太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)論文精選(九篇)

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第1篇：太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)論文范文

摘要:本文概述了目前全球能源現(xiàn)狀,表明了太陽(yáng)能發(fā)電的重要性和前景,詳細(xì)介紹了各種太陽(yáng)能發(fā)電方式和它們的優(yōu)點(diǎn),并對(duì)這幾種發(fā)電方式作了參數(shù)對(duì)比。同時(shí)指出太陽(yáng)能發(fā)電面臨的困難和解決措施,以及我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電的有利條件和難點(diǎn),對(duì)未來(lái)我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞:太陽(yáng)能發(fā)電方式規(guī)模化

人類社會(huì)已進(jìn)入21世紀(jì),在新千年開始之際,熱門正面臨著一系列重大的挑戰(zhàn),全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展,人口迅速增加,需要提供更多的食物、住房和原料,因而對(duì)能源的需求量也不斷增加。在過去20年中,全世界能源消耗量增加了40%,其中85%以上使用的是礦物燃料。這些礦物燃料燃燒時(shí)要產(chǎn)生大量溫室氣體,全球單是CO2排放量每年就超過500億噸,而且還在不斷擴(kuò)大。形成的酸雨造成土壤退化,危害動(dòng)植物。全球氣候變暖可能會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性后果,必須采取堅(jiān)決措施,減少溫室氣體的排放。因此,治理環(huán)境污染,已成為當(dāng)務(wù)之急。同時(shí),礦物燃料的儲(chǔ)藏量是有限的,按目前探明的儲(chǔ)藏與開發(fā)速度的比例計(jì)算,地球上可再開采的能源,石油為40年,天然氣約為60年,煤炭為200年。如不采取有效措施,到本世紀(jì)中葉,人類必將面臨礦物燃料枯竭的嚴(yán)重局面。

為了減少大氣污染、保護(hù)人類生態(tài)環(huán)境、保證能源的長(zhǎng)期穩(wěn)定供應(yīng),必須實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,逐步改變現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu),大力開發(fā)利用新能源。這已成為各國(guó)的共識(shí)。

在新能源中,公認(rèn)技術(shù)含量最高、最有發(fā)展前途的是太陽(yáng)能發(fā)電。下面就這兩大類太陽(yáng)能發(fā)電方式逐一介紹。

1.太陽(yáng)能發(fā)電的類型及其優(yōu)點(diǎn)

太陽(yáng)能發(fā)電可分為太陽(yáng)能熱發(fā)電和太陽(yáng)能光發(fā)電兩大類。

1.1太陽(yáng)能熱發(fā)電

聚光式系統(tǒng)的集熱部分由聚光器、跟蹤定位器、吸收器構(gòu)成,不同的技術(shù)常在此部分有所區(qū)別;傳輸部分由管道和介質(zhì)構(gòu)成,介質(zhì)常是空氣或水;儲(chǔ)熱部分用來(lái)保證發(fā)電的連續(xù)性,介質(zhì)多為熔鹽。聚光式系統(tǒng)可分為塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)、槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)以及碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)。

1.1.1塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)

塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)也稱為集中式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)。它利用定日鏡將太陽(yáng)光聚焦在中心吸熱塔的吸熱器上,在那里將聚焦的輻射能轉(zhuǎn)變成熱能,然后將熱能傳遞給熱力循環(huán)的工質(zhì),再驅(qū)動(dòng)熱機(jī)做功發(fā)電。

1.1.2槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)

槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)是利用槽式拋物面反射鏡聚光的太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。該聚光鏡面從幾何上看是將拋物線平移而形成的槽式拋物面,它將太陽(yáng)光聚在一條線上,在這條焦線上安裝有管狀集熱器,以吸收聚焦后的太陽(yáng)輻射能,并常常將眾多的槽式拋物面串并聯(lián)成聚光集熱器陣列。該系統(tǒng)中機(jī)熱油回路和動(dòng)力蒸汽回路分離開來(lái),經(jīng)過一系列換熱器來(lái)交換熱量。當(dāng)太陽(yáng)能供應(yīng)不足時(shí),利用一個(gè)輔助加熱器將油回路中的導(dǎo)熱油加熱,從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行。

1.1.3碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)

碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)借助雙軸跟蹤,利用旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡,將入射的太陽(yáng)輻射進(jìn)行點(diǎn)聚集,聚光點(diǎn)的溫度一般為500—1000℃,吸熱器洗手這部分輻射能并將其轉(zhuǎn)換成熱能,加熱工質(zhì)以驅(qū)動(dòng)熱機(jī)(如燃?xì)廨啓C(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)或其他類型透平等),從而將熱能轉(zhuǎn)換成電能。該方式的優(yōu)點(diǎn)是:轉(zhuǎn)化效率最高;可模塊化;可以混合發(fā)電。

除了上述幾種聚光式太陽(yáng)能熱發(fā)電方式以外,太陽(yáng)池發(fā)電、太陽(yáng)能塔熱氣流發(fā)電等新領(lǐng)域的研究也有進(jìn)展。

1.2太陽(yáng)能光發(fā)電

太陽(yáng)能光發(fā)電是指無(wú)需通過熱過程直接將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電方式。它包括光伏發(fā)電、光化學(xué)發(fā)電、光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電。光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)能級(jí)半導(dǎo)體電子器件有效地吸收太陽(yáng)光輻射能,并使之轉(zhuǎn)變成電能的直接發(fā)電方式,是的那股勁太陽(yáng)光發(fā)電的主流。目前世界上應(yīng)用最廣泛的太陽(yáng)電池是單晶體硅太陽(yáng)電池、多晶硅太陽(yáng)能電池、薄膜太陽(yáng)能電池等。

1.2.1單晶硅電池

單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)的加工處理工藝基礎(chǔ)上的。它的轉(zhuǎn)換效率最高,技術(shù)也最為成熟。在實(shí)驗(yàn)室里最高的轉(zhuǎn)換效率為23%,而規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅太陽(yáng)能電池,其效率為15%。硅電池進(jìn)展的重要原因之一是表面鈍化技術(shù)的提高。此外,倒金字塔技術(shù)、雙層減反射膜技術(shù)以及陷光理論的完善也是高晶硅電池發(fā)展的主要原因。

1.2.2多晶硅電池

多晶硅電池與單晶硅比較,由于所使用的硅遠(yuǎn)比單晶硅少,其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池,具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。但是由于它存在著晶粒界面和晶格錯(cuò)位的明顯缺陷,造成多晶硅電池光電轉(zhuǎn)換率一直無(wú)法突破20%的關(guān)口,低于單晶硅電池。薄膜太陽(yáng)能電池

薄膜太陽(yáng)能電池發(fā)電是另一種光伏發(fā)電方式。由于受到原材料、加工工藝和制造過程的制約,若要再大幅度地降低單晶硅太陽(yáng)電池成本是非常困難的。作為單晶硅電池的替代產(chǎn)品,現(xiàn)在發(fā)展了薄膜太陽(yáng)電池。目前薄膜電池主要有硅基薄膜太陽(yáng)電池、化合物半導(dǎo)體薄膜電池、燃料敏化TiO2太陽(yáng)電池等。

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是:可以有效利用建筑物屋頂和幕墻,無(wú)需占用土地資源;可原地發(fā)電,原地使用,減少電力輸送的線路損耗;各種彩色光伏組件可取代和節(jié)約外飾材料(如玻璃幕墻等)在白天用電高峰期供電,從而舒緩高峰電力需求;配備蓄電池后,還能滿足安全用電設(shè)施的不斷電要求;太陽(yáng)能發(fā)電板陣列直接吸收太陽(yáng)能,降低墻面及屋頂?shù)臏厣?減輕建筑空調(diào)負(fù)荷。

2.太陽(yáng)能發(fā)電面臨的困難和解決措施

前面介紹了幾種太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù),除碟式發(fā)電系統(tǒng)外,都屬于大規(guī)模發(fā)電系統(tǒng),只有做成幾十到幾百兆瓦級(jí)的發(fā)電站,成本才可能降下來(lái)。太陽(yáng)能塔熱氣流發(fā)電和太陽(yáng)池發(fā)電占地面積大,利用效率不高,僅僅在1%左右。因此太陽(yáng)能塔熱氣流發(fā)電應(yīng)放在土地廣闊、人口稀少的沙漠地區(qū)使用;而太陽(yáng)池發(fā)電應(yīng)適合放在日照條件好、鹽資源比較豐富的地區(qū)使用?？傮w來(lái)看,槽式發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)上最為成熟,且其跟蹤機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn),總體成本最低。太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的是低成本的投資和技術(shù)上的高可靠性運(yùn)行。這要求未來(lái)在技術(shù)上要進(jìn)行新型集熱材料的研究和開發(fā),快速提高跟蹤機(jī)構(gòu)的技術(shù)并降低其實(shí)現(xiàn)成本。同時(shí)發(fā)電產(chǎn)業(yè)要努力實(shí)現(xiàn)規(guī)模化,建立大規(guī)模的并網(wǎng)系統(tǒng),既節(jié)約成本,又保證系統(tǒng)平穩(wěn)安全運(yùn)行。

對(duì)于光伏發(fā)電來(lái)說,總體來(lái)看,該產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段,主要是由于太陽(yáng)能發(fā)電初期投資大,控制成本高,而太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率比較低,且容易受天氣等多種因素影響。根據(jù)目前光伏發(fā)電發(fā)展?fàn)顩r和其技術(shù)難點(diǎn),未來(lái)的光伏發(fā)電研究需要重視以下幾個(gè)方面:一是加快太陽(yáng)能原材料晶體硅生產(chǎn)技術(shù)的研究和新型替代材料的開發(fā),降低材料成本并提高其轉(zhuǎn)化效率;二是提高系統(tǒng)控制技術(shù),如達(dá)到光伏電池陣列的最優(yōu)化排列組合、實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光最大功率跟蹤等;三是研究光伏發(fā)電的并網(wǎng)技術(shù),減少光伏電能對(duì)電網(wǎng)的沖擊;四是研究光伏發(fā)電與其他可再生能源發(fā)電技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用,保證供電持續(xù)性。

3.我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電的優(yōu)勢(shì)和難點(diǎn)

發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電的需求主要來(lái)自滿足農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)的生產(chǎn)與生活用電和21世紀(jì)中持續(xù)發(fā)展我國(guó)電力事業(yè)兩個(gè)方面。在太陽(yáng)能發(fā)電上我國(guó)具有得天獨(dú)厚的有利條件:

(1)豐富的太陽(yáng)能資源。我國(guó)總面積2/3以上的地區(qū)年平均日照時(shí)數(shù)在2000h以上,年平均日輻射量在4000MJ/m2以上,要優(yōu)于歐洲和日本,與美國(guó)相近。如此豐富的太陽(yáng)能資源可以節(jié)省太陽(yáng)能電池的用量,有利于太陽(yáng)能發(fā)電在較低成本下加以推廣。

(2)我國(guó)太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)能力超過日本、美國(guó)和歐洲,居世界第一位,2007年我國(guó)太陽(yáng)能電池的產(chǎn)量約為1180兆瓦。2007年在全球太陽(yáng)能生產(chǎn)企業(yè)16強(qiáng)中,我國(guó)占據(jù)了6席。(3)逆變技術(shù)是太陽(yáng)能發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)之一,由于在大功率開關(guān)器件開發(fā)和逆變技術(shù)的應(yīng)用等方面,我國(guó)已取得長(zhǎng)足進(jìn)步,生產(chǎn)出適用于光伏并網(wǎng)、高效率、高可靠性、低污染、低成本的逆變器成為可能。

但為了太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,必須解決以下幾個(gè)問題:

(1)我國(guó)生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的原材料主要依靠進(jìn)口,而絕大多數(shù)太陽(yáng)能電池和切片用于出口,這種不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的加工業(yè)局面必須盡快扭轉(zhuǎn)。

(2)太陽(yáng)能發(fā)電的成本在每千瓦小時(shí)3元以上,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前居民電網(wǎng)用店家的每千瓦小時(shí)0.5元。這也是發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電的不利一面。

(3)目前,太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率比較低,比如小尺寸(1cm2)多晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為19.8%,而大尺寸(1000cm2)多晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為12%,為了降低太陽(yáng)能發(fā)電的成本必須提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

(4)我國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)起步于獨(dú)立型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備(10kW以下),主要用于解決太陽(yáng)能資源豐富而又無(wú)電的邊遠(yuǎn)地區(qū)的居民用電。而更大容量(MW級(jí))的并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的投產(chǎn)是降低成本的途徑之一。

(5)截止到2005年,我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電總裝機(jī)容量為1500MW左右,是太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量的20倍,到2020年規(guī)劃總裝機(jī)容量為30000MW,也是規(guī)劃太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量的15倍。但兩者特點(diǎn)各異。夏季日照足風(fēng)速低,冬季日照弱風(fēng)速?gòu)?qiáng);同樣白天日照強(qiáng)時(shí)風(fēng)小,夜晚無(wú)光照時(shí)風(fēng)大。太陽(yáng)能發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)是提高電能質(zhì)量和降低成本的另一途徑。

第2篇：太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)論文范文

關(guān)鍵詞：電力電子；能量管理系統(tǒng)；電能質(zhì)量控制

中圖分類號(hào)：TU852文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9599 (2010) 14-0000-01

Power Electronics and New Energy Power Generation Technology

Yang Lin

(Institute of Electrical Engineering,Northwest University for Nationalities,Lanzhou730030,China)

Abstract:This paper discusses several new forms of energy generation and integrated power supply system transformation,control,intelligence management and safety issues,and hope in the future development of new energy power,we can overcome difficulties and achieve electronic power of new development.

Keywords:Power electronics;Energy management system;Power quality control

我們已進(jìn)入21世紀(jì)，這是一個(gè)全新的時(shí)代，經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展給人們的生活帶來(lái)了很多的便利，但隨之而來(lái)的卻是能源的耗竭，原本豐富的能源如今已變得匱乏，并危及到人們未來(lái)的生產(chǎn)生活。與此同時(shí)，毫無(wú)顧忌的能源利用還造成了大氣的嚴(yán)重污染，從而又引發(fā)能源危及，這樣的惡性循環(huán)會(huì)直接危及到人類的發(fā)展，甚至威脅人類的健康和繁衍。因此，開拓新能源，減少能量源浪費(fèi)成為當(dāng)今世界最為關(guān)注的話題。

一、新能源的發(fā)電方式

（一）太陽(yáng)能發(fā)電

太陽(yáng)能發(fā)電開始于上世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)，第一塊實(shí)用的硅太陽(yáng)電池研制成功，如今，太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，其技術(shù)也在日益成熟。目前，占主流的太陽(yáng)電池仍然是硅太陽(yáng)電池，主要分為單晶硅太陽(yáng)電池、多晶硅太陽(yáng)電池和非晶硅太陽(yáng)電池。典型的太陽(yáng)能供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，太陽(yáng)電池陣列進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，把太陽(yáng)能變?yōu)殡娔?，再由功率變換器將太陽(yáng)電池輸入到直流電中，最后轉(zhuǎn)換成用戶所要使用的電源模式。根據(jù)用戶的需求，功率變換器可以選擇直流斬波器進(jìn)行DC/DC變換，或采用逆變器進(jìn)行DC/AC變換。而功率變換裝置還應(yīng)包括蓄電池系統(tǒng)，主要是為了平衡電流。如果太陽(yáng)光充足，可以利用太陽(yáng)能，并利用蓄電池充電；如果在夜晚或者陽(yáng)光不充足時(shí)，就可以使用蓄電池供電。

（二）風(fēng)力發(fā)電

如今，風(fēng)力的主要運(yùn)用方式就是風(fēng)力發(fā)電，它的發(fā)展速度最快，也最受全世界關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電主要有3種運(yùn)轉(zhuǎn)方式：

1.獨(dú)立運(yùn)行方式，利用一臺(tái)小型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)向需要的用戶提供電能，它還可以通過蓄電池充電，預(yù)防無(wú)風(fēng)時(shí)影響發(fā)電效果；

2.風(fēng)力發(fā)電與其他發(fā)電方式相結(jié)合的聯(lián)合供電方式，主要向交通不便或偏遠(yuǎn)山區(qū)供電，以及地廣人稀的草原牧場(chǎng)提供電力；

3.并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行方式，將風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)安裝在條件較好的地區(qū)，常常是一處風(fēng)場(chǎng)安裝幾十臺(tái)甚至幾百臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，這也是風(fēng)力發(fā)電的主要發(fā)展方向。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在不同風(fēng)速的條件下運(yùn)行，其發(fā)電機(jī)輸出的電壓的幅值和頻率是變化的，所以，通常要配置電力電子功率變換器，通過這種裝置控制電流，保證輸出的電壓是平衡穩(wěn)定的。

（三）燃料電池發(fā)電系統(tǒng)

燃料電池（Fuel Cell）是將反應(yīng)物如氫氣等的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置。它通過燃料（通常是氫氣）和氧氣結(jié)合所發(fā)生的光電反應(yīng)來(lái)發(fā)電。燃料電池發(fā)展了這么久，根據(jù)電介質(zhì)的不同，主要分為5種燃料電池：堿性燃料電池（Alkaline Fuel Cell，AFC）；質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton ExchangeMembrane Fuel Cell，PEMFC）；磷酸燃料電池（Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC）；熔鹽燃料電池（Molten Car-bonate Fuel Cell，MCFC）；固體氧化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）。

實(shí)際上，燃料電池也有其優(yōu)點(diǎn)，例如：發(fā)電效率高：發(fā)熱少；噪音低，污染??；功率密度高。目前，燃料電池發(fā)電主要集中在以下幾個(gè)方面：燃料電池特性研究；燃料電池發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和高效功率變換的研究；能量管理技術(shù)；孤島檢測(cè)和保護(hù)技術(shù)，并網(wǎng)電流控制；并網(wǎng)運(yùn)行與獨(dú)立運(yùn)行之間的無(wú)縫切換控制技術(shù)。

燃料電池所輸出的電壓會(huì)隨著電壓的變化，發(fā)生較大范圍的變化。燃料電池的輸出電壓在負(fù)載發(fā)生突變時(shí)還要經(jīng)過一段時(shí)間才能停止反應(yīng)，對(duì)于質(zhì)子交換模燃料電池響應(yīng)延遲達(dá)2秒。因此，燃料電池一般與負(fù)荷動(dòng)態(tài)的具體要求無(wú)法很好的匹配。

二、電力儲(chǔ)能技術(shù)

可再生能源發(fā)電裝置所產(chǎn)生的電能主要還存在無(wú)法預(yù)測(cè)的周期性變化，例如風(fēng)能、光伏發(fā)電等，如果將其電能直接輸入普通電網(wǎng)，將會(huì)對(duì)電流帶來(lái)不良影響，而電力儲(chǔ)備裝置就可以平衡能源發(fā)電輸入與電網(wǎng)之間的矛盾。電力儲(chǔ)能技術(shù)有蓄水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、電池儲(chǔ)能等它們都各具特點(diǎn)，各有優(yōu)勢(shì)，但它們的正常運(yùn)行主要是依靠電子電力技術(shù)。

蓄水儲(chǔ)能與壓縮空氣儲(chǔ)能主要是對(duì)電力高峰期進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是對(duì)地理?xiàng)l件的要求較高。電池儲(chǔ)能的精密性高，需要在技術(shù)成熟的條件下進(jìn)行，理論上可以用于電力調(diào)峰，單電池使用壽命有效，這成為蓄電技術(shù)的難點(diǎn)。飛輪儲(chǔ)能的儲(chǔ)能量有限，運(yùn)行復(fù)雜，一般用于電能質(zhì)量調(diào)節(jié)。

三、電能質(zhì)量控制

（一）電源諧波檢測(cè)和分析技術(shù)

諧波的測(cè)量和分析都是以思想諧波治理為前提條件的，精準(zhǔn)的諧波測(cè)量和分析可以為諧波的治理提供準(zhǔn)確的依據(jù)。自提出快速傅里葉變換算法（FFT）以來(lái)，基于傅里葉變換的諧波測(cè)量得到了普遍應(yīng)用。然而基于傅里葉變換的諧波測(cè)量要求整周期同步采樣，不然就會(huì)嚴(yán)重影響其效果。因此，怎樣減少因同步偏差而引起的測(cè)量誤差成為電子電力技術(shù)人員迫切要解決的難題。

（二）電能質(zhì)量控制和管理

首先，電能質(zhì)量的控制和管理主要包含功率因數(shù)校正和濾波器設(shè)計(jì)，由于傳統(tǒng)的無(wú)源濾波器體積和重點(diǎn)都很大，還需要對(duì)不同的頻率進(jìn)行設(shè)計(jì)，而功率因數(shù)較技術(shù)正是提高功率因數(shù)和降低諧波污染的重要途徑。如今，電能質(zhì)量控制和管理的研究重點(diǎn)在與PFC控制技術(shù)上，比如：?jiǎn)伍_關(guān)、多開關(guān)以及軟開關(guān)三相PFC電路的研制，軟開關(guān)技術(shù)與PFC技術(shù)的融合已經(jīng)成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，雖然目前的PFC產(chǎn)品受到功率的限制，但應(yīng)用于分布式新能源發(fā)電系統(tǒng)卻是重要機(jī)遇。

四、總結(jié)

綜上所述，隨著科技的發(fā)展，新能源的開拓和使用技術(shù)越來(lái)越成熟，但是，要真正做好新能源發(fā)電技術(shù)，還需要從解決先存的各種問題，因此，電子電力技術(shù)人員應(yīng)在在電氣、電子、控制和信息等工程技術(shù)領(lǐng)域加強(qiáng)合作研究，通過系統(tǒng)集成和技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)各種技術(shù)的突破，我相信，我們一定可以克服各種困難，迎來(lái)新能源造福人類的燦爛明天。

參考文獻(xiàn)：

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第3篇：太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)論文范文

關(guān)鍵詞：風(fēng)光熱儲(chǔ)；新能源；電氣二次設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM7 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A 文章編號(hào)：1001-828X（2016）009-000-02

引言

作為能源戰(zhàn)略調(diào)整、轉(zhuǎn)變電力發(fā)展方式的重要內(nèi)容，近年來(lái)，以風(fēng)電、太陽(yáng)能為代表的可再生能源發(fā)電技術(shù)在中國(guó)得到了快速發(fā)展。目前主流的太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)主要有光熱發(fā)電與光伏發(fā)電兩種形式，其中太陽(yáng)能光熱發(fā)電是通過光學(xué)聚焦原理，將太陽(yáng)光通過拋物形鏡面聚集起來(lái)產(chǎn)生高溫，加熱傳熱介質(zhì)，最后通過工作介質(zhì)驅(qū)動(dòng)熱動(dòng)力裝置并帶動(dòng)同步發(fā)電機(jī)發(fā)電。相對(duì)于光伏發(fā)電，光熱發(fā)電能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)大容量供電，是太陽(yáng)能大規(guī)模利用的有效途徑之一，當(dāng)前投資成本過高是限制光熱電站發(fā)展的主要障礙。風(fēng)能利用的主流形式是采用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（如雙饋風(fēng)機(jī)、直驅(qū)永磁風(fēng)機(jī)等）將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為50Hz的工頻交流電，并接入電網(wǎng)。與常規(guī)能源電站相比，風(fēng)功率的可預(yù)測(cè)性和可控性均較差，其大量接入會(huì)顯著影響電能質(zhì)量和電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。將光伏、光熱與風(fēng)能聯(lián)合構(gòu)成發(fā)電系統(tǒng)，可顯著改善總體的有功輸出特性，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。本文依托風(fēng)光熱儲(chǔ)智能互補(bǔ)綜合示范項(xiàng)目工程，介紹了太陽(yáng)能光伏發(fā)電、太陽(yáng)能光熱發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電三種型式聯(lián)合發(fā)電的電氣二次部分功能、電氣二次設(shè)計(jì)的方案。

一、項(xiàng)目總體介紹

深圳中科藍(lán)天包頭達(dá)茂旗600MW風(fēng)光熱儲(chǔ)智能互補(bǔ)綜合示范項(xiàng)目立足于新能源，借助達(dá)茂旗地區(qū)豐富的太陽(yáng)能資源與風(fēng)能資源，通過風(fēng)光熱儲(chǔ)智能互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷平穩(wěn)輸出。項(xiàng)目總規(guī)模600MW，建設(shè)發(fā)電形式為太陽(yáng)能光伏發(fā)電、太陽(yáng)能光熱發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電三種，其中光熱工程采用塔式集熱方式。

二、項(xiàng)目太陽(yáng)能光伏、風(fēng)能發(fā)電部分

1.逆變器選型

光伏并網(wǎng)逆變器按容量大小劃分主要有20kW、28kW、40kW、100kW、250kW、500kW、750kW、1000kW等幾種容量等級(jí)，一般大容量逆變器效率要高于小容量逆變器。但逆變器容量過大，一旦故障，電量損失較大。綜合以上兩因素，本項(xiàng)目采用單臺(tái)容量為500kW的逆變器。目前國(guó)內(nèi)500kW逆變器技術(shù)已經(jīng)成熟，廣泛應(yīng)用到光伏發(fā)電系統(tǒng)中，性價(jià)比高，用戶反映良好。

逆變器按結(jié)構(gòu)分為有隔離變和無(wú)隔離變兩種。從造價(jià)考慮無(wú)隔離變逆變器要優(yōu)于有隔離變逆變器，且能減少每個(gè)逆變器室占地面積。因此，本項(xiàng)目選用無(wú)隔離變逆變器。

2.匯流箱接線方式及逆變器單元接線方案

本項(xiàng)目206MWp的光伏陣列可分為206個(gè)1MWp的光伏方陣，組成206個(gè)1MWp并網(wǎng)發(fā)電單元，每1MWp的并網(wǎng)發(fā)電單元的光伏組件都通過直流匯流裝置分別接至2臺(tái)500kW的逆變器。每個(gè)1MW光伏發(fā)電單元共安裝4032件260Wp光伏組件，每21件光伏組件串聯(lián)為一個(gè)支路，共192個(gè)支路，各支路平均分配接入14個(gè)PVC-16直流匯流箱，1至7號(hào)PVC-16直流匯線箱接入1面直流防雷配電柜，8至14號(hào)直流匯線箱接入1面直流防雷配電柜，共2面直流柜；每面直流防雷配電柜出線接入1面500kW逆變器柜，共2面逆變器柜。

3.光伏、風(fēng)能發(fā)電部分升壓站UPS電源及直流電源

光伏、風(fēng)能發(fā)電部分升壓站設(shè)置2套交流不停電電源（UPS），容量為10kVA。

升壓站采用控制負(fù)荷與動(dòng)力負(fù)荷混合供電的220V直流電源系統(tǒng)，共裝設(shè)兩組220V閥控鉛酸蓄電池組，設(shè)置兩組充電裝置，充電裝置選用高頻開關(guān)型。每組蓄電池容量為400Ah。

4.光伏、風(fēng)能發(fā)電部分二次線、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置

（1）升壓站部分

光伏、風(fēng)能發(fā)電部分升壓站電氣設(shè)備監(jiān)控采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，通過遠(yuǎn)動(dòng)工作站與中調(diào)、地調(diào)進(jìn)行信息傳送和遠(yuǎn)程監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)。主變壓器保護(hù)采用雙重化配置，非電量保護(hù)單套配置，保護(hù)裝置采用微機(jī)型、35kV配電裝置配置微機(jī)型綜合保護(hù)測(cè)控裝置。35kV線路及220kV線路側(cè)設(shè)置電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置。為防止升壓站電氣設(shè)備誤操作，設(shè)置一套微機(jī)五防閉鎖系統(tǒng)。本升壓站配置GPS/北斗星時(shí)間同步系統(tǒng)各1套，為保護(hù)和自動(dòng)裝置提供時(shí)間同步信號(hào)。

（2）光伏區(qū)部分

光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，和升壓站監(jiān)控系統(tǒng)共用上位機(jī)，由升壓站監(jiān)控上位機(jī)統(tǒng)一進(jìn)行管理。光伏監(jiān)控系統(tǒng)通過光纖環(huán)網(wǎng)將光伏通信設(shè)備與升壓站監(jiān)控系統(tǒng)站控層通信設(shè)備互聯(lián)。每個(gè)逆變器房設(shè)2臺(tái)直流配電柜測(cè)控單元用來(lái)采集每路直流回路的電流、直流母線電壓及直流空開的跳閘信號(hào)以及煙霧報(bào)警信號(hào)，并將其上傳給光伏發(fā)電計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。箱式變壓器的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)由就地設(shè)置的箱變智能測(cè)控單元采集，通過光纖網(wǎng)絡(luò)上傳給升壓站光伏監(jiān)控系統(tǒng)。

匯流箱里的每組電池串配熔斷器作為整個(gè)電池串的保護(hù)，出線設(shè)直流空氣開關(guān)用來(lái)保護(hù)匯流箱至直流配電柜之間的電纜。逆變器設(shè)過流、單相接地、過載、過壓、欠壓、孤島保護(hù)、電網(wǎng)異常等保護(hù)。箱式變壓器高壓側(cè)設(shè)熔斷器作為變壓器內(nèi)部的短路保護(hù)；低壓側(cè)設(shè)空氣開關(guān)，帶智能脫扣器，作為箱式變壓器至逆變器之間電纜的保護(hù)，同時(shí)兼做逆變器的后備保護(hù)。

（3）風(fēng)電場(chǎng)部分

風(fēng)電機(jī)組采用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)分就地監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程中央監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)三部分。箱式變壓器的低壓側(cè)開關(guān)采用就地和遠(yuǎn)方控制方式。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)有過載、堵轉(zhuǎn)、短路、缺相、三相不平衡、過壓、失壓、溫度過高、振動(dòng)超時(shí)、過速、電纜纏繞等保護(hù)。風(fēng)電機(jī)組需監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的電壓、頻率，發(fā)電機(jī)的電流、功率、轉(zhuǎn)速、功率因數(shù)和風(fēng)速，風(fēng)向，葉輪轉(zhuǎn)速，液壓系統(tǒng)狀況，偏航系統(tǒng)狀況，系統(tǒng)狀況、齒輪箱狀況、軟啟動(dòng)狀況，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組關(guān)鍵設(shè)備的溫度及戶外溫度等。

箱式變壓器的非電量信號(hào)及高壓熔斷器、刀閘、低壓開關(guān)的狀態(tài)、箱變內(nèi)火災(zāi)報(bào)警等信號(hào)由箱變智能監(jiān)控單元采集，箱變智能監(jiān)控單元通過光纖環(huán)網(wǎng)與變電站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機(jī)連接，箱式變壓器的控制及信號(hào)監(jiān)視由升壓站監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)完成。

三、項(xiàng)目太陽(yáng)能光熱發(fā)電部分

1.發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁系統(tǒng)

光熱發(fā)電部分發(fā)電機(jī)采用交流勵(lì)磁機(jī)帶旋轉(zhuǎn)整流器的無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)，或機(jī)端自并勵(lì)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)。自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)裝置（AVR）采用微機(jī)型，且為雙通道冗余配置，隨發(fā)電機(jī)成套供貨。

2.光熱發(fā)電機(jī)組UPS及直流系統(tǒng)

光熱發(fā)電部分每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一套靜態(tài)型交流不間斷電源裝置（UPS），UPS容量為60kVA。UPS系統(tǒng)包括主機(jī)柜（靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)、整流器、逆變器、輸入/輸出隔離變壓器、手動(dòng)旁路開關(guān)）、旁路柜、饋線柜等。

本光熱發(fā)電機(jī)組采用控制負(fù)荷與動(dòng)力負(fù)荷混合供電的220V直流電源系統(tǒng)，兩臺(tái)機(jī)組共裝設(shè)兩組220V閥控鉛酸蓄電池組，設(shè)置兩組充電裝置，充電裝置選用高頻開關(guān)型。UPS屏及直流屏布置在主廠房UPS及直流屏室內(nèi)。

3.光熱發(fā)電機(jī)組二次線、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置

光熱發(fā)電機(jī)組及廠用電源系統(tǒng)采用DCS集中控制方式，僅在LCD操作臺(tái)上留有發(fā)電機(jī)斷路器、滅磁開關(guān)的緊急跳閘按鈕。發(fā)變組及廠用電源操作員站布置在主廠房集控室內(nèi)。

光熱工程220kV升壓站設(shè)備采用微機(jī)監(jiān)控方式，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，通過遠(yuǎn)動(dòng)工作站與中調(diào)、地調(diào)進(jìn)行信息傳送和遠(yuǎn)程監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)操作員站布置在主廠房集控室內(nèi)。

光熱工程發(fā)電機(jī)變壓器組、高壓廠用電源、啟動(dòng)/備用變壓器保護(hù)裝置采用微機(jī)型，保護(hù)采用雙重化配置，非電量保護(hù)單套配置，保護(hù)屏布置在主廠房電子設(shè)備間內(nèi)。6kV廠用設(shè)備保護(hù)采用綜合測(cè)控保護(hù)裝置，380V廠用電動(dòng)機(jī)保護(hù)采用智能馬達(dá)控制器。

每臺(tái)光熱發(fā)電機(jī)組設(shè)置1套自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置和1面發(fā)變組故障錄波裝置柜。6kV工作段每段裝設(shè)1套微機(jī)型快速切換裝置。機(jī)組測(cè)量及自動(dòng)裝置柜布置在主廠房電子設(shè)備間。為防止升壓站電氣設(shè)備誤操作，設(shè)置一套微機(jī)五防閉鎖系統(tǒng)。光熱機(jī)組配置GPS/北斗星時(shí)間同步系統(tǒng)各1套，為保護(hù)和自動(dòng)裝置提供時(shí)間同步信號(hào)。

四、總結(jié)

本論文的內(nèi)容主要是風(fēng)光熱儲(chǔ)電廠項(xiàng)目的電氣二次設(shè)計(jì)特點(diǎn)及方案。本設(shè)計(jì)首先對(duì)項(xiàng)目概況及規(guī)模進(jìn)行總體分析，其次是介紹該項(xiàng)目太陽(yáng)能光伏、風(fēng)能發(fā)電部分的主要設(shè)計(jì)方案，下一步就是介紹該項(xiàng)目太陽(yáng)能光熱發(fā)電部分的主要設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)過程中還要對(duì)相關(guān)圖紙（主接線圖、保護(hù)配置、監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)裝置） 進(jìn)行選擇和繪制，希望本論文能夠使我們對(duì)風(fēng)光熱儲(chǔ)電廠項(xiàng)目結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)理論有進(jìn)一步的理解和認(rèn)識(shí)，對(duì)新能源電力系統(tǒng)有更深的了解。

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第4篇：太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)論文范文

【關(guān)鍵詞】太陽(yáng)能，光伏一體化，可再生能源，可持續(xù)發(fā)展

中圖分類號(hào)： TK511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

目前能源與環(huán)境問題越來(lái)越受到重視，如何開發(fā)利用新能源和可再生能源，如何改變和優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)等一系列問題成為世界關(guān)注的新焦點(diǎn)。太陽(yáng)能是一種取之不盡, 用之不竭且沒有污染的清潔能源。隨著全球常規(guī)能源的緊張和環(huán)境污染的加劇, 太陽(yáng)能被用在供熱、空調(diào)、制冷及發(fā)電等越來(lái)越多的領(lǐng)域。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是直接將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成電能的一種發(fā)電形式,具有安全可靠、清潔衛(wèi)生、無(wú)噪聲、無(wú)污染、建設(shè)周期短、維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn), 正成為一種快速發(fā)展的可再生能源技術(shù)而被廣泛應(yīng)用。其中，太陽(yáng)能光伏建筑一體化（BIPV）技術(shù)是將太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑有機(jī)結(jié)合，這項(xiàng)技術(shù)為光伏產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展注入了新的源動(dòng)力，也開辟了新的光伏應(yīng)用領(lǐng)域。

太陽(yáng)能光伏建筑一體化綜述

1.1 太陽(yáng)能光伏建筑一體化的概念

（1）太陽(yáng)能光伏建筑一體化（Building Integrated Photovoltaic，簡(jiǎn)稱BIPV）技術(shù)即將太陽(yáng)能發(fā)電(光伏)產(chǎn)品集成或結(jié)合到建筑上的技術(shù)， 它不但具有護(hù)結(jié)構(gòu)的功能，同時(shí)又能產(chǎn)生電能供建筑使用。光伏與建筑一體化(BIPV)是“建筑物產(chǎn)生能源”新概念的建筑，是利用太陽(yáng)能可再生能源的建筑。

（2）太陽(yáng)能光伏建筑一體化不等于太陽(yáng)能光伏加建筑。所謂太陽(yáng)能光伏建筑一體化不是簡(jiǎn)單的“相加”，而是根據(jù)節(jié)能、環(huán)保、安全、美觀和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的總體要求， 將太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為建筑的一種體系進(jìn)入建筑領(lǐng)域，納入建設(shè)工程基本建設(shè)程序，同步設(shè)計(jì)，同步施工，同步驗(yàn)收，與建設(shè)工程同時(shí)投入使用，同步后期管理， 使其成為建筑有機(jī)組成部分的一種理念、 一種設(shè)計(jì)、一種工程的總稱。

（3）光伏建筑一體化的核心建筑是一體化設(shè)計(jì)、一體化制造、一體化安裝，而其輔助技術(shù)則包括了低能耗、低成本、優(yōu)質(zhì)、綠色建筑材料的技術(shù)。光伏建筑一體化也是光伏建筑的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。

（4）光伏建筑一體化賦予了建筑物以新的屬性，首先它使建筑物具有了能源的功能，建筑物不僅能夠供人居住，還提供能源。隨著光伏建筑一體化的進(jìn)一步發(fā)展，今后房產(chǎn)的升值將會(huì)逐步地轉(zhuǎn)變到更多地依靠科技價(jià)值的含量和提升，以及采用更加科學(xué)和嚴(yán)格的價(jià)格評(píng)價(jià)體系上來(lái)。BIPV極大的豐富了建筑物的科技內(nèi)涵，提高了建筑物的使用價(jià)值。

1.2 太陽(yáng)能光伏建筑一體化在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀

在光伏建筑方面，德國(guó)、日本走在了前面，代表了人類可再生能源利用的發(fā)展方向，德國(guó)、日本光伏推廣模式都非常成功，值得借鑒。這兩個(gè)國(guó)家發(fā)展的基本思路是將晶體硅太陽(yáng)電池作為主導(dǎo)產(chǎn)品，并采用屋頂計(jì)劃和并網(wǎng)發(fā)電的基本形式，發(fā)展的主要推動(dòng)力是政府的光伏發(fā)電補(bǔ)貼政策和銀行貸款的激勵(lì)機(jī)制。如德國(guó)政府帶頭利用太陽(yáng)能，像柏林的議會(huì)大廈、柏林火車站等許多公共設(shè)施與場(chǎng)所，都大量采用光伏發(fā)電設(shè)備[2]。

近年來(lái)，我國(guó)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)取得了振奮人心的進(jìn)展，為今后的大發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。從發(fā)展觀念和經(jīng)濟(jì)實(shí)力分析來(lái)看，在太陽(yáng)能光伏示范推廣方面，上海、江蘇和廣東有望像發(fā)展經(jīng)濟(jì)和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)一樣走在國(guó)內(nèi)的前沿。我國(guó)政府拉動(dòng)光伏產(chǎn)業(yè)和自主創(chuàng)新的政策日臻完善，各方利益逐步協(xié)調(diào)，將使我國(guó)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)成為推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新的動(dòng)力，同時(shí)，還會(huì)推動(dòng)我國(guó)太陽(yáng)能科技快速跨入國(guó)際前列。

二、太陽(yáng)能光伏建筑一體化的設(shè)計(jì)

2.1 光伏建筑一體化的安裝

（1）光伏建筑一體化主要安裝類型如下。

建材型，指將太陽(yáng)能電池與瓦、磚、卷材、玻璃等建筑材料復(fù)合在一起，成為不可分割的建筑構(gòu)件或建筑材料，如光伏瓦、光伏磚、光伏屋面卷材、玻璃光伏幕墻、光伏采光頂?shù)取?/p>

構(gòu)件型， 指與建筑構(gòu)件組合在一起或獨(dú)立成為建筑構(gòu)件的光伏構(gòu)件，如以標(biāo)準(zhǔn)普通光伏組件或根據(jù)建筑要求定制的光伏組件構(gòu)成雨篷構(gòu)件、遮陽(yáng)構(gòu)件、欄板構(gòu)件等。

與屋頂、墻面結(jié)合安裝型，指在平屋頂上安裝、坡屋面上順坡架空安裝以及在墻面上與墻面平行安裝等形式。

（2）屋頂一體化方式是指將PV板做成屋面板或瓦的形式覆蓋平屋頂或坡屋頂整個(gè)屋面，后者與建筑的整體結(jié)合方式具有更高的靈活性，為在舊房改造中使用PV板提供了可能。PV板與屋頂整合一體化可以最大限度地接受太陽(yáng)光的照射，且可兼做屋頂?shù)恼陉?yáng)板或者做成通風(fēng)隔熱屋面，減少屋頂夏季熱負(fù)荷。PV板與屋頂?shù)臉?gòu)造做法有兩種方式：一種是兼為屋頂防水構(gòu)造層次的部分，要求PV系統(tǒng)具有良好的防水性能；另一種是單獨(dú)作為構(gòu)造層次位于防水層之上，對(duì)屋頂防水具有保護(hù)功能，可延長(zhǎng)防水層的使用壽命。

（3）墻面一體化方式是指PV板與墻面材料一起進(jìn)行集成?，F(xiàn)代建筑支撐系統(tǒng)和維護(hù)系統(tǒng)的分離，可使PV板能如同木材、金屬、石材、混凝土等預(yù)制板一樣成為建筑護(hù)系統(tǒng)的貼面材料。 PV板墻面一體化主要有PV板外墻裝飾板和PV板玻璃幕墻兩種方式。PV板玻璃幕墻是指透光型PV板和玻璃集成制成的光電幕墻。 該組件由太陽(yáng)電池芯片和雙層玻璃板構(gòu)成， 芯片夾在玻璃板之間， 芯片之間和芯片與玻璃板邊端之間留有一定的間隙，以便透光，芯片面積占總面積的70%，也即透光率為30%,可有效解決幕墻的遮陽(yáng)，降低建筑的熱負(fù)荷，同時(shí)可為室內(nèi)提供特殊的光照氣氛；更因其特殊的顏色和質(zhì)感，拓展了建筑的表現(xiàn)空間。目前PV板價(jià)格和某些天然石材己沒有差別，今后隨著PV板的發(fā)展，成本只會(huì)越來(lái)越低，這就為PV板在建筑的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了良好條件。 光電屋頂與光電幕墻的出現(xiàn)，為建筑師展示建筑藝術(shù)作品多了一種新的選擇

（4）建筑構(gòu)件一體化方式是指將PV板與建筑的雨篷、遮陽(yáng)板、陽(yáng)臺(tái)、天窗等構(gòu)件有機(jī)整合，在提供電力的同時(shí)可為建筑增加美觀的細(xì)部。 PV板和遮陽(yáng)板的結(jié)合不僅可為建筑在夏季提供遮陽(yáng)， 還可使入射光線變得柔和， 改善室內(nèi)的光環(huán)境， 且使窗戶保持清潔。但應(yīng)注意，高效率的PV系統(tǒng)并不一定是高效率的一體化系統(tǒng)。一體化建筑除要求美觀外，還要求通過科學(xué)的計(jì)算和設(shè)計(jì)，滿足建筑構(gòu)件所要求的強(qiáng)度、防雨、熱工、防雷、防火等技術(shù)條件。

（5）光伏LED一體化——光電LED多媒體動(dòng)態(tài)幕墻和天幕。 將光伏LED一體化夾層內(nèi)的太陽(yáng)能電池和LED半導(dǎo)體的透明基板放置在幕墻、屋面邊框內(nèi)構(gòu)成光電單元，可以模塊化。常規(guī)交流供電系統(tǒng)作為L(zhǎng)ED供電電源，必須將電源轉(zhuǎn)換成低壓直流電才能使用?？紤]到功率因素的影響和LED供電的特殊性，需要合理設(shè)計(jì)復(fù)雜控制轉(zhuǎn)換電路，這不僅增加了照明系統(tǒng)成本，又降低了能源的利用效率。太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)與LED結(jié)合的關(guān)鍵，在于兩者同為直流電、電壓低且能互相匹配。因此兩者的結(jié)合不需要將太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，太陽(yáng)能電池組直接將光能轉(zhuǎn)化為直流電能，通過串、并聯(lián)的方式任意組合，可得到LED實(shí)際需要的直流電，再匹配對(duì)應(yīng)的蓄能電池，便能實(shí)現(xiàn)LED照明的供電和控制，無(wú)需傳統(tǒng)的復(fù)雜逆變裝置進(jìn)行供電轉(zhuǎn)換。 因而這種系統(tǒng)可獲得很高的能源利用效率，較高的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。太陽(yáng)能電池與半導(dǎo)體照明LED一體化是太陽(yáng)能電池和LED技術(shù)產(chǎn)品的最佳匹配，是集發(fā)電、照明、多媒體、建筑節(jié)能、動(dòng)態(tài)幕墻和動(dòng)態(tài)天幕于一體的多功能新產(chǎn)品。

2.2 光伏建筑一體化的系統(tǒng)工作原理

（1）光伏建筑一體化主要是光伏發(fā)電系統(tǒng)通過光伏組件用于建筑屋頂（光電屋頂）、墻面（光電幕墻）、遮陽(yáng)（光電遮陽(yáng)板）來(lái)獲取電能的一種方式。光伏系統(tǒng)工作時(shí)，安裝在建筑物上的光伏組件產(chǎn)生直流電源，通過接線盒與逆變器連接，將直流轉(zhuǎn)換成交流，給建筑物負(fù)載供電或給建筑物以外其他負(fù)荷供電。光伏建筑一體化的發(fā)電主要有兩種方式，一種是獨(dú)立的供電系統(tǒng)，即所發(fā)電能直接用于建筑物內(nèi)部分負(fù)載；另一種是過剩時(shí)采取蓄電池儲(chǔ)存。

（2）光伏建筑一體化系統(tǒng)分為獨(dú)立光伏系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏系統(tǒng)和混合光伏系統(tǒng)。帶蓄電池可獨(dú)立運(yùn)行的PV系統(tǒng)是獨(dú)立光伏系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是與電網(wǎng)相連，并向電網(wǎng)輸送電力的光伏發(fā)電系統(tǒng)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)更有優(yōu)越性。因此，建筑物光伏市場(chǎng)正在或即將從獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。混合光伏系統(tǒng)是獨(dú)立發(fā)電加并網(wǎng)發(fā)電，又稱防災(zāi)型系統(tǒng)。

2.3 在我國(guó)發(fā)展太陽(yáng)能光伏建筑一體化的必要性

（1）我國(guó)人口多，電力需求很大，大、中城市更為突出，電力負(fù)載主要在建筑物內(nèi)或其四周，BIPV可充分利用建筑物的外部空間面積，自產(chǎn)能源，減少電纜線架設(shè)及電力輸送(就近利用)，BIPV使PV系統(tǒng)與建筑、藝術(shù)及生活緊密結(jié)合。

（2）光伏建筑一體化的系統(tǒng)，如幕墻光伏發(fā)電系統(tǒng)，其成本隨建筑物的設(shè)計(jì)階段和光伏電池與建筑裝飾材料生產(chǎn)過程的結(jié)合程度有很大的關(guān)系。研究表明，如果設(shè)計(jì)院、建材生產(chǎn)商和光伏制造商能夠充分協(xié)作，建材光伏一體化的發(fā)電單元制造成本與單獨(dú)生產(chǎn)光伏組件的成本類似，甚至比建材加光伏組件的成本還低；而逆變和布線系統(tǒng)則可整體并入建筑物的電力系統(tǒng)中去，BIPV的成本可能比單獨(dú)的光伏發(fā)電低得多。

三、結(jié)語(yǔ)

和世界上的先進(jìn)國(guó)家和地區(qū)相比，光伏建筑一體化技術(shù)在我國(guó)還處于示范項(xiàng)目階段，雖然不斷有示范項(xiàng)目建成，但大部分項(xiàng)目都是由政府全部或部分投資建造，光伏建筑技術(shù)本身難以在能源市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得份額。這與德國(guó)、日本等光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大，造成這種差異的關(guān)鍵問題是光伏技術(shù)發(fā)電成本高，而我國(guó)缺少保障光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的法律和經(jīng)濟(jì)激勵(lì)政策[4]。為此，光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要因地制宜，爭(zhēng)取更多的政策支持，充分利用現(xiàn)有適合光伏產(chǎn)品的建筑，并在新建建筑上進(jìn)行光伏建筑一體化的設(shè)計(jì)；通過對(duì)項(xiàng)目全壽命周期成本進(jìn)行經(jīng)濟(jì)與社會(huì)評(píng)價(jià)，增強(qiáng)投資者和民眾的信心，引導(dǎo)生活習(xí)慣及居住理念的轉(zhuǎn)變，鼓勵(lì)民眾使用太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

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2.陳維,沈輝,褚玉芳,等.太陽(yáng)能光伏建筑一體化的現(xiàn)狀與展望[J].新材料產(chǎn)業(yè),2007(7):36-39

3.龍文志.太陽(yáng)能光伏建筑一體化[J].建筑節(jié)能,2009.

第5篇：太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)論文范文

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；混合儲(chǔ)能；模糊PID；

中圖分類號(hào)：TM619 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

分布式發(fā)電作為環(huán)保、靈活、高效的新型發(fā)電技術(shù)受到越來(lái)越多的關(guān)注，并且在電力能源中所占比例越來(lái)越大[1-2]，但是，風(fēng)電、光伏發(fā)電等可再生微電源自身的不穩(wěn)定性，波動(dòng)性以及負(fù)載的擾動(dòng)，會(huì)嚴(yán)重影響微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的公共供電點(diǎn)的電壓和頻率的穩(wěn)定。尤其是在微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，微電源

無(wú)法保證系統(tǒng)的功率平衡，因此為了充分發(fā)掘微電源的價(jià)值，提高電能質(zhì)量，有必要抑制輸出功率波動(dòng)。而隨著儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，除了傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池和鋰電池技術(shù)得到較大的飛躍外，新的儲(chǔ)能裝置發(fā)展得也越來(lái)越好，比如超級(jí)電容和飛輪儲(chǔ)能等，這也為采用儲(chǔ)能解決光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)功率問題奠定了基礎(chǔ)[3-4]。

文章[5]采用了蓄電池儲(chǔ)能來(lái)解決功率波動(dòng)問題，但蓄電池儲(chǔ)能在平抑高頻功率波動(dòng)時(shí)，平抑效果不甚理想。文章[6]采用超級(jí)電容器作為儲(chǔ)能元

件，超級(jí)電容器雖然對(duì)平抑功率波動(dòng)有很好的效果，但本身的成本高、容量低，不能作為微電網(wǎng)的主要儲(chǔ)能器件。文章[7]采用了超級(jí)電容器和蓄電池的混合儲(chǔ)能，但是，光伏系統(tǒng)受環(huán)境影響很大，無(wú)法達(dá)到最好的控制效果。

本文根據(jù)以上的問題，提出了基于模糊PID控制的混合儲(chǔ)能技術(shù)，通過對(duì)誤差和誤差變化率的實(shí)時(shí)追蹤，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)PI參數(shù)，以得到最佳的控制效果。

2 含混合儲(chǔ)能的光伏系統(tǒng)構(gòu)成及其工作原理

2.1 含混合儲(chǔ)能的光伏系統(tǒng)構(gòu)成和結(jié)構(gòu)分析

本文含混合儲(chǔ)能元件的光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1，系統(tǒng)主要有基于MPPT的光伏模塊、超級(jí)電容器、大容量蓄電池、雙向DC-DC變換模塊、濾波模塊、逆變整流器、負(fù)載?；旌蟽?chǔ)能單元連接到直流母線上，給直流負(fù)載供電。直流母線經(jīng)過逆變器和濾波器后進(jìn)入交流母線，給交流負(fù)載供電。直流母線結(jié)構(gòu)具有良好的擴(kuò)展性，其它形式的儲(chǔ)能元件和微電源可以通過直流母線加入到微電網(wǎng)中。交流母線結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的母線結(jié)構(gòu)，可以很好的應(yīng)用已有成熟的斷路器保護(hù)技術(shù)，同時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)等傳統(tǒng)負(fù)載供電非常容易。本文結(jié)合兩種母線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，采用了交直流混合母線結(jié)構(gòu)。

儲(chǔ)能系統(tǒng)采用蓄電池儲(chǔ)能和超級(jí)電容器組成復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)，超級(jí)電容器主要平抑系統(tǒng)中的高頻功率波動(dòng)，該功率波動(dòng)變化迅速，瞬時(shí)功率高，維持時(shí)間短，恰好利用超級(jí)電容器容量不大但可以頻繁充放電且瞬時(shí)功率大的特點(diǎn)，平抑效果理想。大容量蓄電池主要平抑系統(tǒng)中的低頻功率波動(dòng)。該功率波動(dòng)的變化平緩，維持時(shí)間長(zhǎng)，恰好利用了大型蓄電池響應(yīng)速度慢，不能頻繁充放電且容量大的特點(diǎn)，平抑效果明顯。

2.2 系統(tǒng)的工作原理

如圖1的系統(tǒng)，當(dāng)光照充足時(shí)，光伏電池發(fā)出的功率較大，光伏電池工作在MPPT方式下，此時(shí)，光伏電池除了供給逆變器和負(fù)載能量外還有能量剩余，此部分能量將給蓄電池和超級(jí)電容充電，以保證功率平衡，保證直流母線的電壓穩(wěn)定。當(dāng)光照不足時(shí)，光伏電池的輸出功率不足以供給逆變器和負(fù)載的功率，儲(chǔ)能裝置工作在放電模式下，以保證系統(tǒng)的功率平衡和直流母線的電壓穩(wěn)定。

3 混合儲(chǔ)能的模糊PID協(xié)調(diào)控制策略的研究

太陽(yáng)能發(fā)電受環(huán)境因素影響很大，輸出功率具有波動(dòng)性和間歇性，根據(jù)上文的分析，本文基于蓄電池和超級(jí)電容的不同特性，設(shè)計(jì)了混合儲(chǔ)能的模糊PID協(xié)調(diào)控制策略。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在實(shí)驗(yàn)一中，0.1s時(shí)刻，由于負(fù)載突減，蓄電池開始緩慢由放電狀態(tài)改變?yōu)槌潆姞顟B(tài)，此時(shí)，直流母線電壓突增，然后緩慢降回設(shè)定電壓。在0.3s時(shí)刻，由于負(fù)載突增，蓄電池開始緩慢由充電狀態(tài)變?yōu)榉烹姞顟B(tài)，此時(shí)直流母線電壓突減，而后緩慢升回設(shè)定電壓。在實(shí)驗(yàn)二中，在0.1s時(shí)，負(fù)載所需功率突降，光伏電池在那一瞬間的功率過大，需要儲(chǔ)能元件來(lái)吸收多余的能量，由于是瞬時(shí)突變，超級(jí)電容快速響應(yīng)，電流有一個(gè)瞬間的階躍，蓄電池則緩慢下降，由放電轉(zhuǎn)變成充電模式。在0.23s左右時(shí)，負(fù)載突升，此時(shí)，超級(jí)電容器迅速響應(yīng)，階躍上升，而蓄電池緩慢上升，對(duì)不足的能量進(jìn)行補(bǔ)充。

實(shí)驗(yàn)一的整個(gè)過程中，直流母線電壓不能穩(wěn)定在700v，因此單一的蓄電池儲(chǔ)能無(wú)法滿足抑制微電網(wǎng)功率波動(dòng)的需求；而在實(shí)驗(yàn)二的整個(gè)過程中直流母線電壓基本穩(wěn)定在700v左右，在系統(tǒng)突變瞬間超級(jí)電容起了主要作用，而在穩(wěn)定狀態(tài)，蓄電池起主導(dǎo)作用，這樣蓄電池在負(fù)載功率變化的瞬間也保持了良好的充放電狀態(tài)。驗(yàn)證了基于模糊PID的混合儲(chǔ)能技術(shù)在抑制微電網(wǎng)功率波動(dòng)上的效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)抑制微電網(wǎng)輸出功率波動(dòng)的問題，本文采用了超級(jí)電容器和大容量蓄電池混合儲(chǔ)能的方法，并設(shè)計(jì)了基于模糊PID的協(xié)調(diào)控制策略，利用模糊控制，實(shí)時(shí)尋優(yōu)得到合適的PI參數(shù)，改良了以往的控制方法。仿真結(jié)果顯示，直流母線的電壓得到了穩(wěn)壓，輸出的功率波動(dòng)得到了較好的抑制，且充分發(fā)揮了超級(jí)電容器和大容量蓄電池各自的優(yōu)點(diǎn)，在提高性能的同時(shí)節(jié)省了成本，提高了儲(chǔ)能元件的使用壽命，說明此種方法是充分發(fā)揮了儲(chǔ)能元件在微電網(wǎng)輸出功率波動(dòng)上的抑制作用。

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第6篇：太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)論文范文

這就是光的能量所帶來(lái)的“引力”。

那么，你知道太陽(yáng)每年可以為地球提供多少能量嗎？你又知道地球上的人類一年工業(yè)生產(chǎn)和人們的生活活動(dòng)一共需要多少能量嗎？

太陽(yáng)能在我們?nèi)种膰?guó)土上， 年輻射量超過60萬(wàn)焦耳/cm2， 每年地表吸收的太陽(yáng)能大約相當(dāng)于1.7萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量。中國(guó)煤炭的總儲(chǔ)量為約6000億噸，換句話說，每年地表吸收的太陽(yáng)能相當(dāng)于2.8倍中國(guó)的煤炭總儲(chǔ)量。

太陽(yáng)每年通過大氣向地球輸送的能量高達(dá)3×1024焦耳，這種免費(fèi)潔凈的能源是地球生命和人類生存發(fā)展的可靠保證。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球上人類一年的能源總需求達(dá)到約5×1020焦耳，也就是說，如果我們可以收集其中的萬(wàn)分之一到萬(wàn)分之二就足夠全世界人類的需求了。

在提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率和模塊技術(shù)創(chuàng)新上具有很高造詣、被日本媒體譽(yù)為“下一代新型太陽(yáng)能電池第一人”的韓禮元教授告訴我們，僅僅需要將地球上0.2%的面積覆蓋上太陽(yáng)能電池（假設(shè)光電能量轉(zhuǎn)化效率10%），也就是說，相當(dāng)于中國(guó)戈壁灘沙漠或者整個(gè)日本國(guó)土那么大的面積，就可以收集到足夠的能量來(lái)滿足地球居民全部使用需求！

夸父逐日的故事已經(jīng)過去了幾千年，但是直到今天，太陽(yáng)所散發(fā)出的高能量，依然激勵(lì)著無(wú)數(shù)科學(xué)家不屈不撓地向著滿足人類利用太陽(yáng)能的目標(biāo)進(jìn)發(fā)。

其中，開發(fā)出高效、價(jià)廉、實(shí)用的太陽(yáng)能電池，并使之普及應(yīng)用，造福人類，更是成為幾代科研工作者的夢(mèng)想。韓禮元教授所致力研制的染料敏化型太陽(yáng)能電池，就是這樣一種新型太陽(yáng)能電池。

染料敏化太陽(yáng)能電池――未來(lái)陽(yáng)光燦爛

能源問題已經(jīng)日益成為全球社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約，二十多年研制染料敏化型太陽(yáng)能電池的經(jīng)驗(yàn)，使韓禮元對(duì)實(shí)行“陽(yáng)光計(jì)劃”、開發(fā)太陽(yáng)能資源充滿期待和信心，這也是越來(lái)越多的國(guó)家尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力。

他告訴我們，太陽(yáng)能發(fā)電具有安全可靠、無(wú)噪聲、無(wú)污染、不消耗原材料、不必架設(shè)高壓輸電線路、建站周期短、規(guī)?？纱罂尚?、可以無(wú)人值守等一系列優(yōu)點(diǎn)。特別對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)的居民供電，或者野外科考、野外作業(yè)、軍事指揮臨時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定供電具有非常便利的優(yōu)點(diǎn)。

太陽(yáng)能高效發(fā)電技術(shù)早已列入國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃中的重點(diǎn)支持和優(yōu)先發(fā)展的方向，成為支撐我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的前瞻性、戰(zhàn)略性新能源技術(shù)。尤其隨著人類對(duì)能源的需求量，特別是城市對(duì)能源的需求量日益增加，太陽(yáng)電池的使用更顯得勢(shì)在必行。

目前，進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域的太陽(yáng)電池主要以硅基電池為主，已歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展。在將來(lái)進(jìn)一步更大規(guī)模的應(yīng)用中，硅太陽(yáng)能電池仍受到諸多限制。因?yàn)樯a(chǎn)工藝苛刻，在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生污染物等原因，盡管成本降低至3-5元/峰瓦，但是仍然遠(yuǎn)高于火電和水電的成本，離開政府的支持和補(bǔ)貼，難以大規(guī)模普及到農(nóng)村及城市居民中。

因此，開發(fā)低成本和對(duì)環(huán)境友好的太陽(yáng)能電池迫在眉睫。

隨著納米材料科學(xué)的迅速發(fā)展，納米薄膜太陽(yáng)能電池日益受到研究者青睞，特別是基于納米晶多孔膜的染料敏化太陽(yáng)能電池。

染料敏化太陽(yáng)能電池，它模擬自然界中的光合作用原理，采用吸附染料的納米多孔二氧化鈦半導(dǎo)體膜作為光陽(yáng)極，鍍碳或鍍鉑的導(dǎo)電玻璃作為光陰極，電極間選用適當(dāng)?shù)难趸?還原電解質(zhì)。只要太陽(yáng)光一照到電池上，它就會(huì)源源不斷地開始發(fā)電了。

從1996年至今，將近二十年的光陰歲月，染料敏化太陽(yáng)能電池猶如精心呵護(hù)下長(zhǎng)大成人的孩子，韓禮元教授對(duì)它的優(yōu)點(diǎn)如數(shù)家珍：成本低廉，制作工藝簡(jiǎn)單，環(huán)境友好而且能高度響應(yīng)低水平的照射條件，擁有潛在的高光電轉(zhuǎn)換效率，極有可能取代傳統(tǒng)硅系太陽(yáng)電池，成為未來(lái)太陽(yáng)電池的主導(dǎo)，緩解能源危機(jī)問題。

染料與電池的結(jié)合――一條破釜沉舟之路

韓禮元教授是學(xué)染料出身，也許這早已注定了他與染料敏化太陽(yáng)能的不解之緣。

上世紀(jì)70年代，在那個(gè)“白卷英雄”的時(shí)代，中學(xué)畢業(yè)的韓禮元即進(jìn)入農(nóng)場(chǎng)工作，然而，將近四年的電工生涯使他意識(shí)到知識(shí)的重要性?；謴?fù)高考第二年，韓禮元一舉考取華東紡織工學(xué)院（今東華大學(xué)），進(jìn)入染色專業(yè)學(xué)習(xí)。1982年，大學(xué)畢業(yè)后不久，他又以優(yōu)異的成績(jī)考取了國(guó)內(nèi)第一屆公派留學(xué)，前往日本京都工藝?yán)w維大學(xué)攻讀碩士研究生，進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)染料專業(yè)。此時(shí)的韓禮元在染料世界里盡情暢游，如海綿般汲取染料領(lǐng)域的各種知識(shí)，在一次偶然的機(jī)會(huì)中，他與同事發(fā)現(xiàn)合成的染料導(dǎo)電性非常好。當(dāng)時(shí)，超電導(dǎo)是非常熱門的研究領(lǐng)域，京都工藝?yán)w維大學(xué)電子系的一名導(dǎo)師看中了韓禮元的勤奮好學(xué)與專業(yè)方面的才氣，將他借調(diào)到自己的專業(yè)研修，從事電子材料領(lǐng)域的研究。這次借調(diào)使韓禮元發(fā)現(xiàn)了自己在染料專業(yè)以外的興趣所在：“也許是有以前的電工工作背景，我非常喜歡電子材料這樣的專業(yè)。”

擁有橫跨兩個(gè)專業(yè)的背景，1993年，韓禮元進(jìn)入日本夏普工作之后，順理成章地成為有機(jī)感光材料領(lǐng)域的一名研究人員。作為感光材料的業(yè)界翹楚，公司要求韓禮元在材料領(lǐng)域做出開發(fā)和創(chuàng)新。

根據(jù)當(dāng)時(shí)的文獻(xiàn)資料，韓禮元查到1991年瑞士洛桑高等工業(yè)學(xué)院Michael教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組將納晶多孔薄膜引入了染料敏化太陽(yáng)能電池。“我當(dāng)時(shí)想，我喜歡做電子材料和有關(guān)的器件，又懂染料，選擇研究染料敏化太陽(yáng)能電池是最合適不過了?！表n禮元這樣描述自己當(dāng)時(shí)選擇染料敏化太陽(yáng)能電池道路的心里的想法，“事后證明我的想法有些幼稚”，談及此，他不禁大笑起來(lái)。盡管染料敏化太陽(yáng)能電池并非韓禮元當(dāng)初設(shè)想的那樣是染料與電子材料的組合，但他的這一建議在當(dāng)時(shí)卻極具創(chuàng)新意識(shí)，得到了夏普公司的采納和首肯。

1996年，韓禮元正式著手染料敏化太陽(yáng)能電池的研究工作。但這個(gè)選擇并不為業(yè)內(nèi)同行所看好，因?yàn)橄鄬?duì)于其他材料電池，太陽(yáng)能在當(dāng)時(shí)并非十分引人注目的領(lǐng)域。作為爭(zhēng)取利益最大化的私人公司，夏普公司盡管同意韓禮元進(jìn)行染料敏化太陽(yáng)能電池，但面對(duì)前有技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟的硅基太陽(yáng)能電池，后有要求投入與產(chǎn)出效益的公司利益，夏普公司仍持謹(jǐn)慎態(tài)度，在前期的投入非常少。

這就造成了韓禮元教授當(dāng)時(shí)的困境，前期投入與獲得成果，先有雞，還是先有蛋？

僅僅用了半年多的時(shí)間，在人力財(cái)力都十分欠缺的條件下，韓禮元教授就將染料敏化太陽(yáng)能電池做到了3%的效率。

英雄，往往是先他人行一步的首位“吃螃蟹者”，因此在選擇之初也會(huì)承受更多的困難和打擊?；貞浧甬?dāng)時(shí)的情形，韓禮元教授沒有過多描述自己面臨的困境，只是說：“正因?yàn)槭亲约盒母是樵缸龀龅倪x擇，而非他人命令，所以即使是最困難的階段，我也不曾萌生過退意，正所謂‘破釜沉舟’吧?！?/p>

世界紀(jì)錄與“韓家族”的誕生

韓禮元教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)制作的染料敏化太陽(yáng)能電池，其能量轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)超過了11%。

近10年的努力，濃縮成這樣短短的一句話；從3%到11%，呈現(xiàn)在人們面前只是這樣簡(jiǎn)單的數(shù)字。

背后的付出，又有幾人知？

染料敏化太陽(yáng)能電池的工作原理，是染料吸收光子后發(fā)生電子躍遷，光生電子快速注入到光陽(yáng)極半導(dǎo)體的導(dǎo)帶并經(jīng)過收集進(jìn)入外電路而流向光陰極。失去電子的染料分子成為正離子，被還原態(tài)的電解質(zhì)還原再生。還原態(tài)的電解質(zhì)本身被氧化，擴(kuò)散到光陰極，與外電路流入的電子復(fù)合，這樣就完成了一個(gè)循環(huán)。在染料敏化太陽(yáng)能電池中，光能被直接轉(zhuǎn)換成了電能。

在3%的轉(zhuǎn)化效率基礎(chǔ)上，韓禮元教授深入、系統(tǒng)地研究了染料敏化太陽(yáng)能電池的電子傳運(yùn)機(jī)理。他從技術(shù)已經(jīng)成熟的硅基太陽(yáng)能入手，借鑒等效回路方法，率先提出了染料敏化太陽(yáng)能電池的等效回路模型，為系統(tǒng)地提高轉(zhuǎn)換效率和長(zhǎng)期穩(wěn)定性奠定了基礎(chǔ)。

他所領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，在等效回路模型的基礎(chǔ)上，成功地提高了電池的光電流和降低了電池的內(nèi)電阻，創(chuàng)造了單片電池最高光電轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄。

這一成果于2006年在日本物理學(xué)會(huì)雜志（Japanese Journal of Applied Physics Express Letter）上刊登，7年來(lái)被引用了1100次以上?！拔业某晒麑?duì)其他科研工作者有幫助，為大家提供了一個(gè)很方便的工具。”這一打破世界紀(jì)錄的成果，韓禮元教授只是把它描述成“一個(gè)很方便的工具”，欣慰的語(yǔ)言中透出學(xué)者的謙虛。

2009年，日本《中文導(dǎo)報(bào)》專門以“日本最尖端研究領(lǐng)域的帶頭人”為題進(jìn)行報(bào)道，將韓禮元稱為“下一代太陽(yáng)電池的色素敏化型電池的第一人”。報(bào)道中還寫道：太陽(yáng)光能源轉(zhuǎn)換為電力的效率達(dá)到11.1%，創(chuàng)世界紀(jì)錄。

2011年6月， 韓禮元領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)再一次創(chuàng)造世界紀(jì)錄：染料敏化太陽(yáng)能電池單片電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到11.4%，是當(dāng)時(shí)公認(rèn)最高的光電轉(zhuǎn)換效率。

除此之外，韓禮元教授還對(duì)在氧化鈦上的染料吸附狀態(tài)、從染料到氧化鈦的電子轉(zhuǎn)移等基礎(chǔ)研究，以及在新染料的開發(fā)上做出了多項(xiàng)貢獻(xiàn)；同時(shí)，在有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池、有機(jī)半導(dǎo)體材料上也有著深厚的造詣；韓禮元教授還非常關(guān)注染料敏化電池在實(shí)用化方向上的研究，開發(fā)了高效率大面積電池模塊，效率達(dá)到8%以上，并多次刷新世界紀(jì)錄。

至今，他已經(jīng)在國(guó)際期刊上發(fā)表了近120篇學(xué)術(shù)論文，并申請(qǐng)了90多項(xiàng)日本專利和40多項(xiàng)國(guó)際專利（美國(guó)、歐洲、中國(guó)、澳大利亞）。根據(jù)2005年度日本專利局調(diào)查數(shù)據(jù)，在染料敏化太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，韓禮元教授按發(fā)明者計(jì)算的專利申請(qǐng)件數(shù)也被列為世界第一。

在做出巨大成果的同時(shí)，韓禮元教授也帶出了一支精兵強(qiáng)將。他對(duì)學(xué)生和部下要求嚴(yán)格是出名的?！皠傞_始他們甚至都有點(diǎn)反感我這種嚴(yán)格的做法”，韓教授笑著說。他鼓勵(lì)年輕人挑戰(zhàn)難題，時(shí)間久了，大家都發(fā)現(xiàn)韓禮元教授有一個(gè)特點(diǎn)：支持學(xué)生按照自己的觀點(diǎn)去嘗試，無(wú)論事先辯論得多么面紅耳赤，只要是正確和合理的，都會(huì)得到韓教授的認(rèn)可。“后來(lái)我發(fā)現(xiàn)，他們誰(shuí)都不肯輸給我了?！?/p>

他說：“大學(xué)里主要是建立適合自己的學(xué)習(xí)方法，學(xué)會(huì)自我學(xué)習(xí)，才能不斷成長(zhǎng)。”作為導(dǎo)師，他認(rèn)為不應(yīng)當(dāng)滿足于讓學(xué)生幫助老師做課題，而要推動(dòng)學(xué)生有自己的想法，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)新事物的高敏感度和創(chuàng)新精神，不盲從，不守舊。尚顯稚嫩時(shí)出手幫扶，羽翅漸豐后及時(shí)放手，是韓禮元教授育人的原則。同時(shí)，也要讓團(tuán)隊(duì)內(nèi)的成員互相配合，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的特點(diǎn)，取其長(zhǎng)而舍其短，做到人盡其才。

韓禮元教授有句名言：“學(xué)生不超過老師，老師就是失敗的。”正所謂嚴(yán)師出高徒，韓禮元教授曾經(jīng)的學(xué)生和部下如今也紛紛成為業(yè)內(nèi)骨干，有些甚至由于與韓禮元教授分屬不同機(jī)構(gòu)而成為“競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手”。曾有同行開玩笑：以后染料敏化太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)都是在“韓家族”內(nèi)部產(chǎn)生。對(duì)此，韓教授平靜的話語(yǔ)下掩蓋不住內(nèi)心的欣慰，青出于藍(lán)而勝于藍(lán)，想來(lái)這是每一位為人師者最值得驕傲的時(shí)刻吧。

冬天來(lái)了 春天還會(huì)遠(yuǎn)嗎

染料敏化太陽(yáng)能電池具有許多硅基太陽(yáng)能電池所不能應(yīng)用的領(lǐng)域，例如大型玻璃幕墻，小型家用充電器等。因此，對(duì)于納米薄膜太陽(yáng)電池尤其是染料敏化太陽(yáng)電池，研發(fā)產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)具有重要意義。

現(xiàn)階段，韓禮元教授的研究方向主要集中在染料敏化太陽(yáng)能電池基礎(chǔ)研究，有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池和量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池。

盡管取得了舉世矚目的成就，但韓教授對(duì)整個(gè)行業(yè)有著非常清醒和理性的定位：太陽(yáng)能電池行業(yè)尚處于冬天階段，這也是我們的積累階段，儲(chǔ)備知識(shí)和技術(shù)，以迎接即將到來(lái)的春天。幸運(yùn)的是，染料敏化太陽(yáng)能電池正得到國(guó)家的大力支持，韓禮元教授期望經(jīng)過行業(yè)內(nèi)洗牌，逐漸趨于正規(guī)之后，太陽(yáng)能電池可以再次浮出水面，得到關(guān)注并創(chuàng)造價(jià)值。

他坦言，與硅基太陽(yáng)能電池相比，盡管染料敏化太陽(yáng)能電池具有發(fā)電成本低、環(huán)境友好、光入射角度依賴性低等優(yōu)點(diǎn)，但是也有能量轉(zhuǎn)化效率相對(duì)偏低的弱點(diǎn)，而且未來(lái)想提高其效率尚有一定難度。正因?yàn)榇嬖谶@樣的難題，才更需要研究，更需要年輕人去挑戰(zhàn)。

韓禮元教授認(rèn)為，我國(guó)目前在染料敏化太陽(yáng)能領(lǐng)域的基礎(chǔ)工藝和研發(fā)水平與國(guó)外尚存在一定差距，但是也存在有利條件：國(guó)內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)者眾多，有利于國(guó)內(nèi)的公司在技術(shù)上得到提高，通過競(jìng)爭(zhēng)達(dá)到質(zhì)量、性能、價(jià)格等各方面的提升。

染料敏化太陽(yáng)能領(lǐng)域仿佛蹣跚學(xué)步的幼兒，眼下仍需要依賴于國(guó)家相關(guān)政策的幫扶，尚未達(dá)到自己站立。未來(lái)，韓禮元教授期望它能夠成長(zhǎng)為獨(dú)立生存的產(chǎn)業(yè)，展現(xiàn)出太陽(yáng)能的優(yōu)勢(shì)，這也是需要技術(shù)人員、市場(chǎng)以及國(guó)家相關(guān)部門等業(yè)內(nèi)人士共同研究和探討的課題。

目前，除了科研以外，韓禮元教授也在為染料敏化太陽(yáng)能相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)而奔忙和努力。

從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)講，若實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，染料敏化太陽(yáng)能電池的發(fā)電成本會(huì)接近現(xiàn)有電力價(jià)格，而普通的硅電池成本則高出2-3倍，因而染料敏化太陽(yáng)能電池非常適合批量生產(chǎn)，滿足城市居民以及廣大農(nóng)村的需要，特別是對(duì)我國(guó)近7000萬(wàn)邊遠(yuǎn)地區(qū)人口的用電具有實(shí)際的意義。

戰(zhàn)略角度來(lái)講，我國(guó)是一個(gè)能源的消耗大國(guó)，特別是電力的短缺嚴(yán)重影響我國(guó)的經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。但是無(wú)論是核電還是火電，所需要的燃料都是非常有限的，發(fā)電的同時(shí)也給環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。因此，我國(guó)尤其應(yīng)當(dāng)注重太陽(yáng)能這種可再生綠色能源的開發(fā)與利用，為經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)的協(xié)調(diào)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

從實(shí)用性角度來(lái)講，從染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)可以看出，電池是由透明導(dǎo)電玻璃及有一定顏色的染料和電解質(zhì)構(gòu)成，且?guī)б欢伾钥梢酝ㄟ^適當(dāng)選擇染料和電解質(zhì)的顏色及TiO2膜的厚度來(lái)控制整個(gè)電池的透光率，這樣可以把電池用作窗戶玻璃，即透光又可當(dāng)電池用。

希望十年后當(dāng)你搬入新家，看到帶有裝飾色彩的窗玻璃時(shí)，別忘了它正在靜靜為你發(fā)電，幫你大量節(jié)省著電費(fèi)的開支。

資料鏈接

染料敏化太陽(yáng)能電池小知識(shí)

染料敏化太陽(yáng)能電池的研究歷史可以追溯到19世紀(jì)早期的照相術(shù)。

1837年，Daguerre制出了世界上第一張照片。兩年后，F(xiàn)ox Talbot將鹵化銀用于照片制作，但是由于鹵化銀的禁帶寬度較大，無(wú)法響應(yīng)長(zhǎng)波可見光，所以相片質(zhì)量并沒有得到很大的提高。

1883年，德國(guó)光電化學(xué)專家Vogel發(fā)現(xiàn)有機(jī)染料能使鹵化銀乳狀液對(duì)更長(zhǎng)的波長(zhǎng)敏感，這是對(duì)染料敏化效應(yīng)的最早報(bào)道。

1887年，Moser將這種染料敏化效應(yīng)用到鹵化銀電極上，從而將染料敏化的概念從照相術(shù)領(lǐng)域延伸到光電化學(xué)領(lǐng)域。

1964年，Namba和Hishiki發(fā)現(xiàn)同一種染料對(duì)照相術(shù)和光電化學(xué)都很有效。

直到20世紀(jì)60年代，德國(guó)的Tributsch發(fā)現(xiàn)了染料吸附在半導(dǎo)體上并在一定條件下產(chǎn)生電流的機(jī)理，才使人們認(rèn)識(shí)到光照下電子從染料的基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)后繼而注入半導(dǎo)體的導(dǎo)帶的光電子轉(zhuǎn)移是造成上述現(xiàn)象的根本原因。這為光電化學(xué)電池的研究奠定了基礎(chǔ)。

但是由于當(dāng)時(shí)的光電化學(xué)電池采用的是致密半導(dǎo)體膜，染料只能在膜的表面單層吸附，而單層染料只能吸收很少的太陽(yáng)光，多層染料又阻礙了電子的傳輸，因此光電轉(zhuǎn)換效率很低，達(dá)不到應(yīng)用水平。

后來(lái)人們制備了分散的顆?；虮砻娣e很大的電極來(lái)增加染料的吸附量，但一直沒有取得非常理想的效果。