太阳能行业是一个包括光热、光伏、光电的巨大产业。太阳能的利用方式主要有:光伏发电系统、光热发电系统、太阳能热水器、太阳能制氢和制冷等。太阳能发电技术作为太阳能利用中最具有意义的技术,成为世界各国研究应用的热点,太阳能发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位,不但要替代部分常规能源,而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年,可再生能源在总能源结构中将占30%以上,而太阳能发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上。
《一》 太阳能热水
太阳能热水器是一种能够将太阳的光能转化成为热能的一种装置。阳光在穿过太阳能吸热管的第一层玻璃照射到第二层的黑色吸热层上,它就能将太阳光能中的热量进行吸收。第一层和第二层的玻璃之间是真空隔热的,因此它的传热速度将会大幅度的减少,这时被吸收的绝大部分热量就只能传送到玻璃管中的水中,这时实现了对水的加热。加热之后的水会沿着玻璃管的受热面往上进入到保温储水桶中,这时桶内的温度相对较低的水就会沿着玻璃管的背光面进入到玻璃管中进行补充,循环往复,使得保温同桶中的水不断进行加热。
太阳能热水器对太阳能的利用主要是光热利用,它主要能够将太阳能的辐射能收集起来,通过和物质之间的相互作用转换成为热能进行利用。现在使用的最多的太阳能收集装置主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器这几种。
太阳能也是由多个部件所组成的电器产品,其中集热器、保温水箱、支架等都是太阳能的主要部件之一。
集热器:集热器是系统中的集热元件,它的功能相当于是电热水管中的电热管。太阳能集热器主要利用的是太阳的辐射热量,因此在进行工作时它的加热时间只能是在太阳照射度达到一定值的时候才能进行。
保温水箱:保温水箱就是一种能够存储热水的容器,通过集热管采集到的热水必须要使用能够保温的水箱进行储存,防止热水热量的损失。在太阳能热水器中它的容量是指热水器中可以使用到的水容量,但是却不包括真空管中的容量。在保温水箱中它的内胆是水箱的重要组成部分,因此内胆用材的强度和抗腐蚀性是非常重要的,如今较好的保温方式就是聚氨脂整体发泡工艺进行保温。
支架:支架是支撑热水器和保温水箱的一个架子,太阳能热水器使用的支架需要保证其结构的牢固,同时稳定器也要高,通常情况下太阳能热水器它的支架使用都是不锈钢材质制作。
控制部件:太阳能要进行运行,它的控制系统是不能少的,通常太阳能热水器中它的控制器都是自动上水、水满或者是断水并且显示出水温和水位,同时带有辅助电热的太阳能热水器还具有漏电保护,防干烧的功能。
《二》 光伏发电
光伏发电是利用光生伏特效应,吸收入射的太阳光,产生电子-空穴对,在半导体p-n结内建电场的作用下,电子、空穴分别向正负两个电极运动,以此形成电流。它由组件阵列、逆变器、控制器等组成。根据所使用的电池组件类型不同,又可分为晶硅电池、薄膜电池、聚光电池等。
光伏发电的主要特点在于可作为分布式电源,安装在负荷中心,无需远距离输送,就地发电就地使用。同时,可模块化安装,规模大小随意,可安装于屋顶和墙面,不占地,光伏出力与白天用电高峰相重合,既可享受峰值电价也可为电网削峰。
《三》 光热发电
光热发电是利用发射镜等聚光系统将太阳能聚集起来,加热某种工质,然后经过换热交换器产生高温高压的过热蒸汽,驱动汽轮机并带动发电机发电。它由聚光子系统、集热子系统、发电子系统、蓄热子系统和换热子系统五部分组成。根据聚光子系统的不同,太阳能热发电又分为槽式发电、塔式发电、碟式发电等。
光热发电比常规的光伏发电更具有优势。通过储热改善光热发电出力特性。白天将多余热量储存,晚间再用储存的热量释放发电,这样可以实现光热发电连续供电,保证电流稳定,避免了光伏发电与风力发电难以解决的入网调峰问题。根据不同的储热模式,可一定程度上提高电站利用小时数和发电量,提高电站调节性能。
通过补燃或与常规火电联合运行改善光热发电出力特性。太阳能热发电站可利用化石燃料补燃或与常规火电联合运行,使其可以在晚上或连续阴天时持续发电,甚至可以以稳定出力承担基荷运行。
《四》光伏与光热比较
光热发电投资成本高于光伏电站。目前我国建设的大型光伏电站单位造价约为8000元/千瓦,光热约为22000元/千瓦,美国的光伏电站则为2400-3000美元/千瓦,光热约为5100-6200美元/千瓦,光热造价基本上是光伏的2-3倍。
在光伏发电方面,晶体硅、薄膜和聚光电池等三种电池技术已经成功实现商业化,生产成本近十年降幅达到90%,电池转换率也以每年0.5个百分点的速度提升。随着分布式发电的发展,光伏市场门槛将会更低,市场参与者也会更多,能够更加有效地促进光伏技术在更大范围内的创新和应用。
在光热发电方面,槽式系统在目前商业化中技术最为成熟,国外已建成的光热电站主要是槽式发电,
太阳能光伏和光热电站发展前景
从未来发展看,两者都有较大的发展潜力
在2030年以前,由于光伏装机成本和度电成本均低于光热发电,且光伏出力与白天用电高峰和峰值电价曲线相吻合,在光伏渗透率较低情况下,光伏装机规模将远大于光热。在2030年后,光伏装机由于渗透率高,且基本能满足白天的用电需求,发展速度会放缓;光热则会充分利用其储热优势,能满足日落后的用电高峰,从而得到较快发展。
从发展方式看,两者是协同互补关系,而非替代关系
光热和光伏发电都面临火电等传统能源的竞争,承载着代替化石能源的使命,只有光伏和光热更好地协同互补,才能完成这项任务,满足用电需求。同时,由于大型风电、光伏和光热电站等可再生能源主要建设在沙漠、戈壁滩等地区,需要远距离输送,但风电、光伏等利用小时数低,单独远距离传输经济性差,为提高输送电网的利用率,不得不通过火电打捆等方式输送。如果光热电站成熟之后,则完全可以通过储热方式替代火电,解决电网利用率低问题,同时也可解决可再生能源发电不稳定的问题。
从应用领域看,光伏和光热应用领域各有侧重,主战场并不重合
光伏发电优势在于分布式。在负荷中心建设方面,结合储能等产业发展,可实现就地发电就地使用。同时,光伏也可作为移动电源,充分满足消费市场需求,这是光热电站难以企及的。光热发电优势在于规模化,适合在条件适宜地区建设大型光热电站,然后远距离输送。在这些地区,也可适当发展大型光伏电站,将光伏光热打捆送出,实现可再生能源最大限度的消纳。
来源:泓达光伏