太阳能应用关键技术

学年论文

题目太阳能应用关键技术

学生姓名郭海军

学号20071340041

学院信息与控制学院

专业电气工程与自动化

指导教师陈炜峰

二Ｏ一Ｏ年十二月五日

太阳能应用关键技术

郭海军

南京信息工程大学电气工程与自动化，南京 210044

摘要:本文论述了太阳能的利用技术，重点讨论了太阳能的发电技术，综合介绍了太阳能塔热气流发电技术、太阳能热发电技术和太阳光伏发电等国内外各种太阳能发电技术；热利用中集中阐述了平板集热器和真空管集热器两大技术，光伏发电中介绍了电池和矩阵、电源转换（逆变器、充电器）、控制系统、储能系统、并网技术等。

关键词:太阳能；光伏发电；太阳能发电；太阳能电池

Technology of Solar Energy’s Application

Guo Haijun

The electrical engineering and automation , Nanjing University of Information Science and

Technology ,Nanjing 210044

Abstract

This article discusses solar energy's application, the pointdiscussion is the technique of the solar energy generating electricity. And then introduces all kinds of techniques in and out of nation, as technique of solar energy tower hot air flow to generate electricity, technique of solar energy hot to generate electricity and technique of solar energy lightbring voltaic electricity etc. Research of acquiring heat equipment in water heater were summarized in detailed.Two major technology which are f lat collector and Vacuum tube collectors are introduced in the technique of the solar energy generating electricity.This paper also introduces the battery and matrix, power conversion (inverter, charger), control system, energy storage system, the grid technology in photovoltaic power generation.

Key words: solar energy application; light-voltage generate electricity; solar energy generate electricity; solar cell

0 引言

进入二十一世纪以来，能源短缺、资源枯竭、环境污染等问题已严重影响人们的生活和制约社会的发展。地球表面每年从太阳光线中接收到的能量大约是地球上已知的煤、石油、天然气和铀矿中所储存能量总和的10倍。这个能量等于世界上人类年消耗能量的1500倍.人们一直在燃烧木材和其他形式的生物量达几千年之久，然而这只是提取太阳能的一种方式.太阳还提供了水力发电，风力发电和矿物燃料——事实上提供了除核能、地温能和潮汐能之外所有形式的能量[2]。太阳能是最原始的能源,地球上几乎所有其他能源都直接或间接来自太阳能。太阳能具有资源充足、长寿,分布广泛、安全、清洁,技术可靠等优点。由于太阳能可以转换成多种其他形式的能量,因此应用范围非常广泛，太阳能将成为全球主要能源之一。

1 太阳能利用技术发展概况

近代利用太阳能来看，从太阳能动力装置，逐步发展到现在太阳能热利用以及太阳能发电。太阳能的各种应用基于太阳能的光热、光电、光化学三种转换效应。在热利用方面有太阳能温室、物品干燥和太阳灶、太阳能热水器等。经过多年的开发,太阳能发电也得到了长足的发展。太阳能发电主要有太阳能光发电和太阳能热发电两种基本方式。不通过热过程直接将太阳的光能转换成电能的利用方式称为太阳能光发电,目前得到实际应用的是光伏电池。太阳能热发电是将吸收的太阳辐射热能转换成电能的装置。太阳能

热发电有多种类型,主要有以下五种:塔式系统、槽式系统、盘式系统、太阳池和太阳能塔热气流发电。前三种是聚光型太阳能热发电系统,后两种是非聚光型。

2 太阳能利用主要关键技术

2.1 太阳能热利用技术

太阳能热利用可分为:低温热利用、中温热利用和高温热利用。低温热利用包括最简单的地膜、塑料大棚以及干燥器、蒸馏、供暖、太阳能热水系统。中温热利用有空调制冷、制盐以及其它工业用热。高温热利用有简单的聚焦型太阳灶、焊接机和高温炉。

2.1.1太阳能热水系统技术

我国的太阳能热水技术主要有平板集热器和真空管集热器两类。它由集热器、储水器、循环系统等三大部分组成。太阳能热水器从最初的闷晒式，到第二代平板集热器，再至第二代全玻璃真空管式集热器，至目前最先进的热管真空集热管太阳能热水器，太阳能热水器的利用率逐代提高[3~5]。

集热器中透明盖板或玻璃管材料的性能对热水器的效率及寿命有很大的影响。过去普遍采用窗玻璃作透明材料，山于其含铁成分高，致使吸收率高而透过率低被淘汰。目前国外普遍采用钢化玻璃和塑料薄膜作透明材料[12]。如日本多采用钢花水白玻璃，其透过率可达90%以上。美国生产的玻璃钢板材，其透过率可达94%。集热器是太阳能热水器的核心部件，其材料以金属居多。日本考虑到紧凑、质量轻、寿命长、外形等因素，多采用不锈钢制造。美国等一些国家多用铜铝复合吸热板芯。这种板芯使用特殊的工艺将铜内管和铝外管翅片压合成一个整体，有很好的耐腐蚀性和传热性能。美国雷诺金属制品公司正在研究铝板间的流道内存热聚酯薄膜防腐新工艺。这种产品如果投入生产，则吸热板芯的成本可降低1 /4。

吸热表而涂层性能是至关重要的。如果它的吸收率大，发射率也大，则集热效果差。这就需要有高的吸收率和低的发射率的选择性表而[9]。目前，美国公司研制的一种底黑铬选择性吸收涂层附着在0..05mm 的紫铜挡板上，其集收率为0.95，发射率为0.11，使用方便，性能优越。北京太阳能研究所研制的一种阳极化高效选择性涂层，可使热效率提高10% ,清华大学研制的真空溅射选择性涂层，吸收率为0.93，发射率为0.06，用于真空管集热器，具有国际先进水平。目前国外多采用玻璃纤维和发泡的聚胺脂材料作为热水器的保温材料，后者成型性好，吸水性差，不会收缩，导热系数低。国内常采用油聚胺脂、矿渣棉、珍珠岩等。

以下有几种新型集热器的开发：

（1）弯曲吸热板真空集热管

目前开发的弯曲集热板真空集热管具有两个明显的特点:一是吸收板的横截而为半圆形；二是热管不再位于真空集热管的轴线，而是靠近玻璃管内壁并与玻璃管母线相平行[13]。这一结构不但增大了吸热板的面积，而且改善了太阳光线的入射方位角，提高了热管真空管的热性能。

（2）金属吸热体真空管

金属吸热体真空管是国际上新一代真空管，它的特点是工作温度高、承压大、耐热冲击性好[14]。各国科学家研制出各种形式的真空管，如热管式、通心套管式、U型管式、贮热式、直通式、内聚光式等等。

（3）热管真空管太阳集热器

目前开发的一种新型热管真空管太阳集热器，采用玻璃一金属热封压技术，磁控溅射可选择性涂层技术、抗冻技术、金属吸热体真空排气技术等一系列关键技术，具有国际先进水平[15]。

2.1.2太阳能制冷与空调技术

太阳能空调利用太阳能制冷通常有两条途径一是压缩式制冷机制冷;二是吸收式制冷。太阳能空调系统以第二种为主。目前，太阳能制冷空调的关键技术已经成熟[10~11]。在太阳集热器方面，真空管集热器、平板集热器都已经在市场上推广应用;在制冷机方面，溴化锂吸收式制冷机在上世纪90年代大量地进入了