太阳能发电技术发展现状及展望_数学_自然科学_专业资料。太阳能发电技术发展现状及展望 潘忠涛 郝军 王璟 【摘 要】光伏发电和光热发电是目前利用太阳能发电的主要形式,本文介绍了两 种发电形式的发展现状,分析了各自的优缺点,在此基础上分析了二者作为环保清 洁

　　太阳能发电技术发展现状及展望 潘忠涛 郝军 王璟 【摘 要】光伏发电和光热发电是目前利用太阳能发电的主要形式,本文介绍了两 种发电形式的发展现状,分析了各自的优缺点,在此基础上分析了二者作为环保清 洁的绿色能源,是未来具有广阔发展前景的新能源发电形式。 【期刊名称】科技创新导报 【年(卷),期】2017(014)026 【总页数】2 【关键词】太阳能 光伏发电 光热发电 前景展望 太阳能是是地球上所有生物赖以生存的能量源泉，太阳平均每秒向空间放射的 能量可达 3.865×1026J，而仅约 1.75×1017J 被地球表面所接收，约占 22 亿 分之一[1]，而到达地球表面的太阳能中只有极少一部分被人们利用。 随着石油、天然气、煤炭等不可再生能源的不断消耗，环境问题日益成为人民 共同关注的线 排放量已居世界位，CO2 排放量仅次 于美国居第二位。开发利用环保绿色的可再生能源成为解决当今能源问题的必 由之路，在诸多的新能源技术中，太阳能是一种无污染、可再生的清洁能源， 具有广阔的发展前景。 利用太阳能发电已经成为利用太阳能的主要形式，目前利用太阳能发电的方式 主要有太阳能光伏发电和太阳能聚光光热发电。 1 光伏发电技术 太阳能光伏发电(photovoltaics，简称 PV)是利用半导体材料的光生伏应， 将太阳能直接转换为电能的一种发电形式。 太阳能电池是利用半导体材料 PN 结的光生伏应，当太阳光照射到电池板 表面时，电池板内的电子受到激发，在 PN 结内建电场的作用下，电子被驱向 N 区，空穴被驱向 P 区，电子和空穴的定向移动形成了电流和电位差[2]，把若 干个太阳能电池串并联起来，便可获得所需的电能。硅基太阳能电池是目前发 展成熟、工业化生产规模的太阳能电池[1]。尽管 PV 是目前利用太阳能 发电的主要形式，得到大规模发展，但 PV 具有以下缺点。 1.1 发电效率低 尽管太阳能是以辐射的形式向空间传播的，但太阳能电池的性质决定其对太阳 光谱的吸收具有选择性[2]，通常单晶硅太阳能电池只吸收 380～1100nm 波长 范围内的能量用于发电，其余波段的能量被太阳能电池吸收变成热能。随着电 池温度的升高，电池中电子的热运动加强，能带间隙降低，开路电压随温度升 高而下降，短路电流随温度升高而升高，冷弯型钢结果使电池的输出功率随温度升高而 下降，温度升高降低了太阳能电池的光电转换效率。 单晶硅太阳能电池的理论转换效率约为 28.8%，实验室效率达 25%，规模 化生产的电池效率约 17%[1]，目前单晶硅电池实际平均效率约为 12%～16%， 多晶硅光伏电池效率约为 11%～15%，非晶硅光伏电池的效率仅为 5%～ 18%[2]。由于电池的光电转换效率较低，要增加发电量就要增加电池板的数量， 建设成较高，一定程度上制约其发展。 1.2 发电系统的波动性 由于太阳辐射受昼夜交替、季节变化、地理位置的差异存在较大的随机性和波 动性，使得 PV 的效率受到区域受气候环境影响大，功率输出不稳定。另外， 大气透明度、空气中的颗粒物等附着在电池板表面也对光电转换产生较大影响。 1.3 电池生产耗能高、污染大 太阳能电池在使用其发电过程中具有“无燃料消耗、无噪声、无污染”的特点， 但在电池的生产环节存在不少高耗能环节，有大量的污染产生。国内从生产工 业硅到太阳能电池的全过程综合电耗约 220 万 kWh/MW，冷弯型钢平均生产 1kW 的 太阳能电池需要 10kg 多晶硅，耗电 5800～6000kWh[3]。 电池生产过程中的副产物 SiCl4 是一种无色或淡黄色发烟液体，有刺激性气味， 受热或遇水分解会放出有毒的腐蚀性烟气。国外每生产 1kg 多晶硅会产生 10～15kg 的 SiCl4，通过还原处理后排放量仍然高达 5～10kg[3]；同时电池 板生产过程中大量使用 HF、HNO3、POCl3、异丙醇等化学物质，单位产能废 水排放量 500～1500m3/MW，废水中含有大量的 F-、COD、TN 等污染物。 2 聚光光热发电技术 太阳能聚光光热发电(Concentrating Solar Power，简称 CSP)是又一种利用太 阳能发电的形式，CSP 是一种利用聚光装置将太阳光聚集起来以增加太阳辐射 能的密度，进而加热循环介质并产生蒸汽推动汽轮机发电的技术。 与 PV 相比，CSP 可利用全波段的太阳光，也可通过蓄热实现昼夜连续发电， 对电网影响较小[1]，同时 CSP 也克服了 PV 中太阳辐射能密度低的缺点。根据 聚光方式的不同，太阳能聚光热发电技术可分为塔式、槽式、菲涅尔和碟式 4 类热发电技术。 2.1 槽式热发电技术 槽式热发电是通过槽式抛物面反射镜，将太阳光聚成一条焦线加热集热管内的 传热介质，经过换热器交换热量，将收集到的太阳热能传递给动力回路中的蒸 汽，进入汽轮机带动发电机发电。聚光器对太阳辐射进行一维跟踪，在太阳能 不足的情况下可以进行辅助加热，以保证系统运行的稳定。 2.2 菲涅尔热发电技术 线性菲涅尔热发电是利用条状平面镜或低曲率镜面做反射镜，将太阳光线汇集 于集热管加热循环介质，产生高温蒸汽推动汽轮机发电。与槽式热发电系统类 似，但菲涅尔反射镜一般安装在接近地面，菲涅尔反射镜布置密集，易出现反 射光线被相邻镜面遮挡，以及光线入射到镜面会产生阴影，导致太阳能收集率 低、光电转换效率低，该技术目前仍处于示范阶段。 2.3 塔式热发电技术 塔式热发电是通过地面镜场将太阳辐射聚集到距离地面一定高度吸热塔的吸热 器上，吸热器直接接受地面镜场反射的太阳辐射，冷弯型钢吸热器中的传热介质(熔融岩) 获得高温热能，再将热能输送到蒸汽发生器产生蒸汽推动汽轮机发电。这一系 统中，定日镜以吸热塔为中心分布在吸热塔的周围，要把太阳光准确的反射到 吸热器上，需要对镜场中每个定日镜都要进行单独的二维跟踪控制，镜场控制 系统复杂，但其聚光效率高，系统发电效率高。随着技术研发的不断深入和
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