太陽能發電廠:簡介,太陽能熱發電,熱發電系統,太陽池發電,太陽能斯特林發電,太陽能

太陽能發電廠是一種用可再生能源太陽能來發電的工廠，它利用把太陽能轉換為電能的光電技術，通過發電系統來工作的。太陽能發電主要有太陽能光發電和太陽能熱發電兩種基本方式。

不通過熱過程直接將太陽的光能轉換成電能的利用方式稱為太陽能光發電，目前得到實際套用的是光伏電池。太陽能熱發電有多種類型，主要有以下五種：塔式系統、槽式系統、盤式系統、太陽池和太陽能塔熱氣流發電。前三種是聚光型太陽能熱發電系統，後兩種是非聚光型。什麼是光伏發電系統呢?白天，在光照條件下，太陽電池組件產生一定的電動勢，通過組件的串並聯形成太陽能電池方陣，使得方陣電壓達到系統輸入電壓的要求。再通過充放電控制器對蓄電池進行充電，將由光能轉換而來的電能貯存起來。晚上，蓄電池組為逆變器提供輸入電，通過逆變器的作用，將直流電轉換成交流電，輸送到配電櫃，由配電櫃的切換作用就能進行供電了。

基本介紹

中文名：太陽能發電廠
外文名：solar power plant
領域：可再生能源
利用：把太陽能轉換為電能的光電技術
可供：55萬個家庭用電所需
基本方式：太陽能光發電和太陽能熱發電
優點：資源充足、長壽、安全、清潔等

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簡介

太陽能是全球主要能源之一。中國是太陽能資源豐富的國家之一。太陽能是最原始的能源，地球上幾乎所有其他能源都直接或間接來自太陽能。太陽能具有資源充足、長壽，分布廣泛、安全、清潔、技術可靠等優點。由於太陽能可以轉換成多種其他形式的能量，因此套用範圍非俗廣泛。

太陽能發電主要有兩種方法。一種是將太陽能轉換為熱能。然後按常規方式發電，稱為太陽能熱發電。另一種是通過光電器件利用光生伏打原理將太陽能直接轉換為電能，稱為太陽能光伏發電。

在熱利用方面有太陽能溫室、物品乾燥和太陽處、太陽能熱水器等。經過多年的開發，太陽能發電也得到了長足的發展。太陽能發電主要有太陽能光發電和太陽能熱發電兩種基本方式。不通過熱過程直接將太陽的光能轉換成電能的利用方式稱為太陽能光發電，目前得到實際套用的是光伏電池。太陽能熱發電是將吸收的太陽輻射熱能轉換成電能的裝置。太陽能熱發電有多種類型，主要有以下五種：塔式系統、槽式系統、盤式系統、太陽池和太陽能塔熱氣流發電。前三種是聚光型太陽能熱發電系統，後兩種是非聚光型。

太陽能熱發電

通過水或其他工質和裝置將太陽輻射能轉換為電能的發電方式，稱為太陽能熱發電。目前世界上現有的員有前途的太陽能熱發電系統大致可分為：槽形拋物面聚焦系統、中央接受器或太陽塔聚焦系統和盤形拋物面聚焦系統。

熱發電系統

當前太陽能熱發電按照太陽能採集方式可劃分為：太陽能槽式發電、太陽能碟式發電、太陽能塔式發電。

(1)太陽能槽式發電。

槽式發電是最早實現商業化的太陽能熱發電系統。它採用大面積的單軸槽式太陽能追蹤採光板，通過對太陽光的聚焦。把太陽光聚集到安裝在拋物線形反光鏡焦點上的線形接收器上。並加熱流過接收器的熱傳導液．使熱傳導液汽化。同時在能量區的熱轉換設備中產生高壓、過熱的蒸汽。然後送人常規的蒸氣渦輪發電機內進行發電。通常接收太陽光的採光板採用模組化布局，許多採光板通過串並聯的放置，均勻的分布在南北軸線方向。

(2)太陽能碟式發電。

碟式發電是目前利用太陽能發電效率最高的太陽能發電系統。最高可達到29．4%。因此它有潛力成為最廉價的利用太陽能發電的系統。它利用雙軸跟蹤技術，採用一組反光鏡聚集太陽光，同時利用接收器進行有效地熱轉變工作．之後利用常規發電機進行發電。通常接收器的接收面被放置於聚光焦點的後面以減小激烈的高溫熔化。碟式發電系統具有高效率、多功能、可和化石燃料混合發電等特點。高效率來自於它的低成本和高能量密度。

(3)太陽能塔式發電。

太陽能塔式發電又叫做高溫太陽能熱發電。它利用獨立跟蹤太陽光的定日鏡群把太陽光聚集到塔頂的能量轉換器(接收器)上，通過能量的轉換把熱量傳遞給熱傳導液。再由蒸汽發生器產生蒸汽帶動蒸汽渦輪發電機產生電能．同時利用玲卻塔進行冷卻再進人接收器進行循環發電。塔式太陽能發電系統是利用定日鏡來實現對太陽光的反射和聚集，由於塔式發電系統中定日鏡的數量眾多．因此可實現大功率的發電。實際套用中可達到30—400Mw之間。而且接收器的散熱面積相對較小，因而可以得到較高的光電轉換效率。同時由於儲能槽的加入，使系統可以一天內連續發電13小時。

太陽池發電

簡單地說，太陽池是一種池內水加鹽使對流受到抑制的太陽能集聚工程。它可以兼作太陽集熱器和儲熱器，並且構造簡單，操作方便，宜於大規模開發，所以近年來得到快速發展。

太陽池發電的突出優點，一是建造發電站的成本較低，幾乎無需使用價格昂貴的不鏽鋼、玻璃等材料，只需要一處淺水池和發電設備即可；二是由於它能夠儲存大量的熱能，再利用池中特定介質汽化後相互對流產生的能量推動氣輪機運轉發電，所以對光照的強度要求不高，即便是在夜晚和陰雨雪天也能照常進行工作。太陽池的套用也有一定的局限性：一是在高緯度地區，只能水平設定的太陽池接收的太陽輻射較少；二是在某些有地下流動含水層的地區，如果太陽池發生泄露，會造成水泥污染和嚴重的熱損失；三是大型太陽池只能建造在土壤貧瘠又無礦藏的地區，以免占用耕地，影響開礦以及引起生態環境和地球物理方面的變化。除上述方法外，還有太陽能熱離子發電、太陽能磁流體熱發電、太陽能海水溫差發電等。海水溫差發電等。

太陽能斯特林發電

作為碟式系統的拋物面，斯特林系統是由許多鏡子組成的她物面反射鏡組成，接收器在拋物面的焦點上，把收集到的600~2000℃的熱源引到斯特林發動機內，把傳熱工質加熱到750℃左右，最後驅動發電機進行發電。又因為太陽能聚光器和斯特林發動機能非常好的結合產生電能，其將太陽能轉換為電能的淨效率可達29.4%，所以所特林循環在相同的運行溫度範圍內是所有太陽能發電中效率最高的。而像自由活塞式的斯特林發動機，作為一種外燃的、封閉循環住複式熱力發動機，它的運動部件間沒有機械連線，無須潤滑、密封簡單，被其帶動的微型熱電共生器既生電又生熱。這種技術有幾個優勢，一是能量轉換效率高，二是機器非常"安靜”，三是壽命長，四是非常環保，完全燃燒後只產生很少一點氧氮化物和一氧化碳，內燃機在這方面遠不能與它相比。

太陽能光伏發電

工作原理

太陽能光伏發電系統是利用以光生伏打效應原理製成的太陽能電池將太陽輻射能直接轉換成電能的發電系統。
白天，光伏電池組件接收太陽光後，其半導體內產生電極性相反的電子一空穴對 (即光生載流子) ，這些載流子被半導體P-N 結所產生的靜電場分離，並分別被光伏電池的正、負極所收集。同時在外電路中產生電流，從而獲得電能。這些電能一部分供給直流或交流負載工作，另一部分多餘的電量可通過防反充二極體給蓄電池組充電。在夜晚或陰雨天。光伏電池組件無法工作時，蓄電池組供給直流或交流負載工作。

系統組成

太陽能光伏發電系統主要由光伏電池組件、光伏系統電池控制器、蓄電池和交直流逆變器構成，核心元件是光伏電池組件。

光伏電池組件：將太陽的光能直接轉化為電能。

交直流逆變器：用於將直流電轉換為交流電的裝置。此外逆變器還具有自動穩壓功能，可改善光伏發電系統的供電質量。

蓄電池：用於存儲從光伏電池轉換來的電力，按照需要隨時釋放出來使用。

充放電控制器：具有自動防止太陽能光伏電源系統的儲能蓄電池組過充電和過放電的設備，它是光伏發電系統的核心部件之一。

光伏發電的優點

光伏發電的優點充分體現在以下幾個方面：

(1) 太陽能資源取之不盡，用之不竭。照射到地球上的太陽能要比人類目前消耗的能量大6000倍。

(2) 綠色環保。光伏發電本身不需要燃料，沒有二氧化碳的排放，不污染空氣，不產生噪聲。

(3) 套用範圍廣。只要有光照的地方就可以使用光伏發電系統。

(4) 使用壽命長、維護簡單、可靠性高。晶體矽太陽能電池壽命長達20—35年；由於無機械轉動部件，操作
維護簡單，可靠性高，加之現在均採用自動控制技術，基本不用人工操作。

(5) 太陽能電池組件結構簡單，體積小且輕，便於運輸和安裝，光伏發電系統建設周期短。

(6)系統組合容易。若干太陽能電池組件和蓄電池單體組合成為系統的太陽能電池方陣和蓄電池組；逆變器、控制器也可以集成。

所以光伏發電系統可大可小，極易組合、擴容。

傳統的燃料能源正在一天天減少，能源問題已經成為不容忽視的全球性問題。尋找新能源，已經成為當務之急。很快人們就把目光聚焦在了身邊的可再生能源，風能、太陽能、地熱、生物質發電……這些新能源都成為替代傳統一次性能源的新目標。而每天豐富的太陽輻射能是取之不盡、用之不竭的，無污染，廉價，是人類能夠自由利用的能源，成為最先納入人們視野的最佳選擇。太陽能每秒鐘到達地面的能量高達80萬千瓦，如果把地球表面0.1%的太陽能轉為電能，轉變率為5%，每年發電量可達5.6×1012萬千瓦時。

太陽能電池生產

太陽電池能將太陽能轉換成直流電能，太陽電池的生產是光伏產業鏈中最關鍵的一環。目前世界上套用最廣泛的太陽電池是晶體矽太陽電池，而生產晶體矽太陽電池的原材料——高純度多晶矽在我國卻極度短缺，絕大部分需要依賴進口。

據中國工程院的專家調查，2005年我國對多晶矽的需求量為3800噸，其中光伏產業需求2691噸，而2004年我國多晶矽的產量只有60噸，即使全部供應光伏產業，也僅是市場需求的2.6%，其餘只能依賴進口。從而形成了中國光伏產業著名的“兩頭在外”現象：九成以上的原材料依賴進口，九成以上的產品出口。表面上原因是太陽能電池成本過高，暫不適於國內廣泛套用。而造成這一現象直接原因在於技術跟不上，原材料受控。

光伏電池

太陽能光伏電池的製造鏈為：石英砂——多晶矽——切割變為矽片（或者變為單晶矽）——電池以及電池組件（單個電池片無法發電），再將組件組合，最後安裝在工程項目上用於發電。跨國公司壟斷的產品，恰恰就是多晶矽。全球的七大公司，幾乎控制了所有的高純度多晶矽銷售和製造，他們既不合作、也不合資，技術完全封閉。

事實上，多晶矽的上游原材料石英砂在我國並不缺乏。不少海外的多晶矽公司都從中國直接採購。但中國企業對於矽的提純技術，一直毫無進展。上世紀90年代，國內有40多家小型公司都在研究多晶矽技術，但就是沒有一家公司可以承擔大型的多晶矽生產。技術瓶頸無法突破，處處畢將受制於人，所以即使有原材料無技術，也只能成為廉價的國外環保產業加工廠。從而也導致了我國太陽能產業裹足不前。太陽能電池發電的成本與傳統的煤炭發電成本比，目前太陽能發電的上網電價則約為3.5元/千瓦時，是普通發電機組上網電價的10倍左右，如此高昂的費用，顯然沒有普及的可能。

國外現狀

德國

巴伐利亞州將建成大型太陽能發電場

太陽能發電技術位居世界前列的德國，在巴伐利亞州法蘭哥尼亞地區的阿恩施泰因建成大型的太陽能發電場，其發電功率為12.4兆瓦，可以同時滿足3500戶家庭的用電需要。

這座太陽能發電場占地77公頃，將擁有1500套太陽能發電裝置。它由兩家私人企業聯合策劃，建成後發電功率是目前世界上最大的5兆瓦風力發電站的兩倍多。這兩家企業計畫完全通過私人購買的方式，籌集建場所需的7500萬歐元。個人購買套太陽能發電裝置的需要先投資1.44萬歐元。據調查，這種集資建太陽能發電場的全新途徑在德國有著廣闊的發展前景。

生產可再生能源的現代科學技術在德國一直廣受歡迎。德國環境部委託該國Forsa市場調查機構於2005年5月初進行調查，調查結果顯示，接近62%的德國人認為應該增加在可再生能源方面的投入。大部分受訪者支持利用風力發電，並贊同努力在未來20至25年內實現。利用海上風力發電站，可滿足該國15%的電力需求。

在未來20年至30年內，太陽能是另一個將獲得長足發展的能量來源。調查結果還顯示，有85%的德國民眾將太陽能視為替代傳統能源的理想選擇。

日本

自家發電還能賣給政府

1973年第一次石油危機的爆發對日本產生了重大影響，石油危機終結了日本經濟高速增長的時代。此後，日本政府提倡節省能源，加強新能源開發，放寬能源限制，大力開發新能源，採用太陽能、風能、燃料電池、氫能、超導能等。日本正在極力謀求多角度、全方位的能源安全措施，通過這些努力來保護環境，構築新層次的可持續發展的社會。在替代能源和節能技術的研發上，日本捨得投入，力圖確保未來能源科技的制高點，推出"新陽光計畫"，每年撥款570多億日元研究再生能源技術、能源輸送與儲存技術等。

在日本，太陽能發電是非常普及的。在家庭方面，太陽能發電普及的難點就是費用非常高。購買太陽能發電裝置的費用能否比電費合算是關鍵，這在以前也是做不到的。當時的太陽能發電裝置很難賣出去，正是因為賣的數量少，所以不能大規模批量生產。

現在，家庭購買這種裝置，一半的費用由政府來補貼，所以現在賣出去的越來越多，價格也隨之降低了。據了解， 10年前，日本3千瓦的發電設備價格約為600萬日元，這大概夠交幾十年的電費，而現在的市場價格降低了一半。折合成人民幣，約從40萬元降到了20萬元左右。

在日本使用太陽能發電裝置還有一個獨特的好處：白天不用電，而是發電賣給電力公司或者政府，而後者也積極收購，這樣得到的收入可以用來抵消部分電費。根據統計資料可以看到一個有意思的情況--在普及了太陽能發電裝置的家庭，節電工作反而做的更好。

經過多年的苦心經營，日本成為世界上能源利用效率最高的國家之一（為美國的2.75倍）。日本的太陽能技術全球獨領風騷，2002年日本的太陽能發電量占全球總量的46%。

韓國

2006年將建設世界最大太陽能電廠

韓國全羅南道政府日前稱，他們將於4月份與美國公司一起建設世界最大太陽能電廠，每小時發電17兆瓦。

該電廠發電量遠遠超過德國同類型電廠每小時5兆瓦發電量，目前屬世界最大的太陽能發電廠。

早些時候，全羅南道政府與美資全資擁有的Kore集團達成項目協定，該項目注入外資1．5億美元。

該協定是根據地區政府與美國公司2004年諒解備忘錄（MOU）在朝鮮半島木浦市建設太陽能發電廠。MOU明確Kore集團為項目提供資金並實施監督。

以色列

立法推動太陽能開發

眾所周知，以色列是一個日照充足、太陽能資源條件較好的國家，在太陽能利用技術的研究與開發方面，不但受到政府主管部門、研究機構和企業的高度重視，同時，還與美國、歐洲、澳洲等國家和地區有廣泛的合作關係，從而使以色列在此領域一直處於世界領先行列。

一座占地1000英畝、發電功率為50萬千瓦的世界最大的太陽能發電廠，將在以色列南部內蓋夫沙漠中建設。該太陽能電廠一期發電能力將達10萬千瓦，到2012年工程全部完工時，發電能力將達到50萬千瓦，發電量約占以全國電力生產的5% 。長期以來，以色列一直重視對太陽能技術的研究與開發，國內著名的研究機構在太陽能開發技術領域取得了許多重要成果，使以色列在開發和利用太陽能技術方面保持世界領先水平。但由於太陽能發電成本居高不下，極大地制約著以色列太陽能的開發和利用。這座電站是以色列的第一座太陽能電站。

缺乏常規能源的以色列是惟一在法律上規定民用建築必須安裝太陽能熱水器的國家，因此，以色列太陽能熱水器的普及率高達90%，人均使用太陽能熱水器面積居世界首位。

沙漠能源

據報導，歐盟科學家近日提議在非洲撒哈拉沙漠建立太陽能發電廠，主要系看好沙漠地區陽光充裕，太陽能發電效能比起北歐強3倍，科學家認為，只要能補捉到撒哈拉沙漠0.3%陽光，便足夠供應整個歐洲用電需求，整個計畫約需357億英鎊，而在沙漠建築太陽能電廠面積與英國韋爾斯(Wales)面積接近。儘管歐洲市場受各國太陽能獎勵補助不同而使得需求跟著波動，但歐盟科學家近日提議卻可望再創一波需求高峰，歐盟科學家建議斥資357億英鎊，在非洲撒哈拉沙漠建造太陽能發電廠，預估將可供應整個歐洲所需電力，而該項提議更獲得英國首相布朗及法國總理薩科齊支持。

科學家預估，若該計畫得以快速落實，預估2050年前該電廠便能產生1,000億瓦(100GWp)電力，由北非輸往全歐電纜成本，預估未來40年約需10億歐元，若再搭配英國和丹麥風力發電、冰島與義大利地熱發電等，全歐洲有用之不竭的乾淨再生能源電力網路，該項提議也獲得英國首相布朗及法國總理薩克齊的支持。

太陽能業者表示，比起依賴歐洲各國政府不同的補助政策，以及考慮到不同日曬度問題，在撒哈拉沙漠建立太陽能發電廠，可快速落實解決傳統能源短缺及成本不斷提升問題，若該項提議通過，全球太陽能業者均可望因為需求帶動再次受惠，例如在歐洲市場深耕的茂迪、益通及昱晶等，預估均可快速感受到該項需求。

主宰全球太陽光電絕大多數需求的歐洲市場，雖然受到西班牙於2008年9月結束首波優惠補助案，以及德國2009年開始由5%年降幅補助調至8%降幅，使得市場對於歐洲市場需求存疑慮，但瑞士近期開始像德國、法國和西班牙一樣，通過對可再生能源電力進行補貼，期限長達20—25年，計畫每5年審議一次實施情況。

太陽能發電廠