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太陽能發電

文章來源:admin 時間:2017-06-27 09-31-56

太陽能的能源是來自地球外部天體的能源(主要是太陽能),是太陽中的氫原子核在超高溫時聚變釋放的巨大能量,人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來自太陽。我們生活所需的煤炭、石油、天然氣等化石燃料都是因為各種植物通過光合作用把太陽能轉變成化學能在植物體內貯存下來后,再由埋在地下的動植物經過漫長的地質年代形成。此外,水能、風能、波浪能、海流能等也都是由太陽能轉換來的。

太陽能光發電

太陽能光發電是指無需通過熱過程直接將光能轉變為電能的發電方式。 它包括光伏發電、光化學發電、光感應發電和光生物發電。 光伏發電是利用太陽能級半導體電子器件有效地吸收太陽光輻射能,并使之轉變成電能的直接發電方式,是當今太陽光發電的主流。在光化學發電中有電化學光伏電池、光電解電池和光催化電池,目前得到實際應用的是光伏電池。

光伏發電系統主要由太陽能電池、蓄電池、控制器和逆變器組成,其中太陽能電池是光伏發電系統的關鍵部分,太陽能電池板的質量和成本將直接決定整個系統的質量和成本。太陽能電池主要分為晶體硅電池和薄膜電池兩類,前者包括單晶硅電池、多晶硅電池兩種,后者主要包括非晶體硅太陽能電池、銅銦鎵硒太陽能電池和碲化鎘太陽能電池。

單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為15%左右,最高可達23%,在太陽能電池中光電轉換效率最高,但其制造成本高。單晶硅太陽能電池的使用壽命一般可達15年,最高可達25年。多晶硅太陽能電池的光電轉換效率為14%到16%,其制作成本低于單晶硅太陽能電池,因此得到大量發展,但多晶硅太陽能電池的使用壽命要比單晶硅太陽能電池要短。

薄膜太陽能電池是用硅、硫化鎘、砷化鎵等薄膜為基體材料的太陽能電池。薄膜太陽能電池可以使用質輕、價低的基底材料(如玻璃、塑料、陶瓷等)來制造,形成可產生電壓的薄膜厚度不到1微米,便于運輸和安裝。然而,沉淀在異質基底上的薄膜會產生一些缺陷,因此現有的碲化鎘和銅銦鎵硒太陽能電池的規模化量產轉換效率只有12%到14%,而其理論上限可達29%。如果在生產過程中能夠減少碲化鎘的缺陷,將會增加電池的壽命,并提高其轉化效率。這就需要研究缺陷產生的原因,以及減少缺陷和控制質量的途徑。太陽能電池界面也很關鍵,需要大量的研發投入。

太陽能熱發電

通過水或其他工質和裝置將太陽輻射能轉換為電能的發電方式,稱為太陽能熱發電。先將太陽能轉化為熱能,再將熱能轉化成電能,它有兩種轉化方式:一種是將太陽熱能直接轉化成電能,如半導體或金屬材料的溫差發電,真空器件中的熱電子和熱電離子發電,堿金屬熱電轉換,以及磁流體發電等;另一種方式是將太陽熱能通過熱機(如汽輪機)帶動發電機發電,與常規熱力發電類似,只不過是其熱能不是來自燃料,而是來自太陽能。太陽能熱發電有多種類型,主要有以下五種:塔式系統、槽式系統、盤式系統、太陽池和太陽能塔熱氣流發電。 前三種是聚光型太陽能熱發電系統,后兩種是非聚光型。 一些發達國家將太陽能熱發電技術作為國家研發重點,制造了數十臺各種類型的太陽能熱發電示范電站,已達到并網發電的實際應用水平。 

目前世界上現有的最有前途的太陽能熱發電系統大致可分為:槽形拋物面聚焦系統、中央接受器或太陽塔聚焦系統和盤形拋物面聚焦系統。在技術上和經濟上可行的三種形式是:30~ 80MW聚焦拋物面槽式太陽能熱發電技術(簡稱拋物面槽式);30~ 200MW點聚焦中央接收式太陽能熱發電技術(簡稱中央接收式);7.5~ 25kW的點聚焦拋物面盤式太陽能熱發電技術(簡稱拋物面盤式)。

聚焦式太陽能熱發電系統的傳熱工質主要是水、水蒸汽和熔鹽等,這些傳熱工質在接收器內可以加熱到攝氏450度然后用于發電。此外,該發電方式的儲熱系統可以將熱能暫時儲存數小時,以備用電高峰時之需。

拋物槽式聚焦系統是利用拋物柱面槽式發射鏡將陽光聚集到管形的接收器上,并將管內傳熱工質加熱,在熱換氣器內產生蒸汽,推動常規汽輪機發電。塔式太陽能熱發電系統是利用一組獨立跟蹤太陽的定日鏡,將陽光聚集到一個固定塔頂部的接收器上以產生高溫。

隨著光伏發電技術的深入發展,轉換效率的逐步提高,系統成本的日趨合理,以及相關的分布式發電技術、智能電網等的完善,光伏發電這種綠色能源將成為未來社會的重要能源。

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