1、太阳能及风能发电介绍太阳能及风能发电介绍一、引言 新能源的诞生 新能源的代表太阳能以及风能二、太阳能 太阳能光伏发电的现状及优缺点 太阳能光伏发电的原理 其他太阳能发电方式三、风能 风能发电的意义 风能的技术原理 风能发电机组的结构 地球资源特别是不可再生资源，其供给能力有限，并非取之不尽、用之不竭 在经济不断发展同时，能源消耗不断增加，传统能源无以为继，经济发展越来越受制于能源的开发利用，新能源作为一种替代能源，未来能极大的缓解我们能源大量需求，可以保证经济可持续发展。传统能源产生环境问题越来越严重，危害人类健康和生存环境 火电的缺点火电的缺点 火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料
2、蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。据估计，全世界石油资源再有30年便将枯竭。另一方面燃烧燃料将排出二氧化碳和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。水电的缺点水电的缺点 水电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。核电的缺点核电的缺点 核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样是可怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故，已使900万人受到了不同程度的损害，而且这一影响并未终止。这些都迫使人们去寻找新能源。新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会
3、威胁人类和破坏环境。目前找到的新能源主要有这几种，太阳能、燃料电池。以及风力发电等。其中，最理想的新能源是太阳能。为什么要使用太阳能 照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。太阳能光伏发电历史与现状 利用太阳光发电是人类梦寐以求的愿望。从二十世纪五十年代太阳能电池的空间应用到如今的太阳能光伏集成建筑，世界光伏工业已经走过了近半个世纪的历史。90年代以来，太阳能光伏发电的发展很快，已广泛用于航天、通讯、交通，以及偏远地区居民的
4、供电等领域，近年来又开辟了太阳能路灯、草坪灯和屋顶太阳能光伏发电等新的应用领域。中国光伏产品的应用领域及份额 51%36%9%4%农 村 电 气 化通 信 和 工 业 应 用太 阳 能 商 品并 网 发 电太阳能光伏发电优缺点1、太阳能光伏发电的主要优点：(1)结构简单体积小且轻。(2)易安装，易运输，建设周期短。(3)容易启动,维护简单,随时使用,保证供应。(4)清洁，安全，无噪声。(5)可靠件高，寿命长。(6)太阳能无处不有，应用范围广。(7)降价速度快，能量偿还时间有可能缩短。2、太阳能光伏发电的主要缺点(1)能量分散，占地面积大。(2)间歇性大。除了昼夜这种周期变化外，太阳能光伏发电还
5、常常受云层变化的影响。小功率光伏发电系统可用蓄电池补充，大功率光伏电站的控制运行比常规火电厂、水电站、核电厂要复杂。(3)地域性强。光伏效应 早在1839年，法国科学家贝克雷尔(Becqurel)就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打效应”，简称“光伏效应”。太阳电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应，就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。即当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电压，使PN结短路，就会产生电流。太阳能发电原理图晶体硅材料制备的太阳能材料比较 单晶硅具
6、有转换效率高，稳定性好，但是成本较高；非晶硅太阳则具有生产效率高，成本低廉，但是转换效率较低，而且效率衰减得比较快；铸造多晶硅太阳能则具有稳定的转换的效率，而且性能价格比最高；薄膜晶体硅太阳能则现在还只能处在研发阶段。硅系列太阳能中，单晶硅和多晶硅继续占据光伏市场的主导地位，单晶硅和多晶硅的比例已超过80%，而这一发展趋势还在继续增长。太阳能发电系统 太阳能电源是由太阳能电池发电，经蓄电池贮能，从而给负载供电的一种新型电源，广泛应用于微波通讯、基站、电台、野外活动、高速公路、也可为无电山区、村庄、海岛提供电力。太阳能供电系统的类型1）按供电类型分：直流供电系统交直流供电系统2）按供电特点分：独
7、立光伏发电系统并网光伏发电系统直流供电系统交直流供电系统 独立光伏发电系统独立光伏发电系统是指仅仅依靠太阳能电池供电的光伏发电系统或主要依靠太阳能电池供电的光伏发电系统，在必要时可以由油机发电、风力发电、电网电源或其他电源作为补充。从电力系统来说，kW级以上的独立光伏发电系统也称为离网型光伏发电系统。独立光伏发电系统框图并网光伏发电系统 光伏发电系统(以下简称光伏系统)的主流发展趋势是并网光伏发电系统：太阳能电池所发的电是直流，必须通过逆变装置变换成交流，再同电网的交流电合起来使用，这种形态的光伏系统就是并网光伏系统。并网光伏系统可分为：住宅用并网光伏系统和集中式并网光伏系统(电站)两大类。前
8、者的特点：是光伏系统发的电直接被分配到住宅内的用电负载上，多余或不足的电力通过连接电网来调节：后者的特点：是光伏系统发的电直接被输送到电网上，由电网把电力统一分配到各个用电单位。住宅用并网光伏系统图住宅用并网光伏系统供电形式太阳能热发电类型 分散型发电系统是将抛物面聚光器配置成很多组，然后把这些集热器串联和并联起来，以满足所需的供热温度。集中型发电系统也称为塔式接受器系统，它由平面镜、跟踪机构、支架等组成定日镜阵列，这些定日镜始终对准太阳，把入射光反射到位于场地中心附近的高塔顶端的接受器上。槽式太阳能热发电系统构成槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统(SEGS)简称槽式太阳能热发电系统，也称分散型
9、太阳能热发电系统。整个系统由4部分组成；聚光集热装置：辅助能源装置：蓄热装置：汽轮发电装置：太阳能发电站太阳坑发电技术 它是在地面挖一个球形大坑，坑壁贴上许多小反射镜，使大坑成一个巨大的凹面半球镜，它将太阳能聚焦到接受器，以获得高温蒸气。试验证实太阳坑发电的方案是可行的。太阳坑发电示意图 太阳能烟囱发电 它是在一大片圆形土地上盖满玻璃，圆中心建一高大的烟囱，烟囱底部装有风力透平机。透明玻璃盖板下被太阳加热的空气通过烟囱被抽走，驱动风力透平机发电。风能开发的意义风能开发的意义什么是风能？什么是风能？风能就是空气的动能,是指风所负载的能量，风能的大小决定于风速和空气的密度。风能来源于何处？风能来源
10、于何处？风的能量是由太阳辐射能转化来的，太阳每小时辐射地球的能量是174,423,000,000,000千瓦，换句话说，地球每小时接受了1.74 x 1017瓦的能量。风能大约占太阳提供总能量的百分之一，二，太阳辐射能量中的一部分被地球上的植物转换成生物能，而被转化的风能总量大约是生物能的50100倍。风能开发的意义风能开发的意义发展风力发电具有什么优势？发展风力发电具有什么优势？风电技术日趋成熟，产品质量可靠，可用率已达95%以上，已是一种安全可靠的能源，风力发电的经济性日益提高，发电成本已接近煤电，低于油电与核电，若计及煤电的环境保护与交通运输的间接投资，则风电经济性将优于煤电。风力发电场
11、建设工期短，单台机组安装仅需几周，从土建、安装到投产，只需半年至一年时间，是煤电、核电无可比拟的。投资规模灵活，有多少钱装多少机。对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆来说，可作为解决生产和生活能源的一种有效途径风能开发的意义风能开发的意义风能的技术原理风能的技术原理 风的产生风的产生 太阳的辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布不均，空气沿水平方向运动形成风。所以，风就是水平运动的空气。空气产生运动主要是由于地球上各纬度所接受的太阳辐射强度不同而形成的。在赤道和低纬度地区，太阳高度角大，日照时间长，太阳辐射强度强，地面和大气
12、接受的热量多、温度较高；在高纬度地区太阳高度角小，日照时间短，地面和大气接受的热量小，温度低。这种高纬度与低纬度之间的温度差异，形成了南北之间的气压梯度，使空气作水平运动。地球在自转，使空气水平运动发生偏向的力，所以地球大气运动除受气压梯度力外，还要受地转偏向力的影响。大气真实运动是这两种力综合影响的结果。风能的技术原理风能的技术原理 风力发电机的工作原理:现代风力发电机采用空气动力学原理，就像飞机的机翼一样。风并非推动叶轮叶片，而是吹过叶片形成叶片正反面的压差，这种压差会产生升力，令叶轮旋转并不断横切风流。风力发电机的叶轮并不能提取风的所有功率。理论上风电机能够提取的最大功率，是风的功率的5
13、9.6%。大多数风电机只能提取风的功率的40%或者更少。风能的技术原理风能的技术原理 风力发电机的功率曲线 在风速很低的时候，风电机风轮会保持不动。当到达切入风速时（通常每秒3到4米），风轮开始旋转并牵引发电机开始发电。随著风力越来越强，输出功率会增加。当风速达到额定风速时，风电机会输出其额定功率。之后输出功率会保留大致不变。当风速进一步增加，达到切出风速的时候，风电机会剎车，不再输出功率，为免受损。风能的技术原理风能的技术原理 风力发电机的性能可以用功率曲线来表达。功率曲线是用作显示在不同风速下（切入风速到切出风速）风电机的输出功率。为特定地点选取合适的风力发电机，一般方法是采用风电机的功率
14、曲线和该地点的风力资料以进行产电量估算。风力发电机组风力发电机组的分类及各自特点风力发电机组的分类及各自特点：风力发电机组主要由两大部分组成：风力机部分它将风能转换为机械能；发电机部分它将机械能转换为电能风力发电机组根据风机这两大部分采用的不同结构类型、以及它们分别采用的技术方案的不同特征，再加上它们的不同组合，风力发电机组可以有多种多样的分类。依风机旋转主轴的方向（即主轴与地面相对位置）分类，可分为：“水平轴式风机”转动轴与地面平行，叶轮需随风向变化而调整位置；“垂直轴式风机”转动轴与地面垂直，设计较简单，叶轮不必随风向改变而调整方向。风力发电机组水平轴式风机垂直轴式风机风力发电机组 按照桨
15、叶数量分类可分为“单叶片”“双叶片”“三叶片”和“多叶片”型风机；叶片的数目由很多因素决定，其中包括空气动力效率、复杂度、成本、噪音、美学要求等等。大型风力发电机可由1、2或者3片叶片构成。风光互补是一套发电应用系统，该系统是风光互补是一套发电应用系统，该系统是利用太阳能电池方阵、风力发电机（将交利用太阳能电池方阵、风力发电机（将交流电转化为直流电）将发出的电能存储到流电转化为直流电）将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处。是风力，通过输电线路
16、送到用户负载处。是风力发电机和太阳电池方阵两种发电设备共同发电机和太阳电池方阵两种发电设备共同发电发电风光互补发电站系统主要由风力发电机、太风光互补发电站系统主要由风力发电机、太阳能电池方阵、智能控制器、蓄电池组、阳能电池方阵、智能控制器、蓄电池组、多功能逆变器、电缆及支撑和辅助件等组多功能逆变器、电缆及支撑和辅助件等组成一个发电系统，将电力并网送入常规电成一个发电系统，将电力并网送入常规电网中。夜间和阴雨天无阳光时由风能发电网中。夜间和阴雨天无阳光时由风能发电，晴天由太阳能发电，在既有风又有太阳，晴天由太阳能发电，在既有风又有太阳的情况下两者同时发挥作用，实现了全天的情况下两者同时发挥作用，
17、实现了全天候的发电功能，比单用风机和太阳能更经候的发电功能，比单用风机和太阳能更经济、科学、实用。济、科学、实用。风光互补的难点 在风光互补独立供电系统中，负载的电能主要由风力发电机组和太阳能电池板系统供给。当风力发电机组和太阳电池方阵的发电量能满足负载需要的电量时，将全部由风力发电机和太阳电池方阵供给负载用电，而且有多余的电量时，多余的电量通过控制器的控制流到蓄电池组；当风力发电机组和太阳电池方阵的发电量无法满足负载需要的电量时，将由控制系统控制蓄电池组放电来供给负载不足的电量。控制系统如何寻找最优是关键。自动寻优法 优化设计原则是：在满足用户用电可靠性的前提下，第一步，先不考虑太阳能光伏发
18、电，即只有风力发电机给用户供电(风力发电机供电份额为100)，计算出此时所需要的风力发电机的功率和系统初投资；第二步，降低风力发电机的供电份额(每次降低1)，同时相应地增加太阳电池方阵的供电份额(每次增加1)，经过计算得出此时的系统部件匹配设计结果和系统初投资，将此次的系统初投资与上次进行比较，取小舍大；重复上述第二步直到由程序筛选出最小系统初投资的部件优化匹配设计组合。一组合就是既满足用户用电可靠性，又使系统初投资最小的系统优化匹配设计组合。风光互补路灯系统以风能和太阳能这两种清洁可再生的自然能源作为电力来源，整个系统包括风力发电机、太阳能组件、控制器、蓄电池、灯源、灯杆、电控箱，导线等其他附件。
