太阳能发电案例

太阳能发电案例 1.引言 在全球能源需求不断增长，环境问题日益突出，传统能源逐渐枯竭的背景下，各国政府高 度重视新型能源的开发和利用。其中，太阳能作为一种取之不尽，用之不竭的可再生能源， 且不会产生有毒，有害气体和废渣，使用安全、方便的特点，在新能源领域尤为关注。利 用太阳能发电来替代煤等化石燃料的发电已在许多国家开始实践，中国作为能源消耗大国， 而且能源消耗以煤为主。因此，太阳能发电技术的研究和利用，对改善我国能源现状，调 整我国能源结构具有深远的影响。 2.太阳能发电的特点 目前我国太阳能发电主要有两种一种将太阳能转换为热能然后按常规方式发电称为 太阳能热发电；另一种是通过光电器件利用光伏原理将太阳能直接转换为电能，称为太阳 能光伏发电。而对于太阳能光伏并网系统来说，可以将其分为三类：离网光伏蓄电系统； 太阳能光伏并网发电系统；二者的混合系统。 3.发展现状 太阳能发电最早在日本应用，经过多年发展，太阳能在日本已经普及。同时，欧美许多发 达国家对居民太阳能发电产业给予大力支持，美国、西班牙、意大利等许多国家也先后出 台高价收购太阳能光伏电力的政策，鼓励居民安装太阳能屋顶。由于技术、资金、政策等 问题，太阳能发电在欧盟、美国、日本等国家的发展较快，而在发展中国家的表现一般。 我国目前的不合理的电源结构决定了新能源发展具有广阔空间但是问题是国家层面的新 能源战略没有形成存在核心技术缺失、市场培育落后、潜在金融风险大等问题，出目前 新能源的技术创新路径依赖障碍、投入不足障碍、市场门槛障碍、关键技术缺乏障碍。综 述可知在太阳能发电技术方面的研究成果丰富，但是对太阳能发电产业面临的内外部环境 分析并不多见迫切需要站在战略高度对我国的太阳能发电环境进行分析明确其发展优 劣势和机会威胁。 太阳能发电仍面临以下问题： （一）太阳能的能量密度比较低（大约 1 千瓦每平方米） ，而且随着日夜季节、地理状况 和气候的变化而变化，由于这种间歇性的特点，使其无法连续供应电能； （二）目前投入使用的太阳能电池成本相对较高，其转换效率低下。单晶硅电池的转换率 为百分之十八，多晶硅电池的转换效率为百分之十七。而且比火电等常规能源的电价要高 出几倍，而且没有政策方面的补贴导致太阳能发电不能入网。 （三）太阳能属于稀薄资源，为了满足用电需求，太阳能必须达到一定的规模。通过对单 位发电量的占地比进行分析得出：在可再生资源中，太阳能的占地比例最高。 4.太阳能的应用案例 太阳能发电（光伏发电）的应用中，太阳能电池的效率尤为重要，光伏发电成本过高，无 法与传统发电形式相竞争。所以，要使光伏发电真正成为能源体系的重要组成部分，必须 大幅度降低成本，而采用聚光的方法，使太阳电池工作在几倍乃至几百倍的光强条件下， 可以提高单位面积太阳电池的输出功率，大大降低光伏发电成本，具有很好的应用前景。 下面对不同聚光条件和不同冷去条件下常规电池的输出特性进行实验研究，掌握这些条件 下常规电池热电性能的变化规律，为进一步开发常规电池的聚光光伏热电系统提供指导和 依据 4.1 实验装置 实验装置如图 1 所示 聚光部分采用了平面镜反射的聚光方式，即用平面镜反射太阳光到太阳电池表面，通过控 平面镜的数量来控制入射到太阳电池表面的光强，这种方式的优点是装置简单，可以保证 太阳电池表面入射光的均匀性。其缺点是跟踪操作繁琐，如果想得到高倍的聚光，就必须 采用更多的平面镜，调整就会变得十分复杂。因此，这种方法只适用于进行低倍聚光 太阳电池工作温度升高，会引起太阳电池短路电流的少量增加，同时导致太阳电池电压的 急剧降低以及转换效率的下降。因此在聚光条件下，为了保证太阳电池能在较高效率下工 作需要对太阳电池进行冷却。太阳电池的冷却系统包括换热器和水箱两部分，如图 1 所示， 换热器工作面与太阳电池紧贴在一起，水箱放在高处，通过塑料管和换热器的进出水口相 连，形成自然对流换热的回路。通过水的自然对流将太阳电池的多余热量带走，实现太阳 电池的冷却。换热器的结构如图 2 所示。为了减小导热热阻，换热器用纯铜制成，工作面 为正方形，其边长略大于太阳电池的直径。换热器腔体用折流板隔开中间的折流板将换热 器腔体分为面积相等的两部分，其余的折流板用来形成流道。换热器表面开有 1 个进水口 和 1 个出水口 4.2 实验过程 该实验分为有冷却和无冷却两个部分，在有冷却的试验中，可大致分为以下几个步骤： 1） 将电池安装在换热器上。 2） 调整平面镜的方位，让每个平面镜所反射的太阳光能均匀地布满太阳电池表面 3） 测量入射到电池表面的光强。 4） 改变可变电阻的值，测量此时太阳电池的输出电压和输出电流，最后得到在这个光强 下太阳电池的伏安特性曲线。 5） 测量电池表面温度。 无冷却实验与有冷却实验过程基本相同，只是不再将电池固定在换热器上。 4.3 实验结果与分析 4.3.1 伏安特性曲线 “ 4.3.2 峰值输出功率与转换功率 4.3.3 太阳能电池的温度 4.4 结论 对常规太阳能电池在聚光条件下的热电性进行了实验研究。研究结果表明： 1） 如果不采用聚光，即光强约为 1kW/m2 时，太阳电池的输出功率为 66W/m2。在没有冷 却的情况下，光强在 3.3 kW /m2 以下的范围内电池会有比较高的转换效率，此时单片 太阳能电池的峰值输出功率可以达到 177.7 W /m2，是不聚光的 2.7 倍。采用水自然冷 却的太阳能电池的聚光强度达到 6 kW /m2，仍有较高的转换效率，其峰值输出功率为 318.5 W /m2，