【文章內(nèi)容簡介】 +Δ?s+?s，式中а 、 ?—實(shí)際轉(zhuǎn)動的角度。Δаs、Δ? s—高度角方位角的預(yù)修正量；Δа、Δ? —高度角、方位角的調(diào)整量。аs、?s—高度角、方位角的理論計(jì)算值。當(dāng)光線強(qiáng)度不夠時(shí)，或者視日運(yùn)動軌跡理論計(jì)算值和預(yù)修正量確定的跟蹤誤差足夠小時(shí)，由于光電檢測電路不產(chǎn)生信號，光電跟蹤方法的產(chǎn)生調(diào)整量為零，系統(tǒng)以視日運(yùn)動軌跡理論計(jì)算值和既定的預(yù)修正量進(jìn)行跟蹤，此時(shí)的跟蹤角度可以認(rèn)為是最佳角度。系統(tǒng)在運(yùn)行到日落時(shí)刻時(shí)，會根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)動的角度返回到系統(tǒng)的基準(zhǔn)位置。系統(tǒng)的基準(zhǔn)位置即采光板正面正對當(dāng)?shù)卣戏?，且水平的位置?(2)光伏發(fā)電的難點(diǎn)及對策太陽能光伏發(fā)電不消耗燃料,清潔無污染，在實(shí)際應(yīng)用中解決了世界上許多特殊地區(qū)和邊遠(yuǎn)地區(qū)的用電問題。隨著政府的政策扶植和投資者增加,目前光伏發(fā)電進(jìn)入了一個快速發(fā)展期,但總體來看, 光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段,主要是由于太陽能發(fā)電初期投資大,控制成本高,而太陽能轉(zhuǎn)化效率比較低,且容易受天氣等多種因素影響。根據(jù)目前光伏發(fā)電發(fā)展?fàn)顩r和其技術(shù)難點(diǎn),未來的光伏發(fā)電研究需要重視以下幾個方面: 一是加快太陽能原材料晶體硅生產(chǎn)技術(shù)的研究和新型替代材料的開發(fā), 降低材料成本并提高其轉(zhuǎn)化效率 。 二是提高系統(tǒng)控制技術(shù), 如達(dá)到光伏電池陣列的最優(yōu)化排列組合、實(shí)現(xiàn)太陽光最大功率跟蹤等。 三是研究光伏發(fā)電的并網(wǎng)技術(shù), 減少光伏電能對電網(wǎng)的沖擊。 四是研究光伏發(fā)電與其他可再生能源發(fā)電技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用, 保證供電持續(xù)性。13 太陽熱發(fā)電技術(shù)(1)發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成部分及工作原理太陽能熱發(fā)電是利用太陽的熱能發(fā)電,利 用 大 規(guī) 模 陣 列 拋 物 或 碟 形 鏡 面 收集 太 陽 熱 能 ， 通 過 換 熱 裝 置 提 供 蒸 汽 ， 結(jié) 合 傳 統(tǒng) 汽 輪 發(fā) 電 機(jī) 的 工 藝 ， 從 而 達(dá)到 發(fā) 電 的 目 的 。 采 用 太 陽 能 熱 發(fā) 電 技 術(shù) ， 避 免 了 昂 貴 的 硅 晶 光 電 轉(zhuǎn) 換 工 藝 ，可 以 大 大 降 低 太 陽 能 發(fā) 電 的 成 本 。 而 且 ， 這 種 形 式 的 太 陽 能 利 用 還 有 一 個 其他 形 式 的 太 陽 能 轉(zhuǎn) 換 所 無 法 比 擬 的 優(yōu) 勢 ， 即 太 陽 能 所 燒 熱 的 水 可 以 儲 存 在 巨大 的 容 器 中 ， 在 太 陽 落 山 后 幾 個 小 時(shí) 仍 然 能 夠 帶 動 汽 輪 發(fā) 電 。 通過集熱裝置將太陽輻射的熱能集中, 驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。熱發(fā)電系統(tǒng)一般包括集熱系統(tǒng)、熱傳輸系統(tǒng)、蓄熱儲能系統(tǒng)、熱機(jī)、發(fā)電機(jī)等。集熱系統(tǒng)聚集太陽能后, 經(jīng)過熱傳輸系統(tǒng)將熱能傳給熱機(jī), 并由熱機(jī)產(chǎn)生動力 ,帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖13所示，熱傳輸系統(tǒng)蓄熱儲能系統(tǒng)集熱系統(tǒng) 熱機(jī) 發(fā)電機(jī)圖12 熱發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由于通常入射到地球表面的太陽能是廣泛而分散的, 要充分收集并使之發(fā)揮熱能效益, 就必須采取一種能把太陽光發(fā)射并集中在一起, 變成熱能的系統(tǒng)。(2) 太陽能熱電裝置工作原理a. 太陽輻射能量q=∫E(λ)dλ (W/㎡)式中，E(λ)經(jīng)過大氣層吸收后的太陽光譜的輻照度。太陽能量分布圖如圖13所示，14圖13 太陽輻射能量分布圖，其中AM0曲線表示在地球大氣層外接收到的太陽輻射能。在太陽輻射通過大氣層后，由于空氣以及塵埃的吸收，會有一定的損失，當(dāng)其到達(dá)地面時(shí)，強(qiáng)度大小為835W/㎡。太陽能熱電裝置的原理是將聚焦后的太陽光照射在熱電裝置上，并通過半導(dǎo)體熱電材料進(jìn)行發(fā)電的。它主要由聚光鏡和熱電裝置組成。其原理圖如圖14所示，圖14 太陽能熱電裝置簡圖聚光后的熱流密度為：q0=，式中，A1—定日鏡總面積。 A2—裝置接收面積。?—聚光效率。若定義A1/A2的比值為聚光比Cg，則聚光后的熱流密度可表示為q0=. Cg。(3)目前常用的有2種方法: 一種是將太陽光發(fā)射并集中在一起, 稱為聚光式。 另一種方法是直接利用太陽熱能, 稱為聚熱式。采用前者的有塔式、槽式和盤式等太陽熱發(fā)電技術(shù)。 采用后種方式的有太陽煙囪和太陽池等發(fā)電技術(shù)。太 陽能 熱 發(fā) 電 形 式 有 槽 式 ， 塔 式 ， 碟 式 三 種 系 統(tǒng) 。槽 式 太 陽 能 熱 發(fā) 電 系 統(tǒng) 全 稱 為 槽 式 拋 物 面 反 射 鏡 太 陽 能 熱 發(fā) 電 系 統(tǒng) ， 是將 多 個 槽 型 拋 物 面 聚 光 集 熱 器 經(jīng) 過 串 并 聯(lián) 的 排 列 ， 加 熱 工 質(zhì) ， 產(chǎn) 生 高 溫 蒸 汽 ，驅(qū) 動 汽 輪 機(jī) 發(fā) 電 機(jī) 組 發(fā) 電 。 國 內(nèi) 槽 式 太 陽 能 熱 發(fā) 電 技 術(shù) 現(xiàn) 狀 20 世 紀(jì) 70 年代 ， 在 槽 式 太 陽 能 熱 發(fā) 電 技 術(shù) 方 面 ， 中 科 院 和 中 國 科 技 大 學(xué) 曾 做 過 單 元 性 試驗(yàn) 研 究 。 進(jìn) 入 21 世 紀(jì) ， 聯(lián) 合 攻 關(guān) 隊(duì) 伍 ， 在 太 陽 能 熱 發(fā) 電 領(lǐng) 域 的 太 陽 光 方 位傳 感 器 、 自 動 跟 蹤 系 統(tǒng) 、 槽 式 拋 物 面 反 射 鏡 、 槽 式 太 陽 能 接 收 器 方 面 取 得 了突 破 性 進(jìn) 展 。 由 于 反 射 鏡 是 固 定 在 地 上 的 ， 所 以 不 僅 能 更 有 效 地 抵 御 風(fēng) 雨 的15侵 蝕 破 壞 ， 而 且 還 大 大 降 低 了 反 射 鏡 支 架 的 造 價(jià) 。 更 為 重 要 的 是 ， 該 設(shè) 備技 術(shù) 突 破 了 以 往 一 套 控 制 裝 置 只 能 控 制 一 面 反 射 鏡 的 限 制 。 我 們 采 用 菲 涅爾 凸 透 鏡 技 術(shù) 可 以 對 數(shù) 百 面 反 射 鏡 進(jìn) 行 同 時(shí) 跟 蹤 ， 將 數(shù) 百 或 數(shù) 千 平 方 米 的 陽光 聚 焦 到 光 能 轉(zhuǎn) 換 部 件 上 （ 聚 光 度 約 50 倍 ， 可 以 產(chǎn) 生 三 、 四 百 度 的 高 溫 ） ，采 用 菲 涅 爾 線 焦 透 鏡 系 統(tǒng) ， 改 變 了 以 往 整 個 工 程 造 價(jià) 大 部 分 為 跟 蹤 控 制 系 統(tǒng)成 本 的 局 面 ， 使 其 在 整 個 工 程 造 價(jià) 中 只 占 很 小 的 一 部 分 。 同 時(shí) 對 集 熱 核 心 部件 鏡 面 反 射 材 料 ， 以 及 太 陽 能 中 高 溫 直 通 管 采 取 國 產(chǎn) 化 市 場 化 生 產(chǎn) ， 降 低 了成 本 ， 并 且 在 運(yùn) 輸 安 裝 費(fèi) 用 上 降 低 大 量 費(fèi) 用 。 這 兩 項(xiàng) 突 破 徹 底 克 服 了 長 期 制約 太 陽 能 在 中 高 溫 領(lǐng) 域 內(nèi) 大 規(guī) 模 應(yīng) 用 的 技 術(shù) 障 礙 ， 為 實(shí) 現(xiàn) 太 陽 能 中 高 溫 設(shè) 備制 造 標(biāo) 準(zhǔn) 化 和 產(chǎn) 業(yè) 化 規(guī) 模 化 運(yùn) 作 開 辟 了 廣 闊 的 道 路 。太 陽 能 塔 式 發(fā) 電 是 應(yīng) 用 的 塔 式 系 統(tǒng) 。 塔 式 系 統(tǒng) 又 稱 集 中 式 系 統(tǒng) 。 它 是 在很 大 面 積 的 場 地 上 裝 有 許 多 臺 大 型 太 陽 能 反 射 鏡 ， 通 常 稱 為 定 日 鏡 ， 每 臺 都各 自 配 有 跟 蹤 機(jī) 構(gòu) 準(zhǔn) 確 的 將 太 陽 光 反 射 集 中 到 一 個 高 塔 頂 部 的 接 受 器 上 。 接受 器 上 的 聚 光 倍 率 可 超 過 1000 倍 。 在 這 里 把 吸 收 的 太 陽 光 能 轉(zhuǎn) 化 成 熱 能 ，再 將 熱 能 傳 給 工 質(zhì) ， 經(jīng) 過 蓄 熱 環(huán) 節(jié) ， 再 輸 入 熱 動 力 機(jī) ， 膨 脹 做 工 ， 帶 動 發(fā) 電機(jī) ， 最 后 以 電 能 的 形 式 輸 出 。 主 要 由 聚 光 子 系 統(tǒng) 、 集 熱 子 系 統(tǒng) 、 蓄 熱 子 系 統(tǒng) 、發(fā) 電 子 系 統(tǒng) 等 部 分 組 成 。太 陽 能 碟 式 發(fā) 電 也 稱 盤 式 系 統(tǒng) 。 主 要 特 征 是 采 用 盤 狀 拋 物 面 聚 光 集 熱 器 ，其 結(jié) 構(gòu) 從 外 形 上 看 類 似 于 大 型 拋 物 面 雷 達(dá) 天 線 。 由 于 盤 狀 拋 物 面 鏡 是 一 種 點(diǎn)聚 焦 集 熱 器 ， 其 聚 光 比 可 以 高 達(dá) 數(shù) 百 到 數(shù) 千 倍 ， 因 而 可 產(chǎn) 生 非 常 高 的 溫 度 。三 種 系 統(tǒng) 目 前 只 有 槽 式 線 聚 焦 系 統(tǒng) 實(shí) 現(xiàn) 了 商 業(yè) 化 ， 其 他 兩 種 處 在 示 范 階段 ， 有 實(shí) 現(xiàn) 商 業(yè) 化 的 可 能 和 前 景 。 三 種 系 統(tǒng) 均 可 單 獨(dú) 使 用 太 陽 能 運(yùn) 行 ， 安 裝成 燃 料 混 合 （ 如 與 天 然 氣 、 生 物 質(zhì) 氣 等 ） 互 補(bǔ) 系 統(tǒng) 是 其 突 出 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 其 性 能比 較 如 表 2 所 示 ，表 2 三 種 太 陽 能 熱 發(fā) 電 系 統(tǒng) 性 能 比 較 槽式系統(tǒng) 塔式系統(tǒng) 碟式系統(tǒng)規(guī)模 30320 兆瓦 1020 兆瓦 525 兆瓦運(yùn)行溫度（℃） 390/734 565/1049 750/138216年容量因子 23%50% 20%77% 25%峰值效率 20% 23% 24%年凈效率 11%16% 7%20% 12%25%可否儲能 有限制 可以 蓄電池互補(bǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 可以 可以 可以美元/平方米 630~275 475~200 ~320美元 /瓦 ~ ~ ~美元 /峰瓦 ~ ~ ~17(3)太陽熱發(fā)電系統(tǒng)的問題及對策太陽熱發(fā)電系統(tǒng)一般都屬于大規(guī)模發(fā)電系統(tǒng),只有做成幾十到幾百兆瓦級的發(fā)電站, 成本才可能降下來。但要實(shí)現(xiàn)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)低成本的投資和技術(shù)上的高可靠性運(yùn)行這要求未來在技術(shù)上要進(jìn)行新型集熱材料的研究和開發(fā),快速提高跟蹤機(jī)構(gòu)的技術(shù)并降低其實(shí)現(xiàn)成本。同時(shí)發(fā)電產(chǎn)業(yè)要努力實(shí)現(xiàn)規(guī)模化,建立大規(guī)模的并網(wǎng)系統(tǒng), 既節(jié)約成本,又保證系統(tǒng)平穩(wěn)安全運(yùn)行。 光伏發(fā)電與光熱發(fā)電技術(shù)結(jié)合從以上光伏發(fā)電和太陽熱發(fā)電技術(shù)的工作原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，我們可以看出太陽能光伏發(fā)電原理簡單, 使用靈活方便, 但是容易受到影響, 尤其在缺乏太陽光時(shí)就不能夠發(fā)電。而在實(shí)際應(yīng)用中, 太陽能電池轉(zhuǎn)換效率比較低, 大約20% , 80% 照射到電池表面上的太陽能未能轉(zhuǎn)換為有用能量, 相當(dāng)一部分能量轉(zhuǎn)化成為熱能, 使電池溫度升高, 導(dǎo)致電池效率下降。為提高太陽能利用效率, 充分利用太陽熱能并盡可能保持光伏電池的轉(zhuǎn)換效率, 可以在電池背面敷設(shè)流體通道帶走熱量以降低電池溫度, 再附設(shè)儲能裝置儲存熱能, 在夜晚或天氣不好時(shí)用來發(fā)電。由此可以大膽構(gòu)造出一個太陽能光伏發(fā)電和太陽能熱發(fā)電相結(jié)合的聯(lián)合系統(tǒng)。這種系統(tǒng)既提高了光伏發(fā)電的利用效率又有效利用了吸收的熱能, 整體效率要比單一的光伏或太陽能熱發(fā)電要高,同時(shí)又可以解決太陽能發(fā)電不連續(xù)的弱點(diǎn)。依據(jù)上述構(gòu)想, 可以設(shè)計(jì)這樣一種聯(lián)合的發(fā)電系統(tǒng), 其原理結(jié)構(gòu)圖如圖15所示，圖15 光伏與光熱聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電和太陽熱發(fā)電聯(lián)合系統(tǒng)由太陽能電池板和集熱器組合陣列、蓄能18裝置、低溫渦輪發(fā)電機(jī)、蓄電池、控制器、逆變器以及負(fù)載組成。該系統(tǒng)采用了集光和集熱相結(jié)合的方式, 收集模塊上層為光伏電池板, 下部分敷設(shè)一種新型的吸熱管, 它最大的特點(diǎn)是在溫度達(dá)到一定程度時(shí)直接產(chǎn)生高溫高壓的水蒸汽, 不再需要傳熱介質(zhì)回路, 節(jié)約了系統(tǒng)成本。低溫渦輪發(fā)電機(jī)是一種特殊的渦輪電機(jī), 它在低溫15 ℃左右時(shí)仍能夠發(fā)電。在白天陽光充足時(shí),光伏電池將照射在表面的太陽光能轉(zhuǎn)化為電能,經(jīng)逆變器將電能送給用戶,對大型系統(tǒng)或可調(diào)度系統(tǒng)可加設(shè)蓄電池, 儲蓄電能。同時(shí)吸熱管將吸收太陽熱能,將產(chǎn)生的水蒸汽經(jīng)傳輸設(shè)備送到蓄能裝置儲存起來。蓄能裝置內(nèi)部裝設(shè)調(diào)節(jié)裝置,自動或手動調(diào)節(jié)能量輸出,控制低溫渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電,在白天無光照時(shí)間或者夜間維持系統(tǒng)持續(xù)供電。在理想的條件下,若系統(tǒng)的配置足夠合理，可以保證向負(fù)載24h供電,解決太陽能發(fā)電不連續(xù)的弱點(diǎn)。 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng) 地源分類地源按照室外換熱方式不同可分為三類：(1)土壤埋盤管系統(tǒng)； (2)地下水系統(tǒng)；(3)地表水系統(tǒng)；如下圖16所示，圖16 地源三種分類根據(jù)循環(huán)水是否為密閉系統(tǒng)，地源又可分為閉環(huán)和開環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)系統(tǒng)如19埋盤管方式(垂直埋管或水平埋管)，地表水安置換熱器方式。開環(huán)系統(tǒng)如抽取地下水或地表水方式。此外，還有一種“ 直接膨脹式 ”，它不像上述系統(tǒng)那樣采用中間介質(zhì)水來傳遞熱量，而是直接將熱泵的一個換熱器（蒸發(fā)器）埋入地下進(jìn)行換熱。 地源熱泵工作原理地 源 熱 泵 是 利 用 淺 層 地 能 進(jìn) 行 供 熱 制 冷 的 新 型 能 源 利 用 技 術(shù) ， 是 熱 泵 的一 種 ,熱 泵 是 利 用 卡 諾 循 環(huán) 和 逆 卡 諾 循 環(huán) 原 理 轉(zhuǎn) 移 冷 量 和 熱 量 的 設(shè) 備 。 地 源 熱泵 通 常 是 指 能 轉(zhuǎn) 移 地 下 土 壤 中 熱 量 或 者 冷 量 到 所 需 要 的 地 方 。 通 常 熱 泵 都 是用 來 做 為 空 調(diào) 制 冷 或 者 采 暖 用 的 。 地 源 熱 泵 還 利 用 了 地 下 土 壤 巨 大 的 蓄 熱 蓄冷 能 力 ,冬 季 地 源 把 熱 量 從 地 下 土 壤 中 轉(zhuǎn) 移 到 建 筑 物 內(nèi) ,夏 季 再 把 地 下 的 冷 量轉(zhuǎn) 移 到 建