新能源技術及未來發(fā)展的論文設計

1、標準新能源技術及未來發(fā)展論文題目 新能源技術及未來發(fā)展指導老師：_<專 業(yè): 電 氣工程及其 自 動化班 級：13電氣4班學 號：姓 名：日 期：2016.9.20文案容摘要及關鍵字【摘 要】在地球環(huán)境污染和能源形勢日趨嚴峻的今天,太陽能作為一種新型的綠色可再 生能源，具有儲量大、利用經濟、清潔環(huán)保等優(yōu)點，越來越受到人們的重視，太陽能發(fā)電 技術的應用更是目前關注的焦點。本文綜述了太陽能發(fā)電的發(fā)展概況、研究動態(tài)及應用 前景。并對太陽能電池板的工作原理進行介紹 還介紹和分析了電源逆變技術的相關理 論和實現(xiàn)方法并根據(jù)這些理論設計了帶有自調節(jié)功能的太陽能發(fā)電裝置.【關鍵詞】光伏發(fā)電 太陽能熱發(fā)電

2、 熱風發(fā)電 太陽能電池標準1太陽能的主要情況41.1 傳統(tǒng)化石燃料的開發(fā)使用會帶來一系列的問題41.2 太陽能具有的優(yōu)點41.3 我國太陽能利用狀52太陽能熱發(fā)電52.1 太陽能熱發(fā)電技術52.2 太陽能熱發(fā)電的主要問題62.3 太陽能熱風發(fā)電73太陽能光伏發(fā)電73.1 光伏系統(tǒng)基本組成83.2 光伏系統(tǒng)的分類83.3 光伏系統(tǒng)的應用93.4 光伏發(fā)電技術面臨的問題104太陽能電池104.1 太陽能電池的工作原理104.2 太陽能電池的分類1043影響太陽能電池轉換效率的主要因11結論12參考文獻12文案引 言能源是現(xiàn)代社會存在和發(fā)展的基石。隨著全球經濟社會的不斷發(fā)展，能源消費也相 應的持續(xù)增

3、長。隨著時間的推移,化石能源的稀缺性越來越突顯,且這種稀缺性也逐漸在 能源商品的價格上反應出來。在化石能源供應日趨緊的背景下，大規(guī)模的開發(fā)和利用可 再生能源已成為未來各國能源戰(zhàn)略中的重要組成部分。太陽能是人類取之不盡用之不竭 的可再生能源，具有充分的清潔性、絕對的安全性、相對的廣泛性、確實的長壽命和免 維護性、資源的充足性及潛在的經濟性等優(yōu)點，在長期的能源戰(zhàn)略中具有重要地位。我 們對太陽能的利用大致可以分為光熱轉換和光電轉換兩種方式,其中，光電利用光伏發(fā) 電,是近些年來發(fā)展最快,也是最具經濟潛力的能源開發(fā)領域。太陽能電池是光伏發(fā)電系 統(tǒng)中的關鍵部分，包括硅系太陽電池，單晶硅、多晶硅、非晶硅電池

4、，和非硅系太陽能電 池等,我國太陽能資源非常豐富,開發(fā)利用的潛力非常大。我國太陽能發(fā)電產業(yè)的應用空 間也非常廣闊，可以應用于并網(wǎng)發(fā)電、與建材結合、解決邊遠地區(qū)用電困難問題等。我 國政府對太陽能發(fā)電產業(yè)也給予了充分的扶持,先后出臺了一系列律、政策,有力支持了 產業(yè)的發(fā)展。1太陽能的主要情況1.1 傳統(tǒng)化石燃料的開發(fā)使用會帶來一系列的問題(1)能源短缺由于常規(guī)能源的有限性和分布的不均勻性，造成了世界上大部分國家能源供應不 足，不能滿足其經濟發(fā)展的需要。從長遠來看，全球已探明的石油儲量只能用到2020 年，天然氣也只能延續(xù)到2040年左右，即使儲量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年。 因此，如不盡早找

5、到化石能源的替代能源，人類遲早將面臨化石燃料枯竭的危機局面。(2)環(huán)境污染當前，山于燃燒煤、石油等化石燃料，每年有數(shù)十萬噸硫等有害物質拋向天空，使 大氣環(huán)境遭到嚴重污染，直接影響居民的身體健康和生活質量;局部地區(qū)形成酸雨，嚴 重污染水土。這些問題最終將迫使人們改變能源結構，依靠利用太陽能等可再生潔凈能 源來解決。1.2 太陽能具有的優(yōu)點(1)普遍。普照，處處都有太陽能，可以就地利用，不需要到處尋找，更不需要 火車、輪船、汽車等日夜不停運輸。這對解決偏遠地區(qū)以及交通不便的鄉(xiāng)村、海島的能 源供應，具有很大的優(yōu)越性。(2)無害。利用太陽能作為能源，沒有廢渣、廢料、廢水、廢氣排出，沒有噪音, 不產生對

6、人體有害的物質，因而不會污染環(huán)境，沒有公害。(3)長久。只要有太陽存在，就有太陽能。因此利用太陽能作為能源，可以說是 取之不盡用之不竭。(4)巨大。一年到達地面的太陽能總量，要比地球上現(xiàn)在每年消耗的各種能源的 總量大幾萬倍。1.3 我國太陽能利用狀況我國幅員廣大，有著十分豐富的太陽能資源。據(jù)估算，我國陸地表面每年接收的太 陽輻射能約為50x10' kJ,全國各地太陽年輻射總量達335"837kJ/cm2,中值為586kJ/cm 2o從全國太陽年輻射總量的分布來看，、南部、北部、西部、中部和西 南部、東南部、東南部、島東部和西部以及省的西南部等廣區(qū)的太陽輻射總量很大。尤 其是青

7、藏高原地區(qū)最大，那里平均海拔高度在4000m以上，大氣層薄而清潔，透明度好, 緯度低，日照時間長。例如被人們稱為“日光城”的市，1961年至1970年的平均值， 年平均日照時間3005. 7h,相對日照為68,年平均晴天為108.5天，陰天為98. 8天， 年平均云量為4.8太陽總輻射為816kJ/cm2,比全國其它省區(qū)和同緯度的地區(qū)都高。全 國以和兩省的太陽年輻射總量最小。例如素有“霧都”之稱的市，年平均日照時數(shù)僅為 1152.2h,相對日照為26,年平均晴天為24. 7天，陰天達244. 6天，年平均云量高& 4。 我國太陽能資源分布的主要特點有：太陽能的高值中心和低值中心都處在北

8、緯22° -35° “這一帶，青藏高原是高值中心，盆地是低值中心；太陽年輻射總量，西部地區(qū)高于東 部地區(qū)，而且除和兩個自治區(qū)外，基本上是南部低于北部。2太陽能熱發(fā)電2.1太陽能熱發(fā)電技術太陽能熱發(fā)電的概念早在19世紀就已經提出，自從1878年在巴黎建立了第一個小 型點聚焦太陽能熱交換式蒸汽機以來，能源領域專家從各個方面對太陽能熱發(fā)電技術展 開探討。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅在198/1991年10年期間，全世界就組建了 5OOkW以上的 太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)20多座。如今，在采用Rankine循環(huán)的技術中 按照集熱溫度的高 低，太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)大致可以分為槽式系統(tǒng)、塔式系統(tǒng)和碟式系統(tǒng)3大

9、基本類型。(1)槽式系統(tǒng)槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是利用槽形拋物面反射鏡將太線聚焦到集熱器上，對傳熱工 質進行加熱，經換熱產生的蒸汽，推動汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電的能源動力系統(tǒng)。其特點2. 2太陽能熱發(fā)電的主要問題太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，不耗用化石能源，無污染物排放，是和生態(tài)環(huán)境相和諧的清潔 能源發(fā)電系統(tǒng)。自研究試驗成功以后，經過不斷發(fā)展與改進，取得了顯著的成果。世界 上除了美國，太陽能熱發(fā)電技術還在日本、法國、以色列、意大利、西班牙、德國和澳 大利亞等國家也有所發(fā)展。這些在并網(wǎng)運行的商用系統(tǒng)有30MW以上拋物面槽式系統(tǒng)、 10W以上的塔式系統(tǒng)、兒kW至幾十kW采用燃氣輪機或斯特林發(fā)動機的碟式系統(tǒng)。前兩 種一

10、般與大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，后一種一般供用戶作為獨立電源使用。(1)槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)及其存在的問題在20世紀70年代末和80年代初，美國、西歐、以色列和日本等國家都對槽式系 統(tǒng)作了很多研究開發(fā)工作，取得了較大的進展，特別是美國在90年代初有了 9座拋物 面槽式大型系統(tǒng)投入商業(yè)并網(wǎng)運行。此外，西班牙、日本等國的示電站也取得了很好的 成果，起到了試驗示的作用。拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)雖然在美國己取得了大規(guī)模商 業(yè)化運行的經驗，但目前的主要問題是當系統(tǒng)集熱溫度高于40c后，峰值集熱效率急劇 下降，當DNI800W/m2,溫度為500c時的集熱效率比250時的集熱效率約降低22. 5%。 由于其兒何聚光比

11、低及集熱溫度不高等條件的制約，使得拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中 動力子系統(tǒng)的熱轉功效率偏低，通常在35%左右;因此，單純的拋物槽式太陽能熱發(fā)電 系統(tǒng)在進一步提高熱妙率、降低分電成太方而的難度較大。(2)塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)及其存在的問題塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)與槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)相比，其集熱溫度更高，易生產高 參數(shù)蒸汽，因此熱動裝置的效率相應提高。目前，塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要障礙是, 當定日鏡場的集熱功率增大時，即單塔的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)大型化后，定日鏡場的集熱 效率隨之降低，其變化趨勢。我國的金紅光研究員提出了槽塔結合的雙級蓄熱太陽能熱 發(fā)電系統(tǒng)，這些研究為塔式太陽能熱發(fā)電技術的發(fā)展開拓了新方

12、向。(3)碟式系統(tǒng)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)及其存在的問題.(4)目前碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)規(guī)模小，高效的發(fā)電技術還不成熟，處于試驗階段 在三種太陽能熱發(fā)電技術的開發(fā)中，風險最大且投資成本最高。2.3太陽能熱風發(fā)電太陽能熱風發(fā)電站主要由太陽能空氣集熱器、帶有發(fā)電機的風力渦輪，以及太陽能 煙囪等組成，為二項己有成熟技術的創(chuàng)新性組合應用。工作原理是利用煙囪對空氣的抽 吸作用產生的氣流驅動風力渦輪進行發(fā)電，太陽能集熱器則用于加熱空氣，強化煙囪效 應。從技術角度來講，太陽能熱風發(fā)電站與水利電站頗為相似，都是將流體流動動能轉 變成葉輪機械旋轉機械能進行發(fā)電。這單太陽能熱風集熱器以太陽能煙囪所在位置為中 心。呈圓周狀

13、分布，包括面蓋和支架兩部分，集熱器四周開日用以引入空氣，面蓋及地 面構成空氣流動的通道。太陽能煙囪與地面垂直，建筑結構與常規(guī)煙囪類似，煙囪底部 和太陽能集熱器連接處要求有較好的密封。熱空氣密度小，在煙囪通道上升，同時在太 陽能集熱器被加熱的熱空氣進入煙囪冷空氣進入集熱器，形成持續(xù)不斷的氣流流動。 氣流流動具有的動能通過置于太陽能煙囪氣流流道底部的風力渦輪帶動發(fā)電機組轉變 為電能，通常這種風力渦輪可設置一臺或多臺。3太陽能光伏發(fā)電3.1 光伏系統(tǒng)基本組成一套基本的太陽能發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能光伏板、充電控制器、逆變器和蓄電池構成, 下面對各部分的功能做一個簡單的介紹：1 .太陽能光伏板太伏板的作用是

14、將太陽輻射能直接轉換成電能，供負載使用或存貯于蓄電池備用。 太陽能光伏板一般乂分為:單晶硅電池光伏板、多晶硅電池光伏板和非晶硅光伏板(圖2. Do這些光伏板因為組成的不同因而具有不同的外觀和發(fā)電效率，它們的特點為：(1)單晶硅光伏電池:表面規(guī)則穩(wěn)定，通常為黑色。電池形狀為10cnT15cni的方形或 圓形單元。效率約為14%"17%o(2)多晶硅光伏電池:結構清晰，通常呈藍色，晶狀結構形成美麗的圖案。電池的尺 寸可任意裁剪，可以無固定的大小單元。效率約為12%、14%。(3)非晶硅光伏電池:具有透光，透光度可從5%75%,當然，隨著透光性的增加，光 電池的轉化效率會隨著下降，運用到建

15、筑上的最理想的透光度為25%。效率約為5%、7%。2 .充電控制器在不同類型的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，充電控制器不盡相同，其功能多少及復雜程度差別 很大，這需根據(jù)系統(tǒng)的要求及重要程度來確定。充電控制器主要由電子元件、儀表、繼 電器、開關等組成。3 .逆變器逆變器的作用就是將太陽能電池方陣和蓄電池提供的低壓直流電逆變成220伏交流 電，供給交流負載使用。4 .蓄電池組蓄電池組是將太陽能光伏方陣發(fā)出直流電貯藏起來，供負載使用。在光伏發(fā)電系統(tǒng) 中，蓄電池處于浮充放電狀態(tài)，夏天日照量大，除了供給負載用電外，還對蓄電池充電; 在冬天日照量少，這部分貯存的電能逐步放出。白天太陽能電池方陣給蓄電池充電(同 時方陣還

16、要給負載用電)晚上負載用電全部由蓄電池供給。因此，要求蓄電池的自放電 要小，而且充電效率要高，同時還要考慮價格和使用是否方便等因素。常用的蓄電池有 鉛酸蓄電池和硅膠蓄電池，要求較高的場合也有價格比較昂貴的銀鍋蓄電池。3. 2光伏系統(tǒng)的分類太陽能光伏發(fā)電應用系統(tǒng)分為二大類:獨立運行和并網(wǎng)運行兩種方式。其中獨立運 行系統(tǒng)乂分為:直流負載獨立系統(tǒng):交流負載獨立系統(tǒng)。獨立運行的光伏發(fā)電系統(tǒng)需要有 蓄電池作為儲能裝置，主要用于無電網(wǎng)的邊遠地區(qū)和人口分散地區(qū)，在有公共電網(wǎng)的地 區(qū)，光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)連接并網(wǎng)運行 省去蓄電池，不僅可以大幅度降低造價，而且 具有更高的發(fā)電效率和更好的環(huán)保性能。3. 3光伏系統(tǒng)

17、的應用光伏技術已經走進了人們的生活的各個方面，它的應用領域十分廣泛，并且發(fā)揮著 越來越大的作用。光伏發(fā)電的各種應用包括：(1)太空領域：光伏技術最早的應用領域就是在太空，它是作為人造衛(wèi)星的電源。(2)交通領域：航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標志燈、路燈、無人值守道班供電等。(3)通訊/通信領域：太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng)等。(4)家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、節(jié)能燈等。(5)光伏電站：I0KW50MW獨立光伏電站、風光(柴)互補電站、各種大型停車廠充電站等。(6)太陽能建筑：將太陽能發(fā)電與建筑材料相結合。使得未來的大型建

18、筑實現(xiàn)電力自給?？梢?，光伏與建筑結合是未來光伏應用中最重要的領域之一，光伏電池己經能配合 建筑物的外觀或空間機能而結合成為一體，隨著科學的不斷進步，光伏組件的成本會很 快下降，與光伏系統(tǒng)一體化的建筑會如雨后春筍般出現(xiàn)在我們身邊。3. 4光伏發(fā)電技術面臨的問題從總體上來講，我國的光伏發(fā)電技術與國外發(fā)達國家相比還有較大的差距，主要 存在以下問題.(1)用十制造光伏電池的原材料緊缺。隨著光伏發(fā)電技術的不斷發(fā)展，硅材料已 經出現(xiàn)較大的缺口。為了解決光伏電池原材料問題，應該擴大硅原材料的生產規(guī)模，提 國生產能力。（2）生產光伏電池的技術水平有待提高。目前我國生產的晶體硅光伏電池組件的 光電轉換效率在16

19、%左右。目前的光伏電池組件封裝工藝水平低，導致電池組件在使用 過程中出現(xiàn)許多問題，影響電池組件的使用壽命。（3）晶體硅光伏電池組件的生產成本較高。目前我國生產晶體硅光伏電池的成本 高于國外同類、同質產品，在國際上的競爭力不強。（4）我國制造光伏發(fā)電系統(tǒng)設備的相關技術還需要進一步提高。目前我國的光伏 電池年產量占世界光伏電池年產量的50%,但是用十光伏電池生產的相關設備主要是依 賴國外產品。（5）我國的光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器和逆變器等關鍵技術落后，產品的性能不高，可 靠性低，與國外先進產品還有較大的差距，尤其是并網(wǎng)逆變器和智能控制器的性能與國 外先進產品的性能差距更大。4太陽能電池4.1 太陽能電池

20、的工作原理太陽能電池的原理基十半導體的光生伏特效應將太陽輻射能直接轉換為電能降。在 晶體中電子的數(shù)目總是與核電荷數(shù)相一致，所以P型硅和n型硅對外部來說是電中性的。 如果將P型硅或n型硅放在下照射，僅是被加熱，外部看不出變化。盡管光的能量通過 電子從化學鍵中被釋放，由此產生電子一空穴對，但在很短的時間（在微秒圍）電子乂被 捕獲，即電子和“空穴”“復合”。通過電子到P型材料的遷移在n型形成一個正的 空間電荷區(qū)和在P型區(qū)形成一個負空間電荷區(qū)。對不同材料的太陽能電池來說，盡管 光譜響應的圍是不同的 但光電轉換的原理是一致的。只要太照不斷，負載上就一直有 電流通過。4. 2太陽能電池的分類按結構分類1

21、.同質結電池由同一種半導體材料構成一個或多個p-n結的電池。如硅太陽能電池、碑化稼太陽 能電池等。2 .異質結電池用兩種不同的半導體材料，在相接的界面上構成一個異質結的太陽能電池。如氧 化鋼錫/硅電池、硫化亞銅/硫化福電池等。如果兩種異質材料晶格結構相近，界面處的 品格匹配較好，則稱為異質面電池，如碑化鋁稼/碑化稼電池。3 .太陽能電池新工藝量子阱半導體太陽能電池：由于量子太陽能電池具有高光電轉換效率的特性，它已 經不斷引起發(fā)達國家的興趣與重視。量子阱半導體太陽能電池的轉換效率的理論值可高 達63.2%。到目前為止，關十量子阱半導體太陽能電池轉換效率的正式報道來自英國倫 敦大學皇家學院K. B

22、arnham教授的研究組，它們的GaAsP/InGaAs多量子阱太陽能電池 的轉換效率為27%。4. 3影響太陽能電池轉換效率的主要因素影響太陽能電池轉換效率的參數(shù)有三個，即開路電壓、短路電流和填充因子。開路 電壓、填充因子均受暗電流影響很大，太陽能電池的轉換效率主要取決于其暗電流特性 和短路電流的大小。量子阱半導體太陽能電池的短路電流、開路電壓、暗電流及填充因子等特性參數(shù)與 量子阱結構有很大的關系。量子阱的引入使得太陽能電池的吸收光譜向低能端拓寬了 從而改善了光譜響應特性，短路電流必將加強。但是，量子阱的引入同時降低了有效帶 隙寬度，提高了載流子輻射復合的幾率，從而削弱開路電壓。為突出短路電流的加強、 抑制開路電壓的削弱以獲得加強的太陽能電池轉換效率，必須優(yōu)化設計量子阱結構。研 制高效率太陽能