中广核新能源投资（深圳）有限公司新疆分公司 刘亮山 刘彦攀 郭 海 魏育攀

随着社会快速发展以及经济水平日益提高，化石燃料的过度开采和使用，使得地球生存环境越来越恶劣。太阳能的研究与使用，可以在一定程度上缓解上述问题的发生。由于当前世界能源形势紧张，太阳能发电技术将会成为一个崭新的技术手段，代替了传统的化石燃料发电技术。

1 太阳能发电技术的现状

由于人们物质生活水平的提升，对电力的需求量也越来越高。虽然传统的电力能源大多使用火力发电，但由于对环境的日益污染、不可再生能源的减少，传统的电能源已无法满足人们的需求，如何利用可再生资源则是人们当前十分关心的问题，因此太阳能的发展势在必行。此外，传统火力发电所产生的危害较大，火力发电要消耗大量的煤炭，而焚烧所产生的二氧化碳和硫黄氧化分解物会污染环境。

太阳能作为一种绿色能源，储量大、环保、洁净，且对自然环境友好。太阳能发电重点是依靠太阳光照获取能量，并通过技术转化为电能以供人们使用。与传统的发电模式相比，太阳能有着较多优势：一是太阳能是绿色能源，资源丰富，且属于可再生资源；二是太阳能不会对人类、动物或自然环境造成影响；三是太阳能发电不受地域的限制；四是能源的获取所耗费的时间短[1]。

2 太阳能发电技术类型分析

2.1 光伏发电技术

光伏科技是指可通过把太阳光的放射能转化为能源的发电科技。其重点运用的原理是通过半导体技术形成PN结的光生伏特效果。在光伏发电实践中，主要利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能，此时需要投放并使用的关键元件为太阳能电池。在对投放的太阳能电池实施串联处理的条件下，结合封装，可以构建起实际面积相对较大的太阳能电池组件，配合功率控制器等部件的引入与使用功能，实现光伏发电装置的构建。对于光伏发电而言，该技术的应用并不会受到地域条件的严重制约，且系统安全可靠性、绿色环保性理想，实际建设周期也相对较短，有着极高的应用优势。光伏发电中，太阳能转化为电能的原理如图1所示。

太阳能发电技术中，太阳能电池板是关键组成部分，太阳能电池板将直接决定整个体系的发电效果与生产成本，其材料种类、发电效果与特性都具有一定差异。

2.2 光热发电技术

光热发电技术主要是运用太阳光传感的反射及折射机理，使太阳光能集中在点及线上，再利用集热器收集及保存太阳光的热量，然后利用热能转换系统把热能输送给流体运动，进而形成高温蒸气，再带动涡轮或发电机组的运转，最后形成电力（如图2所示）。

当前，我国使用光热发电技术进行发电站建设的典型案例为青海德令哈高原上的50MW熔盐塔式光热电站。对于该熔盐塔式光热电站而言，其中所投放应用的熔盐与人们日常生活中常见、常用的盐有着较为明显的区别，熔盐塔式光热电站内使用的熔盐为液态的盐，是一种可以高温传热蓄热的介质，依托这种熔盐的投放与使用，能够达到有效储存热能的效果，进而用来发电，此时所产生的实际发电成本保持在相对较低的水平。

将熔盐塔式光热电站设置为塔式结构，主要是因为熔盐塔式光热电站中间设有集热塔。熔盐塔式光热电站的实际发电过程：首先在集热塔周围布置一定数量的定日镜，将集热塔设定为吸热器的存在基础，而定日镜则设定为太阳能接收者。其次依托定日镜，促使太阳光反射到集热塔顶的吸热器上，液态熔盐流进吸热器的管道并吸收热量，用携带热量的熔盐，通过蒸汽发生系统与水作热交换，产生高温高压的蒸汽，进而推动汽轮发电机组发电。

2.3 热风发电技术

热风发电技术俗称为“烟囱发电”，主要运用了空气热动力学原理。当压缩空气从封闭的环境中通过阳光辐射后，容积逐渐扩大，压力变化越来越大，从而产生大量加热气体，并推动机组发电。该热风水力发电体系可以进一步细分出储烟筒、集火棚、蓄电层和涡轮机组4个部分。太阳能光照射在集热棚的同时将热能贮存于蓄电层中。内部空气受热而膨胀，容积变大，密度减小，内部压力差上升。再利用集热棚中的烟筒，通过加大内部压力差，从棚中产生的强大气体推动烟筒底部轴流式燃气涡轮风力发电设备转动，最终实现从太阳能到电力的转化（如图3所示）[2]。

2.4 太阳池发电技术

太阳池发电技术也开创了太阳能研究与使用的另一种途径。因为太阳能池实际就是盐池，其底层溶液的盐分自上而下地逐步提高，直到完全饱和。在这种梯度平衡的状况下可以更好地积累热能，同时减少了对流散热问题，使基底的溶液长期处于高温状态。太阳池发电体系是利用池底的高温水溶液为主要热源，再利用热交换器加温介质，进而驱使汽轮发电机组运行（如图4所示）。

由于太阳池发电系统结构简洁，所以建设成本相对较低，对周围的环境光照强度需求也不高。但由于太阳能电池用地面积大，而且可以全水平设置。如果太阳能电池发生了渗漏现象，会导致环境污染和热损，所以建设工艺条件要求严格。

3 新能源太阳能发电技术应用

3.1 光伏发电技术的应用

当前，国际市场上以及国内市场都面临着光伏组件产品价格大幅下降的现状，由于欧美发达国家对光伏发电系统的补贴大幅降低，由此导致了在全球范围内的市场中太阳能蓄电池，以及组件都存在着生产能力过剩现状。而由于初始投入的技术条件不同，在地面光伏发电系统建造中的成本投入一般也有所不同，如果地面光伏发电系统的建设规模较大，则其成本投入一般较低[3]。

3.2 光热发电技术的应用

光热发电场的成本投入是不同的，主要是基于对发电站规模、光照条件的要求和人力价格。通常而言，初始投入条件的不同，也会使得在光热发电站度电的成本与投入条件产生巨大差距。光热发电工程一般都是用在公共服务中，因此光热发电的资金投入门槛条件也较高，虽然国家有相关资金补助政策，但因为光热发电的投资需求量较大，所面临的经营风险也较高，因此目前政府财政补贴力度仍然力不从心，这也是造成我国目前光热发电发展速度缓慢的主要因素所在，制约着光热发电的发展。

3.3 热风发电技术的应用

热风发电技术是指通过构建太阳能热气流发电站生产电能的一项技术。其利用了太阳能照明的日照波动显著、能量密度低等特征，该特征一直以来也是研究太阳能运用遇到的阻碍因素。太阳光热气流发电能量直接来源于可再生，而且用之持续不断的太阳光辐射能，可生产低廉、无环境污染的电能；生产电能时无需消耗水，可以将设施布置于一些荒芜空旷土地上，如沙漠地区，因而该项技术适合应用在光照较强且缺水的地区。

太阳能热风发电厂通常建立在空旷地或闲置的农田上，所以太阳能热风发电技术尤其适用于中国广袤的西部地区，推动着西部开发进步，贡献出技术价值。该技术的设计颇为简易，且施工建设的材料一般只需钢材、水泥以及玻璃等材料，建成的气流发电站运行可靠性较强，只需配置涡轮机设备就能正常发电。

太阳能热风发电厂不消耗化石燃料，通过替代同等规格的生物燃料电厂既可降低二氧化硫、二氧化碳等气体的排放量，还能够利用温室效应绿化自然环境，通过改变天气条件，调节大气环境，就能够具备更多社会效益。发电厂的设施技术性简单，在维修方面较便捷，且投资较少。目前，新能源领域中利用太阳能热风发电较为常见，对于部分地区的空气污染情况该技术运用也取得了一定成果[4]。

3.4 太阳池发电技术的应用

太阳池结构简便，资金投入少，尤其是在拥有大量盐资源的地方也是如此，太阳能可以长时蓄热，能够全年提供低电阻形式热水资源，且性能较为稳定，适合大面积使用，越来越引起全球各地的关注。该项技术发展已有多年，并且当前正朝着更为实用、经济以及多元的方向变化发展。目前，根据传统盐水太阳能池在运用中出现的问题，给出了新型太阳能电池结构模型。由最初的基于盐梯度溶液的单一化太阳池，逐步变成了多种类型淡水组成的太阳池、高分子液态介质太阳池，传热方法也获得了改进与提高。

有关太阳池理论方面的研究，当前正与计算机仿真和实证研究的融合也越来越密切，从原来的一维模型逐渐发展到了二维，模型也越来越完备。尤其分析了各种影响太阳能池运用的各种因素，相关研究可以为太阳池的实践性运用提供良好基础。在太阳能池的实际运用方面，目前太阳能池发电技术仍呈现逐渐停滞态势；但仍旧广泛运用在了养殖水产、供暖以及工业制盐等领域，且获得了明显成果。同时，当前太阳能池的盐浓度、温度以及辐射穿透度等相关参数的检测方法也越来越多，准确性也在逐步提升。

太阳池将被誉为未来能够大量生产和长期储存太阳光的较好使用前景的低温热源装置，因此可以预料，随着试验方法和理论分析得深入完善，太阳池将成为最具竞争性的太阳可替代燃料的设备之一，并具有一定发展前景。我国盐资源富集，具有了发展太阳光池的良好条件，如果进一步发展太阳光池技术，必将为提高我国经济效益而发挥积极影响。

4 太阳能发电技术的展望

从研究条件分析，太阳能发电重要研究区域应当处于太阳能资源相对较好的位置，能够在中国沙漠地带建设若干沙漠电厂，研究发展潜力较大，我国目前适宜建立沙漠电场区域大多集中在西北部沙漠地带。同时，还可能将其设置在屋顶上，目前的屋顶面积利用率大，如果在屋顶与太阳能系统电网末端直接接通，则不会考虑到热输送影响，但由于城市太阳辐射相对较小，所以发电效益和荒漠地区相比较低。

2020年，我国太阳能发电技术已基本完善，并逐渐开始进行大规模生产，且太阳光电池的生产成本也明显降低，在一定程度上增强了太阳能发电市场竞争力。从未来发展方向考虑，2020—2030年太阳能发电将基本步入到大规模生产时期，预计此阶段的国家政府扶持政策可能会逐步减少或者停止。2030—2050年太阳能发电将基本步入到稳定发展阶段[5]。

综上所述，太阳能作为一种无污染的绿色能源，得到了人们的高度关注，而太阳能发电科技的广泛运用也能够发挥出太阳光的优越性，对环境的改变也有着重要的作用。