风能与太阳能发电

太 阳 能 烟 囱 发 电 示 意 图
风能开发的意义
什么是风能？
➢ 风能就是空气的动能,是指风所负载的能量，风能的大小决 定于风速和空气的密度。
风能来源于何处？
➢ 风的能量是由太阳辐射能转化来的，太阳每小时辐射地球 的能量是174,423,000,000,000千瓦，换句话说，地球每 小时接受了1.74 x 10^17瓦的能量。风能大约占太阳提供 总能量的百分之一，二，太阳辐射能量中的一部分被地球 上的植物转换成生物能，而被转化的风能总量大约是生物 能的50～100倍。
风能的技术原理
风力发电机的工作原理: ➢ 现代风力发电机采用空气动力学原理，就像飞机
的机翼一样。风并非"推"动叶轮叶片，而是吹过 叶片形成叶片正反面的压差，这种压差会产生升 力，令叶轮旋转并不断横切风流。风力发电机的 叶轮并不能提取风的所有功率。理论上风电机能 够提取的最大功率，是风的功率的59.6%。大多 数风电机只能提取风的功率的40%或者更少。
直流供电系统
交直流供电系统
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
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 发电、风力发电、电网电源或其他电源作为 补充。
• 从电力系统来说，kW级以上的独立光伏发
电系统也称为离网型光伏发电系统。
独立光伏发电系统框图
太阳能及风能发电介绍
一、引言
新能源的诞生 新能源的代表太阳能以及风能 二、太阳能 太阳能光伏发电的现状及优缺点 太阳能光伏发电的原理 其他太阳能发电方式 三、风能 风能发电的意义 风能的技术原理 风能发电机组的结构
• 地球资源特别是不可再生资源，其供给能 力有限，并非取之不尽、用之不竭
• 在经济不断发展同时，能源消耗不断增加， 传统能源无以为继，经济发展越来越受制 于能源的开发利用，新能源作为一种替代 能源，未来能极大的缓解我们能源大量需 求，可以保证经济可持续发展。
风能的技术原理
风力发电机的功率曲线 ➢ 在风速很低的时候，风电机风轮会保持不动。当
到达切入风速时（通常每秒3到4米），风轮开始 旋转并牵引发电机开始发电。随著风力越来越强， 输出功率会增加。当风速达到额定风速时，风电 机会输出其额定功率。之后输出功率会保留大致 不变。当风速进一步增加，达到切出风速的时候， 风电机会剎车，不再输出功率，为免受损。
风能开发的意义
发展风力发电具有什么优势？ ➢ 风电技术日趋成熟，产品质量可靠，可用率已达95%以上，
已是一种安全可靠的能源，风力发电的经济性日益提高， 发电成本已接近煤电，低于油电与核电，若计及煤电的环 境保护与交通运输的间接投资，则风电经济性将优于煤电。 风力发电场建设工期短，单台机组安装仅需几周，从土建、 安装到投产，只需半年至一年时间，是煤电、核电无可比 拟的。投资规模灵活，有多少钱装多少机。对沿海岛屿， 交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电 网和近期内电网还难以达到的农村、边疆来说，可作为解 决生产和生活能源的一种有效途径．
太阳能光伏发电历史与现状
• 利用太阳光发电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 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。
• 90年代以来，太阳能光伏发电的发展很快， 已广泛用于航天、通讯、交通，以及偏远地 区居民的供电等领域，近年来又开辟了太阳 能路灯、草坪灯和屋顶太阳能光伏发电等新 的应用领域。
中国光伏产品的应用领域及份额
9%
4%
36%
农村电气化 51% 通信和工业应用
太阳能商品 并网发电
太阳能光伏发电优缺点
1、太阳能光伏发电的主要优点：
(1)结构简单．体积小且轻。 (2)易安装，易运输，建设周期短。 (3)容易启动,维护简单,随时使用,保证供应。 (4)清洁，安全，无噪声。 (5)可靠件高，寿命长。 (6)太阳能无处不有，应用范围广。 (7)降价速度快，能量偿还时间有可能缩短。
并网光伏发电系统
光伏发电系统(以下简称光伏系统)的主流发展趋势是 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 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。
• 并网光伏系统可分为：住宅用并网光伏系统和集中 式并网光伏系统(电站)两大类。
• 前者的特点：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 来调节：
2、太阳能光伏发电的主要缺点
(1)能量分散，占地面积大。 (2)间歇性大。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。 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、 水电站、核电厂要复杂。 (3)地域性强。
光伏效应
• 早在1839年，法国科学家贝克雷尔 (Becqurel)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 被称为“光生伏打效应”，简称“光伏效 应”。
风能开发的意义
风能的技术原理
风的产生
➢ 太阳的辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分 布不均，空气沿水平方向运动形成风。所以，风就是水平 运动的空气。空气产生运动主要是由于地球上各纬度所接 受的太阳辐射强度不同而形成的。在赤道和低纬度地区， 太阳高度角大，日照时间长，太阳辐射强度强，地面和大 气接受的热量多、温度较高；在高纬度地区太阳高度角小， 日照时间短，地面和大气接受的热量小，温度低。这种高 纬度与低纬度之间的温度差异，形成了南北之间的气压梯 度，使空气作水平运动。地球在自转，使空气水平运动发 生偏向的力，所以地球大气运动除受气压梯度力外，还要 受地转偏向力的影响。大气真实运动是这两种力综合影响 的结果。
• 传统能源产生环境问题越来越严重，危害 人类健康和生存环境
• 火电的缺点
• 火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。 一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少， 正面临着枯竭的危险。据估计，全世界石 油资源再有30年便将枯竭。另一方面燃烧 燃料将排出二氧化碳和硫的氧化物，因此 会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。
• 水电的缺点
• 水电要淹没大量土地，有可能导致生 态环境破坏，而且大型水库一旦塌崩，后 果将不堪设想。另外，一个国家的水力资 源也是有限的，而且还要受季节的影响。
• 核电的缺点
• 核电在正常情况下固然是干净的，但 万一发生核泄漏，后果同样是可怕的。前 苏联切尔诺贝利核电站事故，已使900万人 受到了不同程度的损害，而且这一影响并 未终止。
• 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 球镜，它将太阳能聚焦到接受器，以获得 高温蒸气。
• 试验证实太阳坑发电的方案是可行的。
太阳坑发电示意图
太阳能烟囱发电
• 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 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。
太阳能发电系统
• 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 山区、村庄、 海岛提供电力。
太阳能供电系统的类型
1）按供电类型分：
• 直流供电系统 • 交直流供电系统
2）按供电特点分：
• 独立光伏发电系统 • 并网光伏发电系统
风光互补的难点
• 在风光互补独立供电系统中，负载的电能主要由 风力发电机组和太阳能电池板系统供给。
• 当风力发电机组和太阳电池方阵的发电量能满足 负载需要的电量时，将全部由风力发电机和太阳 电池方阵供给负载用电，而且有多余的电量时， 多余的电量通过控制器的控制流到蓄电池组；
• 当风力发电机组和太阳电池方阵的发电量无法满 足负载需要的电量时，将由控制系统控制蓄电池 组放电来供给负载不足的电量。
风力发电机组
➢ 根据风机这两大部分采用的不同结构类型、以及 它们分别采用的技术方案的不同特征，再加上它 们的不同组合，风力发电机组可以有多种多样的 分类。 依风机旋转主轴的方向（即主轴与地面相对位置） 分类，可分为：
“水平轴式风机”――转动轴与地面平行，叶轮需随 风向变化而调整位置；
“垂直轴式风机”――转动轴与地面垂直，设计较简 单，叶轮不必随风向改变而调整方向。
• 后者的特点：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。
住宅用并网光伏系统图
住宅用并网光伏系统供电形式
太阳能热发电类型
• 分散型发电系统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 联起来，以满足所需的供热温度。
• 集中型发电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 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 塔顶端的接受器上。
• 单晶硅具有转换效率高，稳定性好，但是成本较高； • 非晶硅太阳则具有生产效率高，成本低廉，但是转
换效率较低，而且效率衰减得比较快；
• 铸造多晶硅太阳能则具有稳定的转换的效率，而且 性能价格比最高；
• 薄膜晶体硅太阳能则现在还只能处在研发阶段。 硅系列太阳能中，单晶硅和多晶硅继续占据光伏市场
的主导地位，单晶硅和多晶硅的比例已超过80%， 而这一发展趋势还在继续增长。
风力发电机组
水平轴式风机
垂直轴式风机
风力发电机组
➢ 按照桨叶数量分类可分为“单叶片”﹑“双叶 片”﹑“三叶片”和“多叶片”型风机；
➢ 叶片的数目由很多因素决定，其中包括空气动 力效率、复杂度、成本、噪音、美学要求等等。 大型风力发电机可由1、2或者3片叶片构成。
• 风光互补是一套发电应用系统，该系统是 利用太阳能电池方阵、风力发电机（将交 流电转化为直流电）将发出的电能存储到 蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器 将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电 ，通过输电线路送到用户负载处。是风力 发电机和太阳电池方阵两种发电设备共同 发电
• 太阳电池工作原理的基础是半导体PN结的 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 动势和电流的一种效应。
• 即当太阳光或其他光照射半导体的PN结时， 就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电 压，使PN结短路，就会产生电流。
太阳能发电原理图
晶体硅材料制备的太阳能材料比较
风光互补发电站系统主要由风力发电机、太 阳能电池方阵、智能控制器、蓄电池组、 多功能逆变器、电缆及支撑和辅助件等组 成一个发电系统，将电力并网送入常规电 网中。夜间和阴雨天无阳光时由风能发电 ，晴天由太阳能发电，在既有风又有太阳 的情况下两者同时发挥作用，实现了全天 候的发电功能，比单用风机和太阳能更经 济、科学、实用。
• 这些都迫使人们去寻找新能源。新能源 要同时符合两个条件：
• 一是蕴藏丰富不会枯竭；
• 二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环 境。目前找到的新能源主要有这几种，太 阳能、燃料电池。以及风力发电等。其中， 最理想的新能源是太阳能。
为什么要使用太阳能
• 照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40 分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全 球人类一年能量的消费。可以说，太阳能 是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且 太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以 太阳能发电被誉Baidu Nhomakorabea是理想的能源。
塔式太阳能热动力 发电的示意图
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 (SEGS)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。
• 整个系统由4部分组成；
① 聚光集热装置： ② 辅助能源装置： ③ 蓄热装置： ④ 汽轮发电装置：
太阳能发电站
太阳坑发电技术
风能的技术原理
➢ 风力发电机的性能可以用功率曲线来表达。功率曲 线是用作显示在不同风速下（切入风速到切出风速） 风电机的输出功率。为特定地点选取合适的风力发 电机，一般方法是采用风电机的功率曲线和该地点 的风力资料以进行产电量估算。
风力发电机组
风力发电机组的分类及各自特点 ：
➢ 风力发电机组主要由两大部分组成： 风力机部分――它将风能转换为机械能； 发电机部分――它将机械能转换为电能