1、 网络教育学院新能源发电课 程 设 计题 目： 太阳能的利用综述 学习中心： 甘肃定西奥鹏学习中心3 层 次： 高起专 专 业： 电力系统自动化技术 年 级： 2010 年 秋 季 学 号： 101047228048 学 生： 卢玉林 辅导教师： 完成日期： 2012 年 9 月 5 日 煤、石油等石化燃料的日益消耗, 环境污染日益严重,人们急需找到传统石化燃料的替代品。太阳能作为一种巨大、清洁、普遍的可再生能源,将有望在能源方面成为 21 世纪人类构建和谐社会的可靠保障。太阳内部进行着由氢聚变成氦的原子核反应,其每秒钟所释放的能量,相当于爆炸几百亿颗百万吨级的氢弹所放出的能量,这些能量不断向
2、宇宙空间辐射,它比全世界利用的各种能源所产生的总能量还多一万多倍。据估算,我国工农业用热耗能约占全国能源消耗量的%,如果在工农业中充分利用由太阳能提供的热能,那么就可节省全部用热所需常规能源的%。由此可见,太阳能工农业热利用的潜力很大。在国外,太阳能已在食品、纺织、造纸、化工、医药、制革、木材加工、熔化沥青、混凝土养护、养殖、烘干等工农业部门获得实际利用。太阳能的利用综述由于人类对能源需求的日益增长，煤、石油等石化燃料的日益消耗, 环境污染日益严重,人们急需找到传统石化燃料的替代品。太阳能作为一种巨大、清洁、普遍的可再生能源,将有望在能源方面成为 21 世纪人类构建和谐社会的可靠保障。太阳内部
3、进行着由氢聚变成氦的原子核反应,其每秒钟所释放的能量,相当于爆炸几百亿颗百万吨级的氢弹所放出的能量,这些能量不断向宇宙空间辐射,它比全世界利用的各种能源所产生的总能量还多一万多倍。据估算,我国工农业用热耗能约占全国能源消耗量的%,如果在工农业中充分利用由太阳能提供的热能,那么就可节省全部用热所需常规能源的%。由此可见,太阳能工农业热利用的潜力很大。在国外,太阳能已在食品、纺织、造纸、化工、医药、制革、木材加工、熔化沥青、混凝土养护、养殖、烘干等工农业部门获得实际利用。1太阳能的利用的发展及现状1.1 太阳能热水器太阳能热水器是一种利用太阳辐射能，通过温室效应把水加热的装置，它由集热器、储热水箱
4、、循环水泵、管道、支架、控制系统及相关附件组成。集热器是吸收太阳辐射能并向工质( 水) 传 递热量的装置，是热水器的核心部件。根据收集太阳辐射能的形式，集热器可分为平板型集热器和聚光型集热器两种。早期的集热器为闷晒式，后来发展成为平板式和真空管式集热器担负着两项主要功能，一是吸收太阳辐射能，二是将热量传递给工质集热器上的太阳能吸热材料可分为两类：非选择性吸收涂层和选择性吸收涂层。非选择性吸收涂层是指其光学特性与辐射波长无关的吸收涂层；选择性吸收涂层则是指其光学特性随辐射波长不同有显著变化的吸收涂层。1.2 太阳灶太阳灶是利用太阳辐射能，通过聚光、传热、储热等方式获取热量，进行炊事烹饪食物的一种
5、装置。太阳灶常用的榘热方法有两种，一种是采用热箱装置，另一种是采用聚光装置。故太阳灶也有两种型式：箱式灶和聚光灶。1.3 太阳房太阳房是利用太阳辐射能量来代替部分常规能源，使室内达到一定环境温度的一种建筑物。太阳房分为主动式和被动式两类。1938 年世界上第一幢主动式太阳房由美国麻省理工学院建成。它是一种能够控制的采暖方式，用集热器、贮热装置、管道、风机、水泵等设备“主动”收集、储存和输配太阳能。由于它具有利用太阳热能和节约能源的优点，从它诞生的那天开始就十分引人注意。被动式太阳房最早是在法国发展起来的。它主要依靠建筑方位、建筑空间的合理布置和建筑结构及建筑材料的热工性能，使房屋尽可能多地吸收
6、和储存热量。如果所获得的太阳能达到了建筑物采暖、空调所需能量的一半以上，就达到了被动式太阳房的要求。2 太阳能发电2.1 太阳能热发电太阳能发电有两种方式：一种是利用半导体光伏效应而制成的太阳能电池来发电的方式；另一种是太阳能热发电本文主要论述太阳能热发电方式。太阳能热发电作为一种太阳能高温热利用技术，美国、西班牙、以色列、意大利、澳大利亚、日本、俄罗斯等国家都投入了大量资金和人力进行研究，取得了大量科研成果，先后建立了几十座太阳能热发电系统太阳能热发电大致有三类：槽式线聚焦系统、碟式系统和塔式系统。研究成果表明，太阳能塔式热发电是最可能引起能源革命、实现大功率发电、替代常规能源的最经济手段之
7、一，将完全有可能给紧张的能源问题带来革命性的解决方案，目前已经处于商业化应用前期和工业化应用初期 。2.1.1 塔式太阳能热发电塔式太阳能热发电系统的设计思想是20世纪50年代前苏联提出的，用于传热的循环介质可以是水、油、熔盐或液态钠 。 .聚光比可达3001500，运行温度可达 15000C。塔式太阳能热发电系统由定。日镜装置、高温接收器、蓄热装置和发电系统阴部分组成。定日镜负责采集太阳能，接收器负责将采集的太阳能转化为热能，热能由蓄热装置收集，并由装置内的工作流体通过热力循环将热能传输至动力设备(汽轮机或燃气轮机 )并带动发电机发电，最终将热能转化成电能。其特点是：采用高温熔融盐来蓄热储能
8、，聚光比高，容易达到较高的工作温度，接收器散热面积相对较小，可以得到较高的光热转换效率，这种电姑的运行参数与高温高压的常规热电站基本一致。2.1.2 槽式太阳能热发电槽式太阳能热发电通过槽式聚光镜面将太阳光聚焦在一条线上，在这条焦线上安装有管状集热器，以吸收聚焦后的太阳辐射能，管内的流体被加热后，流经换热器的加热工质，借助于蒸汽动力循环来发电。抛物面可对太阳进行一维跟踪，聚光比在 10 一 100 之间，温度可达 400。槽式太阳能热发电最大的优点是多聚光器集热器可以同步跟踪，故跟踪控制代价大为降低。缺点是：能量在集中过程中依赖管道和泵，管道系统比塔式电站要复杂得多，热量及阻力损失均较大，降低
9、了系统的净输出功率和效率。2.1.3 碟式太阳能热发电碟式太阳能热发电借助于双轴跟踪，抛物型碟式镜面将接收的太阳能集中在其焦点的接收器上，接收器吸收这部分辐射能并将其转换成热能，在接收器上安装热电转换装置，比如斯特林发动机或朗肯循环热机等，从而将热能转换成电能。单个碟式斯特林发电装置的容量范围在 550 kW 之间。用氦气或氢气作工质，工作温度达 800，斯特林发动机能量转换效率较高。碟式系统可以是单独的装置，也可以是由碟群构成以输出大容量电力。2.2 国内太阳能发电发展现状我国国内光伏产业也在飞速发展，在 1983 年一 1987 年建成了 40 多座县、乡级小型光伏电站，光伏电池总装机容量
10、约 600kw，其中西藏最多，达 450 多 kw；1998 年 10 月建成我国最大的西藏那曲安多县光伏电站的光伏电池装机容量高达 100kw。 家用光伏电源在青海、内蒙古、新疆、甘肃、宁夏、西藏以及辽宁、吉林、河北、海南、四川等地广泛应用。据不完全统计，至今全国已累计推广家用光伏电源约 15 万台，光伏电池总功率约达2.9MW。 在 22 所农村学校建立了光伏电站，光伏电池组件的总装机容量为 57kw。1995年，63 个国家重点援藏项目一西藏广播电视发射接收工程采用光伏电池供电，共建成 216套卫视接收站和若干套调频发射站光伏电池供电系统，总功率为 300。1996 年建成了塔中4-轮南
11、输油输气管道阴极保护先伏电源系统，总功率为 40kw。该系统横贯环境恶劣复杂的塔克拉玛干大沙漠，总长达 300Km。 1998 年中国通信史上建成难度最大的兰一西一拉光缆干线工程，有 26 个光缆通信站采用光伏电池作电源，其海拔高度多在 4500m 以上，光伏电池组件的总功率达 100kw。直到现在已有 10 多家光伏企业在纽约、伦敦等海外市场及国内证券市场上市。2008 年，国内光伏电池产量超过了 2000 MW，实际生产能力超过了 3000 MW，位居世界第一。光伏电池产量占全球产量的比重由 2001 年的 1%提高到2008 年的 15%。我国 2002 2003 年的“送电到乡”工程，
12、投资 50 亿在西部地区建设了近千座独立光伏电站，不但很好的解决了无电地区居民的基本生活用电问题，也极大拉动了国内光伏产业的发展。而近两年光伏建筑一体化日趋流行，国家体育馆、保定锦江饭店等多处建有 BI PV 示范工程。3 太阳能发电的前景太阳能发电有更加激动人心的计划。一是日本提出的创世纪计划。准备利用地面上沙漠和海洋面积进行发电，并通过超导电缆将全球太阳能发电站联成统一电网以便向全球供电。据测算，到 2000 年、2050 年、2100 年，即使全用太阳能发电供给全球能源，占地也不过为 65.11 万平方公里、 186.79 万平方公里、829.19 万平方公里。 829.19 万平方公里
13、才占全部海洋面积 2.3或全部沙漠的 51.4，甚至才是撒哈拉沙漠的 91.5 。因此这一方案是有可能实现的。 另一是天上发电方案。早在 1980 年美国宇航局和能源部就提出在空间建设太阳能发电站设想，准备在同步轨道上放一个长 10 公里、宽 5 公里的大平板，上面布满太阳电池，这样便可提供 500 万千瓦电力。但这需要解决向地面无线输电问题。现已提出用微波束、激光束等各种方案。目前虽已用模型飞机实现了短距离、短时间、小功率的微波无线输电，但离真正实用还有漫长的路程。 随着我国技术的发展，在 2011 年，中国有三家企业进入了全球前十名，标志着中国将成为全球新能源科技的中心之一，世界上太阳能光
14、伏的广泛应用，导致了目前缺乏的是原材料的供应和价格的上涨，我们需要将技术推广的同时，必须采用新的技术，以便大幅度降低成本，为这一新能源的长远发展提供原动力！ 太阳能的使用主要分为几个方面：家庭用小型太阳能电站、大型并网电站、建筑一体化光伏玻璃幕墙、太阳能路灯、风光互补路灯、风光互补供电系统等，现在主要的应用方式为建筑一体化和风光互补系统。4 太阳能热利用中心问题4.1 跟踪聚焦技术太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源，与常规能源有很大的区别，这就对太阳能的收集和利用提出更高的要求，目前得到广泛应用的太阳热水器，一般只能满足人们的洗浴要求。属于太能的低温热利用，无法提供工业应用上的
15、高温热水及蒸汽等为了满足人们对太阳能利用更高的要求，使太阳能集热器更有效地吸收太阳辐射能和获得高温热能，集热器须采用聚焦、跟踪等技术。使用太阳跟踪系统，可以使太阳光始终垂直照射在接收面，接收到的太阳辐射将大大增加。使用太阳能聚焦装置可以增加单位面积的太阳辐射强度，节省吸热材料，提高热利用效率。太阳能聚焦技术广泛应用于太阳能空凋、太阳能光伏发电、太阳能热发电、光电化学、太阳能制氢等领域，是未来中高温太阳能利用研究的重要方向。4.2 辐射吸收材料太阳辐射吸收材料是太阳能热利用中的关键部分，它承担着太阳辐射能的吸收和热传导双重任务。当前，人类太阳能热利用的多数研究成果仅限于低温应用(100 屯)，特
16、别是国内更是如此。随着能源短缺问题的日益突出，人类已开始把目光转向更好品位的太阳能的热利用上太阳能中高温利用，通过聚焦装置，使太阳能热利用温度达到 200以上，甚至上千度。中高温吸热材料的研究是太阳能中高温热利用所要解决的关键问题。光学性能稳定、耐候性强(受气候影响小) 、制备工艺简单、对环境无污染、成本低廉、能适合中高温度使用的新型太阳选择性吸收涂层成为当今太阳能热利用研究的重要目标和发展方向。4.3 传热技术辐射吸收材料即选择性吸收涂层一般沉积在导热性能良好的金属材料上，比如铜、铝、不锈钢等。太阳辐射能所转换成的热能一般通过中间工质传输用户端，比如太阳热发电一般采用导热油、熔盐、空气等工质
17、吸收并传输热能给水和水蒸气，水蒸气推动汽轮机并带动发电机发电，将热能转换成电能。中间热传输工质的选择对太阳热利用效率具有重要的影响。在太阳热发电系统中，传热的循环工质水、空气、油、熔盐等由于水、油作为高温吸热载体的热机效率很低，而钠遇空气和水容易着火，空气的热容小，故目前常用的高温吸热载体主要是熔盐。但是通常熔盐的熔点较高，其工作温度范围很窄，为了防止熔盐凝固需要浪费很大的常规能源，而且熔盐的传热系数较小，热效率不理想。所以寻求性能更加优越的高温吸热、传热载体成为太阳能热发电研究的重要内容和方向。结论太阳能热利用是人类太阳能利用开发中一个重要内容，在最近几十年里必将得到了实质性的发展，诸多技术日趋成熟并形成了产业。目前，太阳能热利用正朝着高技术、高品味、大规模的方向发展。
