水平的不同，中性点采用了不同的接地 形式。本文比较了不同中性点接地形式在光伏发电站中的应用场景，并通过某光 伏电站的案例，探讨了太阳能光伏发电站中接地变压器容量计算的方法，为未来 并网光伏电站计算提供一定的参考。 二、不同规模光伏电站中性点接地形式的选择 中性点有效接地包括直接接地和经小电阻接地，非有效接地主要包括中性点 不接地和经消弧线圈接地两种。 1、中性点直接接地 中性点直接接地系统单相接地电流很大，继电保护必然动作，其优点是过电 压水平低，对电气设备的绝缘性能要求不高。 50MW及以上级的大型太阳能光伏电站，由于装机容量大，并网电压水平高，通常都为110kV及以上电压等级，因此升压变压器高压侧一般选择直接接地形式，并在变压器中性点设置隔离开关及避雷器保护，以便于调度灵活选择接地点。 2、中性点经电阻接地 中性点经电阻接地系统单相接地时，故障电流较大，可以触发继电保护动作，快速切除故障点，电网操作运行比较容易。由于具有以上优点，中性点经电阻接 地的方式，尤其适用于电缆输电线路长，且电容电流比较大的光伏发电站。 因此，目前兆瓦级以上的中大型太阳能光伏电站中，10kV或35kV电压等级 汇集母线，多数都采用经电阻接地的方式。当变压器中性点未引出或无中性点时，需设置专用接地变压器。 3、中性点经消弧线圈接地 中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，采用消弧线圈补偿电容电流，保证接地电弧快速熄灭，系统仍能继续运行一段时间，因此较适合应用于对 供电可靠性要求较高的场合。但由于消弧线圈接地系统的继电保护较为难以实现，不能满足大中型光伏电站发生单相接地故障时快速、可靠切除故障点的要求。 因此目前兆瓦级以上的中大型太阳能光伏电站中，10kV或35kV电压等级汇 集母线，越来越少采用中性点经消弧线圈接地的形式，早期的消弧线圈接地系统 也正在陆续改造中。
毕 业 论 文 题目太阳能光伏发电系统 学院 __________江西太阳能科技职业学院___ 专业 _________光伏发电技术及应用___ __
摘要 本系统采用C8051F020为控制核心，实现了模拟太阳能光伏发电系统的功能。该系统主要通过太阳能储蓄电能，通过正弦波脉宽调制技术（SPWM）控制全桥逆变将直流电变为交流电，再经过变压器将电压变为所需的电压。该系统具有最大功率追踪（MPPT），输出电压与给定参考电压频率、相位同步，欠压、过流保护，欠压保护的自动恢复等功能，且具有LCD屏幕显示功能。 关键词：C8051F020 SPWM MPPT 欠压过流保护 Abstract This system uses C8051F020 simulation of solar photovoltaic power generation system to control the core functions. The system is mainly electricity through the solar savings by sinusoidal pulse width modulation (SPWM) control full-bridge inverter direct current into alternating current, and then through the transformer voltage into the required voltage. The system has the maximum power point tracking (MPPT), output voltage with a given reference voltage frequency and phase synchronization, undervoltage, overcurrent protection, undervoltage protection, automatic recovery, and the LCD screen display Keywords：C8051F020 SPWM MPPT Under-voltage over-current protection
新能源及分布式发电复习 1.什么是新能源？ 常规能源：技术比较成熟，已被广泛利用，在生产生活中起着重要作用的能源。（水是常规能源，可再生能源） 新能源：目前尚未被大规模利用，有待进一步研究实验与开发利用的能源。 2.为什么要开发利用新能源？ （1）发展新能源经济是当今世界的历史潮流和必然选择 （2）发展新能源经济可为我国经济又好又快发展提供支撑 3.新能源分类？哪些能源属于新能源？ （1）大中型水电；（2）可再生能源，包括小水电、太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能；（3）传统生物质能。 4.再生能源配额制。 再生能源配额制：指各省（区、市）均需达到使用可再生能源的基本指标，在电源中强制规定必须有一定的可再生能源配额。 考核范围：除水电之外的可再生能源电力，包括风力发电、太阳能发电、生物质能发电、地热发电和海洋能发电等。 配额制具有一定的强制性；配额制带有一定的问责条款。 5.太阳能发电优点。 安全可靠；使用寿命长；运行费用少；维护简单；随处可见，不需要远距离输送；没有活动部件、不容易损坏；无噪声；不需要燃料；不污染环境。 6.太阳能发电系统组成。 分类：利用太阳热能直接发电；将太阳热能通过热机带动发电机发电。 太阳能集热子系统；吸热与输送热量子系统；蓄热子系统；蒸汽发生系统；动力子系统；发电子系统。 槽式太阳能热发电系统：利用槽式抛物面反射镜聚光的太阳能热发电系统。 塔式太阳能热发电系统：采用多个平面反射镜来会聚太阳光，这些平面反射镜称为定日镜。由定日镜阵列，中心接收器，控制中心和发电系统组成。 碟式太阳能热发电系统——主要由碟式聚光镜、接收器、斯特林发动机、发电机组成，目前峰值转换效率可达30%以上。 7.用硼掺杂的叫P型硅，用磷掺杂的叫N型硅。 8.独立光伏发电系统组成。 光伏发电系统是太阳能电池方阵、控制器、电能储存及变换环节构成发电与电能变换系统。（按与电力系统的关系分为：增网型和并网型） 各元件作用：（1）太阳能电池方阵：将太阳能电池单体进行串并联并封装后，可以单独作为电源使用。（2）防反充二极管：其作用是避免由于太阳能电池方阵在阴雨天和夜晚不发电时或出现短路故障时，蓄电池组通过太阳能电池方阵放电。（3）蓄电池组：贮存电能并可随时向负载供电。（4）控制器：判断蓄电池是否已经达到过充点或过放点。（5）逆变器：将直流电变换为交流电的设备。 9.并网太阳能光伏发电系统，可逆流系统，不可逆流系统的区别。 并网光伏系统发的电直接被分配到住宅内的用电负载上，多余或不足的电力通过连接电网来调节；可逆流系统，为光伏系统的发电能力大于负载或发电时间同负载用电时间不相匹配而设计。不可逆流系统，指光伏系统的发电量始终小于或等于负荷的用电量，电量不够时由电网提供，即光伏系统与电网形成并联向负载供电。
太阳能发电系统的设计分析 发表时间：2018-06-04T16:55:59.477Z 来源：《基层建设》2018年第10期作者：林刚张少利[导读] 摘要：在太阳能的有效利用中，太阳能发电是最具活力的研究领域，也是最受瞩目的项目之一。 江苏四季沐歌有限公司江苏省连云港市 222000 摘要：在太阳能的有效利用中，太阳能发电是最具活力的研究领域，也是最受瞩目的项目之一。太阳能发电系统采用太阳能电池阵列、太阳能控制器、蓄电池（组）、DC/AC 逆变器（并网/不并网）、低压输配电网及交、直流负载等部分组成。下面就谈谈自己对太阳能发电系统的设计的看法。 关键词：太阳能；发电系统；设计太阳能电池发电是基于“光生伏打效应”的原理，利用充电效应把太阳辐射直接转化为电能。太阳能具有永久性、清洁性和灵活性三大优点，是其他能源无法比拟的。总之，太阳能发电的过程没有机械转动部件也燃料消耗，不排放包括温室气体在内的任何有害物质，无噪音、无环境污染，太阳能资源分布广泛没有地域限制。维修保养简单，维护费用低，运行可靠性、稳定性好。无需架设输电线路即可就地发电供电及建设周期短。 1太阳能的特点 利用太阳能发电有两大类型，一类是太阳光发电（亦称太阳能光发电），另一类是太阳热发电（亦称太阳能热发电）。太阳能光发电是将太阳能直接转变成电能的一种发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电四种形式，在光化学发电中有电化学光伏电池、光电解电池和光催化电池。太阳能是一种普遍存在的能源，并且无需采集、运输就可以直接开发利用；其次，太阳能作为一种清洁能源，对环境不会造成任何损害，在环保意识逐步提高的今天，值得推广应用；有数据显示，4年地球接受到的太阳能相当于130万亿吨煤产生的能量，应用潜力巨大；此外，太阳能量可持续时间如果用地球的寿命来换算，儿乎是取之不尽用之不竭的。然而，与此同时，太阳能的利用目前还存在一些问题，比如太阳能虽然普遍存在，但是也存在严重的不稳定性，同时总量虽大但是能流密度却相对较低，并且人类对于太阳能的利用率还处于较低的水平，同时应用成本也较高。 2太阳能发电系统 太阳能发电系统分为独立发电系统与并网发电系统：独立发电系统也叫离网发电系统。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。并网发电系统就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电后直接接入公共电网。并网发电系统有集中式大型并网电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，目前还没有太大发展。而分散式小型并网发电系统，特别是光伏建筑一体化发电系统，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是目前并网发电的主流。 太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组是太阳能发电系统的主要组成部分，此外逆变器也是常见的辅助设备，用于输出合适交流电太阳能电池板的主要功能是转换太阳的辐射能为电能，送往电池组中进行存储，并推动负载作用，是太阳能发电系统中最核心、最有价值的组成部分，它的质量也直接决定了整个太阳能发电系统的质量。太阳能控制器负责对整个太阳能发电系统进行监控，并对蓄电池组起到一个保护的作用，此外，部分控制器可能还兼具有光控和时控功能。值得注意的是，一个合格的控制器在温差较大的地方，还应该配备温差补偿功能。太阳能蓄电池组的功能，就是将太阳能发电系统产生的电能储存起来以备用，铅酸电池、镍氢电池、镍锅电池或铿电池是最常见的蓄电池种类，除铅酸电池外，主要用于小微型的太阳能发电系统中。我们知道，太阳能直接输出的电能为12VDC，24VDC，48VDC，而我们日常使用的电能则为220VAC，110VAC，囚此逆变器的主要作用就是为我们提供合适的电能。 3太阳能发电系统的效率在太阳能发电系统中，系统的总效率ηese由电池组件的PV转换率、控制器效率、蓄电池效率、逆变器效率及负载的效率等组成。但相对于太阳能电池技术来讲，要比控制器、逆变器及照明负载等其它单元的技术及生产水平要成熟得多，而且目前系统的转换率只有17%左右。因此提高电池组件的转换率，降低单位功率造价是太阳能发电产业化的重点和难点。太阳能电池问世以来，晶体硅作为主角材料保持着统治地位。目前对硅电池转换率的研究，主要围绕着加大吸能面，如双面电池，减小反射；运用吸杂技术减小半导体材料的复合；电池超薄型化；改进理论，建立新模型；聚光电池等。 4太阳能发电系统的运行 4.1并网全自动运行方式 设计的太阳能发电系统产生的电能将直接分配到需要太阳能供电的用电负载上，包括楼道间照明以及地下停车场照明，不足的电力将由连接的电网进行补充调节。具体工作起来，就是太阳能发电系统在旱晚分别对太阳能电池板阵列的电压进行监测：旱上达到设定值即执行并网发电，并将产生的直流电经由逆变器转换为可供使用的交流电；晚上低于设定值时，并网发电系统将自动停止运行。 4.2并联运行方式 太阳能发电系统并联运行方式与并网全自动运行方式在电能利用和调节方式上基本一致，是一个相对独立的发电系统。该方式的配电方式与柴油发电机的配电方式基本相同，即增加一路交流市电供电，将经逆变器转换的交流电和市电组成A'1'SE双电源自动切换，这是一种简单、灵活、独立的发电系统，A'1'SE双电源自动切换系统会在太阳能供电中断，或者供电不足的时候自动切换到市电供电，供电的可靠性也随之提高然而，并联运行方式也有一定缺点，那就是A'1'SE双电源自动切换的过程中，将会中断一段时间的供电，这将不利于一些用电设备的正常运行，甚至可能会造成一定的损坏。同时，考虑到太阳能发电的不稳定性，并联运行方式的用电量也很难达到平衡。不过，由于并联运行方式可以尽量更多的发挥太阳能的发电量，从而部分节约备用的蓄电池，进而节约投资。 5太阳能光伏发电需要考虑的因素 5.1地理位置及气象条件 利用太阳能光伏发电必须要综合考虑各种因素，包括地点、纬度、经度、海拔等，太阳能每月的总辐射量。直接辐射量，年平均气温，最长连续阴雨天数，最大风速降雪及冰雹等特殊气象情况。 5.2最大负载及用电特性
太阳能发电系统设计 1引言 从“蒸汽机”到“电动机”的一系列动力技术发明，人们逐渐认识到，能 源技术的革新带动人类社会日益进步，对社会发展起着巨大的推动作用。但至今所采用的化石燃料能源带给人类文明与进步的同时，却因能源需求消耗的大幅提高以及随之而来的环境污染，形成了巨大的能源缺口，同时给环境造成巨大灾难。目前，油气资源的供不应求已成为我国经济发展的瓶颈，电力供应不容乐观，天然气用量迅速增长…… 最新的资料表明太阳光的充分利用，是最清洁，环保，取之不尽的可再生能源。 太阳能的利用 我国太阳能资源丰富，陆地每年接受的太阳辐射能，相当于2.431012tce，2/3国土面积的太阳能总辐射量超过0.6MJ/m2。如果将太阳能源充分加以利用，不仅有可能节省大量常规能源，而且有可能在某些区域完全利用太阳能采暖。 目前，太阳能利用主要有两个途径，即光热和光伏。光伏是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电在太阳能利用上是主流，前景好。 太阳能原理 太阳能电池发电的原理是基于半导体的光电效应，即一些半导体材料受到光照时，载流子数量会剧增，导电能力随之增强，这就是半导体的光敏特性。 在晶体中电子的数目总是与核电荷数相一致，所以P(N)型硅对外部来 说是电中性的。若将P(N)型硅放在阳光下照射，仅是被加热，外部看不出 变化。但内部通过光的能量，电子从化学键中被释放，由此产生电子－空 穴对，但在很短的时间内（在μS范围内）电子又被捕获，即电子和空穴 “复合”。 1 / 20
当 P 型和 N 型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里 会形 成一个特殊的薄 层，界面的 P 型一侧 带负电，N 型一侧带正电 。这是由于 P 型半导体多空穴，N 型半导体多自由电子，出现了浓度差。N 区的电 子会扩 散到 P 区，P 区的空穴会扩散到 N 区，一旦扩散就形成了一 个由 N 指向 P 的 “内 电场”， 从而阻止扩散 进行。达到 平衡后，就形 成了这样一 个特殊的 薄层形成电势差，这就是 P －N 结。 至 今为 止，大多 数太阳能 电池厂家都是 通过扩散工艺， 在 P 型硅片 上形成 N 型区 ，在两个 区交界就 形成了一个 P －N 结（即 N+ ／P ）。太 阳能电池的基本结构就是一个大面积平面 P －N 结） 如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的 光子能够在 P 型硅和 N 型硅中将电子从共价键中激发，以 致产生 电子－空 穴对。界面层附近的电子和空穴在复合 晶片受光过程中，空穴(电子)往 P(N)区移 之 前，将 通过空 间电荷 的电 场作用 被 相互分离。电子 向带正 电的 N 区 和空 穴向带负电的 P 区运动。通过界 面层 晶片受光后，空穴(电子)从 P(N)区正(负)电极流出 产生 一个向外 的可测试的电 压。通过光 照在界面层 产生的电 子－ 空穴对越 多， 电流越大 。界面层吸收 的光能越多 ，界面层即 电池面积 越大，在太 阳 能电池中形成的 电流也 越大。 此即为光生伏特效应。 光伏系统 光伏系统是利用太阳电池组件和其他辅助设 备将太阳能转换成电能的系统。一般分为独立系 统、并网系统和混合系统。 白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一 定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输 入电压的要求。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换而来的电 能贮存起来。晚上，蓄电池组为逆变器提供输入 电，通过逆变器的作用，将直流电转换成交流电， 2 / 20 的电荷分离，将在 P 区和 N 区之间
浅析太阳能光伏发电现状及发展趋势 摘要：随着社会的发展，人类对电能的消耗越来越大，这就导致煤炭等传统能源的大量消耗，为此，研究新能源发电对解决全球能源危机有着巨大意义。太阳能光伏发电作为新能源发电领域较为成熟的一项技术，受到了越来越多专家学者的关注。本文从实际出发，对太阳能发电的现状进行详细描述，同时对其发展趋势及未来研究方向给出相关建议。 关键词：光伏发电；现状；发展趋势 引言 当今社会，全球经济快速发展，高速增长的经济背后隐藏的是巨大的能源消耗，电能作为目前人类生活最重要的二次能源，对社会的发展起着重要的推动作用。现如今，电能的产生大部分是靠常规的火力发电，作为常规发电的燃料来源煤炭，在人类的日益开采下，储量日渐下降，倘若人类不能及时研究出新型可替代的发电方式，将会造成严重的灾难。目前，全球各个国家都在大力进行新能源发电的相关研究，以期降低对传统火力发电的依赖。目前新能源发电领域较为成熟的技术包括风力发电，光伏发电等，本文针对光伏发电的研究现状进行相关研究，同时结合实际情况，对光伏发电的发展趋势及其发展措施提出一些建议，希望能为太阳能光伏发电的技术发展提供帮助。 1.太阳能光伏发电现状探讨 从太阳能光伏发电技术被发现，在国外就受到了大量的关注研究，太阳能光伏发电产业是上个世纪80年代起增长最快的产业，也是高新技术产业中一项前景广阔的产业之一。各种各样的光伏电池均朝向实用化和商品化发展，如单晶硅电池、非晶硅电池、多晶硅电池、带状硅电池、薄膜电池以及聚光电池等。目前，美国、日本和欧盟是世界上光伏发电系统应用最为广泛的地区，其发电总量大约为全世界的 4/5。据有关专家预测，高效率、低成本、高寿命将会是世界光伏发电系统的发展趋势，预测到 2100 年光伏发电系统的全部发电量大约占 60%。 我国的太阳能光伏发电系统起步和发展，都相对较晚，从上世纪90年代开始，由于社会社会经济的快速发展，我国对电能需求逐渐增加，并且此时我国的生产力不断提升，生产成本逐渐降低，使得我国的光伏发电系统得到了巨大的发展。截至2015年底，我国光伏发电累计装机容量4318万千瓦，成为全球光伏发电装机容量最大的国家；我国风电累计并网装机容量达到1.29亿千瓦，其中2015年新增风电装机容量3297万千瓦，新增装机容量和累计装机容量均列世界首位。2016年2月，国家能源局就《可再生能源“十三五”发展规划(征求意见稿)》发表征求意见，提出2020年我国风电、光伏发电装机容量将分别达到2亿千瓦和1亿千瓦；2030年我国风电、光伏发电装机容量将分别达到4亿千瓦，到2050年全国清洁能源占一次能源比重达到80%以上。 2.太阳能光伏发电目前存在的问题 虽然太阳能光伏发电产业充满活力，但是仍然存在许多问题，这其中最为突出的两点就是发电成本较高和光伏发电的相关产业链有待进一步发展和完善。 （1）太阳能光伏发电成本较高 目前采用太阳能光伏发电的成本，是风力发电的6到8倍左右，是常规火力发电的十倍左右，造成这种现象的原因是太阳能光伏发电系统的组件成本较高。目前，我国太阳能发电所产生的电能主要通过，政府财政补贴来实现并网售电。但是，政府的财政补贴并不是长久之计，随着技术的不断发展，光伏发电的成本也将会大幅度的降低。 （2）光伏发电系统的产业链有待于进一步的完善和发展。 对光伏产业来说，核心技术不是很高，入门的门槛也相对较低，但是，很少有企业能够从，光伏发电的电池板，到逆变器，到配电箱等一系列配套形成完全的产业链，这样对于大部分的企业来说不利于参与激烈的市场竞争，特别是对于我国的一些中小型企业，形成自己的完整产业链已经是迫在眉睫的任务。 3.太阳能光伏发电的发展趋势
太阳能发电原理及应用 指导老师： 关键词：半导体，蓄电池，光伏充电控制器 摘要：本文介绍了由本人所构想的一种新型干电池，由目前比较成熟的太阳能发电系统所得到灵感经过一定的理论分析和创造所发明的一种新型干电池。主要由太阳能半导体，蓄电池，光伏充电控制器构成。太阳能半导体产生“光生电流”，“光生电流”储存在蓄电池内，需要时通过电路释放出来，而光伏充电控制器则连接在半导体与蓄电池之间可以控制太阳能电池的输出电压, 可以保护电池不被过充, 同时, 也晚上太阳能电池不发电时, 防止蓄电池的电倒流。 正文 引言 我国是电池生产和消费大国，去年电池的产量和消费高达140亿只，占世界总量的1/3。平均每人每年3.5枚。但我国目前的废旧电池的回收情况却令人非常担忧。据有关部门统计，北京市每年消耗2亿只电池，共计6000吨，1999年回收了60吨，回收率仅为1％，2005年的回收率也只有5％，回收量实在是微乎其微。上海市每年小号电池约4.5亿节，但每年回收量约50吨，不足每年耗量的1％，最近，来自上海市环保部门的一份报告显示，含铅最多的铅蓄电池回收率也比较低，150万只报废电瓶四处抛散。所以我就想到了太阳能干电池，太阳能干电池所耗太阳能无限可再生和零排放能源，对当地环境没有影响，可重复使用对于偏于地区手电筒照明，个类儿童玩具，各类家用遥控器。 一方案设计 发电原理：硅原子的外层电子壳层中有4个电子。在太阳辐照时，会摆脱原子核的束缚而成为自由电子，并同时在原来位置留出一个空穴。电子带负电；空穴带正电。在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体中搀入能够俘获电子的3价杂质，如：硼，鋁，镓或铟等，就成了空穴型半导体，简称p型半导体。如果在硅晶体中搀入能够释放电子的磷，砷，或锑等5价杂质，就成了电子型半导体，简称n型半导体。 p-n结内建电场：
一种新型有效的太阳能热风发电系统 摘要：分析了原太阳能热风发电系统效率低的原因，提出了一种新型高效率的气液喷射水轮机式太阳能热发电系统，介绍了新系统的工作原理、特点以及优势，为太阳能热发电技术的规模化应用开辟了一条新的道路。 关键词：太阳能热发电；气液喷射；集热棚 1 太阳能烟囱发电技术及其优缺点 随着能源需求的不断增加，环境污染的恶化，人们开始越来越看重新能源和可再生能源，寻求清洁能源利用新技术已成为研究热点之一，而太阳能发电技术将是最有发展前途的新能源技术。 太阳能热风发电是太阳能发电的一个主要分支。太阳能热风发电的构想是在1978年由德国J·Schlaich教授首先提出的。太阳能热气流发电系统主要由集热棚、涡轮机、烟囱和蓄热层四个部件组成(见图1) 图1 太阳能热风发电的基本原理图 太阳辐射能通过集热棚的透明材料进入系统,加热蓄热层表面。当蓄热介质吸热时，其温度升高并将能量蓄积起来，与此同时蓄热层表面也向上表面的集热棚内空气传递热量。空气吸收热量，温度升高，密度降低，小于外界环境相同高度处的空气密度，从而形成了压力差。棚中央的烟囱起负压管的作用，加大了系统内外的压力差，形成强烈的上升流动。当系统内部空气以较大的速度进入烟囱中时，强烈的上升气流推动安装在烟囱底部的轴流式涡轮发电机，将空气流的动能和势能转换为机械能，进而变为电能。 该项技术具有设计简单、取材方便、运行可靠、运动部件少、维护方便、维修及运行费用低、无环境污染、可昼夜连续稳定运行、使用寿命长等优点,可解决缺电或少电的发展中国家和地区的电力需求，近几十年来有多个国家支持。
1981年，在西班牙Manzanares建造了世界上第一座太阳能烟囱试验电站[1]，电站的输出功率为50Kw，烟囱的高度为194.6m，烟囱直径为10.16m，集热棚直径224m。2002年一个大规模系统由德国和澳大利亚共同立项，计划在澳大利亚新威尔士州建造一座200Mw的太阳能烟囱电厂[2]，为达到额定装机容量，电站需用一个直径为7000m的太阳能集热棚，并建造一座1000m高的烟囱。 但是迄今为止的尚未有商业化的电站建成（澳大利亚项目任未实施），究其原因是该类系统的发电效率极低，Manzanares试验电站的烟囱高度200m，实测发电效率仅为0.1—0.2%[3],即使建造 1000m的烟囱理论计算其发电效率也只有1%左右[4,5]。 通过分析太阳能烟囱的发电原理，本文认为其效率低的主要原因在于:太阳能使集热棚内的空气的温度升高密度减小，与系统外空气形成密度差而向系统中心的烟囱流动，热气流的动能与此密度差成正比，由于空气密度本身值就很小且随温度的改变不明显（常压下每升高10℃变化率约为3%），热气流因此获得的动能很小，该动能是推动涡轮机发电的源动力，由此导致系统的效率很低。 2 汽液喷射水轮机式太阳能热发电系统 2.1系统的模型和原理 本文提出利用气液相变增大工作在上下循环过程中的密度差来提高太阳能热发电效率。鉴于采用太阳能集热棚方式加热空气产生的温升通常都不超过 100K[6,7]，由于水的潜热较大，若在如此小的温差范围内以水为工质进行蒸发冷凝其效率很低，故采用潜热较小的低沸点工质进行气液相变来提高热循环效率。图2为本文提出的气液喷射水轮机式太阳能热发电模型， 系统的工作原理为：太阳能由集热棚内的涂黑帆布和蓄热层吸收并将热能传递给棚内空气使其温度升高，热气流进入蒸发器内，强制循环加热低沸点工质使其产生蒸汽；蒸汽通过拉瓦尔喷嘴后形成超音速气流并使蒸汽喷嘴出口区呈低压状态，从而将吸入室里的液态工质引射上来并由超音速气流夹带进入喷射器的混合室；气液两相低沸点工质在混合室内边混合边上升，至系统顶部后进入空冷式冷凝器，气相低沸点工质在此凝结后于液相一起经液态工质下降通道流下冲击水轮机做功；做功后的工质进入蒸发器室及吸入室，继续循环。为了防止吸入室的工质从蒸发器吸收热量，在蒸发器与吸入室之间设置有斜放的隔热板，可避免吸入室的工质参与吸热放热而降低系统的循环热效率。 2.2系统的特点： 本系统的特点在于 （1）集热棚为全封闭式，中间设置涂黑帆布可在低成本下增加集热效果。帆布面设置成多孔结构，以利于太阳辐射能一部分被帆布吸收，其余能穿过帆布
丞，。。 卢霞刘万琨东方电气集犀东方汽轮机有限公司．Ｉ匹ＵＩＪ德阳６１８０∞巍摘要：太阳烟囱发电是２１世纪发电新技术。本文介绍了太阳烟囱发电的原理，并探讨了太阳烟囱发电的设计、计算方法，还给出一个２００ＭＷ太阳烟囱电站的设计例。最后简单对比了这种热能风力涡轮机与风力机的异同点。 关键词：太阳能热发电；烟囱发电；发电新技术 中图分类号：ＴＭ６１５文献标识码：Ａ文章编号：１００１－９００６（２００８）０２—００６３—０８ ＮｅｗＰｏｗｅｒＴｅｃｈｎｉｑｕｅＵｓｉｎｇＳｏｌａｒＥｎｅｒｇｙＣｈｉｍｎｅｙ ＬＵＸ施．￡，ＵＷａｎ．ｋｕｎ （ＤｏｎｇｆａｎｇＳｔｅａｍＴｕｒｂｉｎｅＣｏ．，Ｌｔｄ，６１８０００，Ｄｅｙａｎｇ，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｌａｒｃｈｉｍｎｅｙｓｙｓｔｅｍｉｓａｎｅｗｐｏｗｅｒｔｅｃｈｎｉｑｕｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎ２１ｃｅｎｔｕｒｙ．Ｔｈｅｐｏｗｅｒｔｈｅｏｒｙｏｆｓｏｌａｒｃｈｉｍｎｅｙｓｙｓｔｅｍｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎ，ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｓｏｌａｒｃｈｉｍｎｅｙｓｙｓｔｅｍａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｘｅｍｐｌｅｏｆ２００ＭＷｓｏｌａｒｃｈｉｍｎｅｙｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｈｅａｔｅｎｅｒｇｙｗｉｎｄｐｏｗｅｒａｎｄｗｉｎｄｐｏｗｅｒｉｓｃｏｎｔｒａｓｔｅｄｓｉｍｐｌｙｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ? Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ；ｓｏｌａｒｃｈｉｍｎｅｙｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ；ｎｅｗｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｐｏｗｅｒ 可以说地球上的一切能源都来自太阳。太阳这颗巨大的恒星，不停地通过核聚变反应向宇宙释放巨大的能量，而到达地球的能量仅为太阳辐射总量的２０亿万分之一。太阳通过电磁波传至地球的能量，为全世界目前一年耗能的一万多倍。太阳投射到地面上的辐射能可维持人类使用大约６Ｘ１０１０（６００亿）年。所以，可以说太阳能是“取之不尽，用之不竭”的能源。 太阳能利用的重要方向是利用太阳能进行发电。太阳能发电分光热发电和光伏发电。现在，科学家又开始研究太阳能卫星发电，这种卫星将成为人类未来获得能源的新途径。这种卫星太阳能电池板，始终对着太阳，把太阳的光和热转变成电能，再通过微波发射系统，把电能转变为微波，从遥远的太空发回地面接收器。地面工作站再把微波转变成电能，送到千家万户。 太阳能热发电技术是指先将太阳辐射能聚集起来，转换为热能，将工质加热到一定的温度，再将热能转换成机械能，带动发电机发电。这类太阳热能发电技术主要包括五种：碟式系统、槽式系统（图１）、塔式系统（图２）、太阳烟囱、太阳池。 图１．槽式太阳能热发电系统原理图 收稿日期：２００７—１２－０７ 作者简介：卢霞（１９５８一），女，高级工程师。先后参加过化工、制糖、水泥等行业齿轮减速器的测绘、设计及多种类型的齿轮和非标零部件的开发设计工作。１９９５年参加国家标准ＧＢ３４８０修订。现主要负责汽轮机通流现代化改造、汽轮机主机及盘车设计、开发。多次荣获德阳 市人民政府、东方电气集团公司、东方汽轮机有限公司颁发的科学技术进步奖。
浅谈太阳能热发电技术 发表时间：2017-08-04T11:13:47.110Z 来源：《电力设备》2017年第11期作者：吴越李敏[导读] 摘要：太阳能发电方式主要有太阳能光伏发电和太阳能热发电两种，光伏发电因太阳能电池成本不断下降和成熟的技术，在国内得到大规模应用，而太阳能热发电技术虽然在我国应用较少，但因其固有优势已经得到国家重视，一些新兴的太阳能热发电企业也已进入市场，具有较大的发展潜力。 （国网宁波供电公司中国宁波 315000；国网宁波市鄞州区供电公司中国宁波 315100）摘要：太阳能发电方式主要有太阳能光伏发电和太阳能热发电两种，光伏发电因太阳能电池成本不断下降和成熟的技术，在国内得到大规模应用，而太阳能热发电技术虽然在我国应用较少，但因其固有优势已经得到国家重视，一些新兴的太阳能热发电企业也已进入市场，具有较大的发展潜力。 关键词：太阳能；储能；新技术；热发电 1 引子 目前，太阳能发电方式主要有太阳能光伏发电和太阳能热发电两种，光伏发电因太阳能电池成本不断下降和成熟的技术，在国内得到大规模应用，而太阳能热发电技术虽然在我国应用较少，但因其固有优势已经得到国家重视，一些新兴的太阳能热发电企业也已进入市场，具有较大的发展潜力。 2 新技术介绍 2.1 热发电技术介绍 2.1.1 太阳能热发电技术简介 太阳能热发电技术是利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。一般来说，太阳能热发电形式有槽式，塔式，碟式三种系统。 槽式太阳能热发电系统全称为槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统，是将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列，加热工质，产生高温蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电。随着在太阳能热发电领域的太阳光方位传感器、自动跟踪系统、槽式抛物面反射镜和槽式太阳能接收器等方面技术的发展，槽式太阳能热发电系统已经进入商业化和产业化阶段。 太阳能塔式发电系统又称集中式系统。它是在很大面积的场地上装有许多台大型太阳能反射镜，通常称为定日镜，每台都各自配有跟踪机构准确的将太阳光反射集中到一个高塔顶部的接受器上。接受器上的聚光倍率可超过1000倍。在这里把吸收的太阳光能转化成热能，再将热能传给工质，经过蓄热环节，再输入热动力机，膨胀做工，带动发电机，最后以电能的形式输出。主要由聚光子系统、集热子系统、蓄热子系统、发电子系统等部分组成。 太阳能碟式发电也称盘式系统。主要特征是采用盘状抛物面聚光集热器，其结构从外形上看类似于大型抛物面雷达天线。由于盘状抛物面镜是一种点聚焦集热器，其聚光比可以高达数百到数千倍，因而可产生非常高的温度。 2.1.2 太阳能热发电技术的优势 太阳能热发电技术效率较光伏发电高。目前光热转化效率为80%，热电转化效率是30%，二者相乘得出光伏热发电的转化效率为24%，而硅光电池的转化效率为22%，相比较光伏热发电转化效率具有优势。 太阳能热发电直接产生工频的三相交流电，比光负荷风电相比，更适合跟电网的配合。太阳能热发电利用还有一个其他形式的太阳能转换所无法比拟的优势，即太阳能所烧热的水可以储存在巨大的容器中，在没有太阳的情况也也能在几小时内带动汽轮发电，连续稳定发电和调峰发电的能力较强。 太阳能热发电技术避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本，而且整个生产环节产业链没有污染很大、耗能很高的环节，有效避免了制造光伏电池过程中的高耗能和高污染。 太阳能热发电具有高温特性，高温光热不仅可以发电，还能用于高热化工、热电联供等领域，实现太阳能热能的高效综合利用。如在煤制油高热化工领域，目前技术情况下四吨煤可以制一吨油，用光热来做是两吨半煤就可以制一吨油，耗损低、能耗少、污染少。 2.1.3 太阳能热发电技术的应用状况 太阳能光热发电在国际上已成为可再生能源的发展热点。早在上世纪八十年代，国外就已建造了装机容量500千瓦以上的各种不同形式的太阳能光热发电站20余座，其中美国加州的碟式太阳能光热发电一号及二号装机容量分别达到了850兆瓦和750兆瓦，太阳能光热发电已经开始商业化运作。 在国内，随着国家对可再生能源的日益重视，光热发电产业的发展十分迅猛。 “十五”期间，中国科学院电工研究所、工程热物理所等科研机构和一些太阳能企业，已开始了光热发电技术的项目研究。目前，我国科学家已经对碟式发电系统、塔式发电系统以及槽式聚光单元进行了研究，掌握了一批太阳能光热发电的核心技术，如高反射率高精度反射镜、高精密度双轴跟踪控制系统、高热流密度下的传热、太阳能热电转换等，现在正着手开展完全拥有自主知识产权的100kW槽式太阳能热发电试验装置。 我国内蒙古西部、青海中部、西藏西南部是太阳直接辐射资源最丰富的地区，年辐照量都在1800kWh/m2以上，最适合太阳能热发电；西部北部其他地区的直射资源较丰富，年辐照量在1400-1800kWh/m2之间，也比较适合太阳能热发电。以上两类地区占我国国土面积一半以上，所以我国太阳能热发电潜力巨大。 2.2 储能技术简介 太阳能热发电技术必须配以大规模储能技术才能实现对传统能源的替代。下面我就储能相关技术做下简单的介绍。 2.2.1 储能技术简介 电网就好比运送电力的物流企业，唯一的区别就是：这个物流没有仓储。电力系统是被誉为目前人造的最为复杂的系统，可遗憾的是在这个系统中居然没有仓储，这也直接导致了这个系统中“产品”从生产到消费“瞬时完成、实时平衡”的特点已然成为天经地义的真理，对现阶段电力系统特征产生了深远的影响。随着电网负荷峰谷差的日益拉大、间歇式可再生能源的快速发展，“瞬时完成、实时平衡”对电网提出了日益严峻的挑战。 2.2.2 大规模储能技术的应用
利用太阳能烟囱抽取地下水的技术 近几年来，国内有越来越多的人对太阳能烟囱发电技术产生兴趣，许多专家认为，在中国开发太阳能烟囱发电技术具有很大的地理优势。我国西部地区具有丰富的土地资源，人口稀少，阳光充足，是修建太阳能烟囱的理想场所；我国西部地区也是能源和水资源匮乏的地区，利用太阳能烟囱技术直接抽取地下水是值得思考的问题。 太阳能烟囱直接抽取地下水技术的提出 在化石能源日益减少的今天，开发以太阳能为代表的可再生能源是一条解决能源问题的出路。太阳能烟囱发电技术采用一些常规材料，运行成本很低，而且能减少温室气体ＣＯ２的排放，其优点已经被建造在西班牙的太阳能烟囱电站所证明。然而，其固有的缺点和难题也是限制其发展的主要原因。 ①太阳能烟囱发电系统的总能量转化效率低。西班牙５０ｋＷ太阳能烟囱电站的能量转换效率不到０．２％，预测的１０ＭＷ大型太阳能烟囱的总能量转化效率也只有１．３９％。只有太阳能烟囱的规模越大，其效率才越高。 ②投资巨大。１００ＭＷ的太阳能烟囱建造成本为０．７８９亿英镑，澳大利亚计划建造的２００ＭＷ的太阳塔的预计投资为７亿美元。 ③超高烟囱的安全总是和可靠性问题是令人担忧的。目前世界上最高的人工建筑物（加拿大的多伦多电视塔）只有５５０ｍ高，而待建的澳大利亚太阳能烟囱的高度是它的２倍。 ④太阳能集热棚灰尘的清洗和效率的维持是一个难题。集热棚表面很容易覆盖灰尘，大面积集热棚表面的清洗又很困难，集热棚积灰会影响太阳光的透过，降低发电效率。
在我国西部地区，普遍存在能源和水源缺乏的问题。水资源的开发是解决荒漠化地区人类生存的关键。抽取地下水是解决干旱地区水资源缺乏的一种有效途径。这些地区交通困难，经济落后，电力匮乏，领先传统电网的延伸来提供水泵动力是难以实现的。虽然我国已经在西部地区开展了太阳能光伏发电提水的研究，但是由于太阳能电池的成本太高，因此目前还未达到大规模应用。另外，风力提水技术只能适合于风力资源丰富的地区，在许多风力资源贫乏的地区就不能使用。 根据太阳能烟囱发电技术的难点和我国西部地区的具体情况，建立大规模的太阳能烟囱的时机还不成熟。回避修建大规模电站的风险，建造中小规模的太阳能烟囱装置直接抽取地下水，是解决我国西部地区水资源问题的新思路。 太阳能烟囱直接抽取地下水的模型设计 太阳光透过塑料或玻璃集热棚加热地面。为了增加地面的蓄热性能，将地面铺设一层水管作为蓄热材料。由于温室效应，集热棚内空气温度升高，热空气膨胀而向集热棚中部流动，进入集热棚中部的烟囱。实际应用的烟囱一般采用钢筋混凝土结构，以保证一定的强度和防风抗震性能。上升的气流在烟囱中加速上升，推动安装在烟囱底部的涡轮机旋转，并通过机械传动带动曲轴取的地下水通过过滤器被提升到高位水塔中。高位水塔中的水通过喷淋设施清洗集热棚表面的灰尘，也可以输送到远处。 最简单常见的活塞水泵是由１个圆形水管外筒和１个活塞组成。圆管底部设进水口，并安装有过滤器，在圆管的顶部设出水口，活塞上装有一个单向活门。当活塞处于向下行程时，圆管底部的活门关闭，活塞上的活门被水的压力冲开而流入活塞以上部位。当活塞处于向上的行程时，活塞活门受上部水的压力而关闭，圆管底部的单向活门被吸开，水进入到圆管内，活塞活门上部的水就被提升到其顶部的水管中。只要太阳能烟囱有足够的功率，就可以把地下水抽到水塔内或输送到很远的地方。一个太阳能烟囱提水装置所需的功率大小，主要考虑