太陽能行業是一個包括光熱、光伏、光電的巨大產業。太陽能的利用方式主要有:光伏發電系統、光熱發電系統、太陽能熱水器、太陽能制氫和制冷等。太陽能發電技術作為太陽能利用中最具有意義的技術,成為世界各國研究應用的熱點,太陽能發電在不遠的將來會占據世界能源消費的重要席位,不但要替代部分常規能源,而且將成為世界能源供應的主體。預計到2030年,可再生能源在總能源結構中將占30%以上,而太陽能發電在世界總電力供應中的占比也將達到10%以上。
《一》 太陽能熱水?
太陽能熱水器是一種能夠將太陽的光能轉化成為熱能的一種裝置。陽光在穿過太陽能吸熱管的第一層玻璃照射到第二層的黑色吸熱層上,它就能將太陽光能中的熱量進行吸收。第一層和第二層的玻璃之間是真空隔熱的,因此它的傳熱速度將會大幅度的減少,這時被吸收的絕大部分熱量就只能傳送到玻璃管中的水中,這時實現了對水的加熱。加熱之后的水會沿著玻璃管的受熱面往上進入到保溫儲水桶中,這時桶內的溫度相對較低的水就會沿著玻璃管的背光面進入到玻璃管中進行補充,循環往復,使得保溫同桶中的水不斷進行加熱。
太陽能熱水器對太陽能的利用主要是光熱利用,它主要能夠將太陽能的輻射能收集起來,通過和物質之間的相互作用轉換成為熱能進行利用。現在使用的最多的太陽能收集裝置主要有平板型集熱器、真空管集熱器和聚焦集熱器這幾種。
太陽能也是由多個部件所組成的電器產品,其中集熱器、保溫水箱、支架等都是太陽能的主要部件之一。
集熱器:集熱器是系統中的集熱元件,它的功能相當于是電熱水管中的電熱管。太陽能集熱器主要利用的是太陽的輻射熱量,因此在進行工作時它的加熱時間只能是在太陽照射度達到一定值的時候才能進行。
保溫水箱:保溫水箱就是一種能夠存儲熱水的容器,通過集熱管采集到的熱水必須要使用能夠保溫的水箱進行儲存,防止熱水熱量的損失。在太陽能熱水器中它的容量是指熱水器中可以使用到的水容量,但是卻不包括真空管中的容量。在保溫水箱中它的內膽是水箱的重要組成部分,因此內膽用材的強度和抗腐蝕性是非常重要的,如今較好的保溫方式就是聚氨脂整體發泡工藝進行保溫。
支架:支架是支撐熱水器和保溫水箱的一個架子,太陽能熱水器使用的支架需要保證其結構的牢固,同時穩定器也要高,通常情況下太陽能熱水器它的支架使用都是不銹鋼材質制作。
控制部件:太陽能要進行運行,它的控制系統是不能少的,通常太陽能熱水器中它的控制器都是自動上水、水滿或者是斷水并且顯示出水溫和水位,同時帶有輔助電熱的太陽能熱水器還具有漏電保護,防干燒的功能。
《二》? 光伏發電
光伏發電是利用光生伏特效應,吸收入射的太陽光,產生電子-空穴對,在半導體p-n結內建電場的作用下,電子、空穴分別向正負兩個電極運動,以此形成電流。它由組件陣列、逆變器、控制器等組成。根據所使用的電池組件類型不同,又可分為晶硅電池、薄膜電池、聚光電池等。
光伏發電的主要特點在于可作為分布式電源,安裝在負荷中心,無需遠距離輸送,就地發電就地使用。同時,可模塊化安裝,規模大小隨意,可安裝于屋頂和墻面,不占地,光伏出力與白天用電高峰相重合,既可享受峰值電價也可為電網削峰。
《三》? 光熱發電
光熱發電是利用發射鏡等聚光系統將太陽能聚集起來,加熱某種工質,然后經過換熱交換器產生高溫高壓的過熱蒸汽,驅動汽輪機并帶動發電機發電。它由聚光子系統、集熱子系統、發電子系統、蓄熱子系統和換熱子系統五部分組成。根據聚光子系統的不同,太陽能熱發電又分為槽式發電、塔式發電、碟式發電等。
光熱發電比常規的光伏發電更具有優勢。通過儲熱改善光熱發電出力特性。白天將多余熱量儲存,晚間再用儲存的熱量釋放發電,這樣可以實現光熱發電連續供電,保證電流穩定,避免了光伏發電與風力發電難以解決的入網調峰問題。根據不同的儲熱模式,可一定程度上提高電站利用小時數和發電量,提高電站調節性能。
通過補燃或與常規火電聯合運行改善光熱發電出力特性。太陽能熱發電站可利用化石燃料補燃或與常規火電聯合運行,使其可以在晚上或連續陰天時持續發電,甚至可以以穩定出力承擔基荷運行。
《四》光伏與光熱比較
光熱發電投資成本高于光伏電站。目前我國建設的大型光伏電站單位造價約為8000元/千瓦,光熱約為22000元/千瓦,美國的光伏電站則為2400-3000美元/千瓦,光熱約為5100-6200美元/千瓦,光熱造價基本上是光伏的2-3倍。
在光伏發電方面,晶體硅、薄膜和聚光電池等三種電池技術已經成功實現商業化,生產成本近十年降幅達到90%,電池轉換率也以每年0.5個百分點的速度提升。隨著分布式發電的發展,光伏市場門檻將會更低,市場參與者也會更多,能夠更加有效地促進光伏技術在更大范圍內的創新和應用。
在光熱發電方面,槽式系統在目前商業化中技術最為成熟,國外已建成的光熱電站主要是槽式發電,
太陽能光伏和光熱電站發展前景
從未來發展看,兩者都有較大的發展潛力
在2030年以前,由于光伏裝機成本和度電成本均低于光熱發電,且光伏出力與白天用電高峰和峰值電價曲線相吻合,在光伏滲透率較低情況下,光伏裝機規模將遠大于光熱。在2030年后,光伏裝機由于滲透率高,且基本能滿足白天的用電需求,發展速度會放緩;光熱則會充分利用其儲熱優勢,能滿足日落后的用電高峰,從而得到較快發展。
從發展方式看,兩者是協同互補關系,而非替代關系
光熱和光伏發電都面臨火電等傳統能源的競爭,承載著代替化石能源的使命,只有光伏和光熱更好地協同互補,才能完成這項任務,滿足用電需求。同時,由于大型風電、光伏和光熱電站等可再生能源主要建設在沙漠、戈壁灘等地區,需要遠距離輸送,但風電、光伏等利用小時數低,單獨遠距離傳輸經濟性差,為提高輸送電網的利用率,不得不通過火電打捆等方式輸送。如果光熱電站成熟之后,則完全可以通過儲熱方式替代火電,解決電網利用率低問題,同時也可解決可再生能源發電不穩定的問題。
從應用領域看,光伏和光熱應用領域各有側重,主戰場并不重合
光伏發電優勢在于分布式。在負荷中心建設方面,結合儲能等產業發展,可實現就地發電就地使用。同時,光伏也可作為移動電源,充分滿足消費市場需求,這是光熱電站難以企及的。光熱發電優勢在于規模化,適合在條件適宜地區建設大型光熱電站,然后遠距離輸送。在這些地區,也可適當發展大型光伏電站,將光伏光熱打捆送出,實現可再生能源最大限度的消納。
來源:泓達光伏