太陽能熱發電裝置設計

Ⅰ 太陽能發電是什麼原理

太陽能它們的發電原理基本相同，現以晶體硅為例描述光發電過程。P型晶體硅經過摻雜磷可得N型硅，形成P－N結。當光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收；

光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發生了躍遷，成為自由電子在P－N結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。

光伏發電是利用太陽能級半導體電子器件有效地吸收太陽光輻射能，並使之轉變成電能的直接發電方式，是當今太陽光發電的主流。在光化學發電中有電化學光伏電池、光電解電池和光催化電池，目前得到實際應用的是光伏電池。

(1)太陽能熱發電裝置設計擴展閱讀

太陽能發電具有許多獨有的優點：

1、太陽能是取之不盡、用之不竭的潔凈能源，而且太陽能光伏發電是安全可靠的，不會受到能源危機和燃料市場不穩定因素的影響；

2、太陽光普照大地，太陽能是隨處可得的，太陽能光伏發電對於偏遠無電地區尤其適用，而且會降低長距離電網的建設和輸電線路上的電能損失；

3、太陽能的產生不需要燃料，使得運行成本大大降低；

4、除了跟蹤式外，太陽能光伏發電沒有運動部件，因此不易損毀，安裝相對容易，維護簡單；

5、太陽能光伏發電不會產生任何廢棄物，並且不會產生噪音、溫室及有毒氣體，是很理想的潔凈能源。安裝1KW光伏發電系統，每年可少排放CO2600～2300kg，NOx16kg，SOx9kg及其他微粒0.6kg。

Ⅱ 用太陽能做熱源的斯特林發動機如何設計製作

斯特林發動機，又稱熱氣機，是一種外燃（或外部加熱）封閉循環活塞式發動機，即依靠外部熱源對密封在機器中的氣體工質加熱，使其不斷熱脹冷縮，進行閉式循環，推動活塞做功。斯特林發動機具有不受熱源形式限制、運行雜訊低、熱效率高等突出優點。
太陽能斯特林發動機應用於碟式太陽能熱電系統中，由太陽能斯特林發動機和太陽能聚光器相互配合，以太陽能為熱源，通過一系列的熱電轉換裝置把光能轉換為電能。在石化能源短缺與環境污染問題日益嚴重的今天，太陽能斯特林發動機的研發和應用具有重大意義。
太陽能斯特林發動機研發的關鍵技術主要包括：分析方法、接收器的設計等。
1分析方法
根據馬提尼[1]的命名規則，斯特林循環的分析法可以分為零級分析法、一級分析法、二級分析法、三級分析法和四級分析法5類。
1.1零級分析法
零級分析法並沒有對斯特林循環進行分析，而是根據斯特林發動機的實驗結果引入經驗因子，歸納出斯特林發動機實際功率與效率的經驗關系式。該方法簡單實用，一般可用於定性分析，不適合做斯特林發動機的優化設計。
1.2一級分析法
一級分析法是考慮了斯特林循環的最基本分析方法，該方法主要假設熱腔和冷腔工質的循環溫度恆定，因此又稱為等溫分析法。由於一級分析法的等溫假設過於理想，不符合實際情況，因而分析結果存在較大的理論誤差，一般也只用於定性分析。
1.3二級分析法
二級分析法假設熱腔和冷腔內的工質溫度在循環的過程中是變化的。因此基於二級分析法所建的數學模型一般為常微分方程組，結合理想氣體狀態方程以及邊界條件可進行數值求解。最常用的二級分析法是絕熱分析法。相對一級分析法而言，二級分析法更接近實際，具有更為重要的應用價值[3]。
1.4三級分析法
三級分析法又稱為節點分析法，對工質作一維流動假設，在每個節點處對工質的傳熱和氣體動力學過程用質量、動量和能量守恆的偏微分方程進行描述。三級分析法解決了一級分析法和二級分析法的空間誤差問題，得到了廣泛的應用和發展。
1.5四級分析法
四級分析法又稱為多維CFD分析法，是在三級分析法的基礎上將維數增加到二維甚至是三維，其計算過程極其復雜，往往需求於商業化的CFD軟體。多維CFD分析法已成功應用於內燃機和燃氣輪機的設計，但在斯特林發動機上的應用還很不完善。四級分析法的精度比較高，作為研發的重點，隨著各種輔助工具的不斷改善，四級分析法終將成為斯特林循環的主要分析法。
2接收器設計
接收器是太陽能斯特林發動機特有的核心部件，它包括直接照射式和間接受熱式。前者是將太陽光聚集後直接照在斯特林發動機的換熱管上；後者則通過某種中間媒介將太陽能傳遞到斯特林發動機。
2.1直接照射式
太陽光直接照射到換熱管上是太陽能斯特林發動機最早使用的太陽能接收方式。圖1中的直接照射式接收器是將斯特林發動機的換熱管簇彎制組合成盤狀，聚集後的太陽光直接照射到這個盤的表面（即每根換熱管的表面），換熱管內工作介質高速流過，吸收了太陽輻射的能量，達到較高的溫度和壓力，從而推動斯特林發動機運轉。由於太陽輻射強度具有明顯的不穩定性，以及聚光鏡本身可能存在一定的加工精度問題，導致換熱管上的熱流密度呈現明顯的不穩定與不均勻現象，從而使多缸斯特林發動機中各氣缸溫度和熱量供給的平衡難以解決。
2.2間接受熱式
間接受熱式接收器是根據液態金屬相變換熱性能機理，利用液態金屬的蒸發和冷凝將熱量傳遞至斯特林發動機的接收器。間接受熱式接收器具有較好的等溫性，從而延長了斯特林發動機加熱頭的壽命，同時提高了發動機的效率。在對接收器進行設計時，可以對每個換熱面進行單獨的優化。間接受熱式接收器包括池沸騰接收器、熱管式接收器以及混合式熱管接收器等。
2.2.1池沸騰接收器
池沸騰接收器通過聚集到吸熱面上的太陽能加熱液態金屬池，產生的蒸汽冷凝於斯特林發動機的換熱管上，從而將熱量傳遞給換熱管內的工作介質，冷凝液由於重力作用又迴流至液態金屬池，即完成一個熱質循環。池沸騰接收器結構簡單，加工成本較低，適應性強，適合於在較大的傾角范圍內運行，金屬蒸汽直接冷凝於熱機換熱管，效率較高，但要求工質的充裝量較大，一旦發生泄漏將非常危險。
2.2.2熱管接收器
熱管接收器採用毛細吸液芯結構將液態金屬均布在加熱表面。圖2為由美國Thermalcore公司設計製造的熱管接收器，受熱面一般被加工成拱頂形，上面布置有吸液芯，這樣可以使液態金屬均勻的分布於換熱表面。吸液芯結構可有多種形式，如不銹鋼絲網、金屬氈等。分布於吸液芯內的液態金屬吸收太陽能量之後產生蒸汽，蒸汽通過斯特林發動機機換熱管將熱量傳遞給管內的工作介質，蒸汽冷凝後的冷凝液由於重力作用又迴流至換熱管表面。由於液態金屬始終處於飽和態，使得接收器內的溫度始終保持一致，從而使熱應力達到最小。
2.2.3混合式熱管接收器
太陽能熱發電系統若要連續而穩定的發電，必須考慮陽光不足時或夜間運行的能量補充問題，其解決方案有蓄熱和燃燒2種。在碟式太陽能熱發電系統中多採用燃料燃燒的方式來補充能量，即在原有的接收器上添加燃燒系統。混合式熱管接收器就是由熱管接收器改造而成的以氣體燃料作為能量補充的接收器。DLR開發出了第二代混合式熱管接收器（圖3），該接收器設計功率為45kW，設計工作溫度為700～850℃。混合式熱管接收器的開發有利於提高碟式太陽能熱發電系統的適應性，實現連續供電，但是由於加入了燃燒系統，使得結構變得非常復雜，加工製造難度大大增加，同時成本大幅提高也是一個不容忽視的問題。
3結論
對太陽能斯特林發動機的關鍵技術進行歸納總結，得出如下結論：
（1）分析方法主要是對實際的斯特林循環進行模擬模擬，目前國際上應用較多的是二級分析法和三級分析法（節點分析法），基於這兩種分析法建立的模型雖然考慮到了斯特林發動機各部分狀態參數的變化，但與實際工作過程還有很大差別。因此精度比較高、建立了更接近實際的CFD模型的四級分析法，將成為斯特林循環的主要分析法。
（2）直接照射式接收器結構簡單，加工容易，且成本低廉，但換熱管內工作流體溫度難以均衡，會使熱機運行效率和穩定性明顯下降；池沸騰接收器由於換熱管與金屬蒸汽直接換熱，溫度均勻性好，運行效率高，但是對傳熱機理研究相對缺乏，許多傳熱問題還未真正的解決；熱管接收器雖然在加工上增加了一定的難度，但是可將液態金屬充裝量降低到很小，同時由於對高溫熱管的研究資料較為豐富，給設計也帶來了很大方便，運行可靠性較高；混合式熱管接收器可以滿足系統連續運行的需求，但由於結構復雜，成本較高，無論是設計製造還是實際運行中都還存在許多問題亟待研究。隨著研究開發的不斷深入，熱管式接收器以及混合式熱管接收器將成為未來解決碟式太陽能熱發電熱能接收的主要方案。

Ⅲ 怎樣可以用太陽能發電

用太陽能發電的原因：

太陽能發電原理為光生伏特效應。

射在太陽能電池上並且光在界面層被接納，具有足夠能量的光子可以在P型硅和N型硅中將電子從共價鍵中激銷襪棗起，致使發作電子－空穴對。界面層臨近的電子和空穴在復合之前，將經由空間電荷的電場結果被相互分別。電子向帶正電的N區和空穴向帶負電的P區運動。經由界面層的電荷分別，將在P區好世和N區之間發作一個向外的可測試的電壓。此時可在矽片的兩邊加上電極並接入電壓表。對晶體硅太陽能電池來說，開路電壓的典型數值為0.5～0.6V。經由光照在界面層發作的電子－空穴對越多，電流越大。界面層接納的光能越多，界面層即電池面積越大，在太陽能電池中組成的電流也越大。

太陽光照在半導體p-n結上，形成新的空穴-電子對，在p-n結電場的作用下，空穴由n區流向p區，電子由p區流向n區，接通電路後虧拆就形成電流。這就是光電效應太陽能電池的工作原理。

Ⅳ 如何自己建家庭太陽能發電站

國內光伏電站從立項—設計---建設---並網運營的全部流程，並與說明。鑒於如何有效地控製成本、提高收益率是投資商們的核心關注點，光伏電站投資項目首期建設成本自然成為重點。而光伏電站作為一個長期運營投資的項目，整體的光伏發電系統25年穩定運營的可靠性更應予以重視。

自己建設需要的知識：

太陽能發電系統主要包括：太陽能電池組件、控制器、蓄電池、逆變器、負載等組成。其中，太陽能電池組件和蓄電池為電源系統，控制器和逆變器為控制保護系統，負載為系統終端。
1．太陽能電池組件
太陽能電池組件是發電系統中的核心部分，其作用是將太陽的輻射能直接轉換為直流電，供負載使用或存貯於蓄電池內備用。一般根據用戶需要，將若干太陽能電池板按一定方式連接，組成太陽能電池方陣（陣列），再配上適當的支架及接線盒組成太陽能電池組件。
2．充電控制器
在太陽能發電系統中，充電控制器的基本作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，快速、平穩、高效的為蓄電池充電，並在充電過程中減少損耗、盡量延長蓄電池的使用壽命；同時保護蓄電池，避免過充電和過放電現象的發生。高級的控制器可以同時記錄並顯示系統各種重要數據，如充電電流、電壓等。控制器主要功能如下：
1） 過充保護 避免蓄電池因充電電壓過高而造成損壞。
2） 過放保護 避免蓄電池因放電到過低的電壓而損壞。
3） 防反接功能 避免蓄電池及太陽能電池板因正負極接反而不能使用甚至釀成事故。
4） 防雷擊功能 避免因雷擊而損壞整個系統。
5） 溫度補償 主要針對溫差大的地方，保證蓄電池處於最佳的充電效果。
6） 定時功能 控制負載的工作時間，避免能源浪費。
7） 過流保護 當負載過大或短路時，自動切斷負載，保證系統的安全運。
8） 過熱保護 當系統工作溫度過高時，自動停止給負載供電，故障排除後，自動恢復正常工作。
9） 自動識別電壓 對於不同的系統工作電壓，自動識別，無須另外設置。
3．蓄電池
蓄電池作用是將太陽能電池方陣發出直流電貯存起來, 供負載使用。在光伏發電系統中, 蓄電池處於浮充放電狀態。白天太陽能電池方陣給蓄電池充電,同時方陣還給負載用電,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。
4．逆變器
絕大多數用電器，如日光燈、電視機、電冰箱、電風扇和絕大多數動力機械等都是以交流電工作，要想這類用電器能正常工作，太陽能發電系統需要將直流電變換成交流電，具有這種功能的電力電子設備稱作逆變器。逆變器還具有自動穩壓功能，可改善光伏發電系統的供電質量。

計算方法
下面以100W輸出功率，每天使用6個小時為例，介紹一下計算方法：
1.首先應計算出每天消耗的瓦時數(包括逆變器的損耗)：若逆變器的轉換效率為90%，則當輸出功率為100W時，則實際需要輸出功率應為100W/90%=111W； 若按每天使用5小時，則耗電量為111W*5小時=555Wh。
2.計算太陽能電池板：按每日有效日照時間為6小時計算，再考慮到充電效率和充電過程中的損耗，太陽能電池板的輸出功率應為555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充電過程中，太陽能電池板的實際使用功率。
3.充電控制器的選擇：130W的太陽能電池板它的最大輸出電流是7.7A。因此應該選取充電電流至少為8A的充電控制器。
4.蓄電池的選擇：若採用12V的蓄電池，其放電深度為50%，則應使用555Wh/12V/50%=90Ah的蓄電池；若選擇24V的蓄電池，則蓄電池的容量應為555Wh/24V/50%=45Ah。

估算與檢測
太陽能電池的額定輸出功率與轉換效率有關，一般來講，單位面積的電池組件，轉換效率越高，其輸出功率越大。太陽能電池的轉換效率一般在14~17%之間，每平方厘米的電池片，其輸出功率在14~16mW,每平方米的太陽能電池組件輸出功率約120WP.
太陽能電池組件的測試，需用專門的檢測設備，在標準的條件下檢測。由於檢測設備非常昂貴，一般的檢測方法是：利用碘鎢燈或白熾燈，模擬太陽光，比較樣品作對比測試，主要檢測其開路電壓與短路電流，檢測的時候注意控制溫度，不能超過25℃。

基本計算公式
功率=電壓X電流 （W=UI） 用電量=功率X時間（Q=Wh）

發電需注意問題
太陽能光伏發電需要綜合考慮各種因素，只有掌握了准確的資料後，才能確定電池板的安裝方式、最低功率、規格（太陽能電池板每天的有效發電量必須太於負載的用電量）及蓄電池的容量、性能及控制方式。使產品達到最佳性價比。如果對相關因素的估算失誤，就會直接影響到獨立光伏發電系統性能和造價。
（1）現場的地理位置.。
包括：地點、緯度、經度、海拔等。
（2）安裝地點的氣象條件。
包括：逐月太陽能總輻射量，直接輻射量（或日照百分比），年平均氣溫，最長連續陰雨天數，最大風速及冰雹、降雪等特殊氣象情況。
（3）最大負載量。
包括：負載每天工作時間及平均耗電量，連續陰雨天需工作的時間。
（4）負載用電特性
由於太陽能電池陣列輸出的電流是直流，如果負載是交流的話，需要經過逆變器的轉換，才能正常工作，這樣太陽能最終供給負載的能量損耗就增大，從而所需太陽能電池就會增大，導致太陽能供電系統造價增大。
（5）交流負載對電源的要求
交流負載除了需要更大的太陽能電池板外，對逆變器的要求也會因負載的不同而不同。一般來講純電阻性質的負載例如電熱絲，對逆變器要求不高，可用普通的修正波逆變器。而電視、電動機對電源要求相對要高，需要的逆變器功率及輸出特性都要高，需用大功率的正弦波的逆變器，才能保證負載能正常工作，不受干擾。負載要求不同，造價也不同。
（6）使用限制
由於部分國家和地區，對蓄電池有特定的環保要求，特別是鎳鎘電池在歐美國家受到嚴格限制，還有鉛酸電池在運輸方面也會受到限制，這些因素都將導致太陽能光電產品的造價增大。

產品的一般要求
（1）防水、防雹、防風。
一般太陽能電池板採用鋼化玻璃封裝，外框用鋁合金封裝，能有效抵禦冰雹襲擊，安裝用金屬支架固定，能抵禦10級以上大風。
（2）防曬、防凍。
一般都有通風、散熱窗子，以利於蓄電池散熱。對於冬季特別寒冷地區，蓄電池採用防凝固的膠體電池。
（3）控制保護
為了最大限度延長電池板及蓄電池的使用壽命，一般都有防反充、過充、過放保護電路控制，避免損壞電池板及蓄電池過早的老化。
（4）零件選擇
由於太陽能光電產品使用環境不同，溫度相差較大，因此要求零件的工作溫度范圍要寬。
（5）維護
太陽電池發電系統沒有活動部件，不容易損壞，其維護也非常簡便。不過也需做定期維護，否則可能影響正常使用，甚至縮短使用壽命。
一般來說，太陽電池板方陣傾角應超過30度，所有灰塵可由雨水沖刷而自行清潔，在風沙較大地區，應當經常清除灰塵，保持方陣表面的干凈，以免影響發電量。清潔時可拭去灰塵，有條件時可用清水清洗，再用干凈抹布擦乾。切勿用腐蝕性溶劑或硬物沖洗擦拭。定期檢查所有安裝部件的緊固程度。遇到冰雹、狂風、暴雨等異常天氣，應及時採用保護措施。經常檢查蓄電池的充放電情況，隨時觀察電極或接線是否有腐蝕或接觸不良之處。
在一些簡單的系統中應根據蓄能情況，控制用電量，防止蓄電池因過放電而損壞。發現有異常情況應當立即檢查、維修。

應用需明確的問題
1．太陽能電池峰值功率
普遍存在的一個問題就是：認為只要有陽光就可以輸出額定功率， 100WP的峰值功率，如果在普通光照條件下，照射10小時，就可發電1000WH，也就是1度電，其實太陽能峰值功率WP是在標准條件下：輻射強度1000W/m，大氣質量AM1.5，電池溫度25℃條件下，太陽能電池的輸出功率。（這個條件大約和我們平時晴天中午前後的太陽光照條件差不多）按廣東地區的光照條件，折算成標准光照時間大約為3.3~3.5小時。在陰雨天，太陽電池也可以產生一定的能量，它的功率大約在額定功率的5-15%
2．太陽能發電損耗
通常誤認為：太陽能電池組件每天輸出的電量會被負載全部利用。實際上，太陽能電池組件安裝存在相當大的損耗，大約在15~20%，充電、放電過程中，損耗在20%左右，如果有逆變器，損耗在10%以上，總的來說，太陽能發電利用率大約在50%左右。總之，所有能量轉換過程中，都必須遵循能量守恆的定律，絕對不會無中生有，也不會百分百利用。
3．如何降低太陽能發電損耗
一般來講，為了盡可能降低損耗，常採取如下措施：
⑴太陽能電池組件傾斜，與光線成垂直角度，一般廣東地區傾斜35~40度。
⑵太陽能電池所有組件開路電壓、短路電流、工作電壓、工作電流等參
數盡量一致，連接電纜盡可能粗些、短些。
⑶蓄電池如果採用串聯，所有的單元內阻盡量一致，盡可能小。
⑷為了減少線路間的損耗，條件允許的話，盡可能採用高電壓、低電流的方案，這樣使線路承受的電流盡可能小，從而降低損耗。在設計控制電路時，盡可能採用集成化高的、穩定性好的元器件。

Ⅳ 太陽能光伏發電系統設計需要什麼

可行性分析我們主要考慮的是這幾個問題：屋頂的所有權問題、電費情況、屋頂的結構、屋頂面積、周邊環境、用戶用電情況等。一般來說，光伏系統是需要和國家電網並聯起來的，因此在申報過程中，需要滿足兩個基本要求：獨立的電表和明晰的屋頂產權。如果用戶的屋頂是和其他住戶共有的屋頂，雖然本樓道內所有住戶同意也可以建設，但屬於這種情況的，我們一般不推薦建設，以免後續的麻煩爭端不斷。

對於家庭用戶來說，最好是的就是那種獨棟房子的用戶建設。根據用戶的用電量和屋頂可使用面積，我們可以給用戶設計一個最優方案。滿足用戶用電需求，並且盡可能的自發自用掉。

至於投資回報，如果單純追求經濟利益的話，國家20年的補貼，居民用電情況下，實際收益並不高。但是如果追求隔熱，建設陽光房，美觀性等，建設毀悄光伏發電就是一個好的投資項目。

設計和施工需要根據用戶建築不同，安裝的需求不同，實際情況進行設計。武漢締捷新能源主要考慮組件的排布，陰影的分析，線纜的洞枝走向等；有時候還要根纖顫渣據用戶需求和屋頂的實際情況選擇不同的組件產品。如果屋頂建築簡單，有限選用晶硅產品，如果遮擋嚴重，可以考慮薄膜組件。在設計和施工當中，我們既要考慮設計的美觀性，同時也要考慮到實用性，安全性、穩定性。在光伏電站建設過程中，施工階段可能是最需要注意的，需要關注排布問題，支架的固定問題，逆變器的安全問題，線纜的安全問題等。