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1、I北华大学电气信息工程学院新能源技术及未来发展论文题目 新能源技术及未来发展 指导老师： 姚馨 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 13电气4班 学 号： 姓 名： 日 期： 2016.9.20 I112北华大学电气信息工程学院内容摘要及关键字【摘 要】在地球环境污染和能源形势日趋严峻的今天,太阳能作为一种新型的绿色可再生能源,具有储量大、利用经济、清洁环保等优点,越来越受到人们的重视,太阳能发电技术的应用更是目前关注的焦点。本文综述了太阳能发电的发展概况、研究动态及应用前景。并对太阳能电池板的工作原理进行介绍还介绍和分析了电源逆变技术的相关理论和实现方法并根据这些理论设计了带有自调节功能
2、的太阳能发电装置. 【关键词】光伏发电太阳能热发电热风发电太阳能电池目录1 太阳能的主要情况.41.1传统化石燃料的开发使用会带来一系列的问题41.2太阳能具有的优点41.3我国太阳能利用状52 太阳能热发电52.1太阳能热发电技术52.2太阳能热发电的主要问题62.3太阳能热风发电73太阳能光伏发电7 3.1 光伏系统基本组成 8 3.2 光伏系统的分类8 3.3 光伏系统的应用9 3.4 光伏发电技术面临的问题104 太阳能电池10 4.1 太阳能电池的工作原理 .10 4.2 太阳能电池的分类10 4.3 影响太阳能电池转换效率的主要因11结论12参考文献12 引 言 能源是现代社会存在
3、和发展的基石。随着全球经济社会的不断发展,能源消费也相应的持续增长。随着时间的推移,化石能源的稀缺性越来越突显,且这种稀缺性也逐渐在能源商品的价格上反应出来。在化石能源供应日趋紧张的背景下,大规模的开发和利用可再生能源已成为未来各国能源战略中的重要组成部分。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源,具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点,在长期的能源战略中具有重要地位。我们对太阳能的利用大致可以分为光热转换和光电转换两种方式,其中,光电利用光伏发电,是近些年来发展最快,也是最具经济潜力的能源开发领域。太阳能电池是光伏发电系统中的关
4、键部分,包括硅系太阳电池,单晶硅、多晶硅、非晶硅电池,和非硅系太阳能电池等,我国太阳能资源非常丰富,开发利用的潜力非常大。我国太阳能发电产业的应用空间也非常广阔,可以应用于并网发电、与建材结合、解决边远地区用电困难问题等。我国政府对太阳能发电产业也给予了充分的扶持,先后出台了一系列律、政策,有力支持了产业的发展。 121 太阳能的主要情况1.1传统化石燃料的开发使用会带来一系列的问题 (1)能源短缺 由于常规能源的有限性和分布的不均匀性，造成了世界上大部分国家能源供应不足，不能满足其经济发展的需要。从长远来看，全球已探明的石油储量只能用到2020年，天然气也只能延续到2040年左右，即使储量丰
5、富的煤炭资源也只能维持二三百年。因此，如不尽早找到化石能源的替代能源，人类迟早将面临化石燃料枯竭的危机局面。(2) 环境污染 当前，由于燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质抛向天空，使大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量;局部地区形成酸雨，严重污染水土。这些问题最终将迫使人们改变能源结构，依靠利用太阳能等可再生洁净能源来解决。1.2太阳能具有的优点（1）普遍。阳光普照大地，处处都有太阳能，可以就地利用，不需要到处寻找，更不需要火车、轮船、汽车等日夜不停运输。这对解决偏远地区以及交通不便的乡村、海岛的能源供应，具有很大的优越性。（2）无害。利用太阳能作为能源，没有
6、废渣、废料、废水、废气排出，没有噪音，不产生对人体有害的物质，因而不会污染环境，没有公害 。（3）长久。只要有太阳存在，就有太阳能。因此利用太阳能作为能源，可以说是取之不尽用之不竭。 （4）巨大。一年内到达地面的太阳能总量，要比地球上现在每年消耗的各种能源的总量大几万倍。 1.3我国太阳能利用状况 我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资源。据估算，我国陆地表面每年接收的太阳辐射能约为50x10kJ，全国各地太阳年辐射总量达335837kJ/cm,中值为586kJ/cm。从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东
7、东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。尤其是青藏高原地区最大，那里平均海拔高度在4000m以上，大气层薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。例如被人们称为“日光城”的拉萨市，1961年至1970年的平均值，年平均日照时间3005.7h，相对日照为68，年平均晴天为108.5天，阴天为98.8天，年平均云量为4.8太阳总辐射为816kJ/cm，比全国其它省区和同纬度的地区都高。全国以四川和贵州两省的太阳年辐射总量最小。例如素有“雾都”之称的成都市，年平均日照时数仅为1152.2h，相对日照为26，年平均晴天为24.7天，阴天达244.6天，年平均云
8、量高8.4。我国太阳能资源分布的主要特点有:太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬2235“这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心;太阳年辐射总量，西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆两个自治区外，基本上是南部低于北部。2 太阳能热发电2.1 太阳能热发电技术太阳能热发电的概念早在19世纪就已经提出，自从1878年在巴黎建立了第一个小型点聚焦太阳能热交换式蒸汽机以来，能源领域专家从各个方面对太阳能热发电技术展开探讨。据不完全统计，仅在19811991年10年期间，全世界就组建了5OOkW以上的太阳能热发电系统20多座。如今，在采用Rankine循环的技术中按照集热温度的高低，太阳能热发
9、电系统大致可以分为槽式系统、塔式系统和碟式系统3大基本类型。(1) 槽式系统槽式太阳能热发电系统是利用槽形抛物面反射镜将太阳光线聚焦到集热器上，对传热工质进行加热，经换热产生的蒸汽，推动汽轮机带动发电机发电的能源动力系统。其特点是聚光集热器由许多分散布置的槽形抛物面聚光集热器串、并联组成。槽式太阳能热发电系统分为两种形式:传热工质在各个分散的聚光集热器中被加热形成蒸汽汇聚到汽轮机，称之为单回路系统。槽形抛物面集热器是一种线聚焦集热器，多对太阳进行一维跟踪，其聚光比在4080之间，集热温度一般低于400，属于中温系统，这种系统容量可大可小。目前，抛物槽式太阳能热发电系统普遍采用导热油作为集热工质
10、。低温导热油经油泵被送入到太阳能集热管，被加热到390左右，成为高温导热油，高温导热油依次通过蒸汽再热器、过热器、蒸发器和预热器等装置，将收集到的太阳能传递到蒸汽循环中，产生370左右的过热蒸汽，进入汽轮机做功，输出电能，即系统采用双回路形式。(2) 塔式系统塔式系统又称为集中型系统，其聚光装置由许多安装在场地上的大型反射镜组成，这些反射镜通常称为定日镜。每台定日镜都配有太阳跟踪机构，对太阳进行双轴跟踪，准确地将太阳光反射集中到一个高塔顶部的吸热器上。系统的聚光比通常在2001000之间，系统最高运行温度可达到1500。经定日镜反射的太阳能聚集到塔顶的吸热器上，加热吸热器中的传热工质，蒸汽产生
11、装置所产生的过热蒸汽进入动力子系统后实现热功转换，完成电能输出。该系统主要由聚光集热子系统、蓄热子系统和动力子系统三部分组成。 吸热器:也称之为太阳能锅炉，要求体积小，换热效率高。有垂直空腔型、水平空腔型和外部受光型等类型。对于垂直空腔型和水平空腔型来说，由于定日镜反射光可以照射到空腔内部，因而可以将内部的热损失控制到最低限度，但其最佳空腔尺寸与场地的布局有关。外部受光型吸热器的热损失要比上述的 两种类型大些，但适合于大容量系统。 蓄热装置:应选用传热和蓄热性能良好的材料作为蓄热工质。选用汽一水系统具有许多优点。有大量的工业设计和运行经验，附属设备也已经商业化，但腐蚀问题是其不足之处。对于高温
12、大容量系统来说，可以选用钠作为热传输工质，它具有良好导热性能，可以在3004kW/m的热流密度下工作。 （3）碟式系统 碟式系统也称之为盘式系统，主要特征是采用盘状抛物面镜聚光集热器，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因而可以产生非常高的温度。这种系统可以独立运行，作为无电边远地区的小型电源，一般其功率为1025kW聚光镜直径约1015m。碟式太阳能热发电系统也可以做成较大的系统，即可以将多台装置并联起来，组成小型太阳能热发电电站，为用户提供电力需求。 2.2太阳能热发电的主要问题太阳能热发电系统，不耗用化石能源，无污染物排
13、放，是和生态环境相和谐的清洁能源发电系统。自研究试验成功以后，经过不断发展与改进，取得了显著的成果。世界上除了美国，太阳能热发电技术还在日本、法国、以色列、意大利、西班牙、德国和澳大利亚等国家也有所发展。这些在并网运行的商用系统有30MW以上抛物面槽式系统、lOMW以上的塔式系统、几kW至几十kW采用燃气轮机或斯特林发动机的碟式系统。前两种一般与大电网并网运行，后一种一般供用户作为独立电源使用。(1) 槽式太阳能热发电系统及其存在的问题在20世纪70年代末和80年代初，美国、西欧、以色列和日本等国家都对槽式系统作了很多研究开发工作，取得了较大的进展，特别是美国在90年代初有了9座抛物面槽式大型
14、系统投入商业并网运行。此外，西班牙、日本等国的示范电站也取得了很好的成果，起到了试验示范的作用。抛物槽式太阳能热发电系统虽然在美国己取得了大规模商业化运行的经验，但目前的主要问题是当系统集热温度高于40后，峰值集热效率急剧下降，当DNI-800W/m，温度为500时的集热效率比250时的集热效率约降低22.5%。由于其几何聚光比低及集热温度不高等条件的制约，使得抛物槽式太阳能热发电系统中动力子系统的热转功效率偏低，通常在35%左右。因此，单纯的抛物槽式太阳能热发电系统在进一步提高热妙率、降低分电成太方而的难度较大。(2) 塔式太阳能热发电系统及其存在的问题塔式太阳能热发电系统与槽式太阳能热发电系统相比，其集热温度更高，易生产高参数蒸汽，因此热动装置的效率相应提高。目前，塔式太阳能热发电系统的主要障碍是，当定日镜场的集热功率增大时，即单塔的太阳能热发电系统大型化后，定日镜场的集热效率随之降低，其变化趋势。我国的金红
