太阳能热发电装置设计

Ⅰ 太阳能发电是什么原理

太阳能它们的发电原理基本相同，现以晶体硅为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；

光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。

光伏发电是利用太阳能级半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能，并使之转变成电能的直接发电方式，是当今太阳光发电的主流。在光化学发电中有电化学光伏电池、光电解电池和光催化电池，目前得到实际应用的是光伏电池。

(1)太阳能热发电装置设计扩展阅读

太阳能发电具有许多独有的优点：

1、太阳能是取之不尽、用之不竭的洁净能源，而且太阳能光伏发电是安全可靠的，不会受到能源危机和燃料市场不稳定因素的影响；

2、太阳光普照大地，太阳能是随处可得的，太阳能光伏发电对于偏远无电地区尤其适用，而且会降低长距离电网的建设和输电线路上的电能损失；

3、太阳能的产生不需要燃料，使得运行成本大大降低；

4、除了跟踪式外，太阳能光伏发电没有运动部件，因此不易损毁，安装相对容易，维护简单；

5、太阳能光伏发电不会产生任何废弃物，并且不会产生噪音、温室及有毒气体，是很理想的洁净能源。安装1KW光伏发电系统，每年可少排放CO2600～2300kg，NOx16kg，SOx9kg及其他微粒0.6kg。

Ⅱ 用太阳能做热源的斯特林发动机如何设计制作

斯特林发动机，又称热气机，是一种外燃（或外部加热）封闭循环活塞式发动机，即依靠外部热源对密封在机器中的气体工质加热，使其不断热胀冷缩，进行闭式循环，推动活塞做功。斯特林发动机具有不受热源形式限制、运行噪声低、热效率高等突出优点。
太阳能斯特林发动机应用于碟式太阳能热电系统中，由太阳能斯特林发动机和太阳能聚光器相互配合，以太阳能为热源，通过一系列的热电转换装置把光能转换为电能。在石化能源短缺与环境污染问题日益严重的今天，太阳能斯特林发动机的研发和应用具有重大意义。
太阳能斯特林发动机研发的关键技术主要包括：分析方法、接收器的设计等。
1分析方法
根据马提尼[1]的命名规则，斯特林循环的分析法可以分为零级分析法、一级分析法、二级分析法、三级分析法和四级分析法5类。
1.1零级分析法
零级分析法并没有对斯特林循环进行分析，而是根据斯特林发动机的实验结果引入经验因子，归纳出斯特林发动机实际功率与效率的经验关系式。该方法简单实用，一般可用于定性分析，不适合做斯特林发动机的优化设计。
1.2一级分析法
一级分析法是考虑了斯特林循环的最基本分析方法，该方法主要假设热腔和冷腔工质的循环温度恒定，因此又称为等温分析法。由于一级分析法的等温假设过于理想，不符合实际情况，因而分析结果存在较大的理论误差，一般也只用于定性分析。
1.3二级分析法
二级分析法假设热腔和冷腔内的工质温度在循环的过程中是变化的。因此基于二级分析法所建的数学模型一般为常微分方程组，结合理想气体状态方程以及边界条件可进行数值求解。最常用的二级分析法是绝热分析法。相对一级分析法而言，二级分析法更接近实际，具有更为重要的应用价值[3]。
1.4三级分析法
三级分析法又称为节点分析法，对工质作一维流动假设，在每个节点处对工质的传热和气体动力学过程用质量、动量和能量守恒的偏微分方程进行描述。三级分析法解决了一级分析法和二级分析法的空间误差问题，得到了广泛的应用和发展。
1.5四级分析法
四级分析法又称为多维CFD分析法，是在三级分析法的基础上将维数增加到二维甚至是三维，其计算过程极其复杂，往往需求于商业化的CFD软件。多维CFD分析法已成功应用于内燃机和燃气轮机的设计，但在斯特林发动机上的应用还很不完善。四级分析法的精度比较高，作为研发的重点，随着各种辅助工具的不断改善，四级分析法终将成为斯特林循环的主要分析法。
2接收器设计
接收器是太阳能斯特林发动机特有的核心部件，它包括直接照射式和间接受热式。前者是将太阳光聚集后直接照在斯特林发动机的换热管上；后者则通过某种中间媒介将太阳能传递到斯特林发动机。
2.1直接照射式
太阳光直接照射到换热管上是太阳能斯特林发动机最早使用的太阳能接收方式。图1中的直接照射式接收器是将斯特林发动机的换热管簇弯制组合成盘状，聚集后的太阳光直接照射到这个盘的表面（即每根换热管的表面），换热管内工作介质高速流过，吸收了太阳辐射的能量，达到较高的温度和压力，从而推动斯特林发动机运转。由于太阳辐射强度具有明显的不稳定性，以及聚光镜本身可能存在一定的加工精度问题，导致换热管上的热流密度呈现明显的不稳定与不均匀现象，从而使多缸斯特林发动机中各气缸温度和热量供给的平衡难以解决。
2.2间接受热式
间接受热式接收器是根据液态金属相变换热性能机理，利用液态金属的蒸发和冷凝将热量传递至斯特林发动机的接收器。间接受热式接收器具有较好的等温性，从而延长了斯特林发动机加热头的寿命，同时提高了发动机的效率。在对接收器进行设计时，可以对每个换热面进行单独的优化。间接受热式接收器包括池沸腾接收器、热管式接收器以及混合式热管接收器等。
2.2.1池沸腾接收器
池沸腾接收器通过聚集到吸热面上的太阳能加热液态金属池，产生的蒸汽冷凝于斯特林发动机的换热管上，从而将热量传递给换热管内的工作介质，冷凝液由于重力作用又回流至液态金属池，即完成一个热质循环。池沸腾接收器结构简单，加工成本较低，适应性强，适合于在较大的倾角范围内运行，金属蒸汽直接冷凝于热机换热管，效率较高，但要求工质的充装量较大，一旦发生泄漏将非常危险。
2.2.2热管接收器
热管接收器采用毛细吸液芯结构将液态金属均布在加热表面。图2为由美国Thermalcore公司设计制造的热管接收器，受热面一般被加工成拱顶形，上面布置有吸液芯，这样可以使液态金属均匀的分布于换热表面。吸液芯结构可有多种形式，如不锈钢丝网、金属毡等。分布于吸液芯内的液态金属吸收太阳能量之后产生蒸汽，蒸汽通过斯特林发动机机换热管将热量传递给管内的工作介质，蒸汽冷凝后的冷凝液由于重力作用又回流至换热管表面。由于液态金属始终处于饱和态，使得接收器内的温度始终保持一致，从而使热应力达到最小。
2.2.3混合式热管接收器
太阳能热发电系统若要连续而稳定的发电，必须考虑阳光不足时或夜间运行的能量补充问题，其解决方案有蓄热和燃烧2种。在碟式太阳能热发电系统中多采用燃料燃烧的方式来补充能量，即在原有的接收器上添加燃烧系统。混合式热管接收器就是由热管接收器改造而成的以气体燃料作为能量补充的接收器。DLR开发出了第二代混合式热管接收器（图3），该接收器设计功率为45kW，设计工作温度为700～850℃。混合式热管接收器的开发有利于提高碟式太阳能热发电系统的适应性，实现连续供电，但是由于加入了燃烧系统，使得结构变得非常复杂，加工制造难度大大增加，同时成本大幅提高也是一个不容忽视的问题。
3结论
对太阳能斯特林发动机的关键技术进行归纳总结，得出如下结论：
（1）分析方法主要是对实际的斯特林循环进行模拟仿真，目前国际上应用较多的是二级分析法和三级分析法（节点分析法），基于这两种分析法建立的模型虽然考虑到了斯特林发动机各部分状态参数的变化，但与实际工作过程还有很大差别。因此精度比较高、建立了更接近实际的CFD模型的四级分析法，将成为斯特林循环的主要分析法。
（2）直接照射式接收器结构简单，加工容易，且成本低廉，但换热管内工作流体温度难以均衡，会使热机运行效率和稳定性明显下降；池沸腾接收器由于换热管与金属蒸汽直接换热，温度均匀性好，运行效率高，但是对传热机理研究相对缺乏，许多传热问题还未真正的解决；热管接收器虽然在加工上增加了一定的难度，但是可将液态金属充装量降低到很小，同时由于对高温热管的研究资料较为丰富，给设计也带来了很大方便，运行可靠性较高；混合式热管接收器可以满足系统连续运行的需求，但由于结构复杂，成本较高，无论是设计制造还是实际运行中都还存在许多问题亟待研究。随着研究开发的不断深入，热管式接收器以及混合式热管接收器将成为未来解决碟式太阳能热发电热能接收的主要方案。

Ⅲ 怎样可以用太阳能发电

用太阳能发电的原因：

太阳能发电原理为光生伏特效应。

射在太阳能电池上并且光在界面层被接纳，具有足够能量的光子可以在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激销袜枣起，致使发作电子－空穴对。界面层临近的电子和空穴在复合之前，将经由空间电荷的电场结果被相互分别。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。经由界面层的电荷分别，将在P区好世和N区之间发作一个向外的可测试的电压。此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。对晶体硅太阳能电池来说，开路电压的典型数值为0.5～0.6V。经由光照在界面层发作的电子－空穴对越多，电流越大。界面层接纳的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中组成的电流也越大。

太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后亏拆就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

Ⅳ 如何自己建家庭太阳能发电站

国内光伏电站从立项—设计---建设---并网运营的全部流程，并与说明。鉴于如何有效地控制成本、提高收益率是投资商们的核心关注点，光伏电站投资项目首期建设成本自然成为重点。而光伏电站作为一个长期运营投资的项目，整体的光伏发电系统25年稳定运营的可靠性更应予以重视。

自己建设需要的知识：

太阳能发电系统主要包括：太阳能电池组件、控制器、蓄电池、逆变器、负载等组成。其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，负载为系统终端。
1．太阳能电池组件
太阳能电池组件是发电系统中的核心部分，其作用是将太阳的辐射能直接转换为直流电，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。一般根据用户需要，将若干太阳能电池板按一定方式连接，组成太阳能电池方阵（阵列），再配上适当的支架及接线盒组成太阳能电池组件。
2．充电控制器
在太阳能发电系统中，充电控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命；同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。高级的控制器可以同时记录并显示系统各种重要数据，如充电电流、电压等。控制器主要功能如下：
1） 过充保护 避免蓄电池因充电电压过高而造成损坏。
2） 过放保护 避免蓄电池因放电到过低的电压而损坏。
3） 防反接功能 避免蓄电池及太阳能电池板因正负极接反而不能使用甚至酿成事故。
4） 防雷击功能 避免因雷击而损坏整个系统。
5） 温度补偿 主要针对温差大的地方，保证蓄电池处于最佳的充电效果。
6） 定时功能 控制负载的工作时间，避免能源浪费。
7） 过流保护 当负载过大或短路时，自动切断负载，保证系统的安全运。
8） 过热保护 当系统工作温度过高时，自动停止给负载供电，故障排除后，自动恢复正常工作。
9） 自动识别电压 对于不同的系统工作电压，自动识别，无须另外设置。
3．蓄电池
蓄电池作用是将太阳能电池方阵发出直流电贮存起来, 供负载使用。在光伏发电系统中, 蓄电池处于浮充放电状态。白天太阳能电池方阵给蓄电池充电,同时方阵还给负载用电,晚上负载用电全部由蓄电池供给。因此, 要求蓄电池的自放电要小, 而且充电效率要高, 同时还要考虑价格和使用是否方便等因素。
4．逆变器
绝大多数用电器，如日光灯、电视机、电冰箱、电风扇和绝大多数动力机械等都是以交流电工作，要想这类用电器能正常工作，太阳能发电系统需要将直流电变换成交流电，具有这种功能的电力电子设备称作逆变器。逆变器还具有自动稳压功能，可改善光伏发电系统的供电质量。

计算方法
下面以100W输出功率，每天使用6个小时为例，介绍一下计算方法：
1.首先应计算出每天消耗的瓦时数(包括逆变器的损耗)：若逆变器的转换效率为90%，则当输出功率为100W时，则实际需要输出功率应为100W/90%=111W； 若按每天使用5小时，则耗电量为111W*5小时=555Wh。
2.计算太阳能电池板：按每日有效日照时间为6小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充电过程中，太阳能电池板的实际使用功率。
3.充电控制器的选择：130W的太阳能电池板它的最大输出电流是7.7A。因此应该选取充电电流至少为8A的充电控制器。
4.蓄电池的选择：若采用12V的蓄电池，其放电深度为50%，则应使用555Wh/12V/50%=90Ah的蓄电池；若选择24V的蓄电池，则蓄电池的容量应为555Wh/24V/50%=45Ah。

估算与检测
太阳能电池的额定输出功率与转换效率有关，一般来讲，单位面积的电池组件，转换效率越高，其输出功率越大。太阳能电池的转换效率一般在14~17%之间，每平方厘米的电池片，其输出功率在14~16mW,每平方米的太阳能电池组件输出功率约120WP.
太阳能电池组件的测试，需用专门的检测设备，在标准的条件下检测。由于检测设备非常昂贵，一般的检测方法是：利用碘钨灯或白炽灯，模拟太阳光，比较样品作对比测试，主要检测其开路电压与短路电流，检测的时候注意控制温度，不能超过25℃。

基本计算公式
功率=电压X电流 （W=UI） 用电量=功率X时间（Q=Wh）

发电需注意问题
太阳能光伏发电需要综合考虑各种因素，只有掌握了准确的资料后，才能确定电池板的安装方式、最低功率、规格（太阳能电池板每天的有效发电量必须太于负载的用电量）及蓄电池的容量、性能及控制方式。使产品达到最佳性价比。如果对相关因素的估算失误，就会直接影响到独立光伏发电系统性能和造价。
（1）现场的地理位置.。
包括：地点、纬度、经度、海拔等。
（2）安装地点的气象条件。
包括：逐月太阳能总辐射量，直接辐射量（或日照百分比），年平均气温，最长连续阴雨天数，最大风速及冰雹、降雪等特殊气象情况。
（3）最大负载量。
包括：负载每天工作时间及平均耗电量，连续阴雨天需工作的时间。
（4）负载用电特性
由于太阳能电池阵列输出的电流是直流，如果负载是交流的话，需要经过逆变器的转换，才能正常工作，这样太阳能最终供给负载的能量损耗就增大，从而所需太阳能电池就会增大，导致太阳能供电系统造价增大。
（5）交流负载对电源的要求
交流负载除了需要更大的太阳能电池板外，对逆变器的要求也会因负载的不同而不同。一般来讲纯电阻性质的负载例如电热丝，对逆变器要求不高，可用普通的修正波逆变器。而电视、电动机对电源要求相对要高，需要的逆变器功率及输出特性都要高，需用大功率的正弦波的逆变器，才能保证负载能正常工作，不受干扰。负载要求不同，造价也不同。
（6）使用限制
由于部分国家和地区，对蓄电池有特定的环保要求，特别是镍镉电池在欧美国家受到严格限制，还有铅酸电池在运输方面也会受到限制，这些因素都将导致太阳能光电产品的造价增大。

产品的一般要求
（1）防水、防雹、防风。
一般太阳能电池板采用钢化玻璃封装，外框用铝合金封装，能有效抵御冰雹袭击，安装用金属支架固定，能抵御10级以上大风。
（2）防晒、防冻。
一般都有通风、散热窗子，以利于蓄电池散热。对于冬季特别寒冷地区，蓄电池采用防凝固的胶体电池。
（3）控制保护
为了最大限度延长电池板及蓄电池的使用寿命，一般都有防反充、过充、过放保护电路控制，避免损坏电池板及蓄电池过早的老化。
（4）零件选择
由于太阳能光电产品使用环境不同，温度相差较大，因此要求零件的工作温度范围要宽。
（5）维护
太阳电池发电系统没有活动部件，不容易损坏，其维护也非常简便。不过也需做定期维护，否则可能影响正常使用，甚至缩短使用寿命。
一般来说，太阳电池板方阵倾角应超过30度，所有灰尘可由雨水冲刷而自行清洁，在风沙较大地区，应当经常清除灰尘，保持方阵表面的干净，以免影响发电量。清洁时可拭去灰尘，有条件时可用清水清洗，再用干净抹布擦干。切勿用腐蚀性溶剂或硬物冲洗擦拭。定期检查所有安装部件的紧固程度。遇到冰雹、狂风、暴雨等异常天气，应及时采用保护措施。经常检查蓄电池的充放电情况，随时观察电极或接线是否有腐蚀或接触不良之处。
在一些简单的系统中应根据蓄能情况，控制用电量，防止蓄电池因过放电而损坏。发现有异常情况应当立即检查、维修。

应用需明确的问题
1．太阳能电池峰值功率
普遍存在的一个问题就是：认为只要有阳光就可以输出额定功率， 100WP的峰值功率，如果在普通光照条件下，照射10小时，就可发电1000WH，也就是1度电，其实太阳能峰值功率WP是在标准条件下：辐射强度1000W/m，大气质量AM1.5，电池温度25℃条件下，太阳能电池的输出功率。（这个条件大约和我们平时晴天中午前后的太阳光照条件差不多）按广东地区的光照条件，折算成标准光照时间大约为3.3~3.5小时。在阴雨天，太阳电池也可以产生一定的能量，它的功率大约在额定功率的5-15%
2．太阳能发电损耗
通常误认为：太阳能电池组件每天输出的电量会被负载全部利用。实际上，太阳能电池组件安装存在相当大的损耗，大约在15~20%，充电、放电过程中，损耗在20%左右，如果有逆变器，损耗在10%以上，总的来说，太阳能发电利用率大约在50%左右。总之，所有能量转换过程中，都必须遵循能量守恒的定律，绝对不会无中生有，也不会百分百利用。
3．如何降低太阳能发电损耗
一般来讲，为了尽可能降低损耗，常采取如下措施：
⑴太阳能电池组件倾斜，与光线成垂直角度，一般广东地区倾斜35~40度。
⑵太阳能电池所有组件开路电压、短路电流、工作电压、工作电流等参
数尽量一致，连接电缆尽可能粗些、短些。
⑶蓄电池如果采用串联，所有的单元内阻尽量一致，尽可能小。
⑷为了减少线路间的损耗，条件允许的话，尽可能采用高电压、低电流的方案，这样使线路承受的电流尽可能小，从而降低损耗。在设计控制电路时，尽可能采用集成化高的、稳定性好的元器件。

Ⅳ 太阳能光伏发电系统设计需要什么

可行性分析我们主要考虑的是这几个问题：屋顶的所有权问题、电费情况、屋顶的结构、屋顶面积、周边环境、用户用电情况等。一般来说，光伏系统是需要和国家电网并联起来的，因此在申报过程中，需要满足两个基本要求：独立的电表和明晰的屋顶产权。如果用户的屋顶是和其他住户共有的屋顶，虽然本楼道内所有住户同意也可以建设，但属于这种情况的，我们一般不推荐建设，以免后续的麻烦争端不断。

对于家庭用户来说，最好是的就是那种独栋房子的用户建设。根据用户的用电量和屋顶可使用面积，我们可以给用户设计一个最优方案。满足用户用电需求，并且尽可能的自发自用掉。

至于投资回报，如果单纯追求经济利益的话，国家20年的补贴，居民用电情况下，实际收益并不高。但是如果追求隔热，建设阳光房，美观性等，建设毁悄光伏发电就是一个好的投资项目。

设计和施工需要根据用户建筑不同，安装的需求不同，实际情况进行设计。武汉缔捷新能源主要考虑组件的排布，阴影的分析，线缆的洞枝走向等；有时候还要根纤颤渣据用户需求和屋顶的实际情况选择不同的组件产品。如果屋顶建筑简单，有限选用晶硅产品，如果遮挡严重，可以考虑薄膜组件。在设计和施工当中，我们既要考虑设计的美观性，同时也要考虑到实用性，安全性、稳定性。在光伏电站建设过程中，施工阶段可能是最需要注意的，需要关注排布问题，支架的固定问题，逆变器的安全问题，线缆的安全问题等。