打开文本图片集

摘要： 本文主要介绍了太阳能发电系统的工作原理及其组成，简单阐述了各个组成部分的作用及工作功能。

关键词：太阳能；发电；汽轮机

中图分类号：TK513 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2016）021-000-01

引言

太阳能属于可再生能源，资源丰富、分布广泛，而其他可再生能源（风能、地热能等）也间接来源于太阳能[1]。我国陆地表面每年接受的太阳能辐射相当于24000亿吨标准煤，全国60%多的国土面积年日照时间在2200h以上[2]。目前，我国的电能利用主要还是以火力发电为主，而火力发电有很多的弊端，污染环境、效率低等。太阳能发电可以改变这些现状，有无污染、效率高等优势。

一、太阳能发电的工作原理

太阳能发电系统（如示意图1所示），由集热系统，热传输系统，蓄热、热交换系统，汽轮机发电系统组成。

集热系统在一定的集热温度下，以良好的效率对太阳能集热。热传输系统又以良好的效率将集热系统所收集的热能传输给蓄热、热交换系统。蓄热、热交换系统储存由热传输系统送来的热能，并在这里通过热交换供给发电系统。而汽轮机发电系统则显然是将热能转换为电能。

二、太阳能发电系统的组成

如上所述，太阳能发电系统由四部分组成，下面就各个组成部分的作用進行介绍。

（一）集热系统 作为太阳能发电的集热系统，大致可以分为以下几种：平面镜、单曲面镜、复曲面镜、透镜四种。平面镜集热方式中有代表性的是用多个平面镜聚光来取得高温热能的塔式集热，其聚光比为100～1000。单曲面镜集热方式中有代表性的是槽型抛物面镜，一般其焦线轴呈南北向或东西向布置，其聚光比为10～30。复曲面镜中有代表性的集热方式是抛物面反射镜，这种反射镜由于形成了焦点，其聚光比为50～1000。

可见无论哪种方式，吸收体的形成都可分为平面、线状、点状的；而跟踪方式则有单轴和双轴跟踪的。因为这些方式各有利弊，所以很难绝对地判定各个方式的优劣，需以实际情况而定。

（二）热传输系统 要组成最佳的热传输系统，需输热管道的热损失最小，使输送传热介质所需要的泵功率为最小，使热量的输送成本为最低等。

分散型发电系统，通常是将许多单元化的集热器串、并联而组成的集热器阵列。因此，加长了将各个集热器收集起来的热能输送给蓄热系统去所需要的输热管道，热损失也有所增加。另一方面，集中型发电系统与分散型发电系统相比，虽然输热管道可以短些，但必须要有将传热介质送到塔顶上的吸热器去的动力。作为传热介质，采用工作温度下为液体的加压水，有机介质和气体，以及形成两相状态的液体。

作为将集热管收集的太阳能迅速地送往主蓄热分系统或辅助蓄热分系统去的手段——热管，热管是利用毛细现象和蒸汽压力差实现输送热量的装置。其工作原理：在加热端蒸发的工作流体，由于压力差引起蒸汽移动而被送至冷却端，在这里工作流体释放热量之后凝结起来，而凝结的工作流体在毛细现象的作用下送至加热端。热管以汽化潜热的形式输送热量，移动蒸汽的驱动力来源于由于加热端的温度高于冷却端的温度而产生的蒸汽压力差。

（三）蓄热、热交换系统 蓄热、热交换系统在地面上利用太阳能是所需要的。为了是白天吸收的变化不定的太阳辐射经常以一定的热能供给发电系统，以及在不能利用太阳辐射量的日落后和阴天时释放出热能来发电，它是必不可少的。通常，从上午8点起，集热器开始工作，9时开动汽轮机，在汽轮机进入稳定状态的10时之前一直向蓄热装置中储存热量。白天，将集热器吸收的热能直接供给汽轮机发电，到太阳辐射量开始减少的下午3时起，释放蓄热装置中储存的热量进行发电，直到下午6时30分为止。

蓄热装置是采用真空绝热或以绝热材料包裹的蓄热容器构成的。在该蓄热容器中，蓄热材料放置在热交换器的近旁。作为蓄热材料大致可以分为以下几种：利用液体显热的材料；利用伴随有相变的物质潜热的材料；利用化学能的材料等。

（四）发电系统 作为太阳能发电系统用的发电系统，有以下几种：汽轮机、燃气轮机、氟利昂汽轮机、甲苯汽轮机等。这些发电系统，可根据集热后经过蓄热、热交换系统供给汽轮机入口的热能的温度等级，以及热量等情况进行选择。众所周知，现有的火力发电和原子能发电使用的汽轮机，通常适用于大型电站。一般认为，其温度等级也与这些电站的温度等级大体相同。

太阳能发电系统首选的是氟利昂汽轮机，其工作原理：来自集热系统或蓄热、热交换系统的热能引入氟利昂气体发生器，在这里将热量给予加压的氟利昂液体，蒸发的氟利昂蒸气被引至汽轮机中膨胀，使它的压力能和速度能释放出来作为汽轮机的动力，低压的排气在凝结器中冷却并液化，加压的液体用泵送回氟利昂气体发生器，至此循环结束。氟利昂汽轮机一般把它的热源温度设计为150摄氏度左右。因为集热部分可望实现高效率化，所以人们对于氟利昂汽轮机应用于太阳能发电系统是极度关注的。

三、结语

太阳能发电作为一种取之不尽，用之不竭的清洁环保能源将得到前所未有的发展。随着太阳能产业化进程和技术开发的深化，它的效率、性价比将得到提高，它将在各个领域都得到广泛的应用。

参考文献：

[1]刘鉴明，李安定等译.太阳能的基础和应用[M].上海：上海科学技术出版社，1982.

[2]徐伟.可再生能源建筑应用技术指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.