太阳能发电站的科普知识

大有可为的宇宙太阳能发电系统讲了什么科学知识？~

世纪的能源系统中，有两大系统是大有希望的，可望作为取代化学燃料的能源之一，它有助于解决酸雨等影响地球环境的问题。
一种是核聚变能源系统（原子能发电），另一种是软能源系统。在软能源系统中，宇宙太阳能发电系统更加引人注目。
宇宙太阳能发电系统以取之不尽用之不竭的太阳能为能源，可以不受白天黑夜以及气候变化影响。这一设想源于美国二十世纪60年代微波传输电力的试验，迄今的研究开发过程已经历过5个阶段：
第一个阶段是提出设想时期，美国空军同雷神公司在1967年成功地通过微波向模拟直升机提供动力的试验，这一试验连续进行了10个小时，维持了18米的高度。
第二个阶段是美国航空航天局研制参考式宇宙太阳能发电系统的时期，在二十世纪70年代后半期到80年代前半期的10年时间里，正式进行了宇宙太阳能系统的开发与研究。有代表的研究成果是“1979年参考式宇宙太阳能发电系统”，这个系统的发电能力是500万千瓦。
第三个阶段是冷战结束的重新研究时期，美国继续重新研究能否实现比较经济的宇宙太阳能发电系统的问题。
第四阶段是从新角度出发研究的时期。在二十世纪90年代前半期，社会对能源的需求增加，人们越来越关注地球环境问题，开始探讨宇宙太阳能发电系统在民生方面的时常能力问题，受到好评的是高度为6000米的“太阳塔型宇宙太阳能发电系统”，其传输微波的频率为2.45～3.5千兆赫，这满足了家用微波炉所需要的微波条件。
第五个阶段是概念设计时期，美国航空航天局根据国会的要求，在1998年3～9月，基于以前的研究成果实施宇宙太阳能发电系统概念设计，研究了同宇宙太阳能发电系统的市场能力、卫星系统的技术开发、宇宙运输的经济性以及对地球环境的影响等问题。

地球所接受的太阳能功率，平均每平方米为1353千瓦，这就是所谓的“太阳常数”。也就是说，太阳每秒钟照射到地球上的能量约为500万吨煤当量，这些能量比目前全世界人类的能耗量大3.5万倍。但怎样有效的利用太阳所恩赐的能量，使其成为本世纪的一大可利用能源，是新能源开发中的一个重要课题。
太阳能转换为电能有两种基本途径：一种是把太阳辐射能转换为热能，即“太阳热发电”；另一种是通过光电器件将太阳光直接转换为电能，即“太阳光发电”。
太阳热发电，全世界以以色列的技术最为先进。在吸取加州的技术的基础上，巴西、印度、摩洛哥正在计划进行设备的建设，世界银行已开始提供资金给开发中的国家。因为入射到地球表面的太阳能是广泛而分散的，要充分收集并使之发挥热能效益，就必须采取一种能把太阳光发射并集中在一起，变成热能的系统。一种方法是采用细长的太阳光聚集管子，将管中流动的液体用太阳热集中加热，转换成为高温水蒸汽，以蒸汽涡轮机变换为电。也可以采用抛物面型的聚光镜将太阳热集中，使用计算机让聚光镜追随太阳转动。
除了太阳热发电技术外，目前人类社会也在大力开发太阳光技术。太阳辐射的光子带有能量，当光子照射半导体材料时，光能便转换为电能，这个现象叫“光生伏打效应”。太阳电池就是利用光生伏打效应制成的一种光电器件。太阳电池与普通的化学电池（干电池、蓄电池）完全不同，是一种物理性质电源。虽然太阳光--照射太阳电池就能发电，但它与一般的发电机大相径庭，它无旋转和磨损，能静悄悄地发电。目前采用光电池利用太阳光的方式还是小规模的分散方式。对人类的贡献而言，太阳光技术可能是至今最优秀的技术，短期的最大功效就是给发展中国家中20亿以上的农村人口带来恩惠。虽然现在的送电网是大规模集成方式的，这并不会使事态变得悲观，因为随着电池效率的提高，制造工程的改善，以及大规模发电所带来的成本降低，在2000年实现每千瓦小时10美分，到2020年预计达到每千瓦小时4美分。
美国利用各种能源发电的成本目前已接近采用天然气和煤炭发电的成本，因此，太阳热发电具有广阔的前景。

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。 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。 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℃。 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。 （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。 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。 随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，各种安全和污染隐患可谓是无处不在。太阳能作为一种“取之不尽，用之不竭”的安全、环保新能源越来越受到重视。这样，太阳能照明产品随着太阳能热水器普及之后应然而生，在这里我们就太阳能灯具和使用市电灯具的效果作实用对比。
*对比一
市电照明灯具安装复杂：在市电照明灯具工程中有复杂的作业程序，首先要铺设电缆，这里就要进行电缆沟的开挖、铺设暗管、管内穿线、回填等大量基础工程。然后进行长时间的安装调试，如任何一条线路有问题，则要大面积返工。而且地势和线路要求复杂、人工和辅助材料成本高昂。
太阳能照明灯安装简便：太阳能灯具安装时，不用铺设复杂的线路，只要做一个水泥基座，然后用不锈钢螺丝固定就可。
*对比二
市电照明灯具电费高昂：市电照明灯具工作中有固定高昂的电费，要长期不间断对线路和其它配置进行维护或更换，维护成本逐年递增。
太阳能照明灯具免电费：太阳能照明灯具是一次性投入，长期受益，维护成本低。
*对比三
市电照明灯具有安全隐患：市电照明灯具由于在施工质量、景观工
程的改造、材料老化、供电不正常、水电气管道的冲突等方面带来诸多安全隐患。
太阳能照明没有安全隐患：太阳能灯具是超低压产品，运行安全可靠太阳能照明的其它优势：绿色环保，能为高尚生态小区的开发和推广增加新的卖点；可持续降低物业管理成本，减少业主公共分摊部分的费用。综上对比所述，太阳能照明安全无隐患、节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护。

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沈阳市15777769151： 太阳能发电的原理是什么?？
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竹伯黄豆： 太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池(组) 组成.如输出电源为交流220V或110V,还需要配置逆变器. 各部分的作用为: (一)太阳能电池板: 太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分, 也是太阳能发电系统中价值...

沈阳市15777769151： 太阳能光伏发电系统的工作原理是什么? - ？
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沈阳市15777769151： 太阳能发电的原理? - ？
竹伯黄豆： 太阳能发电 分为光伏发电 和 光热发电 光伏发电:是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术.简单说.光线照射在太阳能电池上被吸收,具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发,产生电子-空穴对.电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动.通过界面层的电荷分离.通过光照在界面层产生的电子-空穴对越多,电流越大.界面层吸收的光能越多,界面层即电池面积越大,在太阳能电池中形成的电流也越大.光热发电:太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能,通过换热装置提供蒸汽,结合传统汽轮发电机的工艺,从而达到发电的目的.这个稍微简单.和普通发电原理差不多 求采纳 可以追问哦

沈阳市15777769151： 太阳能发电的原理是什么? 这个东西可靠吗?？
竹伯黄豆： 太阳能发电是利用半导体硅材料的见光发电特性来实现的,太阳能电池板是用硅材料制作的,太阳光照射上去就把光转换成电了.太阳能发电技术是可靠的,就是造价高了点.

沈阳市15777769151： 太阳能电站的工作原理是怎样的? - ？
竹伯黄豆： 根据格拉塞尔的设想,波音公司设计了一个500万千瓦的太阳能电站,电站设在地球静止轨道上,日照时间不受黑天白昼以及气象变化的影响,所以它比在地面上的日照时间要长6~15倍,日照强度也要强2倍?电站采用光电转换的太阳电池?这种转换比其他的形式(如热电转换)更为简单,也更容易在空间生产和维修?太阳能电池帆板上装有140亿个太阳电池,旁边的反射镜将阳光聚集在太阳电池上,使入射的光进一步增强,太阳电池将太阳能转换为直流电,微波管又将直流电变成微波能量,最后由相控阵天线发射到地面接收站,并把它转换成普通电网的电能?

沈阳市15777769151： 光伏发电站的介绍 - ？
竹伯黄豆： 光伏发电站 photovoltaic(PV)power station以光伏发电系统为主,包含各类建(构)筑物及检修、维护、生活等辅助设施在内的发电站.

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