新型太陽能電站發電效率提高的研究與設計

李為明

摘 要：目前我國乃至全球均面臨著環境、能源、資源的巨大壓力，可再生的環保性能源是解決大氣污染與能源短缺問題的必然趨勢，是地球可持續發展的唯一選擇。太陽能電站利用了最具發展前景、最具廣泛性的太陽光能，將光能轉化為電能供人們使用，太陽能的持續性與廣泛性特征讓高效率應用太陽能成為了研究者的重點思考課題。本文首先分析了目前我國建設太陽能發電站在效率方面的阻礙因素，并在此基礎上提出了新型太陽能電站效率提升的幾點策略。

關鍵詞：太陽能電站；發電效率；改進措施

太陽能發電技術簡稱CSP，利用太陽光線溫度資源實現發電的環保性與可持續性[1]。相對于光伏發電而言，太陽能發電通過物理方式實現光電轉換，減少了對地球資源的消耗與對環境的影響，是發電站的必然發展趨勢[2]?，F階段，塔式電站利用其系統綜合效率高、熱功轉換效率高、集熱效率高、成本控制空間大的優勢，成為了我國太陽能發電站的建站首選。本文以太陽能發電站的發電效率為切入點，研究了效率影響因素及研究設計策略。

一、發電效率阻礙因素

（一）自主技術限制

以塔式太陽能發電站為例，在技術層面欠缺自主研發關鍵技術，多數核心技術屬于引進，無法掌握技術內核。如高溫熔融鹽泵的制造、吸熱器設備的制造、吸熱器涂層材料制造、吸熱管材的研發、定日鏡鍍層材料等，均屬于保密級別的高精尖技術，引入難度較大[3]。我國在技術層面目前發展狀態為初級起步階段，控制技術、光熱電站系統模擬仿真技術、集成技術、整體系統設計等均缺乏電站建設運營的實際能力與建設經驗，只能夠引進或模仿國外先進技術，無法切實結合我國發展現狀通過核心技術的自主研發實現發電效率的提升。

（二）建站成本偏高

由于我國太陽能電站的發電技術大多來源于國外研究成果，而發電站的建設屬于技術密集型與資本密集型，因此在引進的同時還應考慮到建設競爭力與經濟性。我國太陽能發電站多建設于高原地區，偏北方，存在明顯的揚沙、大風、高海拔特征，DNI分布差異明顯。若直接引用美國、西班牙等地的建站技術，其適用性將大打折扣，在不斷調整過程中影響了建站成本控制。現如今我國已建成的較大型太陽能發電站為中控德令哈電站與八達嶺延慶電站，數量較少，無法形成建站經驗。加上目前國家政策方面對發電站的市場化、產業化發展尚未明確，因此建站成本居高不下，急需國產化設備及國家政策的支撐[4]。

二、發電站提升效率的設計研究

（一）高效率應用太陽輻射度

太陽能電站的發電效率很大程度上取決于太陽輻射強度，輻射升高時電池開路電壓會隨之小幅度提升，繼而提升短路電流，增強輸出功率。以光跟蹤技術為例，目前可采用光電自動跟蹤法與視日運行軌道跟蹤法兩種光跟蹤技術。前者通過光敏電阻之類的光傳感原件感知陽光，陽光射入角度的不斷變化讓傳感器出現偏差信號，在信號放大器作用下偏差信號被輸入至控制單元，在偏差值的位置計算下利用驅動裝置對電池陣列位置加以調整，確保其垂直于太陽光；后者的原理為對太陽方位角加以跟蹤、感知變化，由電池陣列繞軸轉動，保障方位角平行于太陽方位角。

（二）優化電池原料

電池原料的選擇應盡量采用自主研發制，根據我國發電站建站位置環境、規模等因素，設計出適應性更高的材料設備。太陽能電池材料應選擇寬度適合的半導體材料禁帶，同時符合轉換率高、可工業化使用、環境污染少的要求。目前我國正研發以氮、鎵、銦的合金為基礎的光電池，并發現氮化銦作為半導體，在禁帶寬度上遠低于初始認知，因此該技術下光電池能夠更靈敏的接收太陽光譜輻射。同時，該光電池效率明顯高于目前使用材料，多級太陽能電池利用氮化鎵與氮化銦雙層制成在理論極限上可達到最大效率的？。

（三）電池組件溫度控制

電池組件的溫度變化會影響到光伏發電效率，溫度的上升讓組件中熱機發電子處于主導，電池短路電路隨之升高，開路電壓明顯下滑，影響到輸出功率的穩定性。實驗室數據顯示，當溫度處于20℃-100℃之間時，溫度提升1℃則開路電壓下降2mV，短路電流提升1‰，即功率下降0.35%。因此在太陽能電站建站并使用期間應注意嚴格控制電池組件溫度，可利用冷卻系統實現降溫?，F階段可通過被動冷卻與主冷卻兩種方式完成，相對而言主冷卻對太陽能的利用率更高，但系統結構復雜，可靠性相對偏低，因此更宜選擇可靠性及成本性均具優勢的被動冷卻系統。

太陽能發電站的建設是全球發電站的必然發展趨勢，充分利用太陽能、提升發電效率需要從設備、材料、技術等方面不斷優化，不斷改進生產工藝、規避影響發電效率的影響因素，設計出適應性高、發電功率穩定、安全性強、成本性高的太陽能電站，不斷提升太陽能轉換效率，讓新型太陽能電站不斷向無污染、壽命長、儲量大、效率高發展。

參考文獻：

[1]吳毅，王佳瑩，王明坤，戴義平.基于超臨界CO_2布雷頓循環的塔式太陽能集熱發電系統[J].西安交通大學學報，2016，v.5005：108-113.

[2]胡甜，余琴，王躍社.基于光線蹤跡法的塔式太陽能鏡場布置與優化研究[J].工程熱物理學報，2015，v.3604：791-795.

[3]羅彥，杜小澤，楊立軍，楊勇平.塔式太陽能電站分離式吸熱器熱流分布與定日鏡場設計研究[J].可再生能源，2017，v.35；No.222 02：192-200.

[4]羅彥，杜小澤，楊立軍，楊勇平.塔式太陽能熱發電太陽倍數及儲熱時長優化研究[J].熱力發電，2017，v.46；No.36706：21-27.endprint