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太阳能
发电
太阳能发电


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简介

直接利用太阳能的形式有光热、光电、光化学三种。光热是将太阳辐射转化为热能,再推动发电机发电。光电是利用光伏特效应直接将太阳光转换为电能。光化学是利用光照配合特定催化剂制氢、化学储热等方式转化能量,再将能量转化为电能。风能、海洋能等间接利用太阳能的方式,本篇将不涉及。

评判标准

第一次商业集中开发太阳能发电厂发生在 20 世纪 80 年代。位于美国加利福尼亚州莫哈韦沙漠的太阳能发电厂安装在世界上最大的聚光太阳能热发电,354百万瓦的太阳能发电系统。

在 2014 年,太阳能已经在主要市场达到电网平价,而在 2015 年太阳能发电量成长到占所有发电量的百分之一。

寿命

厂家均称太阳能热水器使用寿命长达15年左右,对此,消费者应该有清醒认识。 造成太阳能热水器“短命”的原因

一、真空管。真空管是太阳能热水器的核心部件,也是太阳能热水器的“心脏”。它的质量直接决定了整台热水器的使用性能。真空管的使用性能受镀膜技术和清洗、镀膜、抽真空、封口等工艺的影响等。但是,一些超低价太阳能热水器采用的真空管具有以下缺陷:真空度低,只有优质产品的1/100;管内残留大量杂质和水汽,一遇到高温就变成气体,真空度降低;低真空状态下膜层稳定性能差,两三年之内膜层就老化、脱落,导致集热性能急剧衰减,无法吸收足够的热量。

二、保温层。太阳能热水器白天生产的热水储存在储水箱里,如果保温层的保温性能不好,隔夜、阴雨天就不能用,或者不好用。造成太阳能热水器保温性能差的主要原因在于热水器的保温层,保温层的好坏决定了热水温度的高低和热水量的多少。好的保温层采用进口原材料,如聚氨酯,导热系数低,耐高温;保温工艺采用全自动恒温高压定量发泡,并经高温熟化处理,保温性能高且稳定持久。而一些低劣材料导热系数高,发泡也不均匀,一夜温度能下降十几度,遇到阴雨天就没有热水。还有的黑心企业,为了降低成本,竟然采用自制的苯板,几个月后保温效果直线下降,一两年后基本不保温。

三、内胆。目前,大部分太阳能热水器生产厂家都称水箱内胆是不锈钢。同样是不锈钢,但不锈钢中的铬和镍却大不相同。好的太阳能热水器采用高铬高镍的不锈钢内胆,保证了内胆坚固耐用,耐腐蚀性能强;劣质内胆多采用低牌号不锈钢,基本不含镍,耐腐性能差,使用寿命短。

四、安装和服务。太阳能热水器对安装要求非常高,专业化安装是其冬天好用的基础和保障。有些杂牌企业常常四处招募民工组成“游击队”,还没有经过正规培训就匆匆上岗,这些人既不懂管路的设计、热水器主体的固定等专业知识,更不懂产品后期的保养维护,造成的问题比比皆是,直接影响太阳能热水器的“达标寿命”。比如,用于固定热水器安装支架的配件,大品牌多采用钢丝条,结实、抗腐蚀,但有的小厂家却采用铁线固定,造成有些地区一遇到大雨、冰雹等恶劣天气,就有不少太阳能热水器轰然倒地

易用性

生产流程

聚光太阳能发电

聚光太阳能发电系统是使用透镜或反射镜,加上跟踪系统,利用光学原理将大面积的阳光聚焦到一个相对细小的集光区中。然后将浓缩的热用作常规电站的热源。在所有这些系统中的工作流体被聚光的太阳光加热,然后将其用于发电或能量存储。储热有效地允许最多 24 小时的发电。聚光太阳能发电的先行者是美国的吉尔伯特•科恩,在美国内华达州建造极具规模的聚光太阳能发电站,已经成功地为拉斯维加斯供应 22 兆瓦的电力能源。 聚光太阳能发电继风能、光电池之后,已经开始崭露头角,有望成为解决能源匮乏、应对气候变暖的有效技术手段。 目前正在商业化阶段。

全球光热发电 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017
装置量(MW) 412 479 535 765 1,269 1,710 2,573 3,841 4,498 4,749 4,851 4,951
发电量(GWh) 551 685 898 924 1,646 2,862 4,765 5,867 8,428 9,418

理论

光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电,光伏发电系统主要由太阳能电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成,它们主要由电子元器件构成,不涉及机械部件,所以,光伏发电设备极为精炼,可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲,光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩具,光伏电源无处不在。国产晶体硅电池效率在 10 至 13% 左右,国外同类产品效率约 12 至 14% 。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件。

输送方式

太阳能光伏发电分为独立光伏发电、并网光伏发电、分布式光伏发电

独立光伏发电

独立光伏发电系统也叫离网光伏发电系统。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成,若要为交流负载供电,还需要配置交流逆变器。

并网光伏发电

并网光伏发电系统就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。并网光伏发电系统有集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站,主要特点是将所发电能直接输送到电网,由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大,发展难度相对较大。而分散式小型并网光伏系统,特别是光伏建筑一体化发电系统,由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点,是并网光伏发电的主流。

分布式光伏发电

分布式光伏发电系统,又称分散式发电或分布式供能,是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统,以满足特定用户的需求,支持现存配电网的经济运行,或者同时满足这两个方面的要求。 分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备,另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。其运行模式是在有太阳辐射的条件下,光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能,经过直流汇流箱集中送入直流配电柜,由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载,多余或不足的电力通过联接电网来调节。

结构

本体

辅助设备

生产线分工

太阳能电池

太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。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。它们的发电原理基本相同,现以晶体硅为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅,形成P-N结。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,使电子发生了跃迁,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。

  • 这个过程的实质是:光子能量转换成电能的过程。

太阳能

太阳能技术分为有源(主动式)及无源(被动式)两种。有源的例子有太阳能光伏及光热转换,使用电力或机械设备作太阳能收集,而这些设备是依靠外部能源运作的,因此称为有源。无源的例子有在建筑物引入太阳光作照明等,当中是利用建筑物的设计、选择所使用物料等达至利用太阳能的目的,由于当中的运作无需由外部提供能源,因此称为无源。我们的太阳能发电,就是有源太阳能技术。

太阳能发电是一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源,如风能,化学能,水的势能。化石燃料可以称为远古的太阳能。太阳能资源丰富,无需运输,但生产太阳能板的过程对环境有严重且不可逆的污染,且会造成飞航安全。太阳能为人类创造了一种新的生活形态,使社会以及人类进入一个额外生能源可使用的时代。

聚光热结构

聚光热结构是将光能转化为热能,热能再转化为电能的结构。光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电,一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气,再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程;后一个过程是热—电转换过程,与普通的火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高,估计它的投资至少要比普通火电站贵5~10倍。

光伏效应

光伏效应是光生伏特效应(Photovoltaic effect)的简称,指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子(光波)转化为电子、光能量转化为电能量的过程;其次,是形成电压过程。有了电压,就像筑高了大坝,如果两者之间连通,就会形成电流的回路。

发电装置

太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。太阳能电池组件(Solar cells)是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置,在广大的无电力网地区,该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电,一些发达国家还可与区域电网并网实现互补。目 前从民用的角度,在国外技术研究趋于成熟且初具产业化的是“光伏–建筑(照明)一体化”技术,而国内主要研究生产适用于无电地区家庭照明用的小型太阳能发电系统。 太阳能发电系统主要包括:太阳能电池组件(阵列)、控制器、蓄电池、逆变器、用户即照明负载等组成。其中,太阳能电池组件和蓄电池为电源系统,控制器和逆变器为控制保护系统,负载为系统终端。 太阳能电池与蓄电池组成系统的电源单元,因此蓄电池性能直接影响着系统工作特性。 电池单元 由于技术和材料原因,单一电池的发电量是十分有限的,实用中的太阳能电池是单一电池经串、并联组成的电池系统,称为电池组件(阵列)。单一电池是一只硅晶体二极管,根据半导体材料的电子学特性,当太阳光照射到由P型和N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N结上时,在一定的条件下,太阳能辐射被半导体材料吸收,在导带和价带中产生非平衡载流子即电子和空穴。同于P-N结势垒区存在着较强的内建静电场,因而能在光照下形成电流密度J,短路电流Isc,开路电压Uoc。若在内建电场的两侧面引出电极并接上负载,理论上讲由P-N结、连接电路和负载形成的回路,就有“光生电流”流过,太阳能电池组件就实现了对负载的功率P输出。 理论研究表明,太阳能电池组件的峰值功率Pk,由当地的太阳平均辐射强度与末端的用电负荷(需电量)决定。 储存单元 太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储存,蓄电池的特性影响着系统的工作效率和特性。蓄电池技术是十分成熟的,但其容量要受到末端需电量,日照时间(发电时间)的影响。因此蓄电池瓦时容量和安时容量由预定的连续无日照时间决定。 控制器 控制器的主要功能是使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点附近,以获得最高效率。而充电控制通常采用脉冲宽度调制技术即PWM控制方式,使整个系统始终运行于最大功率点Pm附近区域。放电控制主要是指当电池缺电、系统故障,如电池开路或接反时切断开关。目 前日立公司研制出了既能跟踪调控点Pm,又能跟踪太阳移动参数的“向日葵”式控制器,将固定电池组件的效率提高了50%左右。 逆变器 逆变器按激励方式,可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。主要功能是将蓄电池的直流电逆变成交流电。通过全桥电路,一般采用SPWM处理器经过调制、滤波、升压等,得到与照明负载频率f,额定电压UN等匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。 防反充二极管 太阳能光伏发电系统的防反充二极管又称阻塞二极管,在太阳电池组件中其作用是避免由于太阳电池方阵在阴雨和夜晚不发电或出现短路故障时,擂电池组通过太阳电池方阵放电。防反充二极管串联在太阳电池方阵电路中,起单向导通作用。因此它必须保证回路中有最大电流,而且要承受最大反向电压的冲击。一般可选用合适的整流二极管作为防反充二极管。一块板的话可以不用任何二极管,因为控制器本来就可防反冲。板子串联的话,需要安装旁路二极管,如果是并联的话就要装个防反冲二极管,防止板子直接冲电。防反充二极管只是保护作用,不会影响发电效果。 效率 在太阳能发电系统中,系统的总效率ηese由电池组件的PV转换率、控制器效率、蓄电池效率、逆变器效率及负载的效率等组成。但相对于太阳能电池技术来讲,要比控制器、逆变器及照明负载等其它单元的技术及生产水平要成熟得多,而且系统的转换率只有17%左右。因此提高电池组件的转换率,降低单位功率造价是太阳能发电产业化的重点和难点。太阳能电池问世以来,晶体硅作为主角材料保持着统治地位。对硅电池转换率的研究,主要围绕着加大吸能面,如双面电池,减小反射;运用吸杂技术减小半导体材料的复合;电池超薄型化;改进理论,建立新模型;聚光电池等。

原材料

主料

辅料

可选原料

优点与缺点

太阳能光伏发电具有许多独有的优点: 1、太阳能是取之不尽、用之不竭的洁净能源,而且太阳能光伏发电是安全可靠的,不会受到能源危机和燃料市场不稳定因素的影响; 2、太阳光普照大地,太阳能是随处可得的,太阳能光伏发电对于偏远无电地区尤其适用,而且会降低长距离电网的建设和输电线路上的电能损失; 3、太阳能的产生不需要燃料,使得运行成本大大降低; 4、除了跟踪式外,太阳能光伏发电没有运动部件,因此不易损毁,安装相对容易,维护简单; 5、太阳能光伏发电不会产生任何废弃物,并且不会产生噪音、温室及有毒气体,是很理想的洁净能源。安装1KW光伏发电系统,每年可少排放CO2600~2300kg,NOx16kg,SOx9kg及其他微粒0.6kg; 6、可以有效利用建筑物的屋顶和墙壁,不需要占用大量土地,而且太阳能发电板可以直接吸收太阳能,进而降低墙壁和屋顶的温度,减少室内空调的负荷; 7、太阳能光伏发电系统的建设周期短,而且发电组件的使用寿命长、发电方式比较灵活,发电系统的能量回收周期短; 8、不受资源分布地域的限制;可在用电处就近发电。 任何事物都有其两面性,太阳能光伏发电虽然具有上述的诸多优点,但是也有其缺点: 1、地理分布、季节变化、昼夜交替会严重影响其发电量,当没有太阳的时候就不能发电或者发电量很小,这就会影响用电设备的正常使用; 2、能量的密度低,当大规模使用的时候,占用的面积会比较大,而且会受到太阳辐射强度的影响; 3、光伏系统的造价还比较高,系统成本40000~60000元/kW,初始投资高严重制约了其广泛应用; 4、年发电时数较低,平均1300 h; 5、精准预测系统发电量比较困难。

资产与负债

资产

固定资产

非固定资产

负债

库存

设计和规划

位置与环境

投资与评估

规模与功能

风格与形式

成本

税费

金融成本

原材料成本

房租成本

能耗成本

人工成本

设备折旧

收益管理

消费曲线

时间分布

空间分布

目标群体

容量控制

风险控制

市场

国内市场

产量

消费量

国际市场

产量

消费量

主要公司

标准

这里存放条目相关的国家标准 光伏组件:IEC61215 IEC61730 *

文档

编辑成员
7 人

Laugh, 马吉昊, 木又, 火之牙, photon, OldPig, Richard

评论(1)

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Bramble 2019-07-08 21:57:18
效率那段好几年前的资料了,国产量产效率已经做到22%了
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