电力生产概论第5讲太阳能发电62页PPT

按太阳能采集方式划分，太阳能热发电站：
◦ 槽式 ◦ 塔式 ◦ 碟式
发电原理
◦ 吸收太辐射的热能，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？
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
吸热管
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。
▪ 蒸汽推动汽轮机旋转→发电机发电
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
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
◦ 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。
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
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
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
DC→AC
◦ 光伏电池和蓄电池输出：直流电 ◦ 民用电气设备，电网：交流电
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
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。
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。
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。
大部分地区处于可利用区，太阳能资源相当丰富
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
能量的分散性 能量的不稳定性 能量的间歇性，不连续
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。
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
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
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
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。
光伏效应
光子（光波）
光电子
形成电流
形成电压
太阳能电池
◦ N型半导体 ◦ P型半导体 ◦ PN结
半导体的主要结构
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
硼
硼
硼
硼
硼
硼
硼 硼
磷
磷
磷
磷
磷
磷
磷
P型半导体 N型半导体
P－N结
硼
硼
硼
P型半导体
硼
硼
硼
硼硼
硼
磷
磷
磷
磷
磷
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
磷 磷
N型半导体
磷
磷
P型半导体 PN结
N型半导体
第一代太阳能电池
单晶硅电池
多晶硅电池
转换效率：15% 转换效率：12%
7000 ~1万 元
6000 ~800 0元
▪ 第二代太阳能电池---薄膜电池
转换效率：8%
4000 ~500 0元
第5讲 太阳能发电
概述 光伏发电技术介绍 光热发电技术介绍
太阳高度角 地理纬度 大气透明度 海拔高度 日照时数 等
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。
◦ 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。
▪ 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
◦ 高压直流输电技术
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。
美国内华达太阳能一号电站
◦ 装机容量：64MW ◦ 投产时间：2019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》
高塔 接收器 定日镜
▪ 第三代太阳能电池---聚光型电池
转换效率：30%
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0.45~0.5V
拉萨：约北纬30 ° ；北京：约 北纬39 ° 。
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°