關(guān)于太陽能光熱發(fā)電的技術(shù)特點與應(yīng)用探討

[摘 要]文章在太陽能發(fā)展迅速的時代背景下，介紹太陽能關(guān)鍵技術(shù)，并對太陽能發(fā)電的技術(shù)特點與應(yīng)用進行分析與探討，為我國太陽能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新提供幫助。

[關(guān)鍵詞]太陽能;光熱技術(shù);技術(shù)特點;應(yīng)用進展

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2019.34.088

隨著能源結(jié)構(gòu)不斷變化，純凈能源得到廣泛關(guān)注，而太陽能不僅環(huán)保無污染不產(chǎn)生二次廢棄物，還擁有取之不盡，用之不竭的優(yōu)點，因此太陽能發(fā)電技術(shù)成為可再生能源技術(shù)中重要成員之一。根據(jù)現(xiàn)階段技術(shù)分析，太陽能發(fā)電技術(shù)主要分為光熱發(fā)電以及光伏發(fā)電兩種類型，文章將結(jié)合這兩種發(fā)電類型進行技術(shù)分析與產(chǎn)業(yè)展望。

1 太陽能光熱發(fā)電原理

光熱發(fā)電的運行機理是利用聚光器將光聚集在一起，進而在瞬間產(chǎn)生高能。期間由于瞬間產(chǎn)生的能量使汽輪機中的渦輪發(fā)生轉(zhuǎn)動，使電磁線圈產(chǎn)生電。換句話說，太陽能發(fā)電與火力發(fā)電在本質(zhì)上沒有區(qū)別。因此，只要光源足夠穩(wěn)定，電力就可以源源不斷地提供給用戶。此外，由于近幾年電力企業(yè)發(fā)展迅速，儲熱技術(shù)取得突破，促使太陽能發(fā)電完全可以滿足夜間供電。而光伏發(fā)電裝置的發(fā)電機理完全不同，主要通過太陽能電池板將來源不同的光能直接轉(zhuǎn)換成電能，并利用其中的蓄電技術(shù)保證電力持續(xù)供應(yīng)[1]。

2 光熱發(fā)電技術(shù)類型、特點與應(yīng)用范圍

按光熱太陽能發(fā)電機理，其采集方式可分為槽式發(fā)電裝置、塔式發(fā)電裝置以及蝶式發(fā)電裝置。

（1）槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)。槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)主要由大量金屬拋物線面、大小不等的集熱管以及一套用來發(fā)電的渦壓汽輪機組成，其中聚光拋物線金屬已經(jīng)由特殊的表面特殊工藝處理過，可以保障光有效聚集在集熱管上，并可以使集熱管內(nèi)的集熱油溫度保持在400℃左右，進而利用高溫產(chǎn)生密集水蒸汽推動汽輪機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電力。此外，為了電力可以持續(xù)輸出，槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)中還裝有熔融鹽為介質(zhì)的集熱管，可以將多余的熱量創(chuàng)建存儲起來，以便太陽能不足的時候提供能量。

（2）塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)。塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)主要由兩部分構(gòu)成，即雙軸平面鏡和中央集熱塔。雙軸平面鏡將采集來的光傳遞給中間的集熱塔上。在集熱塔的上方有一個光束接收裝置，可以將光能轉(zhuǎn)化為高溫，并利用熱能使裝置中的水汽化，產(chǎn)生大量水蒸汽推動渦輪機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電力。

（3）蝶式光熱發(fā)電系統(tǒng)。蝶式光熱發(fā)電系統(tǒng)在發(fā)電原理上與槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)并沒有區(qū)別，主要由蝶式反射鏡、接收器和發(fā)電系統(tǒng)組成。其中蝶式反射器與槽式金屬拋物面的功能一致，將外界的太陽能匯聚在一點上，達到能量聚集的目的。而接收器的作用是單純地將匯聚來的太陽能轉(zhuǎn)化為能量，供給發(fā)電機使用。接收器可以在源源不斷的太陽能供給下達到750℃左右。此外，蝶式光熱系統(tǒng)的發(fā)射器經(jīng)過特殊工藝處理，可以使接受陽光的部分隨著太陽的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，從而從太陽高度的問題上解決陽光利用率不足的問題，進而提高光熱轉(zhuǎn)換效率。

雖然三種光熱發(fā)電裝置從發(fā)電原理上并無區(qū)別，但是成本投資以及各種社會需求各有不同。槽式光熱發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)比較簡單、技術(shù)開發(fā)難度低，但是在發(fā)電量上有所不足。而蝶式光熱發(fā)電系統(tǒng)的熱值比較高，熱能存儲能力較強，適用于偏遠山區(qū)，供電能力不足的地方。但是此光熱發(fā)電裝置的技術(shù)要求比較高，不適合與并網(wǎng)光伏發(fā)電的配合使用。而對于塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)則更注重平坦地區(qū)使用，主要原因在于它的光能接受裝置在采集光源時有所限制[2]。

3 光伏發(fā)電原理以及發(fā)電技術(shù)說明

（1）光伏發(fā)電的技術(shù)組成說明。不同于光熱發(fā)電技術(shù)，光伏發(fā)電技術(shù)僅僅依靠太陽能電池板，將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能。發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)主要由太陽能電池板、控制器、逆變器組成。這些器材多屬于電子裝置，具有使用年限高、穩(wěn)定性較強的技術(shù)特點。此外，光伏發(fā)電裝置的安裝與維修比較簡單，沒有光熱發(fā)電裝置龐大的技術(shù)設(shè)備。因此可以廣泛應(yīng)用到需要用電的地方。

太陽能電池板內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為光伏電池組件與普通蓄電池，而普通蓄電池的作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并儲存在電池中，以便于電力持續(xù)、穩(wěn)定供給。從技術(shù)條件上講，太陽能電池組件轉(zhuǎn)化來的電能具有極高的不穩(wěn)定性，無法滿足正常電力配送需求，因此，在太陽能電池板中裝有蓄電池非常有必要。同時，蓄電池的大小也需要滿足合適的大小規(guī)格，不僅可以有效使用投資資本，也可以有效滿足電力正常供應(yīng)。太陽能電池組件是由大量的電池電片串聯(lián)而成，熱后使用透光性比較好的材料密閉起來，在保證電池板安全的同時也要保證太陽能電池板的透光性，以便于最大化利用太陽能資源。

（2）光伏發(fā)電的不同系統(tǒng)分類。光伏發(fā)電按照不同的系統(tǒng)可以分為離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)以及分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。離網(wǎng)發(fā)電裝置也稱為獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要用在電力供應(yīng)不足的區(qū)域，緩解偏遠地區(qū)造成的用電不便。并網(wǎng)光發(fā)電系統(tǒng)可活動性較強，建設(shè)成本較少，是目前為止各國較為推崇的光伏發(fā)電裝置，主要集中利用大面積集中發(fā)電現(xiàn)場。分布式光伏發(fā)電裝置也稱為分散式發(fā)電裝置，可以同時滿足實時用電以及存電配電，是一種綜合能力比較強的發(fā)電、配電裝置。

4 光熱發(fā)電以及光伏發(fā)電的發(fā)展展望

（1）光熱發(fā)電技術(shù)展望。太陽能光熱發(fā)電技術(shù)英文簡稱CSP技術(shù)，在今后的發(fā)展研究中，必然向參數(shù)高、容量大的特點前進[3]。原因在于太陽能不能夜間給予供應(yīng)，此外，隨著人們的生活水平得以提高，人們的用電需求也隨之加大。根據(jù)研究表明，熱量轉(zhuǎn)化點與保溫溫度上限成為主要研究與發(fā)展方向。為了太陽能發(fā)電可以提供更大規(guī)模，更穩(wěn)定的電力供應(yīng)，必須降低單位技術(shù)成本以及安裝投資成本，使之可以實現(xiàn)與國力發(fā)電同樣的GM級發(fā)電水準。要想完全代替火力發(fā)電，僅有發(fā)電量是不夠的，還需要提供穩(wěn)定的電力持續(xù)供應(yīng)，而電力持續(xù)供應(yīng)與光熱發(fā)電裝置的熱能存儲有密切聯(lián)系。目前為止，比較有效的熱能存儲介質(zhì)有熔融鹽、導(dǎo)熱油和蒸汽。但是通過物理熱熔計算以及現(xiàn)場應(yīng)用分析表明熔融鹽的熱量存儲最好，所以大量科學(xué)家在熔融鹽的問題上探究最為廣泛。最近，西班牙與意大利先后利用新型熱能傳導(dǎo)材料，將熱量存儲量達到可以持續(xù)發(fā)電7.5小時的程度，是目前為止較為成功的太陽能技術(shù)突破實例。而隨著時間的發(fā)展，太陽能采集裝置與蓄熱技術(shù)取得重大突破，即使面對天氣變化也可以保證電力正常持續(xù)供應(yīng)。

（2）光伏發(fā)電技術(shù)展望。近幾年，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，首先從2007年開始，我國的太陽能電池板為全球第一大生產(chǎn)供應(yīng)國。目前為止，太陽能電池板的生產(chǎn)廠家已經(jīng)有百家，并隨著時間的推移，這一數(shù)量還在穩(wěn)步上升中，逐漸完善整個生產(chǎn)太陽能電池組生產(chǎn)供應(yīng)鏈，使各個組件的生產(chǎn)成本有所下降。此外，單晶硅的生產(chǎn)研發(fā)有所突破，其光電轉(zhuǎn)換率不斷提高，使大型太陽能發(fā)電基地的投資資本不斷下降。到2017年時，光伏太陽能投資資本已經(jīng)下降每千瓦6500元左右的程度，并隨著時間的推移，這個數(shù)值還在不斷下降。

5 總結(jié)

文章主要對太陽能的各種發(fā)電技術(shù)進行分析，并總結(jié)了兩種不同的太陽能發(fā)展方向的展望。太陽能是所有新能源中來源穩(wěn)定，使用周期長的能源，具有極高的市場應(yīng)用價值。伴隨著可燃性化石能源的逐漸消耗與環(huán)境污染問題的加劇，太陽能還有更高使用空間。因此，太陽能板光電轉(zhuǎn)換研發(fā)和光熱集聚創(chuàng)新具有重要意義，以此促進太陽能生產(chǎn)技術(shù)不斷發(fā)展與不斷成熟。

參考文獻：

[1]彭興波.淺析國內(nèi)太陽能光熱發(fā)電項目發(fā)展前景及存在的問題[J].中小企業(yè)管理與科技（中旬刊），2018（6）：181-182.

[2]吳子成，施濤.太陽能光熱發(fā)電的技術(shù)特點與應(yīng)用研究[J].機電信息，2016（3）：61，63.

[3]李文通.太陽能光熱發(fā)電類型分析與發(fā)展趨勢展望[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（35）：80.

[作者簡介]王長青（1985—），男，漢族，河北衡水人，中國能源建設(shè)集團天津電力建設(shè)有限公司。