【文章內(nèi)容簡介】 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(huì)根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)當(dāng)?shù)卣戏?，且水平的位置? 12 (2)光伏發(fā)電的難點(diǎn)及對(duì)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(gè)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(gè)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(duì)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。 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(gè)其他形式的太陽能轉(zhuǎn)換所無法比擬的優(yōu)勢(shì)，即 太陽能所燒熱的水可以儲(chǔ)存在巨大的容器中，在太陽落山后幾個(gè)小時(shí)仍然能夠帶動(dòng)汽輪發(fā)電。 通過集熱裝置將太陽輻射的熱能集中 , 驅(qū)動(dòng)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(chǔ)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(dòng)力 ,帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電 。 其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖 13所示 ， 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 熱傳輸 系統(tǒng) 蓄熱儲(chǔ)能系統(tǒng) 集熱系統(tǒng) 熱機(jī) 發(fā)電機(jī) 13 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， 圖 13 太陽輻射能量分布圖 圖中有兩條曲線 AM0和 ，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(huì)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 14 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(gè)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(gè)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(gè)工程造價(jià)中只占很小的一部分。同時(shí)對(duì)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(chǎng)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(chǎng)地上裝有許多臺(tái)大型太陽能反射鏡，通常稱為定日鏡，每臺(tái)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(gè)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(dòng)力機(jī)，膨脹做工，帶動(dòng)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， 15 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 (3)太陽熱發(fā)電系統(tǒng)的問題及對(duì)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(jí)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(chǔ)能裝置 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 750/1382 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(chǔ)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 ~ ~ ~ 16 儲(chǔ)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(gè)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(duì)大型系統(tǒng)或可調(diào)度系統(tǒng)可加設(shè)蓄電池 , 儲(chǔ)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(chǔ)存起來。蓄能裝置內(nèi)部 裝設(shè)調(diào)節(jié)裝置 ,自動(dòng)或手動(dòng)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 17 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(gè)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)移到建筑物內(nèi) ,一個(gè)年度形成一個(gè)冷熱循環(huán) 。 具體原理是 可以分為兩個(gè)工作循環(huán)，即制冷劑循環(huán)回路和水循環(huán)回路，其工作流程如圖 8 所示。在制冷劑的循環(huán)回路中，壓縮機(jī)吸入溫度較高的低壓制冷劑蒸汽，將其壓縮成為高溫高壓的氣體，再將這些高溫高壓氣體送入冷凝器中去進(jìn)行熱量交換。水循環(huán)回路中，冷水在水泵的作用下，進(jìn)入到冷凝器，在冷凝器中與高溫高壓氣體進(jìn)行 18 熱交換，制成熱水。同時(shí)，冷凝器中的高溫高壓氣體變成了低溫低壓的氣體或液體，送入儲(chǔ)液罐。制冷劑從儲(chǔ)液罐中輸出后，經(jīng)過濾器、膨脹閥，進(jìn)入蒸發(fā)器從空氣中吸熱而蒸發(fā)。然后，制冷劑 蒸汽再次被壓縮機(jī)吸入，開始下一個(gè)循環(huán)。通過這樣反復(fù)的循環(huán)工作，從而達(dá)到對(duì)水箱中的水加熱的目的。 其工作原理如圖17 所示， 圖 17 熱泵 工作 流程 圖 制冷模式 在制冷狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對(duì)冷媒做功，使其進(jìn)行汽 液轉(zhuǎn)化的循環(huán) 。 通過冷媒 /空氣熱交換器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)將室內(nèi)空氣循環(huán)所需攜帶的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時(shí)，再通過冷媒 /水熱交換器內(nèi)冷媒的冷凝，由水路循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收，最終由水路 循環(huán)轉(zhuǎn)移至土壤里。在室內(nèi)熱量不斷轉(zhuǎn)移至地下的過程中，通過冷媒 —空氣熱交換器，以 137℃的冷風(fēng)的形 式為房間供冷。 工藝流程如圖 18 所示， 圖 18 地源熱泵工作原理（制冷模式） 供暖模式 在制熱狀態(tài)下，地源熱泵機(jī)組內(nèi)的壓縮機(jī)對(duì)冷媒做功， 并通過水路切換將水流動(dòng)方向切換。由地下的水路循環(huán)吸收地下水或土壤的熱量，通過冷媒 /水熱交換器內(nèi)冷媒的蒸發(fā)，將水路循環(huán)中的熱量吸收至冷媒中，在冷媒循環(huán)的同時(shí)，再通過冷媒 /水熱交換器內(nèi)冷媒的冷凝，由空氣循環(huán)將冷媒所攜帶的熱量吸收。在地下熱量不斷轉(zhuǎn)移至室內(nèi)的過程中，以 3550℃ 的熱風(fēng)的形式向室內(nèi) 19 供暖。工藝流程如 圖 19 所示 ，