太阳能发电及利用技术太阳能发电及利用技术

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李克军：淄博华电华源环境设备有限公司

主要内容主要内容一、太阳能光伏发电历史与现状一、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 二、太阳能光伏发电系统的组成 三、太阳能光伏发电优缺点三、太阳能光伏发电优缺点四、太阳能电池发电原理四、太阳能电池发电原理五、太阳能电池发电分类五、太阳能电池发电分类六、太阳能发电系统六、太阳能发电系统七、空间电站—未来能源基地七、空间电站—未来能源基地八 、太阳能热动力发电八 、太阳能热动力发电九、太阳能新产品九、太阳能新产品

太阳能的利用方式与太阳能的利用方式与技术环节技术环节

太阳能利用技术环节太阳能利用技术环节：太阳能利用涉及的技：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，即性的技术主要有四项，即太阳能采集、太阳太阳能采集、太阳能转换、太阳能贮存和太阳能传输能转换、太阳能贮存和太阳能传输，，

太阳能利用方式：太阳能利用方式：将这些技术与其它相关技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术结合在一起，便能进行太阳能的实际利用用 ------ 光热利用、光电利用、光化学利用、光热利用、光电利用、光化学利用、光光 ---- 生物利用和光生物利用和光——光利用等光利用等。 。

太阳能利用的重点方向太阳能利用的重点方向 太阳能的利用主要有太阳能的利用主要有两大重点方向：两大重点方向： 一是把太阳能转化为热能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另一个就是将太阳能转化为电能（即通常（即通常

所说的光伏发电），这是主要重点方向。所说的光伏发电），这是主要重点方向。专家们预测，到专家们预测，到 20502050 年，可再生能源占年，可再生能源占

总一次能源的比例约为总一次能源的比例约为 5454 ％，其中太阳％，其中太阳能在一次能源中的比例约为能在一次能源中的比例约为 1313％％ -15-15 ％；％；到到 21002100 年，可再生能源将占年，可再生能源将占 8686 ％，太阳％，太阳能占能占 7070 ％，其中太阳能发电占％，其中太阳能发电占 6464 ％。 ％。

一、太阳能光伏发电历史与现状一、太阳能光伏发电历史与现状 利用利用太阳光发电太阳光发电是人类梦寐以求的愿望。从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。已经走过了近半个世纪的历史。

9090 年代以来，太阳能光伏发电的发展很快，年代以来，太阳能光伏发电的发展很快，已广泛用于已广泛用于航天、通讯、交通航天、通讯、交通，以及偏远地，以及偏远地区居民的区居民的供电供电等领域，近年来又开辟了太阳等领域，近年来又开辟了太阳能能路灯、草坪灯路灯、草坪灯和和屋顶太阳能光伏发电屋顶太阳能光伏发电等新等新的应用领域。 的应用领域。

太阳能光伏发电的发展历史太阳能光伏发电的发展历史

中国太阳能利用现状中国太阳能利用现状目前太阳能利用方式主要有目前太阳能利用方式主要有光热利用光热利用和和光电利用光电利用

两种：两种：到到 20032003 年底，全国已安装光伏电池约年底，全国已安装光伏电池约 55MWp55MWp ，，

主要为边远地区居民及交通、通讯等领域提供电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力，现在已开始进行并网光伏发电系统的试验和示范工作。示范工作。

全国已有太阳能电池生产及组装厂全国已有太阳能电池生产及组装厂 1010 多家，制多家，制造能力超过造能力超过 100MWp100MWp 。到。到 20032003 年底，全国太年底，全国太阳热水器使用量为阳热水器使用量为 52005200 万平方米，约占全球使万平方米，约占全球使用量的用量的 40%40% ，年生产量为，年生产量为 12001200 万平方米。 万平方米。

中国太阳能电池年产量和累计装机发展进程中国太阳能电池年产量和累计装机发展进程

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

1976 1985 1994 2003

KW)年度安装量（KW)累计安装量（

国内光伏市场的组成国内光伏市场的组成11 ）通信和工业应用（大约占到）通信和工业应用（大约占到 36%36% ）：）：

• 微波中继站；微波中继站；• 光缆通信系统；光缆通信系统；• 无线寻呼台站；无线寻呼台站；• 卫星通信和卫星电视接收系统；卫星通信和卫星电视接收系统；• 农村程控电话系统；农村程控电话系统；• 部队通信系统；部队通信系统；• 铁路和公路信号系统；铁路和公路信号系统；• 灯塔和航标灯电源；灯塔和航标灯电源；• 气象、地震台站；气象、地震台站；• 水文观测系统；水文观测系统；• 水闸阴极保护和石油管道阴极保护。水闸阴极保护和石油管道阴极保护。

国内光伏市场的组成国内光伏市场的组成

22 ）农村和边远地区应用（大约占）农村和边远地区应用（大约占 51%51% ）：）：• 独立光伏电站（村庄供电系统）；独立光伏电站（村庄供电系统）；• 小型风光互补发电系统；小型风光互补发电系统；• 太阳能户用系统；太阳能户用系统；• 太阳能照明灯 ；太阳能照明灯 ；• 太阳能水泵 ；太阳能水泵 ；• 农村社团 农村社团 (( 学校、医院、饭馆、旅社、商店、卡学校、医院、饭馆、旅社、商店、卡拉拉 OKOK歌舞厅等歌舞厅等 ))

国内光伏市场的组成国内光伏市场的组成

33 ）光伏并网发电系统（）光伏并网发电系统（ 4%4% ）） 当前处于试验示范阶段，全国总装机容当前处于试验示范阶段，全国总装机容

量大约仅有约量大约仅有约 2MWp2MWp 。。44 ）太阳能商品及其它（大约占到）太阳能商品及其它（大约占到 9%9% ）） 太阳帽；太阳能充电器；太阳能手表、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；太阳能院；汽车换气扇；太阳能电动汽车；太阳能游艇；太阳能玩具。 游艇；太阳能玩具。

至至 20032003 年底中国光伏产品的应用领年底中国光伏产品的应用领域及份额域及份额

51%

36%

9% 4%

农村电气化

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中国国内主要光伏项目的情况 项目名称项目名称 出资方出资方 支持力度支持力度 主要内容主要内容 执行期执行期 执行地域执行地域

““ 光明工程”先光明工程”先导项目导项目

国家发改委，地国家发改委，地方政府方政府 40004000 万人民币万人民币

建立村落电站和户用系统，帮建立村落电站和户用系统，帮助建立销售网络和加强助建立销售网络和加强

机构能力建设机构能力建设20002000 －－ 西藏，内蒙古，甘肃西藏，内蒙古，甘肃

““ 送电到乡”工送电到乡”工程程

原国家计委，地原国家计委，地方政府方政府 2626 亿人民币亿人民币 建立集中电站建立集中电站 20022002－－ 20032003

新疆，西藏，甘肃，陕新疆，西藏，甘肃，陕西，内蒙古，四西，内蒙古，四

川，青海川，青海

内蒙古新能源通内蒙古新能源通电计划电计划

内蒙古自治区政内蒙古自治区政府府 2.252.25 亿人民币亿人民币 补贴农村户用系统补贴农村户用系统 20012001 －－ 内蒙古内蒙古

世行、全球环境世行、全球环境基金基金 REDPREDP

项目项目全球环境基金全球环境基金 25502550 万美元万美元

补贴农村户用系统销售，帮助补贴农村户用系统销售，帮助机构能力建设和技术进机构能力建设和技术进

步步20022002－－ 20072007

新疆，西藏，甘肃，内新疆，西藏，甘肃，内蒙古，四川，青蒙古，四川，青

海海

丝绸之路照明计丝绸之路照明计划划 荷兰政府 荷兰政府 13791379 万欧元万欧元 补贴农村户用系统补贴农村户用系统 20022002－－ 20062006 新疆新疆

德援德援 KFWKFW 项目项目**

德国政府 德国政府 26002600 万欧元万欧元 建立村落电站建立村落电站 20032003－－ 20052005 新疆，云南，青海，甘新疆，云南，青海，甘肃肃

德援德援 GTZGTZ 项目项目 ****

德国政府德国政府 约约 460460 万欧元万欧元 技术支持及培训技术支持及培训 20032003 －－ 青海，云南，西藏，甘青海，云南，西藏，甘肃肃

加拿大太阳能项加拿大太阳能项目目 加拿大政府加拿大政府 343343 万加元万加元 建立示范电站及管理培训建立示范电站及管理培训 20032003－－ 20052005 内蒙古内蒙古

日本援助日本援助 NEDONEDO项目项目 日本政府日本政府 38533853 万人民币万人民币 建立示范电站；实验室建设建立示范电站；实验室建设 19981998－－ 20022002

新疆，西藏，甘肃，陕新疆，西藏，甘肃，陕西，宁夏，内蒙西，宁夏，内蒙古，四川，青海，古，四川，青海，云南，广东，浙云南，广东，浙

江，河北江，河北

世界光伏电池年产量增长图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二、太阳能光伏发电系统的组成 一套基本的太阳能一套基本的太阳能发电系统发电系统是由是由太阳电池板太阳电池板、、充电控制器充电控制器、、逆变器逆变器和和蓄电池蓄电池构成 ：构成 ：

（一）太阳能电池板：（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，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也是太阳能发电系统中价值最高价值最高的部分。的部分。

其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送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。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。 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，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。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。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；器的可选项；

（三）蓄电池：（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。 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、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。镍镉电池或锂电池。

（（四）逆变器： 在很多场合，都需要提供在很多场合，都需要提供

220VAC220VAC、、 110VAC110VAC 的交流电源。由于太阳的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是能的直接输出一般都是 12VDC12VDC、、 24VDC24VDC、、48VDC48VDC 。为能向。为能向 220VAC220VAC 的电器提供电能，的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转直流电能转换成交流电能换成交流电能，因此需要使用，因此需要使用 DC-ACDC-AC 逆变逆变器器。。

在某些场合，需要使用多种电压的负载时，在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到也要用到 DC-DCDC-DC 逆变器，如将逆变器，如将 24VDC24VDC 的的电能转换成电能转换成 5VDC5VDC 的电能。 的电能。

三、太阳能光伏发电优缺点三、太阳能光伏发电优缺点11 、太阳能光伏发电的主要、太阳能光伏发电的主要优点：优点：(1)(1) 结构简单．体积小且轻。 结构简单．体积小且轻。 (2)(2) 易安装，易运输，建设周期短。易安装，易运输，建设周期短。(3)(3) 容易启动容易启动 ,, 维护简单维护简单 ,, 随时使用随时使用 ,, 保证供保证供

应。应。(4)(4) 清洁，安全，无噪声。清洁，安全，无噪声。(5)(5) 可靠件高，寿命长。可靠件高，寿命长。(6)(6) 太阳能无处不有，应用范围广。太阳能无处不有，应用范围广。(7)(7) 降价速度快，能量偿还时间有可能缩短。降价速度快，能量偿还时间有可能缩短。

22 、太阳能光伏发电的主要、太阳能光伏发电的主要缺点缺点(1)(1) 能量分散，占地面积大。能量分散，占地面积大。(2)(2) 间歇性大。间歇性大。除了昼夜这种周期变化外，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。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、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。水电站、核电厂要复杂。

(3)(3) 地域性强。地域性强。

四、太阳能电池发电原理四、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。生一定的输出功率。

这个过程的的这个过程的的实质实质是：是：光子能量转换成电能的光子能量转换成电能的过程过程。。

能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，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。 多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。

光伏效应光伏效应早在早在 18391839 年，法国科学家贝克雷尔年，法国科学家贝克雷尔

(Becqurel)(Becqurel) 就发现，光照能使半导体材料的就发现，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”。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太阳电池工作原理的基础是半导体 PNPN 结的结的光生伏打效应，就是当物体受到光照时，物光生伏打效应，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。和电流的一种效应。

即当太阳光或其他光照射半导体的即当太阳光或其他光照射半导体的 PNPN 结时，结时，就会在就会在 PNPN 结的两边出现电压，叫做光生电结的两边出现电压，叫做光生电压，使压，使 PNPN 结短路，就会产生电流。 结短路，就会产生电流。

太阳光发电方式太阳光发电方式 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。转变为电能的发电方式。 它包括它包括光伏发电光伏发电、、光化学发电光化学发电、、光感应发电光感应发电

和和光生物发电光生物发电。。时下，人们通常所说太阳光发电就是太阳能时下，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。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：以晶体硅材料制备的太阳能电池主要包括：单晶硅太阳电池单晶硅太阳电池，，铸造多晶硅太阳能电池铸造多晶硅太阳能电池，，非晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池和和薄膜晶体硅电池。 薄膜晶体硅电池。

晶体硅材料制备的太阳能电池比较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，但是单晶硅电池具有电池转换效率高，稳定性好，但是

成本较高；成本较高； 非晶硅太阳电池则具有生产效率高，成本低廉，但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；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，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；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。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光伏市场的主导地位，单晶硅和多晶硅的比例已超过过 80%80% ，而这一发展趋势还在继续增长。 ，而这一发展趋势还在继续增长。

太阳能电池发电原理图太阳能电池发电原理图

五、太阳能电池发电分类 五、太阳能电池发电分类 常用太阳电池按其材料可以常用太阳电池按其材料可以分为分为：： 11 ）硅太阳能电池；）硅太阳能电池； 22 ）以无机盐如砷化）以无机盐如砷化镓镓 III-VIII-V 化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；为材料的电池； 33 ）功能高分子材料制备的大）功能高分子材料制备的大阳能电池；阳能电池； 44 ）纳米晶太阳能电池等。 ）纳米晶太阳能电池等。

如：晶体硅电池、硫化镉电池、硫化锑电如：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、池、砷化镓电池、非晶硅电池、硒铟铜电池、叠层串联电池等叠层串联电池等。。

晶体硅电池应用最广晶体硅电池应用最广，其中单晶硅的光电转换，其中单晶硅的光电转换效率实验室已高达效率实验室已高达 24.2%24.2% ，工厂规模化生产的，工厂规模化生产的单晶硅电池其效率也在单晶硅电池其效率也在 12%12% 以上。 以上。

PP 型单晶硅太阳电池结构 型单晶硅太阳电池结构

太阳电池串联太阳电池串联

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，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，大大提高太阳电池的效率，

因此因此叠层串联电池叠层串联电池的研究已引起世界各国的的研究已引起世界各国的重视，成为最有前途的太阳电池。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能电池特点与应用 太阳电池太阳电池重量轻，无活动部件，使用安全。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。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，走目前其应用已从航天领域走向各行各业，走向千家万户，向千家万户，太阳能汽车，太阳能游艇，太太阳能汽车，太阳能游艇，太阳能自行车阳能自行车，，太阳能飞机太阳能飞机都相继问世，它们都相继问世，它们中有的已进入市场。然而对人类最有吸引力中有的已进入市场。然而对人类最有吸引力的是所谓的是所谓太空太阳站太空太阳站。 。

太阳能电池制造工艺太阳能电池制造工艺 11 、硅材料制备、硅材料制备硅材料来源：硅材料来源： 硅材料来源于优质石英砂，也 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、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：成可用的硅材料的工艺流程为：硅砂硅砂→→硅铁硅铁 (( 冶金硅冶金硅 )()( 含硅 含硅 9797％％ -99-99％％ ) ) →→

三氯氢硅三氯氢硅→→ (CH(CH44硅烷硅烷 ) ) →→ 多晶硅多晶硅 ..

22 、多晶硅太阳电池生产过程、多晶硅太阳电池生产过程

薄如纸片的太阳电池薄如纸片的太阳电池

六、太阳能发电系统 六、太阳能发电系统 太阳能电源是由太阳能电池发电，经蓄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、也可为无电台、野外活动、高速公路、也可为无电山区、村庄、山区、村庄、

海岛提供电力。 海岛提供电力。

太阳供电系统太阳供电系统

太阳能供电系统的特点型太阳能供电系统的特点型 特点：特点： 11))不必拉设电线，不必挖开马路，安装 不必拉设电线，不必挖开马路，安装

使用方便；使用方便； 22)) 一次性投资，可保证二十年不间断供一次性投资，可保证二十年不间断供

电（蓄电池一般为电（蓄电池一般为 55 年需更换）；年需更换）； 33))免维护，无任何污染。免维护，无任何污染。

太阳能供电系统的类型太阳能供电系统的类型

11 ）按供电类型分：）按供电类型分：直流供电直流供电系统系统 交直流供电交直流供电系统系统22 ）按供电特点分：）按供电特点分：独立光伏发电系统独立光伏发电系统 并网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发电、风力发电、电网电源或其他电源作为补充。补充。

从电力系统来说，从电力系统来说， kWkW 级以上的独立光伏发级以上的独立光伏发电系统也称为电系统也称为离网型光伏发电系统离网型光伏发电系统。。

独立光伏发电系统框图独立光伏发电系统框图

并网光伏发电系统并网光伏发电系统 光伏发电系统光伏发电系统 (( 以下简称光伏系统以下简称光伏系统 )) 的主流发展趋势的主流发展趋势

是是并网光伏发电系统：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。态的光伏系统就是并网光伏系统。

并网光伏系统可分为：并网光伏系统可分为：住宅用并网光伏系统住宅用并网光伏系统和和集中集中式并网光伏系统式并网光伏系统 (( 电站电站 )) 两大类。两大类。

前者的前者的特点特点：是光伏系统发的电直接被分配到住宅：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内的用电负载上，多余或不足的电力通过连接电网来调节：来调节：

后者的后者的特点：特点：是光伏系统发的电直接被输送到电网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。上，由电网把电力统一分配到各个用电单位。

住宅用并网光伏住宅用并网光伏系统图系统图

住宅用并网光伏住宅用并网光伏系统系统供电形式供电形式

直流供电系统直流供电系统

交直流供电系统交直流供电系统

太阳能供电系统太阳能供电系统

七、空间电站七、空间电站———— 未来能源基地未来能源基地

太阳空间电站的原理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，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。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，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。微波束将电能传送回地面。

太阳空间电站传输太阳空间电站传输 它是由永远朝向太阳的它是由永远朝向太阳的 太阳电池列阵太阳电池列阵，，

能把直流电转换成微波能的能把直流电转换成微波能的 微波转换站微波转换站，，发射微波束能的列阵天线发射微波束能的列阵天线等等三部分组成三部分组成，，通过天线以微波形式向地面输电。在地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面上则要建一个面积达几十平方公里几十平方公里的的巨型接受系统。巨型接受系统。

太空太阳电站是十分巨大的，据计算一太空太阳电站是十分巨大的，据计算一座座 8×10108×1010WW 的太空太阳电站其太阳电池的太空太阳电站其太阳电池的列阵面积即达的列阵面积即达 6464kmkm22 ，，要装配要装配几百亿几百亿个电池片个电池片，把微波发往地球的天线列阵，把微波发往地球的天线列阵面积需面积需 2.6 2.6 kmkm22。。

在近地轨道在近地轨道直接组装太阳能电站直接组装太阳能电站

太阳空间电站的优点太阳空间电站的优点 空间发电有两大空间发电有两大优点：优点：一是一是可以充分利用可以充分利用

太阳能，同时又不会污染环境，太阳能，同时又不会污染环境，二是二是 不用 不用架设输电线路，可直接向空中的飞 船和架设输电线路，可直接向空中的飞 船和飞机提供电力，也可向边远的山区、沙漠飞机提供电力，也可向边远的山区、沙漠和孤岛送电。和孤岛送电。

科学家预测，一旦建成空间电站，人类可科学家预测，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以不断获得能源，地球能源利用将产生革革命性变化。命性变化。

空间电站碰到的问题空间电站碰到的问题（（ 11 ）空间运输成本问题 。法国电力）空间运输成本问题 。法国电力

公司课题研究部顾问吕西安公司课题研究部顾问吕西安 ··德尚说，德尚说，要使太阳能卫星变得可行，空间运输要使太阳能卫星变得可行，空间运输成本最少也得降低成本最少也得降低 9999 ％。％。

碰到的问题碰到的问题（（ 22 ）能量转换的效率问题 。美国慕）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尼黑理工大学空间技术研究所名誉所长哈里长哈里 ··鲁普认为，在把太阳能输送到鲁普认为，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问题。他还担心微波束可能会把经过其传输路径的鸟或人其传输路径的鸟或人 ""烤熟烤熟 "" 并可能引并可能引起电磁干扰，扰乱飞机的雷达系统。起电磁干扰，扰乱飞机的雷达系统。

八 、太阳能热动力发电八 、太阳能热动力发电

概念：概念：太阳能热发电是利用集热器将太阳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。行发电，是太阳能热利用的重要方面。

分类：分类：根据太阳能热动力发电系统中所采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。分散型和集中型两大类。

11 、太阳能热发电概念和分类、太阳能热发电概念和分类

太阳能热发电类型太阳能热发电类型 分散型发电系统分散型发电系统是将抛物面聚光器配置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。联起来，以满足所需的供热温度。

集中型发电系统集中型发电系统也称为塔式接受器系统，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，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。塔顶端的接受器上。

22 、太阳能热发电系统组成、太阳能热发电系统组成典型太阳能热发电系统由以下典型太阳能热发电系统由以下 44部分组成：部分组成： 聚光集热子系统聚光集热子系统、、蓄热子系统蓄热子系统、、辅助能源子系辅助能源子系

统统和和汽轮发电子系统汽轮发电子系统。。(1)(1) 聚光集热子系统聚光集热子系统 聚光集热子系统包括聚光集热子系统包括聚光器聚光器、、接收器接收器和和跟跟踪装置踪装置。。

聚光器聚光器：聚光器用于收集阳光并将其聚集到一：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。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最常用的聚光方式有两种两种，即，即平面反射镜平面反射镜和和曲曲面反射镜。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。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。蒸汽，再经管道送往汽轮机。

跟踪装置跟踪装置：：为了使一天中所有时到的太阳辐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。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，即太阳聚光器的跟踪方式有两种，即单轴跟踪单轴跟踪和双轴跟踪和双轴跟踪。。

从实现跟踪的方式上讲，从实现跟踪的方式上讲，有程序控制方式和有程序控制方式和传感器控制方式传感器控制方式两种。两种。

（（ 22 ）蓄热子系统）蓄热子系统蓄热系统在集热器和汽轮发电机组之间提供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），保证机一个缓冲环节（蓄热和放热作用），保证机组稳定运行。组稳定运行。

因为太阳能热发电系统在早晚和白天云逛间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。采用常规燃料作辅助能源。

目前、可采用的蓄热方式有目前、可采用的蓄热方式有 33 种：种：显热蓄热、显热蓄热、潜热蓄热和化学储能。潜热蓄热和化学储能。对不同的蓄热方式，对不同的蓄热方式，应选用相应不同的蓄热材料。应选用相应不同的蓄热材料。

（（ 33 ）辅助能源子系统）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，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还需配置辅助能源于系以维持电站能够一直持续运行。持续运行。

太阳能系统要求的蓄热子系统容量太大，以太阳能系统要求的蓄热子系统容量太大，以致投资巨大。致投资巨大。

所以．所以．在太阳能热发电系统中采用常规燃料在太阳能热发电系统中采用常规燃料作辅助能源作辅助能源，是个极为可取的方案。，是个极为可取的方案。

(4)(4) 汽轮发电子系统汽轮发电子系统

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：用的有以下几种：

①① 现代汽轮机；现代汽轮机；②② 燃气轮机；燃气轮机；③③ 低沸点工质汽轮机；低沸点工质汽轮机；④④ 斯特林发动机。斯特林发动机。

塔式太阳能热发电系统构成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）（也称集中型太阳能热发电系统）

整个系统出整个系统出 44部分构成：部分构成：聚光装置：聚光装置： 集热装置：集热装置：蓄热装置：蓄热装置：汽轮发电装置：汽轮发电装置：

塔式太阳能热动力塔式太阳能热动力

发电的示意图发电的示意图

槽式太阳能热发电系统构成槽式太阳能热发电系统构成 槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统

(SEGS)(SEGS) 简称槽式太阳能热发电系统，也称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。分散型太阳能热发电系统。

整个系统由整个系统由 44部分组成；部分组成；①① 聚光集热装置：聚光集热装置：②② 辅助能源装置：辅助能源装置：③③ 蓄热装置：蓄热装置：④④ 汽轮发电装置：汽轮发电装置：

太阳能发电站太阳能发电站

太阳坑发电技术 太阳坑发电技术 它是在地面挖一个球形大坑，坑壁贴上许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，以获得球镜，它将太阳能聚焦到接受器，以获得高温蒸气。高温蒸气。

试验证实太阳坑发电的方案是可行的。 试验证实太阳坑发电的方案是可行的。

太阳坑发电示意图 太阳坑发电示意图

太阳能烟囱发电 太阳能烟囱发电 它是在一大片圆形土地上盖满玻璃，圆中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。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

太阳能烟囱发电示意图

九、太阳能新产品九、太阳能新产品 太阳能汽车太阳能汽车：日本东京电机大学最近设计：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。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一组蓄电池充电后可行驶 110110 公里，夏季公里，夏季日照最长季节可达日照最长季节可达 150150 公里，最适宜于日公里，最适宜于日照时间长的地区使用。不用燃油，不污染照时间长的地区使用。不用燃油，不污染环境。 环境。

太阳能汽车太阳能汽车

天安门广场上的太阳能交通指示灯天安门广场上的太阳能交通指示灯

太阳能利用的优点太阳能利用的优点普遍性普遍性，太阳光照射的面积散布在地球大，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，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。造成无谓的能源危机。

永久性永久性，太阳的能量极其庞大，科学家计，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。言，这样的时间可谓是无限。

太阳能利用的优点太阳能利用的优点 无污染性无污染性，现今使用最多的矿物能源，其，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，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。阳能则无危险性及污染性。

太阳能利用的优点太阳能利用的优点 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，而每年至少可生置成后所需费用极少，而每年至少可生 1×11×1001717千瓦的电力。千瓦的电力。

太阳能利用的缺点 太阳能利用的缺点 稳定性差，受日夜季候的影响，太阳能不稳定性差，受日夜季候的影响，太阳能不断地生变化。 断地生变化。

装置成本过高，吸收太阳能的受光面积须装置成本过高，吸收太阳能的受光面积须达一定规模方有效果，因此相对地成本提达一定规模方有效果，因此相对地成本提高。高。

有人针对太阳能的污染问题提出“目视污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染”，意即庞大的太阳能收集器造成视觉上的污染。上的污染。

太阳能发电的前景太阳能发电的前景 专家预测，到专家预测，到 20502050 年，全世界消耗电量的年，全世界消耗电量的11 ／／ 44 将是太阳电，到将是太阳电，到 2121 世纪末，可能会世纪末，可能会达到达到 5050 ％以上。％以上。

到那时候，人类居住的房屋将发展成金字到那时候，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发电，并用高效的贮电装置贮存起来供人们使用。 们使用。

太阳能发电的前景太阳能发电的前景 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，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，且损耗率低于源源不断地送回地球，且损耗率低于 2‰2‰ ，，人们再也不用为地球上能源枯竭和污染问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、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。台，人类的家园将更加美好。

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