關于太陽能光熱發電的技術特點與應用探討

[摘 要]文章在太陽能發展迅速的時代背景下，介紹太陽能關鍵技術，并對太陽能發電的技術特點與應用進行分析與探討，為我國太陽能產業創新提供幫助。

[關鍵詞]太陽能;光熱技術;技術特點;應用進展

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2019.34.088

隨著能源結構不斷變化，純凈能源得到廣泛關注，而太陽能不僅環保無污染不產生二次廢棄物，還擁有取之不盡，用之不竭的優點，因此太陽能發電技術成為可再生能源技術中重要成員之一。根據現階段技術分析，太陽能發電技術主要分為光熱發電以及光伏發電兩種類型，文章將結合這兩種發電類型進行技術分析與產業展望。

1 太陽能光熱發電原理

光熱發電的運行機理是利用聚光器將光聚集在一起，進而在瞬間產生高能。期間由于瞬間產生的能量使汽輪機中的渦輪發生轉動，使電磁線圈產生電。換句話說，太陽能發電與火力發電在本質上沒有區別。因此，只要光源足夠穩定，電力就可以源源不斷地提供給用戶。此外，由于近幾年電力企業發展迅速，儲熱技術取得突破，促使太陽能發電完全可以滿足夜間供電。而光伏發電裝置的發電機理完全不同，主要通過太陽能電池板將來源不同的光能直接轉換成電能，并利用其中的蓄電技術保證電力持續供應[1]。

2 光熱發電技術類型、特點與應用范圍

按光熱太陽能發電機理，其采集方式可分為槽式發電裝置、塔式發電裝置以及蝶式發電裝置。

（1）槽式光熱發電系統。槽式光熱發電系統主要由大量金屬拋物線面、大小不等的集熱管以及一套用來發電的渦壓汽輪機組成，其中聚光拋物線金屬已經由特殊的表面特殊工藝處理過，可以保障光有效聚集在集熱管上，并可以使集熱管內的集熱油溫度保持在400℃左右，進而利用高溫產生密集水蒸汽推動汽輪機轉動產生電力。此外，為了電力可以持續輸出，槽式光熱發電系統中還裝有熔融鹽為介質的集熱管，可以將多余的熱量創建存儲起來，以便太陽能不足的時候提供能量。

（2）塔式光熱發電系統。塔式光熱發電系統主要由兩部分構成，即雙軸平面鏡和中央集熱塔。雙軸平面鏡將采集來的光傳遞給中間的集熱塔上。在集熱塔的上方有一個光束接收裝置，可以將光能轉化為高溫，并利用熱能使裝置中的水汽化，產生大量水蒸汽推動渦輪機轉動產生電力。

（3）蝶式光熱發電系統。蝶式光熱發電系統在發電原理上與槽式光熱發電系統并沒有區別，主要由蝶式反射鏡、接收器和發電系統組成。其中蝶式反射器與槽式金屬拋物面的功能一致，將外界的太陽能匯聚在一點上，達到能量聚集的目的。而接收器的作用是單純地將匯聚來的太陽能轉化為能量，供給發電機使用。接收器可以在源源不斷的太陽能供給下達到750℃左右。此外，蝶式光熱系統的發射器經過特殊工藝處理，可以使接受陽光的部分隨著太陽的轉動而轉動，從而從太陽高度的問題上解決陽光利用率不足的問題，進而提高光熱轉換效率。

雖然三種光熱發電裝置從發電原理上并無區別，但是成本投資以及各種社會需求各有不同。槽式光熱發電裝置結構比較簡單、技術開發難度低，但是在發電量上有所不足。而蝶式光熱發電系統的熱值比較高，熱能存儲能力較強，適用于偏遠山區，供電能力不足的地方。但是此光熱發電裝置的技術要求比較高，不適合與并網光伏發電的配合使用。而對于塔式光熱發電系統則更注重平坦地區使用，主要原因在于它的光能接受裝置在采集光源時有所限制[2]。

3 光伏發電原理以及發電技術說明

（1）光伏發電的技術組成說明。不同于光熱發電技術，光伏發電技術僅僅依靠太陽能電池板，將太陽能直接轉化為電能。發電裝置結構主要由太陽能電池板、控制器、逆變器組成。這些器材多屬于電子裝置，具有使用年限高、穩定性較強的技術特點。此外，光伏發電裝置的安裝與維修比較簡單，沒有光熱發電裝置龐大的技術設備。因此可以廣泛應用到需要用電的地方。

太陽能電池板內部結構分為光伏電池組件與普通蓄電池，而普通蓄電池的作用是將太陽能轉化為化學能并儲存在電池中，以便于電力持續、穩定供給。從技術條件上講，太陽能電池組件轉化來的電能具有極高的不穩定性，無法滿足正常電力配送需求，因此，在太陽能電池板中裝有蓄電池非常有必要。同時，蓄電池的大小也需要滿足合適的大小規格，不僅可以有效使用投資資本，也可以有效滿足電力正常供應。太陽能電池組件是由大量的電池電片串聯而成，熱后使用透光性比較好的材料密閉起來，在保證電池板安全的同時也要保證太陽能電池板的透光性，以便于最大化利用太陽能資源。

（2）光伏發電的不同系統分類。光伏發電按照不同的系統可以分為離網光伏發電系統、并網光伏發電系統以及分布式光伏發電系統。離網發電裝置也稱為獨立式光伏發電系統，主要用在電力供應不足的區域，緩解偏遠地區造成的用電不便。并網光發電系統可活動性較強，建設成本較少，是目前為止各國較為推崇的光伏發電裝置，主要集中利用大面積集中發電現場。分布式光伏發電裝置也稱為分散式發電裝置，可以同時滿足實時用電以及存電配電，是一種綜合能力比較強的發電、配電裝置。

4 光熱發電以及光伏發電的發展展望

（1）光熱發電技術展望。太陽能光熱發電技術英文簡稱CSP技術，在今后的發展研究中，必然向參數高、容量大的特點前進[3]。原因在于太陽能不能夜間給予供應，此外，隨著人們的生活水平得以提高，人們的用電需求也隨之加大。根據研究表明，熱量轉化點與保溫溫度上限成為主要研究與發展方向。為了太陽能發電可以提供更大規模，更穩定的電力供應，必須降低單位技術成本以及安裝投資成本，使之可以實現與國力發電同樣的GM級發電水準。要想完全代替火力發電，僅有發電量是不夠的，還需要提供穩定的電力持續供應，而電力持續供應與光熱發電裝置的熱能存儲有密切聯系。目前為止，比較有效的熱能存儲介質有熔融鹽、導熱油和蒸汽。但是通過物理熱熔計算以及現場應用分析表明熔融鹽的熱量存儲最好，所以大量科學家在熔融鹽的問題上探究最為廣泛。最近，西班牙與意大利先后利用新型熱能傳導材料，將熱量存儲量達到可以持續發電7.5小時的程度，是目前為止較為成功的太陽能技術突破實例。而隨著時間的發展，太陽能采集裝置與蓄熱技術取得重大突破，即使面對天氣變化也可以保證電力正常持續供應。

（2）光伏發電技術展望。近幾年，光伏產業發展迅速，首先從2007年開始，我國的太陽能電池板為全球第一大生產供應國。目前為止，太陽能電池板的生產廠家已經有百家，并隨著時間的推移，這一數量還在穩步上升中，逐漸完善整個生產太陽能電池組生產供應鏈，使各個組件的生產成本有所下降。此外，單晶硅的生產研發有所突破，其光電轉換率不斷提高，使大型太陽能發電基地的投資資本不斷下降。到2017年時，光伏太陽能投資資本已經下降每千瓦6500元左右的程度，并隨著時間的推移，這個數值還在不斷下降。

5 總結

文章主要對太陽能的各種發電技術進行分析，并總結了兩種不同的太陽能發展方向的展望。太陽能是所有新能源中來源穩定，使用周期長的能源，具有極高的市場應用價值。伴隨著可燃性化石能源的逐漸消耗與環境污染問題的加劇，太陽能還有更高使用空間。因此，太陽能板光電轉換研發和光熱集聚創新具有重要意義，以此促進太陽能生產技術不斷發展與不斷成熟。

參考文獻：

[1]彭興波.淺析國內太陽能光熱發電項目發展前景及存在的問題[J].中小企業管理與科技（中旬刊），2018（6）：181-182.

[2]吳子成，施濤.太陽能光熱發電的技術特點與應用研究[J].機電信息，2016（3）：61，63.

[3]李文通.太陽能光熱發電類型分析與發展趨勢展望[J].科技創新與應用，2014（35）：80.

[作者簡介]王長青（1985—），男，漢族，河北衡水人，中國能源建設集團天津電力建設有限公司。