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太阳能发电及利用报告

作者:admin发布时间:2020-09-12 13:49

  太阳能发电及利用报告_幼儿读物_幼儿教育_教育专区。太阳能发电及利用报告

  太阳能发电及利用技术 专题讲座 主要内容 一、太阳能光伏发电历史与现状 二、太阳能光伏发电系统的组成 三、太阳能光伏发电优缺点 四、太阳能电池发电原理 五、太阳能电池发电分类 六、太阳能发电系统 七、空间电站—未来能源基地 八 、太阳能热动力发电 九、太阳能新产品 太阳能的利用方式与技术环节 ? 太阳能利用技术环节:太阳能利用涉及的技 术问题很多,但根据太阳能的特点,具有共 性的技术主要有四项,即太阳能采集、太阳 能转换、太阳能贮存和太阳能传输, ? 太阳能利用方式:将这些技术与其它相关技 术结合在一起,便能进行太阳能的实际利用--光热利用、光电利用、光化学利用、光-生物利用和光—光利用等。 太阳能利用的重点方向 ? 太阳能的利用主要有两大重点方向: ? 一是把太阳能转化为热能, ? 另一个就是将太阳能转化为电能(即通常 所说的光伏发电),这是主要重点方向。 ?专家们预测,到2050年,可再生能源占 总一次能源的比例约为54%,其中太阳能 在一次能源中的比例约为13%-15%;到 2100年,可再生能源将占86%,太阳能占 70%,其中太阳能发电占64%。 一、太阳能光伏发电历史与现状 ? 利用太阳光发电是人类梦寐以求的愿望。从 二十世纪五十年代太阳能电池的空间应用到 如今的太阳能光伏集成建筑,世界光伏工业 已经走过了近半个世纪的历史。 ? 90年代以来,太阳能光伏发电的发展很快, 已广泛用于航天、通讯、交通,以及偏远地 区居民的供电等领域,近年来又开辟了太阳 能路灯、草坪灯和屋顶太阳能光伏发电等新 的应用领域。 太阳能光伏发电的发展历史 中国太阳能利用现状 目前太阳能利用方式主要有光热利用和光电利用 两种: ? 到2003年底,全国已安装光伏电池约55MWp, 主要为边远地区居民及交通、通讯等领域提供 电力,现在已开始进行并网光伏发电系统的试 验和示范工作。 ? 全国已有太阳能电池生产及组装厂10多家,制 造能力超过100MWp。到2003年底,全国太阳 热水器使用量为5200万平方米,约占全球使用 量的40%,年生产量为1200万平方米。 中国太阳能电池年产量和累计装机发展进程 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 1976 年度安装量(KW) 累计安装量(KW) 1985 1994 2003 国内光伏市场的组成 1)通信和工业应用(大约占到36%): ? 微波中继站; ? 光缆通信系统; ? 无线寻呼台站; ? 卫星通信和卫星电视接收系统; ? 农村程控电话系统; ? 部队通信系统; ? 铁路和公路信号系统; ? 灯塔和航标灯电源; ? 气象、地震台站; ? 水文观测系统; ? 水闸阴极保护和石油管道阴极保护。 国内光伏市场的组成 2)农村和边远地区应用(大约占51%): ? ? ? ? ? ? 独立光伏电站(村庄供电系统); 小型风光互补发电系统; 太阳能户用系统; 太阳能照明灯 ; 太阳能水泵 ; 农村社团 (学校、医院、饭馆、旅社、商店、卡 拉OK歌舞厅等) 国内光伏市场的组成 3)光伏并网发电系统(4%) 当前处于试验示范阶段,全国总装机容 量大约仅有约2MWp。 4)太阳能商品及其它(大约占到9%) 太阳帽;太阳能充电器;太阳能手表、 计算器;太阳能路灯;太阳能钟;太阳能庭 院;汽车换气扇;太阳能电动汽车;太阳能 游艇;太阳能玩具。 至2003年底中国光伏产品的应用领域 及份额 9% 4% 农村电气化 51% 36% 通信和工业应用 太阳能商品 并网发电 中国国内主要光伏项目的情况 项目名称 “光明工程”先 导项目 出资方 国家发改委,地 方政府 支持力度 主要内容 建立村落电站和户用系统,帮 助建立销售网络和加强 机构能力建设 执行期 执行地域 4000万人民币 2000- 西藏,内蒙古,甘肃 “送电到乡”工 程 内蒙古新能源通 电计划 世行、全球环境 基金REDP 项目 丝绸之路照明计 划 德援KFW项目* 德援GTZ项目** 加拿大太阳能项 目 原国家计委,地 方政府 内蒙古自治区政 府 26亿人民币 建立集中电站 2002-2003 新疆,西藏,甘肃,陕 西,内蒙古,四 川,青海 内蒙古 新疆,西藏,甘肃,内 蒙古,四川,青 海 新疆 新疆,云南,青海,甘 肃 青海,云南,西藏,甘 肃 内蒙古 新疆,西藏,甘肃,陕 西,宁夏,内蒙 古,四川,青海, 云南,广东,浙 江,河北 2.25亿人民币 补贴农村户用系统 补贴农村户用系统销售,帮助 机构能力建设和技术进 步 补贴农村户用系统 建立村落电站 技术支持及培训 建立示范电站及管理培训 2001- 全球环境基金 2550万美元 2002-2007 荷兰政府 德国政府 德国政府 加拿大政府 1379万欧元 2600万欧元 约460万欧元 343万加元 2002-2006 2003-2005 2003- 2003-2005 日本援助NEDO 项目 日本政府 3853万人民币 建立示范电站;实验室建设 1998-2002 世界光伏电池年产量增长图 二、太阳能光伏发电系统的组成 ? 一套基本的太阳能发电系统是由太阳电池板、 充电控制器、逆变器和蓄电池构成 : (一)太阳能电池板: ? 太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分, 也是太阳能发电系统中价值最高的部分。 ? 其作用是将太阳的辐射能力转换为电能,或送 往蓄电池中存储起来,或推动负载工作。 ? 一般根据用户需要,将若干太阳电池板按一定 方式连接,组成太阳能电池方阵,再配上适当 的支架及接线盒组成。 (二)太阳能控制器: ? 太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态, 并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。 ? 在温差较大的地方,合格的控制器还应具备温度补 偿的功能。 ? 其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制 器的可选项; (三)蓄电池: ? 其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能 储存起来,到需要的时候再释放出来。 ? 一般为铅酸电池,小微型系统中,也可用镍氢电池、 镍镉电池或锂电池。 (四)逆变器: ?在很多场合,都需要提供220VAC、 110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输 出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为 能向220VAC的电器提供电能,需要将太阳 能发电系统所发出的直流电能转换成交流电 能,因此需要使用DC-AC逆变器。 ?在某些场合,需要使用多种电压的负载时, 也要用到DC-DC逆变器,如将24VDC的电 能转换成5VDC的电能。 三、太阳能光伏发电优缺点 1、太阳能光伏发电的主要优点: (1)结构简单.体积小且轻。 (2)易安装,易运输,建设周期短。 (3)容易启动,维护简单,随时使用,保证供应。 (4)清洁,安全,无噪声。 (5)可靠件高,寿命长。 (6)太阳能无处不有,应用范围广。 (7)降价速度快,能量偿还时间有可能缩短。 2、太阳能光伏发电的主要缺点 (1)能量分散,占地面积大。 (2)间歇性大。除了昼夜这种周期变化外, 太阳能光伏发电还常常受云层变化的影响。 小功率光伏发电系统可用蓄电池补充,大 功率光伏电站的控制运行比常规火电厂、 水电站、核电厂要复杂。 (3)地域性强。 四、太阳能电池发电原理 ? 当光线照射太阳能电池表面时,一部分光子被 硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子,使 电子发生了越迁,成为自由电子在P-N结两 侧集聚形成了电位差,当外部接通电路时,在 该电压的作用下,将会有电流流过外部电路产 生一定的输出功率。 ? 这个过程的的实质是:光子能量转换成电能的 过程。 ? 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。 光伏效应 ? 早在1839年,法国科学家贝克雷尔 (Becqurel)就发现,光照能使半导体材料的 不同部位之间产生电位差。这种现象后来 被称为“光生伏打效应”,简称“光伏效 应”。 ? 太阳电池工作原理的基础是半导体PN结的 光生伏打效应,就是当物体受到光照时, 物体内的电荷分布状态发生变化而产生电 动势和电流的一种效应。 ? 即当太阳光或其他光照射半导体的PN结时, 就会在PN结的两边出现电压,叫做光生电 压,使PN结短路,就会产生电流。 太阳光发电方式 ? 太阳光发电是指无需通过热过程直接将光能 转变为电能的发电方式。 ? 它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电 和光生物发电。 ? 时下,人们通常所说太阳光发电就是太阳能 光伏发电,亦称太阳能电池发电。 ? 以晶体硅材料制备的太阳能电池主要包括: 单晶硅太阳电池,铸造多晶硅太阳能电池, 非晶硅太阳能电池和薄膜晶体硅电池。 晶体硅材料制备的太阳能电池比较 单晶硅电池具有电池转换效率高,稳定性好,但是 成本较高; ? 非晶硅太阳电池则具有生产效率高,成本低廉,但 是转换效率较低,而且效率衰减得比较快; ? 铸造多晶硅太阳能电池则具有稳定的转换的效率, 而且性能价格比最高; ? 薄膜晶体硅太阳能电池则现在还只能处在研发阶段。 硅系列太阳能电池中,单晶硅和多晶硅电池继续占据 光伏市场的主导地位,单晶硅和多晶硅的比例已超 过80%,而这一发展趋势还在继续增长。 ? 太阳能电池发电原理图 五、太阳能电池发电分类 常用太阳电池按其材料可以分为: 1)硅太阳能电池;2)以无机盐如砷化镓 III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为 材料的电池;3)功能高分子材料制备的大阳 能电池;4)纳米晶太阳能电池等。 如:晶体硅电池、硫化镉电池、硫化锑电 池、砷化镓电池、非晶硅电池、硒铟铜电池、 叠层串联电池等。 ? 晶体硅电池应用最广,其中单晶硅的光电转换 效率实验室已高达24.2%,工厂规模化生产的 单晶硅电池其效率也在12%以上。 ? P型单晶硅太阳电池结构 太阳电池串联 ? 由于各种不同材料制成的太阳电池所吸收的 太阳光谱是不同的,因此将不同材料的电池 串联起来,就可以充分利用太阳光谱的能量, 大大提高太阳电池的效率, ? 因此叠层串联电池的研究已引起世界各国的 重视,成为最有前途的太阳电池。 太阳能电池特点与应用 ? 太阳电池重量轻,无活动部件,使用安全。 单位质量输出功率大,即可作小型电源,又 可组合成大型电站。 ? 目前其应用已从航天领域走向各行各业,走 向千家万户,太阳能汽车,太阳能游艇,太 阳能自行车,太阳能飞机都相继问世,它们 中有的已进入市场。然而对人类最有吸引力 的是所谓太空太阳站。 太阳能电池制造工艺 ? 1、硅材料制备 硅材料来源: 硅材料来源于优质石英砂,也 称硅砂。在我国山东、江苏、沏北、云南、 内蒙古、海南等省区都有分布。将硅砂转换 成可用的硅材料的工艺流程为: 硅砂→硅铁(冶金硅)(含硅 97%-99%) →三氯 氢硅→ (CH4硅烷) →多晶硅. 2、多晶硅太阳电池生产过程 薄如纸片的太阳电池 六、太阳能发电系统 ? 太阳能电源是由太阳能电池发电,经蓄 电池贮能,从而给负载供电的一种新型 电源,广泛应用于微波通讯、基站、电 台、野外活动、高速公路、也可为无电 山区、村庄、 海岛提供电力。 太阳供电系统 太阳能供电系统的特点型 ? 特点: 1)不必拉设电线,不必挖开马路,安装 使 用方便; 2)一次性投资,可保证二十年不间断供 电(蓄电池一般为5年需更换); 3)免维护,无任何污染。 太阳能供电系统的类型 1)按供电类型分: ? 直流供电系统 ? 交直流供电系统 2)按供电特点分: ? 独立光伏发电系统 ? 并网光伏发电系统 独立光伏发电系统 ? 独立光伏发电系统是指仅仅依靠太阳能电池 供电的光伏发电系统或主要依靠太阳能电池 供电的光伏发电系统,在必要时可以由油机 发电、风力发电、电网电源或其他电源作为 补充。 ? 从电力系统来说,kW级以上的独立光伏发 电系统也称为离网型光伏发电系统。 独立光伏发电系统框图 并网光伏发电系统 光伏发电系统(以下简称光伏系统)的主流发展趋势是 并网光伏发电系统: ? 太阳能电池所发的电是直流,必须通过逆变装置变 换成交流,再同电网的交流电合起来使用,这种形 态的光伏系统就是并网光伏系统。 ? 并网光伏系统可分为:住宅用并网光伏系统和集中 式并网光伏系统(电站)两大类。 ? 前者的特点:是光伏系统发的电直接被分配到住宅 内的用电负载上,多余或不足的电力通过连接电网 来调节: ? 后者的特点:是光伏系统发的电直接被输送到电网 上,由电网把电力统一分配到各个用电单位。 住宅用并网光伏系统图 住宅用并网光伏系统供电形式 直流供电系统 交直流供电系统 太阳能供电系统 七、空间电站 ——未来能源基地 太阳空间电站的原理 ? 随着地球上石油、煤炭资源的日益枯竭和环 境污染的不断加剧,人类把目光投向太空, 预计到下个世纪初将建成空间电站,以解决 日益紧张的能源问题。 ? 空间电站实际上是利用太阳能发电的卫星, 这些卫星表面覆盖有太阳能电池板,能够吸 收积聚大量太阳能并将其转化为电能,通过 微波束将电能传送回地面。 太阳空间电站传输 ? 它是由永远朝向太阳的太阳电池列阵, 能把直流电转换成微波能的微波转换站, 发射微波束能的列阵天线等三部分组成, 通过天线以微波形式向地面输电。在地 面上则要建一个面积达几十平方公里的 巨型接受系统。 ? 太空太阳电站是十分巨大的,据计算一 座8×1010W的太空太阳电站其太阳电池 的列阵面积即达64km2,要装配几百亿个 电池片,把微波发往地球的天线。 在近地轨道 直接组装太阳能电站 太阳空间电站的优点 ? 空间发电有两大优点:一是可以充分利用 太阳能,同时又不会污染环境,二是 不用 架设输电线路,可直接向空中的飞 船和 飞机提供电力,也可向边远的山区、沙漠 和孤岛送电。 ? 科学家预测,一旦建成空间电站,人类可 以不断获得能源,地球能源利用将产生革 命性变化。 空间电站碰到的问题 ? (1)空间运输成本问题 。法国电力公 司课题研究部顾问吕西安· 德尚说,要 使太阳能卫星变得可行,空间运输成 本最少也得降低99%。 碰到的问题 ? (2)能量转换的效率问题 。美国慕尼 黑理工大学空间技术研究所名誉所长 哈里· 鲁普认为,在把太阳能输送到地 球的过程中存在的能量转换的效率问 题。他还担心微波束可能会把经过其 传输路径的鸟或人烤熟并可能引起电 磁干扰,扰乱飞机的雷达系统。 八 、太阳能热动力发电 1、太阳能热发电概念和分类 ? 概念:太阳能热发电是利用集热器将太阳 辐射能转换成热能并通过热力循环过程进 行发电,是太阳能热利用的重要方面。 ? 分类:根据太阳能热动力发电系统中所采 用的集热器的型式不同,该系统可以分为 分散型和集中型两大类。 太阳能热发电类型 ? 分散型发电系统是将抛物面聚光器配置 成很多组,然后把这些集热器串联和并 联起来,以满足所需的供热温度。 ? 集中型发电系统也称为塔式接受器系统, 它由平面镜、跟踪机构、支架等组成定 日镜阵列,这些定日镜始终对准太阳, 把入射光反射到位于场地中心附近的高 塔顶端的接受器上。 2、太阳能热发电系统组成 ? 典型太阳能热发电系统由以下4部分组成: 聚光集热子系统、蓄热子系统、辅助能源子系 统和汽轮发电子系统。 (1)聚光集热子系统 聚光集热子系统包括聚光器、接收器和跟 踪装置。 ? 聚光器:聚光器用于收集阳光并将其聚集到一 个有限尺寸面上,以提高单位面积上的太阳辐 照度,从而提高被加热工质的工作温度。 ? 最常用的聚光方式有两种,即平面反射镜和曲 面反射镜。 接收器: ? 接收器是通过接收经过聚焦的阳光,将太阳 辐射能转变为热能,并传递给工质的部件。 在这里,工质被太阳辐射能加热,变成过热 蒸汽,再经管道送往汽轮机。 ? 跟踪装置:为了使一天中所有时到的太阳辐 射都能通过反射镜面反射到固定不动的接收 器上,反射镜必须设置跟踪机构。 ? 太阳聚光器的跟踪方式有两种,即单轴跟踪 和双轴跟踪。 ? 从实现跟踪的方式上讲,有程序控制方式和 传感器控制方式两种。 (2)蓄热子系统 ? 蓄热系统在集热器和汽轮发电机组之间提供 一个缓冲环节(蓄热和放热作用),保证机 组稳定运行。 ? 因为太阳能热发电系统在早晚和白天云逛间 歇的时间内,都必须依靠储存的太阳能来维 持正常运行。至于夜间和阴雨天,一般考虑 采用常规燃料作辅助能源。 ? 目前、可采用的蓄热方式有3种:显热蓄热、 潜热蓄热和化学储能。对不同的蓄热方式, 应选用相应不同的蓄热材料。 (3)辅助能源子系统 ? 太阳能热发电系统除要配置蓄热于系统外, 还需配置辅助能源于系以维持电站能够一直 持续运行。 ? 太阳能系统要求的蓄热子系统容量太大,以 致投资巨大。 ? 所以.在太阳能热发电系统中采用常规燃料 作辅助能源,是个极为可取的方案。 (4)汽轮发电子系统 太阳能热发电系统用的动力发电装置,可选 用的有以下几种: ① 现代汽轮机; ② 燃气轮机; ③ 低沸点工质汽轮机; ④ 斯特林发动机。 塔式太阳能热发电系统构成 (也称集中型太阳能热发电系统) 整个系统出4部分构成: ? 聚光装置: ? 集热装置: ? 蓄热装置: ? 汽轮发电装置: 塔式太阳能热动力 发电的示意图 槽式太阳能热发电系统构成 ? ? ① ② ③ ④ 槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统 (SEGS)简称槽式太阳能热发电系统,也称 分散型太阳能热发电系统。 整个系统由4部分组成; 聚光集热装置: 辅助能源装置: 蓄热装置: 汽轮发电装置: 太阳能发电站 太阳坑发电技术 ? 它是在地面挖一个球形大坑,坑壁贴上许 多小反射镜,使大坑成一个巨大的凹面半 球镜,它将太阳能聚焦到接受器,以获得 高温蒸气。 ? 试验证实太阳坑发电的方案是可行的。 太阳坑发电示意图 太阳能烟囱发电 ? 它是在一大片圆形土地上盖满玻璃,圆中 心建一高大的烟囱,烟囱底部装有风力透 平机。透明玻璃盖板下被太阳加热的空气 通过烟囱被抽走,驱动风力透平机发电。 太 阳 能 烟 囱 发 电 示 意 图 九、太阳能新产品 ? 太阳能汽车:日本东京电机大学最近设计 出一种轻型太阳能轿车,其车顶上安装了 两组蓄电池,利用太阳光充电后交替使用。 一组蓄电池充电后可行驶110公里,夏季日 照最长季节可达150公里,最适宜于日照时 间长的地区使用。不用燃油,不污染环境。 太阳能汽车 广场上的太阳能交通指示灯 太阳能利用的优点 ? 普遍性,太阳光照射的面积散布在地球大 部分角落,仅差入射角不同而造成的光能 有异,但至少不会被少数国家或地区垄断, 造成无谓的能源危机。 ? 永久性,太阳的能量极其庞大,科学家计 算出至少有六百万年的期限,对于人类而 言,这样的时间可谓是无限。 太阳能利用的优点 ? 无污染性,现今使用最多的矿物能源,其 滋生的问题不外是废物的处理,物体不灭, 能源耗竭越多,产生污染也相对增加,太 阳能则无危险性及污染性。 太阳能利用的优点 ? 在人类与自然和平共处的原则下,使用太 阳能最不伤和气,且若设备使用得当,装 置成后所需费用极少,而每年至少可生 1×1017千瓦的电力。 太阳能利用的缺点 ? 稳定性差,受日夜季候的影响,太阳能不 断地生变化。 ? 装置成本过高,吸收太阳能的受光面积须 达一定规模方有效果,因此相对地成本提 高。 ? 有人针对太阳能的污染问题提出“目视污 染”,意即庞大的太阳能收集器造成视觉 上的污染。 太阳能发电的前景 ? 专家预测,到2050年,全世界消耗电量的1 /4将是太阳电,到21世纪末,可能会达到 50%以上。 ? 到那时候,人类居住的房屋将发展成金字 塔型。因为外壁用“非晶硅太阳能砖”砌 成的这种形状的住宅,可用最大面积采光 发电,并用高效的贮电装置贮存起来供人 们使用。 太阳能发电的前景 ? 人类将在宇宙空间建设大型的太阳能发电 厂,卫星上的电能将通过微波输电设备, 源源不断地送回地球,且损耗率低于2‰, 人们再也不用为地球上能源枯竭和污染问 题而发愁了。产生工业三废(废水、废气、 废渣)的大批火力发电厂也将退出历史舞 台,人类的家园将更加美好。 北京市大兴区50千瓦大型屋顶光伏并网示范电站

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