电力生产概论第5讲太阳能发电

电力生产技术概论,华北电力大学程瑜judychengyu,第5讲太阳能发电,本章内容,概述光伏发电技术介绍光热发电技术介绍,1、辐射量的影响因素,太阳高度角地理纬度大气透明度海拔高度日照时数等,辐射量的影响因素,太阳高度角对于地球上的某个地点，太阳高度角是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角。太阳高度角越大，太阳辐射强度越大。地理纬度纬度越高，太阳辐射强度越小。拉萨：约北纬30；北京：约北纬39。,辐射量的影响因素,大气透明度和海拔高度晴朗无云的天气，大气透明度高，到达地面的太阳辐射多；海拔越高，空气越稀薄，太阳辐射被吸收、散射的就越少，并且大气中的水汽和尘埃含量越少，大气透明度越大。海拔越高，太阳辐射能量越大。拉萨：约北纬30；成都：约北纬30,2、太阳能资源的地区分布,美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区是世界太阳能资源最丰富的地区。,我国太阳能资源分布,大部分地区处于可利用区，太阳能资源相当丰富,3、太阳能资源的优点,储量丰富维持长久分布广泛太阳能利用设备的维护方便，运行成本低清洁无污染,太阳能资源的缺点,能量的分散性能量的不稳定性能量的间歇性，不连续,一、太阳能发电方式,能量转换过程光伏发电：将太阳的光能转换为电能。光热发电：将太阳辐射的热能转换为电能。,（一）光伏发电,1、光伏发电原理,光子（光波）,光电子,光伏效应,形成电压,形成电流,1、光伏发电原理,太阳能电池N型半导体P型半导体PN结,为什么PN结会产生电势差？,半导体的主要结构,为什么PN结会产生电势差？,掺入硼时（P）P型半导体空穴多,掺入磷时（N）N型半导体电子多,为什么PN结会产生电势差？,硼,硼,硼,硼,P型半导体,磷,磷,磷,磷,硼,N型半导体,磷,磷,磷,硼,硼,硼,为什么PN结会产生电势差？,PN结,硼,硼,硼,P型半导体,磷,磷,磷,硼,N型半导体,PN结内部电场阻止了空穴和自由电子的进一步扩散，达到平衡,1、光伏发电原理,P型半导体,N型半导体,PN结,2、太阳能电池技术,第一代太阳能电池,单晶硅电池,多晶硅电池,太阳能电池技术,70001万元,转换效率：15%,转换效率：12%,60008000元,太阳能电池技术,第二代太阳能电池-薄膜电池,太阳能电池技术,40005000元,转换效率：8%,太阳能电池技术,第三代太阳能电池-聚光型电池,转换效率：30%,2、光伏发电系统,光伏发电系统的构成太阳能电池方阵储能蓄电池太阳能控制器逆变器,光伏电池阵列,光伏单元光伏组件光伏方阵通常：一个光伏组件由36个光伏单元串联在一起光伏组件要为配套的铅酸蓄电池充电铅酸蓄电池额定电压多为12V典型的100c光伏单元最高产生0.450.5V电压,36个光伏电源串联：保证在多云天气下，总电压大于13V，以便为蓄电池充电,太阳能控制器,控制多路太阳能电池方阵对负荷供电、对蓄电池充电、蓄电池给逆变器负荷供电的自动控制设备,储能蓄电池,光伏发电的不稳定性和不连续性储能装置铅酸蓄电池：性价比最优，应用最广硅胶蓄电池镍镉蓄电池,逆变器,DCAC光伏电池和蓄电池输出：直流电民用电气设备，电网：交流电,逆变器,其他功能：最大功率点跟踪控制：随着太阳能电池温度变化和日照强度的变化，相应的输出电压和电流也变化，应自动控制太阳能电池的输出功率始终保持最大值,逆变器,防止单独运行：系统侧虽然已停电，但由于有太阳能继续供电，逆变器的输出电压并未变动。此时，就不能正确地检测出是否停电，为保护设备维修人员不受到伤害，应设置防单独运行功能。,逆变器,低电压穿越：当电网故障或扰动引起太阳能电站并网点的电压跌落时，在电压跌落的范围内，太阳能发电系统能够不间断并网运行。,二、光热发电,热电直接转换：利用太阳能提供的热量直接发电（依靠特殊的物理现象或化学反应）蒸汽热动力发电：利用太阳能提供的热量产生的蒸汽，在利用高温高压蒸汽的热动力驱动发电机发电,二、光热发电,按太阳能采集方式划分，太阳能热发电站：槽式塔式碟式,槽式太阳能热发电技术,发电原理吸收太阳辐射的热能，然后将热能转换为电能。如何吸收并集中太阳光线以产生热能？,槽式太阳能热发电技术,较小的放大镜巨型曲面镜超白玻璃制成：纯净、薄（4mm）最大程度地进行光的反射,槽式太阳能热发电技术,吸热管安置在曲面镜的焦点上传热工质：合成油，温度可达400；熔融盐，温度可达600；等。,吸热管,槽式太阳能热发电技术,吸热管外层：带有防反射涂层的玻璃管钢管上的特殊漆：吸收95%从镜子发射出的太阳能真空空间：隔热，防止热量外溢,槽式太阳能热发电技术,铝制框架传感器和电动机：用于移动框架以便全天精确跟踪太阳，最大程度地吸收太阳热能。,槽式太阳能热发电技术,液体通过吸热管，聚集越来越多的热能，高温液体送至热交换器中，将水加热成蒸汽。,槽式太阳能热发电技术,蒸汽推动汽轮机旋转发电机发电,槽式太阳能热发电技术,槽式太阳能热发电技术,致命缺陷：晚上如何发电？储能系统直接储存电能？大规模储存成本昂贵储存热能：把白天积蓄的热量储存起来，夜间产生蒸汽发电。熔融盐：加热时变成液体，温度可达600（足以使水蒸发）；当温度低于238时凝固。白天将熔融盐从固态变成液态，晚上再用熔融盐将水变成蒸汽发电,槽式太阳能热发电技术,冷却水在蒸汽通过汽轮机后需要大量的冷却水使蒸汽凝结每生产1兆瓦时的电能需要消耗3000公升水，而在沙漠地区要找到这么多水不是件容易的事并不是所有沙漠都可以建造光热电站，需要有充足的水资源支持空气冷却：用水量就可以减少90%，但冷却的效率要远远低于水冷却,槽式太阳能热发电技术,远距离输电光热发电占地面积巨大（如内华达太阳能一号电站，占地141公顷，约265个足球场），电站远离负荷中心。高压直流输电技术,槽式太阳能热发电技术,已商业化运行，但存在以下问题：系统机械笨重抗风能力较差，不适宜工作在大风地区接收器长，散热面积大。,槽式太阳能热发电技术,美国内华达太阳能一号电站装机容量：64MW投产时间：2007年7月供电区域：拉斯维加斯国家地理：伟大工程巡礼太阳引擎,塔式太阳能热发电技术,高塔接收器定日镜,塔式太阳能热发电技术,塔式太阳能热发电技术,优点：聚光倍数高，容易达到较高的工作温度能量集中过程是靠反射光线一次完成，方法简捷有效接收器散热面积相对较小，热损失较小,塔式太阳能热发电技术,缺点太阳在塔上聚焦的光斑在一天之内呈现大幅度变化，导致聚光光强大幅度波动。众多的定日镜围绕中心塔而建立，占地面积巨大。各个定日镜需要单独进行两维控制，控制系统极其复杂。单位装机容量投资过大(目前塔式系统的初投资成本为3.44.8万元/kW),塔式太阳能热发电技术,西班牙的安达卢西亚电站装机容量：20MW（1.1万个家庭用电）投产时间：2009年6月,碟式太阳能热发电技术,利用旋转抛物面的碟式反射镜将太阳光聚焦到一个焦点。,碟式太阳能热发电技术,斯特林发动机斯特林发动机为闭环活塞式发动机，通过气体在冷热环境转换时的热胀冷缩做功聚焦的阳光直接落在发动机头部的吸热组件上，加热其内部的气体工质氦气膨胀，推动活塞做功，通过曲柄连杆机构带动发电机发电,碟式太阳能热发电技术,优点光热转换效率高达85%使用灵活。既可以作分布式系统单独供电也可以并网发电无需消耗大量水资源，特别适合在沙漠、山丘等缺水地区占地面积小,碟式太阳能热发电技术,缺点造价昂贵,在3种系统中位居首位。目前碟式热发电系统的初投资成本高达4.76.4万元/kW。尽管碟式系统的聚光比非常高，可以达到2000的高温。对于目前的热发电技术而言，如此高的温度并不需要，甚至是具有破坏性的。碟式系统的接收器一般并不放在焦点上，而是根据性能指标要求适当地放在较低的温度区内。高聚光度的优点实际上并不能得到充分的发挥。,碟式太阳能热发电技术,太阳能发电一厂由美国南加