智能电网下太阳能发电技术的现状及展望

智能电网下太阳能发电技术的现状及展望

周士通

广州发展电力科技有限公司 广东广州 511455

摘要：太阳能发电，包括光伏发电和光热发电，是一种重要的清洁能源。本文详细描述了光伏和光热发电技术的发展现状，深入分析它们的优势和存在的问题。光伏技术具有灵活性和高效性，而光热技术在储能方面有优势。然而，两者在成本、效率和能源密度上仍存在挑战。最后，本文展望了光伏和光热作为环保清洁绿色能源的未来发展，强调了其在推动可持续发展方面的关键作用。

关键词：智能电网；太阳能发电技术；现状；展望

引言：近年来，石油、天然气等化石能源不断被消耗，污染物排放增多，地球生态环境开始变差，人们对于生态环境保护工作越来越重视。为了能够更好地保护环境，应用环保清洁能源是未来的发展方向，在众多新能源当中，太阳能是一种没有污染、可再生的清洁能源，在未来具有广阔的发展前景。人类利用太阳能的主要形式就是太阳能发电，当前光伏发电以及光热发电是主要的太阳能发电形式。

一、光伏发电技术概述

太阳能光伏发电是使用半导体材料自身所具有的光生伏特作用，将太阳能转化为生产生活所必需的电能。应用半导体材料制作太阳能电池光能接收板，将光能接收板对准太阳，让太阳光照射到接收板上，电池接收板内部的电子就会开始产生移动，电子不断进行移动的过程就会形成电流，进一步会出现电位差，此时电能就会出现，将多个太阳能电池通过串联或者并联的方式连接起来，就能够产生电能。目前发展时间最长、发展情况最成熟、应用规模最广的太阳能电池类型是硅基太阳能。即使光伏太阳能发电技术的应用范围广，但是依旧存在着一定的缺点：

1、发电效率不高

太阳能在空间当中主要以辐射的形式进行传播，但是太阳能电池并不能将所有的太阳能吸收利用，只能够吸收一部分太阳能进行转化，一般来说，单晶硅太阳能电池只能够吸收380至1100纳米波长区域内部的能量来进行电能转化，在这一区域范围内的能量通过太阳能电池就会转化为热能。随着太阳能电池温度不断的提升，电池当中电子开始逐渐出现热运动，能带间隙将会变低，开路电压也会随着温度的不断提升而逐渐降低，短路电流则会与温度的变化出现同步。这就会导致太阳能电池输出功率会随着电池温度的升高而逐渐下降，所以，长时间照射将会导致太阳能电池太阳能转换电能的效率降低。单晶硅太阳能电池平均效率大约在15%，多晶硅光伏太阳能电池的发电效率在13%左右。由于太阳能电池将光能转化为电能的效率相对较低，所以要想提高电池发电量，就必须要增加电池数量，这也就会直接导致建设成本的提升[1]。

2、生产污染大

太阳能电池在生产发电过程当中不会产生燃料消耗，也不会有噪音以及其他污染问题，但是在生产太阳能电池的过程当中会有较多的高能耗工序，也会产生大量的污染物，生产电池的过程会对地球生态环境造成破坏。我国从生产工业硅一直到太阳能电池生产的全过程会消耗大量的能源，并且生产电池过程当中会产生不同类型的副产物，例如具有刺激性味道，温度升高或者是遇到水将会分解释放出具有毒性的腐蚀性烟雾，另外，在生产太阳能电池板的过程当中会大量使用化学物质，会排放出大量的废水，这将会对生态环境造成严重的污染。

二、光热发电技术概述

太阳能光热发电技术是利用太阳能发电的另外一种主要方式，应用聚光仪器设备将太阳能聚焦起来，这样可以有效提高太阳辐射能的密度，之后光能将会直接加热循环介质，进而产生蒸汽，促使汽轮机运转，进而发电。与光伏发电技术相比，光热发电技术能够将全部波段的太阳光进行接收利用，也可以通过存储热量进行24小时不间断发电。另外，光热发电技术也能够改善光伏发电技术当中太阳辐射能密度较低的问题。

1、槽式发电技术

槽式发电技术是一种通过槽式抛物面反射镜将太阳光聚焦成一条线，然后集中到集热管中的传热介质进行加热的发电方式。这个过程通过热交换器实现，将太阳能转移到汽轮机，从而驱动汽轮机进行发电。聚光装置能够跟踪太阳辐射能，及时调整反射镜的角度，确保太阳光线始终集中在集热管上。当检测到太阳辐射不足时，系统可以启动加热辅助，保障整个发电系统的稳定运行。槽式发电技术在利用太阳能进行高效发电方面具有显著优势，能够灵活适应不同的太阳辐射情况，为清洁能源的可持续利用提供了一种可行的解决方案[2]。

2、菲涅尔发电技术

菲涅尔发电技术采用平面镜或低曲率的镜面反射太阳光，将光线聚焦到加热管中的循环介质上，使其升温产生高温蒸汽，从而驱动汽轮机进行发电。与槽式发电技术相比，这种技术的反射镜通常安装在地面附近，具有一定的相似之处。然而，菲涅尔发电技术在太阳能收集效率上存在一些局限，相对较低。尽管如此，它仍然是一种具有潜力的太阳能发电技术，特别适用于一些对集光精度要求较低的场景。随着技术的不断创新和发展，菲涅尔发电技术有望在未来得到进一步优化，成为清洁能源领域中的重要发展方向。

3、塔式发电技术

塔式发电技术通过地面镜场将太阳辐射能集中到吸热塔中，该塔内的吸热装置直接吸收地面镜场反射的太阳能，使传热介质获得大量热能。这些热能随后传递到蒸汽发生装置，推动汽轮机进行发电。在这一发电系统中，为了将太阳光准确反射到吸热装置，需要二维跟踪每个定日镜，尽管这带来一定的技术难度。然而，塔式发电技术具有较高的发电效率，未来有望成为光热发电技术的主流形式。随着技术的进步和创新，解决二维跟踪的难题，将进一步提高这一技术的可行性和实用性，为清洁能源的发展贡献更为可持续的解决方案。

4、蝶式发电技术

蝶式发电技术采用蝶形反射镜将太阳光聚焦，使焦点处的接收装置加热介质升温，从而推动汽轮机进行发电，实现热能向电能的转化。该发电系统采用双轴跟踪方式，实现更精准的太阳光聚焦，具有较高的聚光比。相对于其他光热发电技术，蝶式发电技术在发展速度上略显缓慢。尽管如此，其独特的蝶形反射镜设计提高了聚光效率，为太阳能的高效利用提供了一种有潜力的途径。未来，通过技术创新和进一步的优化，蝶式发电技术有望在清洁能源领域取得更为显著的进展[3]。

三、未来展望

即使太阳能是无污染的绿色清洁能源，但是太阳能能流密度相对较低，并且会受到气候、日照时间的影响，同时太阳能电池转换效率较低，这也导致光伏太阳能电池的发展受到制约。但是随着科学技术的不断进步，光伏太阳能电池会朝着纵深方向继续发展，STPV是一种光伏太阳能电池的新方式，与太阳能光伏电池相比，其辐射能量密度更高，除此之外，STPV除了能够获得电能，还能够得到热能，这样进一步提高了对太阳能的利用效率，在未来有更为广阔的发展前景。聚光光热发电技术能够持续发电，电池机组可以24小时不间断地稳定运行，可以依据电网的要求输出有功以及无功，这是光伏发电不能相比的，随着科学技术的不断发展，光热发电将会成为新能源的主要形式。

结束语：本文对智能电网下太阳能发电技术的现状进行了简要叙述，着眼未来，随着技术的不断创新，这些发电技术将成为清洁能源的主要贡献者，为可持续能源发展提供可行解决方案。期望本文的内容能够为相关部门提供有益参考，推动太阳能发电技术在智能电网中的广泛应用。

参考文献：

[1]廖其龙,李宜,刘欢.互补发电技术体系与发展趋势[J].攀枝花学院学报,2019,36(05):43-47.

[2]蔡高原.太阳能光伏发电技术现状与展望[J].河南科技,2018(32):128-130.

[3]蔡世杰.太阳能利用技术研究现状及发展前景[J].中国高新科技,2018(21):50-52.

作者简介：周士通（1996.01—），男，汉族，吉林榆树人，本科学历，初级工程师，研究方向为新能源资源分析与评价、新能源电力规划。