太阳能光伏发电技术与光热转换技术 - 图文

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1.2.2 太阳能电池片

光伏发电技术从本质上方面考虑，可以被分为薄膜光伏和晶体光伏两种。单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池都属于晶体光伏技术。除了单晶硅，多晶硅外，能产生光伏效应的材料还有很多种，例如非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。但是在目前来看，产生光伏效应的元器件主要还是单晶硅或者多晶硅，其中很大的一个影响因素就是半导体硅的造价比较低廉。薄膜光伏材料则是通过将一层超薄光伏材料沉积在基片上制成的。比较常见的薄膜光伏材料是使用非晶硅制成。除了非晶硅以外，也可以使用其他的材料，例如硒化铟铜、二硒化镓、碲化镉等进行太阳能电池的制作。

表1-1 太阳能电池片材料对比

类型项目 转换效率 使用寿命 平均价格 稳定性 颜色 主要优点 单晶硅 12-17% 15-20年 昂贵 好 黑色 多晶硅 10-15% 15-20年 较贵 好 深蓝 非晶硅 6-8% 5~10年 较便宜 差（会衰减） 棕 转换效率高、工作稳工作稳定，成本低。 造价低，弱光性好，定，体积小。 使用广泛。 多数用于计算器， 电子表等 主要缺点 成本高 转换效率较低 转换效率低，会衰减。相同功率的面比晶体硅大一倍以上

为了更好的将太阳能应用于市场，商品化的太阳能电池主要有以下几种类型：单晶硅太阳能电池板、多晶硅太阳能电池板以及非晶硅太阳能电池板。在实验室中测得的转换数据是：多晶硅太阳能电池的效率大约是在16%-17%，单晶硅太阳能电池板的转换效率大约为18%-20%。在相同光照条件下,在这三种太阳

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能电池板中，单晶硅太阳能电池板的转换效率是最高的。虽然多晶硅太阳能电池的转换效率低些，但由于多晶硅太阳能电池的成本较低，相较单晶硅太阳能电池，其具有较强的竞争能力。现在来对三种电池片用表格的形式进行一下对比（见表1-1）。

太阳能转换效率的差异是因为使用的原料是不一样的。单晶硅太阳能电池片是由从圆柱形单晶硅上切割下来的单晶制成，由于其制造工艺是过于复杂，价格昂贵。而多晶硅太阳能电池片则是使用从熔化及再结晶硅的晶面上切割下来的微细晶片制成，这虽然使多晶硅太阳能电池片的生产成本降低，但其的入射光转换率同样受到影响。

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第二章 太阳能光热转换原理与技术

2.1 太阳能光热转换的原理

太阳能光热转换在太阳能的应用上扮演着很重要的角色，能够为我们的日常生活提供了很大方便。依靠太阳能光热转换原理，可以将热辐射能转换为我们所需要的其它形式的能量。光热转换的基本工作原理是：使用特制的太阳能采光面，将照射到采光面上的太阳辐射能尽可能的采集和吸收，再将收集到的辐射能用于加热水或空气等物质。

太阳能光热转换原理可分为直接转换利用和间接转换利用两种形式。直接使用太阳能进行加热后的工质属于直接利用。光能被转换为热能后，再将其转化为电能的方法属于间接利用。在未来，我们将利用太阳能光热转换原理进行发电，完成光—热—电的转换，来满足人们对电能的需求。太阳能光热发电的原理是使用大规模阵列抛物或碟形镜面来收集太阳能，再利用太阳能集热器将收集的热能转换为吸热工质的内能，加热后的工质将产生蒸汽，可用于驱动气轮机的运转，最后带动发电机进行发电，前一转换过程为光—热转换，后面的转换过程属于热—电转换。为了尽量解决太阳能分散的这一缺陷，将辐射能转化为热能这一步骤就变得至关重要，因此集热器就成了太阳能光热转换装置的核心部分。

太阳能发电被分为太阳能聚热发电(CSP)和太阳能光伏发电(PV)两种，生活中运用较多的为太阳能聚热发电，其在当今世界太阳能规模发电中使用率可以达到92.7%，相比之下，太阳能光伏发电才接近于7%。从太阳能规模发电使用率可以看出，太阳能光热转换在太阳能工程中占有着非常重要的地位。如果从热力学原理角度出发来看这个问题，太阳能光热发电站的原理与热力发电厂的原理是相同的。太阳能聚热发电按照其聚热方式不同，分为槽式线聚焦系统、塔式聚焦系统、反射菲涅尔聚焦系统以及碟式聚焦系统四种形式。这些技术的发展中，槽式太阳能聚热发电最具竞争力，其被证明是可以与一次性能源相竞争的可再生能源技术。

2.2太阳能光热转换的技术

太阳能可以被视为一种取之不尽，用之不竭的永久性的清洁能源，太阳每秒钟辐射到地球上的总能量约等于五百万吨标准煤所散发出的热量。利用太阳可实现直接发电，这将成为解决能源问题的有效方式之一。现在已经有很多太阳能热发电项目投入运行，太阳能热发电技术在未来必会拥有十分广阔的发展前景。

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2.2.1 太阳能光热技术概述

太阳能光热技术的定义是将太阳辐射能转化为热能的利用技术。按照最终转换产物的不同，太阳能光热技术可被分为光热转换和光热电转换两种形式。二者原理大致相似，都是利用集热器将太阳光的热能收集起来，再将收集到的能量用于转换。

目前，太阳能光热转换技术的各项应用中适用范围最广的就是太阳能热水器和太阳能热发电两大技术。太阳能热水器的原理主要是通过汇聚，收集太阳光产生热能（现在使用最多最常见的太阳能收集装置，主要为真空管集热器、平板型集热器、聚焦集热器），再将热能用于加热水，使水温升高，达到使用要求。

2.2.2 太阳能集热器

太阳能光热转换的关键在于高效地收集太阳能，主要包括：选择性表面技术，受光面的光学设计，集热体的热结构设计与分析及装置的机械结构设计四个方面。除了以上的四点以外，还需要尽可能降低能量转换过程中的各种热、电损失。要想提高太阳能光热转换效率，就必须改进太阳能光热技术集热器。它是所有太阳能热利用装置的关键部分。其用于吸收太阳辐射能，并将转换产生的热能传递到传热介质。

高转换效率的集热器由收集装置和吸收装置两部分组成。太阳发出的光是由不同波长的可见光和非可见光组成，不同的物质对不同的颜色即不同波长的光的吸收和反射能力也是不同的。黑颜色吸收阳光的能力最强，而白色反射阳光的能力最强，因此所有的太阳能集热器的吸收装置都是使用黑颜色来进行吸热。

集热器的收集装置的原理是使平行的阳光通过聚焦透镜聚集在一点、一条线或一个小的面积上，来达到集热的目的。要提高太阳集热器的效率，唯一的办法是最大限度地采集太阳能的同时，尽可能减小其对流和热能的辐射损失，我们可以使用优质的选择性吸收涂层材料和高透过率盖板材料来对太阳能热进行收集。

2.2.3 太阳能光热利用方式分类

按照其利用方式不同被分为两类，分别为直接利用形式和间接利用形式。常用的直接利用形式有：

（1）使用太阳能空气集热器进行供暖等操作； （2）使用太阳能热水器，为日常生活提供热水；

（3）间接加热式被动太阳房的使用，其原理是利用集热一储热原理；

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