基于太阳能发电的考察与探究

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摘 要： 太阳能发电作为当今绿色能源发电的主流，针对其存在的问题，建立空间电站的方案被提出，这样可以大大提高太阳能的利用率，使地球能源利用得到革命性变化。

关键词： 太阳能；热发电；光伏发电；空间电站

随着世界的不断发展，电力系统对绿色可再生能源的开发利用应运而生。而太阳能作为一种分布最广泛，资源储备量极大的能源，在当今社会的发电技术中有着举足轻重的地位。

1 太阳能发电

1.1 太阳能热发电

太阳能热发电是太阳能热利用的重要方面，其工作原理是利用集热器将太阳能辐射能转换成热能并通过热力循环过程进行发电。其组成部分有：集热器部分、蓄热部分、辅助能源部分、汽轮机发电部分。太阳能热发电系统主要有塔式、槽式、碟式三种发电系统，此外还有太阳能坑发电系统和太阳能烟囱发电系统。太阳能热发电有多种类型，按参与的集热器型式分为分散型和集中型，按太阳能收集方式分为聚光型和非聚光型，按集热温度分为低温型和高温型。

热发电是目前应用比较广泛的太阳能发电技术。

1.2 太阳能光伏发电

光伏发电是利用某些物质的光电效应（光生伏打效应），将太阳光辐射能直接转变成电能的发电方式。近年来，光伏发电得到了迅猛的发展，而且会有更加美好的发展前景。欧洲与日美是世界上的光伏强国。

根据欧洲光伏行业协会2011年2月14日的报告，2010年全球新增太阳能光伏装机容量为16GW，是上年新增容量的两倍。2010年全球太阳能光伏累计装机容量接近40GW，比2009年增加70%。

而且对于中国，光伏发电业事业也蓬勃向上，2008年，中国新增光伏发电装机容量40MW，之后连续两年新增容量翻倍。2010年，中国光伏太阳能电池产量达到8GW，占全世界生产总量的50%。最近，从发改委能源研究所权威人士处获悉，目前国家能源局正在制定的新能源“十二五”发展规划中，可能将“十二五”光伏装机目标上调到10GW，到2020年的光伏装机目标可能大幅上调至50GW。

值得强调的是，对于大中型或并网运行的光伏发电系统，保护和控制系统就像电力系统中的变电系统、潮流检测系统、继电保护系统一样有着重要的地位，担任着平衡、管理、分配电能的作用，同时检测的电能质量，保护整个系统正常工作、显示系统的工作状态、即使发出预警信号和跳闸信号等。

光伏发电在当今社会有着重要的地位，其开发潜力不可估量，世界各国任处在积极研究光伏发电的状态之中。

2 太阳能发电的性能评价

2.1 太阳能发电的优点

1）普遍性。世界上的各个角落都会有太阳光的照射，虽然由于在地球上经纬度不同的地方接受到的太阳能会因太阳入射角而不同，但这种能源不会被少数国家或地区垄断，就太阳能方面的储备量而言，几乎所有国家都可称其为“能源大国”。

2）永久性。就像我们通常所说的，太阳能是取之不尽用之不竭的，其寿命长达100亿年。

3）无污染。我们现在使用最广泛的火力发电会引起很大的环境污染问题，煤炭石油等矿物质能源在燃烧后将产生大量的废弃物质，如二氧化硫、一氧化碳等有毒性的污染气体，对大气环境和周围居民的健康都造成严重的威胁。太阳能属于清洁性能源，利用后不产生任何废弃有毒物质，不会污染环境。

4）和平性。在人类与自然和平共处的原则下，太阳能由于其广泛的存在性，不会引起各种因争夺能源问题而引发的战争。

5）后期维护工作成本低，工作量少。在设备使用得当的情况下，装置成后所需费用极少，而每年至少可生1Ｘ10千瓦的电力，可见从长远角度看来，太阳能发电有很高的性价比。

2.2 太阳能发电的缺点

1）能量的供应不够稳定。太阳能容易受日夜季节气候等自然因素影响，从而使其转化成的电能的多少以及电能质量都会随着自然因素的改变而变化，导致电能稳定。

2）装置成本过高。从现如今的各种太阳能设备中就可以得出结论，只有在太阳能的接受装置有一定的受光面积时，才能有效的利用太阳能，对于需求量极大的电能而言，这种要求更高，导致太阳能接收系统的装置成本相对提高。

3）视觉污染。庞大的太阳能收集器造成视觉上的污染。

3 太阳能空间电站

太阳能空间电站是一个人类将能源领域开发推向太空，更好地利用太阳送给地球能量的美好构想。是人类追求自然界永久能源的宏伟工程，意义重大。太阳能空间电站的建设，能很好的解决某些由太阳能发电的缺点引起的问题。

1）构想缘由。辐射到大气层外的太阳光，经过大气层照射到地面时，能量损失超过50%，而且在晚间与阴雨天海没有阳光。在太空中建立太阳能发电站将会很好地解决这些问题，使得太阳能成为一种不受季节气候等自然因素掌控的稳定能源。

2）构想的基本内容。空间电站实质上就是表面覆盖有太阳能电池板的卫星，这些电池板像传统的在地面上的电池板的作用一样，吸收集聚大量太阳能并将其转化为电能，然后采用微波束将其传输到地面。是由永远朝向太阳的太阳电池阵列，能把直流电转换成微波能的微波转换站，发射微波束能的列阵天线等三部分组成，通过天线以微波形式向地面输电。在地面上则要建立一个面积达几十平方公里的巨型接收系统。

就像我们前面提到的太阳能发电的装置的集中效应一样，太阳能电站必定是庞大的，建造一座80GW的太阳能空间电站，太阳能电池的阵列面积需至少达到64平方千米，同时要装配的电池片会达到几百亿个，把微波发往地球的天线阵列面积达到2.6平方千米。可见，空间电站的建造是十分巨大的工程。

3）先进国家的太阳能空间电站的构想。1968年，美国麻省里特咨询公司的工程师Peter Glaser提出建造太阳能空间电站的想法。设想了地球外层空间一个面积达50km的太阳能板阵列，发出的电力借助一个长达1km的天线以微波方式传回地球，供给人类电能。

1979年，宇宙太阳能发电系统的构想由美国宇航局提出，其内容主要为：向距离地球表面3.6万千米的宇宙发射装有10kmＸ5km矩形太阳能电池的卫星，通过将电能转换为电磁波传输到地球。

2000年5月，日本设立宇宙太阳能发电系统实用化研究委员会，该委员会的研究对象主要就是位于宇宙中太阳能卫星上的太阳能电池，探究如何将太阳能转换成电能并将电能输送回地球及其可行性。

2008年2月，日本科学家开始了新型电力传输系统的地上实验，该系统可以将能以微波的形式从太空传输到地球。

预计最迟到2020年，光伏空间电站就能升空发电。这将是一项人类寻求自然界永久性能源的宏伟工程，意义重大。

4）空间电站的优点。① 充分利用太阳能。② 不对环境造成污染。③ 运输成本大大降低，不用设置架空线路或者电缆线路进行电能的传输，可向航空设备直接提供电力。④ 提高了供电的可靠性。由于不需架设输电线路，避免了线路故障而引起的各种短路、断线故障，提高了供电的可靠性。

5）空间电站存在的实际问题。① 空间运输的成本如何降低。经法国电力公司课题研究部研究表明：只有空间运输成本降低99%极其以上时，才能保证太阳能卫星的可行性。② 能量转换的效率问题。太阳能在输送过程中，由于大气层的存在，太阳能在传输的过程中将受到各种折反射，其能量会被周围的空气介质和杂质吸收，导致能量转换的效率大大下降。③ 安全问题。微波束的频率很高，其能量相应很大，对其传输路径上的生物造成生命安全的威胁，同时，微波束由于其高频性，会对通讯系统如雷达通讯系统、卫星通讯系统等造成电磁干扰，严重影响通讯的准确度和可靠性。

4 针对太阳能发电的总结与思考

我国太阳能发电的方向是：巩固封闭发电系统，开拓并网发电系统。而可以进行并网的电能必须是稳定的电能，否则会引起电网的故障率升高，甚至出现大停电现象，后果将不堪设想。针对太阳能发电的不稳定因素和效率问题，太阳能空间电站的思想被提出，同时也引起了相应的其他问题。所以，我们在利用太阳能发电时候，要充分考虑自然环境、科技水平等现实因素，对太阳能发电进行合理配置。同时，要积极进行电力电子技术和通讯技术的研究，使得空间光电站的问题得到解决，期待着稳定的“绿色电力”在未来的电网中蓬勃发展！

参考文献：

[1]侯欣宾，国际空间太阳能电站发展现状[J].太阳能学报，2009，10.