新能源技术及未来发展的论文设计

1、标准新能源技术及未来发展论文题目 新能源技术及未来发展指导老师：_<专 业: 电 气工程及其 自 动化班 级：13电气4班学 号：姓 名：日 期：2016.9.20文案容摘要及关键字【摘 要】在地球环境污染和能源形势日趋严峻的今天,太阳能作为一种新型的绿色可再 生能源，具有储量大、利用经济、清洁环保等优点，越来越受到人们的重视，太阳能发电 技术的应用更是目前关注的焦点。本文综述了太阳能发电的发展概况、研究动态及应用 前景。并对太阳能电池板的工作原理进行介绍 还介绍和分析了电源逆变技术的相关理 论和实现方法并根据这些理论设计了带有自调节功能的太阳能发电装置.【关键词】光伏发电 太阳能热发电

2、 热风发电 太阳能电池标准1太阳能的主要情况41.1 传统化石燃料的开发使用会带来一系列的问题41.2 太阳能具有的优点41.3 我国太阳能利用状52太阳能热发电52.1 太阳能热发电技术52.2 太阳能热发电的主要问题62.3 太阳能热风发电73太阳能光伏发电73.1 光伏系统基本组成83.2 光伏系统的分类83.3 光伏系统的应用93.4 光伏发电技术面临的问题104太阳能电池104.1 太阳能电池的工作原理104.2 太阳能电池的分类1043影响太阳能电池转换效率的主要因11结论12参考文献12文案引 言能源是现代社会存在和发展的基石。随着全球经济社会的不断发展，能源消费也相 应的持续增

3、长。随着时间的推移,化石能源的稀缺性越来越突显,且这种稀缺性也逐渐在 能源商品的价格上反应出来。在化石能源供应日趋紧的背景下，大规模的开发和利用可 再生能源已成为未来各国能源战略中的重要组成部分。太阳能是人类取之不尽用之不竭 的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免 维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。我 们对太阳能的利用大致可以分为光热转换和光电转换两种方式,其中，光电利用光伏发 电,是近些年来发展最快,也是最具经济潜力的能源开发领域。太阳能电池是光伏发电系 统中的关键部分，包括硅系太阳电池，单晶硅、多晶硅、非晶硅电池

4、，和非硅系太阳能电 池等,我国太阳能资源非常丰富,开发利用的潜力非常大。我国太阳能发电产业的应用空 间也非常广阔，可以应用于并网发电、与建材结合、解决边远地区用电困难问题等。我 国政府对太阳能发电产业也给予了充分的扶持,先后出台了一系列律、政策,有力支持了 产业的发展。1太阳能的主要情况1.1 传统化石燃料的开发使用会带来一系列的问题(1)能源短缺由于常规能源的有限性和分布的不均匀性，造成了世界上大部分国家能源供应不 足，不能满足其经济发展的需要。从长远来看，全球已探明的石油储量只能用到2020 年，天然气也只能延续到2040年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。 因此，如不尽早找

5、到化石能源的替代能源，人类迟早将面临化石燃料枯竭的危机局面。(2)环境污染当前，山于燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质抛向天空，使 大气环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量;局部地区形成酸雨，严 重污染水土。这些问题最终将迫使人们改变能源结构，依靠利用太阳能等可再生洁净能 源来解决。1.2 太阳能具有的优点(1)普遍。普照，处处都有太阳能，可以就地利用，不需要到处寻找，更不需要 火车、轮船、汽车等日夜不停运输。这对解决偏远地区以及交通不便的乡村、海岛的能 源供应，具有很大的优越性。(2)无害。利用太阳能作为能源，没有废渣、废料、废水、废气排出，没有噪音, 不产生对

6、人体有害的物质，因而不会污染环境，没有公害。(3)长久。只要有太阳存在，就有太阳能。因此利用太阳能作为能源，可以说是 取之不尽用之不竭。(4)巨大。一年到达地面的太阳能总量，要比地球上现在每年消耗的各种能源的 总量大几万倍。1.3 我国太阳能利用状况我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资源。据估算，我国陆地表面每年接收的太 阳辐射能约为50x10' kJ,全国各地太阳年辐射总量达335"837kJ/cm2,中值为586kJ/cm 2o从全国太阳年辐射总量的分布来看，、南部、北部、西部、中部和西 南部、东南部、东南部、岛东部和西部以及省的西南部等广区的太阳辐射总量很大。尤 其是青

7、藏高原地区最大，那里平均海拔高度在4000m以上，大气层薄而清洁，透明度好, 纬度低，日照时间长。例如被人们称为“日光城”的市，1961年至1970年的平均值， 年平均日照时间3005. 7h,相对日照为68,年平均晴天为108.5天，阴天为98. 8天， 年平均云量为4.8太阳总辐射为816kJ/cm2,比全国其它省区和同纬度的地区都高。全 国以和两省的太阳年辐射总量最小。例如素有“雾都”之称的市，年平均日照时数仅为 1152.2h,相对日照为26,年平均晴天为24. 7天，阴天达244. 6天，年平均云量高& 4。 我国太阳能资源分布的主要特点有：太阳能的高值中心和低值中心都处在北

8、纬22° -35° “这一带，青藏高原是高值中心，盆地是低值中心；太阳年辐射总量，西部地区高于东 部地区，而且除和两个自治区外，基本上是南部低于北部。2太阳能热发电2.1太阳能热发电技术太阳能热发电的概念早在19世纪就已经提出，自从1878年在巴黎建立了第一个小 型点聚焦太阳能热交换式蒸汽机以来，能源领域专家从各个方面对太阳能热发电技术展 开探讨。据不完全统计，仅在198/1991年10年期间，全世界就组建了 5OOkW以上的 太阳能热发电系统20多座。如今，在采用Rankine循环的技术中 按照集热温度的高 低，太阳能热发电系统大致可以分为槽式系统、塔式系统和碟式系统3大

9、基本类型。(1)槽式系统槽式太阳能热发电系统是利用槽形抛物面反射镜将太线聚焦到集热器上，对传热工 质进行加热，经换热产生的蒸汽，推动汽轮机带动发电机发电的能源动力系统。其特点2. 2太阳能热发电的主要问题太阳能热发电系统，不耗用化石能源，无污染物排放，是和生态环境相和谐的清洁 能源发电系统。自研究试验成功以后，经过不断发展与改进，取得了显著的成果。世界 上除了美国，太阳能热发电技术还在日本、法国、以色列、意大利、西班牙、德国和澳 大利亚等国家也有所发展。这些在并网运行的商用系统有30MW以上抛物面槽式系统、 10W以上的塔式系统、儿kW至几十kW采用燃气轮机或斯特林发动机的碟式系统。前两 种一

10、般与大电网并网运行，后一种一般供用户作为独立电源使用。(1)槽式太阳能热发电系统及其存在的问题在20世纪70年代末和80年代初，美国、西欧、以色列和日本等国家都对槽式系 统作了很多研究开发工作，取得了较大的进展，特别是美国在90年代初有了 9座抛物 面槽式大型系统投入商业并网运行。此外，西班牙、日本等国的示电站也取得了很好的 成果，起到了试验示的作用。抛物槽式太阳能热发电系统虽然在美国己取得了大规模商 业化运行的经验，但目前的主要问题是当系统集热温度高于40c后，峰值集热效率急剧 下降，当DNI800W/m2,温度为500c时的集热效率比250时的集热效率约降低22. 5%。 由于其儿何聚光比

11、低及集热温度不高等条件的制约，使得抛物槽式太阳能热发电系统中 动力子系统的热转功效率偏低，通常在35%左右;因此，单纯的抛物槽式太阳能热发电 系统在进一步提高热妙率、降低分电成太方而的难度较大。(2)塔式太阳能热发电系统及其存在的问题塔式太阳能热发电系统与槽式太阳能热发电系统相比，其集热温度更高，易生产高 参数蒸汽，因此热动装置的效率相应提高。目前，塔式太阳能热发电系统的主要障碍是, 当定日镜场的集热功率增大时，即单塔的太阳能热发电系统大型化后，定日镜场的集热 效率随之降低，其变化趋势。我国的金红光研究员提出了槽塔结合的双级蓄热太阳能热 发电系统，这些研究为塔式太阳能热发电技术的发展开拓了新方

12、向。(3)碟式系统太阳能热发电系统及其存在的问题.(4)目前碟式太阳能热发电系统规模小，高效的发电技术还不成熟，处于试验阶段 在三种太阳能热发电技术的开发中，风险最大且投资成本最高。2.3太阳能热风发电太阳能热风发电站主要由太阳能空气集热器、带有发电机的风力涡轮，以及太阳能 烟囱等组成，为二项己有成熟技术的创新性组合应用。工作原理是利用烟囱对空气的抽 吸作用产生的气流驱动风力涡轮进行发电，太阳能集热器则用于加热空气，强化烟囱效 应。从技术角度来讲，太阳能热风发电站与水利电站颇为相似，都是将流体流动动能转 变成叶轮机械旋转机械能进行发电。这单太阳能热风集热器以太阳能烟囱所在位置为中 心。呈圆周状

13、分布，包括面盖和支架两部分，集热器四周开日用以引入空气，面盖及地 面构成空气流动的通道。太阳能烟囱与地面垂直，建筑结构与常规烟囱类似，烟囱底部 和太阳能集热器连接处要求有较好的密封。热空气密度小，在烟囱通道上升，同时在太 阳能集热器被加热的热空气进入烟囱冷空气进入集热器，形成持续不断的气流流动。 气流流动具有的动能通过置于太阳能烟囱气流流道底部的风力涡轮带动发电机组转变 为电能，通常这种风力涡轮可设置一台或多台。3太阳能光伏发电3.1 光伏系统基本组成一套基本的太阳能发电系统是由太阳能光伏板、充电控制器、逆变器和蓄电池构成, 下面对各部分的功能做一个简单的介绍：1 .太阳能光伏板太伏板的作用是

14、将太阳辐射能直接转换成电能，供负载使用或存贮于蓄电池备用。 太阳能光伏板一般乂分为:单晶硅电池光伏板、多晶硅电池光伏板和非晶硅光伏板(图2. Do这些光伏板因为组成的不同因而具有不同的外观和发电效率，它们的特点为：(1)单晶硅光伏电池:表面规则稳定，通常为黑色。电池形状为10cnT15cni的方形或 圆形单元。效率约为14%"17%o(2)多晶硅光伏电池:结构清晰，通常呈蓝色，晶状结构形成美丽的图案。电池的尺 寸可任意裁剪，可以无固定的大小单元。效率约为12%、14%。(3)非晶硅光伏电池:具有透光，透光度可从5%75%,当然，随着透光性的增加，光 电池的转化效率会随着下降，运用到建

15、筑上的最理想的透光度为25%。效率约为5%、7%。2 .充电控制器在不同类型的光伏发电系统中，充电控制器不尽相同，其功能多少及复杂程度差别 很大，这需根据系统的要求及重要程度来确定。充电控制器主要由电子元件、仪表、继 电器、开关等组成。3 .逆变器逆变器的作用就是将太阳能电池方阵和蓄电池提供的低压直流电逆变成220伏交流 电，供给交流负载使用。4 .蓄电池组蓄电池组是将太阳能光伏方阵发出直流电贮藏起来，供负载使用。在光伏发电系统 中，蓄电池处于浮充放电状态，夏天日照量大，除了供给负载用电外，还对蓄电池充电; 在冬天日照量少，这部分贮存的电能逐步放出。白天太阳能电池方阵给蓄电池充电(同 时方阵还

16、要给负载用电)晚上负载用电全部由蓄电池供给。因此，要求蓄电池的自放电 要小，而且充电效率要高，同时还要考虑价格和使用是否方便等因素。常用的蓄电池有 铅酸蓄电池和硅胶蓄电池，要求较高的场合也有价格比较昂贵的银锅蓄电池。3. 2光伏系统的分类太阳能光伏发电应用系统分为二大类:独立运行和并网运行两种方式。其中独立运 行系统乂分为:直流负载独立系统:交流负载独立系统。独立运行的光伏发电系统需要有 蓄电池作为储能装置，主要用于无电网的边远地区和人口分散地区，在有公共电网的地 区，光伏发电系统与电网连接并网运行 省去蓄电池，不仅可以大幅度降低造价，而且 具有更高的发电效率和更好的环保性能。3. 3光伏系统

17、的应用光伏技术已经走进了人们的生活的各个方面，它的应用领域十分广泛，并且发挥着 越来越大的作用。光伏发电的各种应用包括：(1)太空领域：光伏技术最早的应用领域就是在太空，它是作为人造卫星的电源。(2)交通领域：航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、路灯、无人值守道班供电等。(3)通讯/通信领域：太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统等。(4)家庭灯具电源：如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、节能灯等。(5)光伏电站：I0KW50MW独立光伏电站、风光(柴)互补电站、各种大型停车厂充电站等。(6)太阳能建筑：将太阳能发电与建筑材料相结合。使得未来的大型建

18、筑实现电力自给。可见，光伏与建筑结合是未来光伏应用中最重要的领域之一，光伏电池己经能配合 建筑物的外观或空间机能而结合成为一体，随着科学的不断进步，光伏组件的成本会很 快下降，与光伏系统一体化的建筑会如雨后春笋般出现在我们身边。3. 4光伏发电技术面临的问题从总体上来讲，我国的光伏发电技术与国外发达国家相比还有较大的差距，主要 存在以下问题.(1)用十制造光伏电池的原材料紧缺。随着光伏发电技术的不断发展，硅材料已 经出现较大的缺口。为了解决光伏电池原材料问题，应该扩大硅原材料的生产规模，提 国生产能力。（2）生产光伏电池的技术水平有待提高。目前我国生产的晶体硅光伏电池组件的 光电转换效率在16

19、%左右。目前的光伏电池组件封装工艺水平低，导致电池组件在使用 过程中出现许多问题，影响电池组件的使用寿命。（3）晶体硅光伏电池组件的生产成本较高。目前我国生产晶体硅光伏电池的成本 高于国外同类、同质产品，在国际上的竞争力不强。（4）我国制造光伏发电系统设备的相关技术还需要进一步提高。目前我国的光伏 电池年产量占世界光伏电池年产量的50%,但是用十光伏电池生产的相关设备主要是依 赖国外产品。（5）我国的光伏发电系统控制器和逆变器等关键技术落后，产品的性能不高，可 靠性低，与国外先进产品还有较大的差距，尤其是并网逆变器和智能控制器的性能与国 外先进产品的性能差距更大。4太阳能电池4.1 太阳能电池

20、的工作原理太阳能电池的原理基十半导体的光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能降。在 晶体中电子的数目总是与核电荷数相一致，所以P型硅和n型硅对外部来说是电中性的。 如果将P型硅或n型硅放在下照射，仅是被加热，外部看不出变化。尽管光的能量通过 电子从化学键中被释放，由此产生电子一空穴对，但在很短的时间（在微秒围）电子乂被 捕获，即电子和“空穴”“复合”。通过电子到P型材料的迁移在n型形成一个正的 空间电荷区和在P型区形成一个负空间电荷区。对不同材料的太阳能电池来说，尽管 光谱响应的围是不同的 但光电转换的原理是一致的。只要太照不断，负载上就一直有 电流通过。4. 2太阳能电池的分类按结构分类1

21、.同质结电池由同一种半导体材料构成一个或多个p-n结的电池。如硅太阳能电池、碑化稼太阳 能电池等。2 .异质结电池用两种不同的半导体材料，在相接的界面上构成一个异质结的太阳能电池。如氧 化钢锡/硅电池、硫化亚铜/硫化福电池等。如果两种异质材料晶格结构相近，界面处的 品格匹配较好，则称为异质面电池，如碑化铝稼/碑化稼电池。3 .太阳能电池新工艺量子阱半导体太阳能电池：由于量子太阳能电池具有高光电转换效率的特性，它已 经不断引起发达国家的兴趣与重视。量子阱半导体太阳能电池的转换效率的理论值可高 达63.2%。到目前为止，关十量子阱半导体太阳能电池转换效率的正式报道来自英国伦 敦大学皇家学院K. B

22、arnham教授的研究组，它们的GaAsP/InGaAs多量子阱太阳能电池 的转换效率为27%。4. 3影响太阳能电池转换效率的主要因素影响太阳能电池转换效率的参数有三个，即开路电压、短路电流和填充因子。开路 电压、填充因子均受暗电流影响很大，太阳能电池的转换效率主要取决于其暗电流特性 和短路电流的大小。量子阱半导体太阳能电池的短路电流、开路电压、暗电流及填充因子等特性参数与 量子阱结构有很大的关系。量子阱的引入使得太阳能电池的吸收光谱向低能端拓宽了 从而改善了光谱响应特性，短路电流必将加强。但是，量子阱的引入同时降低了有效带 隙宽度，提高了载流子辐射复合的几率，从而削弱开路电压。为突出短路电流的加强、 抑制开路电压的削弱以获得加强的太阳能电池转换效率，必须优化设计量子阱结构。研 制高效率太阳能