太阳能热发电技术论文
太阳能热发电技术的应用
太阳能光伏发电成为摆脱对化石燃料依赖的大功臣之一，尤其是化石燃料在提供能源的同时对生存环境的负面影响以及化石燃料的逐渐枯竭。世界各国都在研究和探索清洁、环保的可再生能源，如太阳能、风能、水电等。太阳能作为新型清洁能源之一，潜力巨大。虽然太阳能有许多优点，但太阳能的开发和利用受到许多不利因素的影响，如它的分散性、储存困难和对环境的影响。经过国内外专家的密集研究，太阳能技术的发展不断深化，太阳能热发电技术已进入商业化应用阶段。
关键词:太阳能电池；火力发电；太阳能发电技术
能源已成为影响经济和社会发展的主要因素，特别是煤炭和石油等化石燃料的逐渐枯竭，当今世界出现了能源之争。局部地区的许多干扰是由对不可再生能源的竞争引起的。面对人们能源需求的增加和不可再生能源的减少，人们开始寻求可再生能源的发展，如风能、水能、太阳能等。虽然目前太阳能在总能源中所占比例很小，但其未来的发展潜力是不可限量的。一些专家推测，到2100年，来自太阳的能量将超过世界总能量需求的一半。
一、太阳能热发电技术概述
太阳能作为一种清洁能源，由于其低密度、间歇性和空间分布变化的特点，长期以来没有得到开发利用，给太阳能的收集和利用带来困难。因此，为了发展太阳能光伏发电技术，必须找到一种有效的收集和利用太阳能的方法，这也是太阳能热发电技术的关键。因此，太阳能光伏发电技术有四项关键技术，即聚光器技术、吸收器技术、跟踪技术和热能储存技术。聚光器技术和吸收器技术主要研究如何更高效地获得太阳能光源，难点在于解决太阳热能密度低、分布多变的特点。热能储存技术的难点在于如何将收集到的太阳能光源储存起来，减少热量的损失，以便在阴天、雨天、夜间没有太阳能光源时提供能量。
太阳能虽然是一种天然、清洁、可再生的能源，但其低密度、间歇性和空间分布的变化使其开发利用成本高，阻碍了人们对太阳能热能的开发。而太阳能热能技术一旦完成初期投资(固定投资)，后期将带来可观的经济效益。再加上化石燃料对区域环境的负面影响及其不可再生性，世界各国政府都转而大力支持太阳热能的发展。太阳能热发电四大技术方案的核心是新材料的研发。目前太阳能发电技术主要是太阳能光伏(PV)电池技术和聚光太阳能(CSP)技术。中国幅员辽阔，跨越多个纬度，地形地貌多样，太阳能发展前景广阔。根据2009年世界太阳能发电相关产品的统计数据，中国大陆晶体硅太阳能电池和晶体硅太阳能电池组件的产业规模已居世界第一，约占世界总量的一半，是太阳能光伏电池的重要生产国。
二、太阳能热发电的常见模式及比较分析
在能源危机和世界各国专家不断研究的推动下，人们对太阳能的开发进入了一个新的时期。目前已开发出多种形式的太阳能热发电模式，有些已经成熟，并已投入商业运行。太阳能热发电的关键技术之一是太阳能集热器，太阳能热发电方式根据太阳能集热器类型的不同也可分为平板光伏发电系统和聚光光伏发电系统。
(一)平板光伏发电系统
平板光伏发电系统包括太阳能电池板、DC保护和采集系统、交流保护和切换系统、逆变器、发电计量、基础设施等。该系统的工作原理是电池板阵列由接线盒(箱)收集并直接向DC负载供电，然后将收集到的DC电能通过逆变器转换成符合交流电压和频率的单相或三相交流电，最后汇至用户的供电系统。平板光伏发电系统主要用于大型并网发电厂。在应用中，需要考虑DC线、交流线、升压站等部分。在发电过程中，为了提高太阳光的利用率，通常采用单轴或双轴跟踪系统来延长阳光直射时间，提高发电量。因为跟踪系统的原理是根据太阳方位角的旋转产生阴影效应来驱动电池板，所以系统占用面积很大。总的来说，平板光伏发电系统结构简单，技术含量低，安装施工方便，所需的硅晶材料价格和成本降低。据估算，平板光伏发电系统每千瓦综合投资成本约为3.5 ~ 4万元。但是，该系统存在发电效率低、运输和维护不便等缺点。
(2)聚光光伏发电系统
聚光光伏发电技术是近年来发展起来的大规模光伏发电技术，多用于兆瓦级以上的并网太阳能光伏电站。与平板光伏发电技术相比，聚光光伏发电技术具有更经济、建设周期更短、维护方便、占地面积小、对场地平整要求低等优点。聚光光伏发电系统可分为槽式聚光热发电系统、塔式聚光热发电系统和碟式斯特林太阳能热发电系统三大类。
1.槽式聚光热发电系统。太阳能发电最早使用的技术是槽式聚光技术，这也成为聚光太阳能技术中最成熟的技术。槽式太阳能热发电是借助槽形抛物面聚光器将太阳光聚焦反射到接收集热管上，通过管内热载体将水加热成蒸汽，推动汽轮机发电。因此，槽式热发电的关键技术是太阳能聚光器、吸收器、跟踪技术和高温热能储存技术。槽式太阳能热发电站主要包括集热和发电两部分。集热部分不同于传统发电，主要包括抛物面槽式反射器、集热器、单轴跟踪控制系统和集热器基础设施。槽式聚光热发电系统是目前最早、最成熟、最经济的发电系统。
2.塔式聚光热发电系统。塔式聚光技术是将安装在聚光塔周围的定日镜阵列反射的太阳光通过接收器环形聚焦并分布。热能的转换在接收器中实现，然后驱动涡轮带动发电机发电。西班牙PS20是目前在建最大的塔式火力发电厂，装机容量20MW，占地约1，415亩。如果现场条件允许，该系统可以与传统火电厂匹配，形成循环汽轮机发电系统，减少对化石燃料的依赖。
3.碟式斯特林聚光热发电系统。碟式斯特林集中热发电系统主要由旋转抛物面镜、吸热器、跟踪装置和热能转换装置等组成。安装在双轴跟踪支撑装置上，实现固定物品跟踪和连续发电。碟式斯特林聚光热发电系统既保留了塔式系统聚光比高、规模大的优点，又解决了塔顶吸收器热损失大的缺点，安装维护成本低。但是，碟式斯特林集中热发电系统也存在一些明显的缺点，如发电效率低、占地面积大、所用材料多等。
鉴于三种集中式火力发电系统的规模、运行温度、年容量系数、峰值效率、年净效率、商业化程度、技术开发风险等综合比较，从各项指标可以看出，槽式系统目前在商业运行上是比较成熟的。
三、太阳能热发电技术的应用前景
随着能源危机和太阳能资源的各种优势，大量依靠化石燃料获取能源的传统公司转向发展太阳能发电，特别是在一些资源贫乏的发达国家，如日本。太阳能的储存是一项关键技术，涉足太阳能电池的企业已经形成规模。根据材料组成，太阳能电池可分为晶体系统、薄膜系统、多结系统、有机系统等。市场上常见的是晶硅型，未来薄膜太阳能电池会有更大的市场。作为一个能源需求大国，中国在晶体硅太阳能电池和晶体硅太阳能电池组件的生产方面取得了令人瞩目的成就，约占世界总量的一半。在世界各国的努力下，制造新型复合材料和获取太阳能的技术会不断成熟，成本也会降低。大型太阳能热电厂将会越来越多。当太阳能发电的成本降低到一定程度，就会成为未来电网的主力。
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