浅析太阳能发电技术

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浅析太阳能发电技术

肖慧杰,王　凯,刘欣颖

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(内蒙古电力勘测设计院,内蒙古呼和浩特　010020)

　　摘　要:文章通过介绍太阳能光伏发电技术系统、太阳能热发电技术系统——塔式太阳能热发电系统、槽式太阳能热发电系统和碟式太阳能热发电系统,对各类太阳能发电技术、太阳能发电技术与常规发电技术进行了分析对比,提出了太阳能发电具有的广阔应用前景。

关键词:太阳能;光伏发电;光热发电

　　中图分类号:TM615　　文献标识码:A　　文章编号:1006—7981(2010)03—0093—02　　众所周知,太阳能是一种取之不竭、清洁的可再生能源,利用太阳能发电是开拓新能源和保护环境、节能减排的有效途径。自从20世纪50年代研制成的第一块实用硅太阳电池以来,世界各国纷纷开始研究太阳能应用技术,尤其是太阳能发电技术。目前较成熟的太阳能发电技术主要有太阳能光伏发电、太阳能热发电技术2种。1　太阳能光伏发电技术

对于发电系统来说,太阳能光伏发电系统的基本结构主要包括太阳能电池阵列、蓄电池、逆变器、负载等,太阳能电池阵列是光伏发电系统的核心。太阳能电池用半导体材料制成,在半导体上照射光后,由于半导体吸收光能会激发出电子和孔穴(正电荷),从而半导体中有电流流过,称为光伏效应。目前应用较广的太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅和非晶硅3种。近年来也出现了硅以外的化合物材料,如磷化铟、砷化镓、铟硒铜等。

太阳能光伏发电系统除了发电系统外还有并网光伏发电系统。并网的光伏发电系统的优点是取消了蓄电池,并且在晚上或者阴雨天,太阳能发电电力小于家庭使用电力时,可以通过电网来弥补电力不足。例如:北京鸟巢体育场太阳能光伏发电系统就是采用了这种并网系统。

太阳能光伏发电系统的主要优点是:可以有效利用建筑物屋顶和幕墙,无需占用土地资源;可就地发电,就地使用,可减少电力输送损耗;各种光伏组件可取代和节约外饰材料(如玻璃幕墙等),在用电

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高峰期供电,以舒缓高峰电力需求;配备蓄电池后,可满足安全用电设施的不断电要求;太阳能发电板阵列直接吸收太阳能,降低墙面及屋顶的温升,减轻建筑空调负荷。目前太阳能光伏发电发展的主要因素就是太阳能电池造价太高。但是,很多国家都在加大投入,积极研究开发以非晶体硅为原料的薄膜电池,若成功,成本将大幅降低,利于推动光伏发电的进程。

2　太阳能热发电技术

太阳能热发电技术就是利用光学系统聚集太阳辐射能,用以加热工质产生蒸汽,驱动汽轮发电机组发电,也简称光热发电技术。它与光伏发电相比,具有效率高、结构紧凑、运行成本低等优点。

根据聚光方式的不同,光热发电技术可分为:塔式(powertower)太阳能热发电、槽式(parabolictro󰀁gh)太阳能热发电和碟式(parabolicdish)太阳能热发电技术。

2.1　塔式太阳能热发电系统

塔式光热发电系统的基本形式是利用跟踪太阳的定日镜群,将阳光聚集到一个固定的塔顶部的接收器上,产生的高温加热传热介质,高温传热介质来加热蒸汽以驱动常规的汽轮发电机组发电。这种发电方式无需常规能源,动力供给完全来源于集热系统内因太阳辐射产生的高温传热介质。这种光热发电系统主要有定日镜阵列、高塔、受热器、传热流体、换热部件、蓄热系统、控制系统、汽轮机和发电系统等组成。

收稿日期:2009-09-24

作者简介:肖慧杰(1980—),助理工程师,2004年毕业于华北水利水电学院,2004年至今,在内蒙古电力勘测设计院从

事电厂汽机锅炉专业设计。94

2.2　槽式太阳能热发电系统

内蒙古石油化工　　　　　　　　　　2010年第3期　

槽式光热发电系统是利用多个槽式抛物面反射镜将太阳能聚焦在一条线上,在聚焦线上安装有管状集热器,来吸收聚焦后的太阳辐射能发电的系统。系统一般由聚光集热装置、蓄热装置、热机发电装置或/和辅助能源装置(如锅炉)等组成。聚光集热系统是本系统的核心,由聚光镜、接收器和跟踪装置构成(如图2.2.1槽式太阳能热发电系统)。2.3　碟式太阳能热发电系统

碟式光热系统借助于双轴跟踪,利用旋转抛物面反射镜,将入射的太阳辐射进行点聚集,吸热器吸收这部分辐射能并将其转换成热能,加热工质以驱动热机(如燃气轮机、斯特林发动机或其它类型透平等),从而将热能转换成电能。碟式光热发电系统主要由太阳能凹面聚焦镜、接收器和发电机组成。太阳能斯特林发电技术是将斯特林发电机直接放在焦点处。

2.4　三种太阳能热发电系统的比较

表1

3种系统的比较

槽式

发电规模(MW)运行温度(℃)峰值发电效率(%)年净发电效率(%)商业化状态技术风险能量储存多燃料设计成本(＄/m2)(＄/W)(＄/W*)不考虑热量的存储

30～3203902011～16已商业化

低有可以630～2754.0～2.74.0～1.3可并网发

可并网发

电,中温

应用

段、高温

段加热

段加热使用油作为传热介质,

性能、初期

了运行

投资和商业

缺点

温度,最高

化运行程度

400℃,只能产生中等品质的蒸汽

本目标尚未

不够

达到。规模生产成强,预计大可靠性需要加系统供电

电,高温

电、边远地区小容量分散发

塔式100～250565237～20已商业化中等可以,如熔盐

可以475～2004.4～2.52.4～0.9

碟式1～25750>2512～25完成示范阶段

高电池可以3100～32012.6～1.312.6～1.1

三种系统目前已有槽式太阳能发电系统和塔式太阳能发电系统实现了商业化,碟式太阳能发电系统已完成了示范阶段,完成了技术验证,正在进入商

业阶段。3种系统的比较如表1所示。2.5　太阳能热发电技术与常规发电技术的比较随着常规能源电力生产成本的增长,太阳能热电成本却在逐步降低。目前在南加州Mojava沙漠运行、由Sindia国家实验室开发的容量为354MW的电厂,电价已从1980年的20美分/kW・h降到目前的8美分/kW・h;悉尼大学研制的改进型槽式太阳热发电系统,转换效率最高可达25%～30%,因采用了热贮存系统,可连续8小时无阳光工作,电价为6美分/kW・h。预计,随着高性能光热转换材料和热化学储能技术的开发应用及市场规模的扩大,太阳热电成本还会进一步下降,达到可与常规能源竞争的程度,并优于核能。

太阳能热电开发所占土地面积并不比某些常规能源大,且可在太阳能资源丰富的荒漠地区建设,这是常规能源所不能达到的。太阳能热力发电与火力发电相比,不会消耗煤炭、石油等资源;亦不会产生废气、废渣而污染空气、土壤和水;也不会象水力发电工程要淹没大片耕地、矿产资源和风景文物,改变生态系统,产生库周小气候等环境的变化,诱发地震,一旦工程失事产生灾害性影响等;更不会象核电工程如果产生核泄漏而对较大范围造成严重而深远的放射性环境影响;和风电相比,不会产生噪声的影响,对景观、鸟类的影响和因电磁辐射而对有线和无线通讯的干扰,以及风力发电站运行中存在的事故隐患等。综上所述,太阳能发电具广阔的应用前景。

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