太阳能热发电基本原理

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太阳能发电原理

提到太阳能我们并不陌生,但通常想到的是太阳热能的利用,比如太阳能热水器,而对太阳能

发电并不太熟悉。很多人其实还不明白太阳能发电原理，本文主要讲述的是太阳能发电原理,

感兴趣的朋友们速速围观。 一、太阳能发电原理

光伏发电就是我们常说的太阳能发电，是根据光生伏特效应原理，利用太阳能光伏电池把太

阳辐射能直接转变成电能的发电方式。光子照在P-N结内形成电子——空穴对，电子在内

建电场的作用下向电池负极移动，经过外电路达到正极形成电流。它们主要由电子元器件构

成，不涉及机械部件，所以，太阳能发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。

理论上讲，太阳能发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大

到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源可以无处不在。通常民间所说的太阳能发电往往指的就

是太阳能光伏发电，简称光电。 太阳库专注为您建太阳能发电站

太阳能电池板结构图

太阳能发电的工作原理图

二、太阳能发电系统构成

太阳能发电系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，

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太阳跟踪控制系统等设备组成。其部分设备的作用是：

电池方阵：在有光照的情况下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生

“光生电压”，这就是“光生伏特效应”。

蓄电池组：其作用是贮存太阳能电池方阵受光照时发出的电能并可随时向负载供电。

控制器：是能自动防止蓄电池过充电和过放电的设备。

逆变器：是将直流电转换成交流电的设备。逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器

和并网逆变器。

三、太阳能发电的优势

太阳能作为一种能源，与煤炭、石油、天然气、核能等矿物燃料相比，具有以下明显的优点:

塔式太阳能热发电技术浅析

14121330 彭启

1.前言

太阳能热发电是利用聚光器将太阳辐射能汇聚，生成高密度的能量，通过热功循环来发电的技术[1]。我国太阳能热发电技术的研究开发工作始于70年代末，一些高等院校和科研所等单位和机构，对太阳能热发电技术做了不少应用性基础实验研究，并在天津建造了一套功率为lkW的塔式太阳能热发电模拟实验装置，在上海建造了一套功率为lKW的平板式低沸点工质太阳能热发电模拟实验装置[2~3]。

目前主流的太阳能热发电技术主要有4种方式：塔式、槽式、碟式和线性菲涅尔式[4]，这4种太阳能光热发电技术各有优缺点。

塔式太阳能聚光比高、运行温度高、热转换效率高，但其跟踪系统复杂、一次性投入大，随着技术的改进，可能会大幅度降低成本，并且能够实现大规模地应用，所以是今后的发展方向。槽式技术较为成熟，系统相对简单，是第一个进入商业化生产的热发电方式，但其工作温度较低，光热转换效率低，参数受到限制。碟式光热转换效率高，单机可标准化生产、既可作分布式系统单独供电，也可并网发电，但发电成本较高、单机规模很难做大。线性菲涅尔式结构简单、发电成本低、具有较好的抗风性能，但工作效率偏低、且由于发展历史较短，技术尚未完全成熟，目前处于示范工程研究阶段。

2.发电原理与系统

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，将阳光聚集到固定在塔顶部的接收器上产生高温，加热工质产生过热蒸汽或高温气体，驱动汽轮机发电机组或燃气轮机发电机组发电，从而将太阳能转换为电能[5]。

塔式太阳能热发电系统，也称集中型太阳能热发电系统，主要由定日镜阵列、高塔、吸热器、传热介质、换热器、蓄热系统、控制系统及汽轮发电机组等部分组成，基本原理是利用太阳能集热装置将太阳热能转换并储存在传热介质中，再利用高温介质加热水产生蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。

塔式太阳能热发电系统中，吸热器位于高塔上，定日镜群以高塔为中心，呈圆周状分布，将太阳光聚焦到吸热器上，集中加热吸热器中的传热介质，介质温度上升，存入高温蓄热罐，然后用泵送入蒸汽发生器加热水产生蒸汽，利用蒸汽驱动汽轮机组发电，汽轮机乏汽经冷凝器冷凝后送入蒸汽发生器循环使用。在蒸汽发生器中放出热量的传热介质重新回到低温蓄热罐中，再送回吸热器加热。塔式太阳能热发电系统概念设计原理系统如图1所示。

槽式太阳能热发电系统工作原理

作者：曹连芃 时间：2011年3月

聚光太阳能集热器由聚光器与接收器组成，成像聚光太阳能集热器通过聚光器将太阳辐射聚焦在接收器上形成焦点（或焦线），以获得高强度太阳能。聚光集热器是一套光学系统，聚光器一般由反射镜或透镜构成，主要有抛物面反射镜、菲涅耳透镜、菲涅耳反射镜三种。

槽式聚光集热器

由抛物线沿轴线旋转形成的面称为旋转抛物面，由抛物线向纵向延伸形成的面称为抛物柱面（槽式抛物面），在工业应用中称槽式聚光镜。在凹面覆上反光层就构成抛物面聚光器。根据光学原理，与抛物镜面轴线平行的光将会聚到焦点上，焦点在镜面的轴线上，见下图（a）。把接收器安装在反射镜的焦点上，当太阳光与镜面轴线平行时，反射的光辐射全部会聚到接收器，见下图（b）。

槽式聚光镜反射的光线是会聚到一条线（带）上，故集热器的接收器是长条形的，一般由管状的接收器安装在柱状抛物面的焦线上组成。槽式聚光集热器的聚光比范围约20至80，最高聚热温度约300度至400度。

槽式太阳能聚光集热器的结构主要由槽型抛物面反射镜、集热管、跟踪机构组成。反射镜一般由玻璃制造，背面镀银并涂保护层，也可用反光铝板制造反射镜，反射镜安装在反光镜托架上。槽型抛物面反射镜将入射太阳光聚焦到焦点的一条线上，在该条线上装有接收器的集热管，见图1。 集热管内有吸热管，用来吸收太阳光加热内部的传热液体，一般用不锈钢制作，外有黑色吸热涂层。为了减小热量散发，集热管外层装有玻璃套管，在玻璃套管与吸热管间有空隙并抽真空。集热管通过接收器支架与反射镜固定在一起构成槽式集热器，反光镜托架上有与集热管平行的轴，集热器通该轴安装在集热器支架上，可绕轴旋转。

槽式集热器的跟踪方式一般采用东西轴向布置，只需定期调整仰角，机构简单方便但效率较低；也可南北轴向布置，单轴跟踪阳光，需自动跟踪控制系统，效率较高；如果集热器转轴与地球转轴平行效率更高，如果同时保证集热管与阳光垂直则效率最高，但结构复杂，集热管的管间连接也复杂。有关槽式太阳能集热器的布置与跟踪可参考“鹏芃科艺”网站聚光太阳能热利用栏目太阳的视运动与跟踪课件页面。

太阳能的发电原理

摘 要：太阳能发电是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，本文以晶体为例描述太阳能的发电原理。

关键词：太阳能；光生伏特效应；晶体；P型半导体；N型半导体；P-N结

文献标识码：B

随着世界能源危机的出现，各国开始重视可再生能源的开发和利用。太阳能的利用是其中之一。太阳能发光发热，科学家实验发现太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于上百万吨煤的能量。科学界一致认为太阳的能量是由核融合反应提供的原理。太阳能可被人类可以长期使用而且对环境无任何污染。目前全球有数百万太阳能热水器，在许多寒冷地区利用太阳能作房间冬天暖房已使用多年。然而太阳能的大规模利用则是用来发电。

太阳能能发电必须将光能转换为电能。科学家利用光电效应将光能直接转换成电能。光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件。能产生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。它们的发电原理基本相同。

由于单晶硅太阳能电池转换效率最高，现以晶体为例描述光发电过程。图中1-1是硅的原子结构图其中正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。

图1-1图1-2

当硅晶体中掺入其他的杂质，通过扩散作用形成带正电的P型半导体和带负电的N型半导体。图：1-2

中，在晶体中掺入了硼原子，白色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只

有3个电子，所以就会产生如图所示的黑色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，从而形成P（positive）型半导体。

同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N（negative）型半导体。如图1-3黑色的为磷原子核，小的为多余的电子。

图1-3图1-4

我们看到N型半导体中含有较多的空穴，而P型半导体中含有较多的电子，这样，当P型和N型半导体结合在一起时，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，空穴和电子相遇而复合，载流子消失。因此在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有分布在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区。从而形成了一个由N指向P的“内电场”，这电场阻止载流子进一步扩散，达到平衡。从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的离子薄层形成电势差，这就是PN结，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。如图1-4。