太陽能發(fā)電的原理?還有哪些太陽能應用？

問題描述：太陽能發(fā)電的原理?還有哪些太陽能應用？

領域?qū)＜遥?/span>光伏屋頂就是利用安裝在建筑物頂部的光伏組件（太陽能電池）將光

能轉(zhuǎn)換為電能，供用電器使用。

光伏與建筑的結(jié)合有如下兩種方式，都可以通過逆變器、控制裝置等成發(fā)電系統(tǒng)。

（1） 一種是建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合，把封裝好的的光伏組件（平板或曲面板）安裝在居民住宅或建筑物的屋頂上，組成光伏發(fā)電系統(tǒng)。（見下圖左）

（2） 另外一種是建筑與光伏器件相結(jié)合，是將光伏器件與建筑材料集成化，即光伏建筑一體化（BIPV），如將太陽能光伏電池制作成光伏玻璃幕墻、太陽能電池瓦、太陽能防水卷材等，集實用與裝飾美化為一體，達到節(jié)能環(huán)保效果，是今后的發(fā)展光伏建筑一體化的趨勢。（見下圖右光伏玻璃屋頂）

光伏屋頂系統(tǒng)分類

光伏屋頂系統(tǒng)分為兩個大類：并網(wǎng)光伏屋頂系統(tǒng)與離網(wǎng)光伏屋頂系統(tǒng)。

并網(wǎng)光伏屋頂系統(tǒng)

并網(wǎng)光伏屋頂系統(tǒng)由光伏組件、并網(wǎng)逆變器、控制裝置組成。光伏組件將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電能，通過并網(wǎng)逆變電源將直流電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻同相的交流電能供給負載使用并饋入電網(wǎng)。

離網(wǎng)光伏屋頂系統(tǒng)

離網(wǎng)光伏屋頂系統(tǒng)由光伏組件、逆變器、控制裝置、蓄電池組成。以光伏電池板為發(fā)電部件，控制器對所發(fā)的電能進行調(diào)節(jié)和控制，一方面把調(diào)整后的能量送往直流負載或交流負載，另一方面把多余的能量送往蓄電池組儲存，當所發(fā)的電不能滿足負載需要時，控制器又把蓄電池的電能送往負載。蓄電池充滿電后，控制器要控制蓄電池不被過充。當蓄電池所儲存的電能放完時，控制器要控制蓄電池不被過放電，保護蓄電池。蓄電池可以貯能，以便在夜間或陰雨天保證負載用電。

太陽能熱利用就是用太陽能集熱器將太陽輻射能收集起來，通過與物質(zhì)的相互作用轉(zhuǎn)換成熱能加以利用。按利用的溫度不同分為太陽能低溫(<100℃)利用、中溫(100～500℃)利用和高溫(>500℃)利用。

太陽能熱利用的關鍵部分是太陽能集熱器，目前使用的太陽能集熱器根據(jù)集熱方式不同分為平板型集熱器和聚焦型集熱器，前者接受太陽輻射的面積和吸熱體的面積相等，為了接收到較多的太陽能需要很大的集熱面積，且集熱介質(zhì)的工作溫度也較低；后者通過采用不同的聚焦器，如槽式聚焦器和塔式聚焦器等，將太陽輻射聚集到較小的集熱面上，可獲得較高的集熱溫度。以下為太陽能集熱器的幾種形式：

塔式聚焦器

金屬平行板集熱器

真空管集熱器

槽式聚焦器

碟式聚焦器

太陽能熱利用歷史悠久，千百年來人們廣泛利用太陽光曬干衣服、物料和工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品等，但這些都是最簡單的利用，人類真正高品質(zhì)地利用太陽熱能的時間還不長！太陽能熱利用實例：太陽能熱水器：太陽能熱水器用于收集太陽輻射能來給水加熱供用戶使用，按集熱器不同分為平板式太陽能熱水器和真空管式太陽能熱水器，國內(nèi)以真空管式太陽能熱水器為主，下面以真空管式太陽能熱水器為例。

一般太陽能熱水器由集熱器、儲熱水箱、循環(huán)水泵和控制系統(tǒng)等主要部件組成，集熱器和儲熱水箱合二為一的稱為悶曬式熱水器，反之稱為分立式熱水器。按熱水流動方式，太陽能熱水器可以分為自然循環(huán)式熱水器、強制循環(huán)式熱水器和直流式熱水器三類，下面以強制循環(huán)式熱水器系統(tǒng)為例說明其原理：

太陽房：太陽房利用的物理原理是溫室效應，溫室效應就是波長較短的太陽輻射能順利透過而波長較長的熱輻射被阻擋或吸收的現(xiàn)象，玻璃和某些透明材料以及二氧化碳、甲烷等氣體就具有這種效應。因此我們可以用玻璃等透明材料為頂作成溫室，讓屬于短波輻射的太陽光透過而阻擋室內(nèi)的長波輻射，這樣進入室內(nèi)的能量就大于向室外散發(fā)的能量，室內(nèi)溫度也就大于室外溫度。太陽房一般分為被動式太陽房和主動式太陽房，被動式太陽房不需要安裝復雜的太陽能集熱器，更不用循環(huán)動力設備，完全依靠建筑結(jié)構造成的吸熱、隔熱、保溫、通風等特性來達到冬暖夏涼的目的。按太陽能的采集方式不同可分為直接受益式、集熱蓄熱墻式、蓄熱屋頂式、溫室蓄熱墻式和對流蓄熱綜合式五種基本類型。

下面以對流蓄熱式說明其原理：

主動式太陽房是在被動式太陽房的基礎上以太陽能集熱器代替常規(guī)鍋爐作為熱源的一種環(huán)保型節(jié)能建筑。

太陽灶：太陽灶是一種利用太陽能進行炊事、烹飪食品的一種裝置，屬于太陽能中、高溫利用的一種太陽能熱利用設備。太陽灶主要有兩種類型：熱箱式太陽灶（又稱悶曬式太陽灶）和聚焦式太陽灶。目前應用于生活中的主要為聚集式太陽灶。

太陽能干燥：人類利用太陽能干燥物品的歷史悠久，隨著科學技術的發(fā)展，各種新型的太陽能干燥裝置被用來為人類服務。如各種溫室型太陽能干燥裝置、各種集熱器型太陽能干燥裝置以及兩者的各種復合型干燥裝置。

太陽能空調(diào)：太陽能空調(diào)裝置是利用太陽能集熱器收集太陽輻射熱量來驅(qū)動制冷機達到制冷目的的裝置。太陽能空調(diào)裝置的突出優(yōu)點在于它具有良好的季節(jié)適應性。在夏季空調(diào)負荷高峰段正是太陽輻射最強的時候，因此可以大大緩解夏季電力供應緊張的問題。

常用太陽能制冷系統(tǒng)有太陽能吸收式制冷系統(tǒng)、太陽能吸附式制冷系統(tǒng)、太陽能除濕制冷系統(tǒng)和太陽能蒸汽噴射式制冷系統(tǒng)四種類型。下面簡單介紹兩種制冷原理：太陽能吸收式制冷工作原理是：用太陽能集熱器收集熱量后加熱工質(zhì)，工質(zhì)中沸點較低的制冷劑汽化和溶液分離，分離出的制冷劑經(jīng)冷凝器后變成液體，然后通過節(jié)流閥后蒸發(fā)吸熱產(chǎn)生制冷效果，最后制冷劑蒸汽進入吸收器被稀溶液吸收完成一個制冷循環(huán)。（詳見南社百科）

太陽能吸附式制冷系統(tǒng)式利用固體吸附劑在低溫時吸附制冷劑和在高溫時解吸制冷劑的工作原理進行工作的，當白天有陽光的時候太陽能集熱器收集熱能，吸附床溫度升高，制冷劑從吸附劑中解吸出來，這樣吸附床中壓強升高，推動制冷劑進入蒸發(fā)器和儲熱器，當夜晚等太陽能不足的時候，則過程正好相反，蒸發(fā)器中液態(tài)制冷劑蒸發(fā)，產(chǎn)生制冷效應，制冷劑蒸氣進入吸附床重新被吸附，完成一次制冷循環(huán)。太陽能海水淡化：太陽能海水淡化最直接的方法就是利用太陽能集熱器收集太陽輻射熱量后加熱海水，海水蒸發(fā)后與海水中的鹽分分離，然后進入冷凝器冷凝達到淡化的目的。

太陽能游泳池：太陽能游泳池就是利用太陽能集熱器收集太陽輻射熱量加熱從游泳池抽入太陽能集熱器中的水，然后再把熱水排入游泳池，如此反復循環(huán)則游泳池中的水溫逐步升高達到人類游泳舒適溫度后通過流量控制閥維持游泳池水溫基本處于一恒定值。為了彌補某些時候太陽能的不足，還可以加入常規(guī)加入器加熱游泳池中的水。

太陽能熱發(fā)電：太陽能熱發(fā)電是利用太陽能收集器先將太陽輻射轉(zhuǎn)化為熱能，然后經(jīng)過各種途徑轉(zhuǎn)換為電能供用戶使用。太陽能熱發(fā)電包括：太陽能蒸汽或氣體熱動力發(fā)電、太陽能半導體溫差發(fā)電、太陽能煙囪發(fā)電、太陽池發(fā)電和太陽能熱聲發(fā)電。太陽能蒸汽或氣體熱動力發(fā)電又包括太陽能槽式聚焦發(fā)電、太陽能塔式聚焦發(fā)電和太陽能碟式聚焦發(fā)電等。

如上圖所示：太陽能槽式發(fā)電采用采用槽式拋物面聚焦太陽光，太陽光聚焦到集熱管上后轉(zhuǎn)化為熱量加熱傳熱介質(zhì)，傳熱介質(zhì)在換熱器中和工質(zhì)換熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽再驅(qū)動汽輪機運轉(zhuǎn)發(fā)電。

太陽能塔式發(fā)電是通過反射裝置將陽光反射到塔頂太陽能接收器轉(zhuǎn)換為熱量加熱工質(zhì)后，通過換熱產(chǎn)生蒸汽，有蒸汽帶動汽輪機發(fā)電。

太陽能碟式發(fā)電一般通過碟式發(fā)射面將陽光反射聚焦到斯特林發(fā)動機上帶動發(fā)電機發(fā)電。斯特林發(fā)動機工作原理如下圖所示：空氣受熱膨脹帶動活塞移動做功，將熱能轉(zhuǎn)化為機械能。

太陽能半導體溫差發(fā)電是利用溫差發(fā)電材料直接將熱轉(zhuǎn)化為電的技術，是一種工作可靠、無運動部件和無污染的清潔發(fā)電技術。其原理是賽貝克效應，即在兩種不同的導體或?qū)щ婎愋筒煌陌雽w聯(lián)成的回路中，若兩導體的兩個接點處溫度不同，則在這兩個接點之間有電動勢產(chǎn)生。隨著半導體材料工業(yè)的發(fā)展，材料的品質(zhì)因子正在不斷提高，太陽能半導體溫差發(fā)電將在太陽能利用中逐步占據(jù)一席之地。半導體溫差發(fā)電片結(jié)構圖：

小型半導體溫差發(fā)電裝置：

太陽能煙囪是太陽能熱發(fā)電的一種新模式，其原理是空氣在一個很大的玻璃或其他透明材料制成的天棚下被加熱，熱空氣在天棚中央的煙囪中上升，上升氣流帶動空氣透平發(fā)電機發(fā)電。

其原理如下所示：

太陽池發(fā)電是利用鹽水池中上下層液體形成一個溫度差來發(fā)電，在鹽水池中從上到下會形成一個濃度梯度，即由于重力作用上層液體鹽分濃度比下層液體鹽分濃度低，這樣會使池水穩(wěn)定分層，在太陽輻射下下層鹽分濃度高吸收強輻射強的液體層溫度不斷升高直到達到最大值，而上層太陽輻射透過性強的清水層則充當保溫層維持下層液體溫度。

其工作過程是先將池底的熱鹽水抽到蒸發(fā)器和工質(zhì)換熱，低沸點工質(zhì)蒸發(fā)成蒸氣，由蒸氣驅(qū)動汽輪機發(fā)電，從汽輪機出來的蒸氣再和從上層抽來的較冷低鹽濃度水在冷凝器中換熱，工質(zhì)冷凝成液體，液態(tài)工質(zhì)再返回蒸發(fā)器完成一次循環(huán)，過程反復進行。

太陽能熱聲發(fā)電就是采用太陽能作為熱源，利用熱聲效應，即管內(nèi)氣體（氦氣）在溫度梯度作用下發(fā)生振動，這樣熱能便轉(zhuǎn)換成了聲能，再由聲能驅(qū)動一個線性交流發(fā)電機發(fā)電的過程。

領域?qū)＜遥?/span> 太陽電池的發(fā)電原理是利用光入射于半導體時所引起的光電效應，光伏電池的基本特性和二極管類似，可以用簡單的PN結(jié)來說明，當具有適當能量的光子入射于半導體時，光與構成半導體的材料相互作用產(chǎn)生電子和空穴(因失去電子而帶正的電荷)，如半導體中存在PN結(jié)，則電子向N型半導體擴散，空穴向P型半導體擴散，并分別聚集于兩個電極部分，即負電荷和正電荷聚集于兩端，如用導線連接這兩個電極，就有電荷流動產(chǎn)生電能。利用這一原理，可將光能轉(zhuǎn)化為電能儲存起來，通過調(diào)節(jié)與控制技術，將電能變換為各種需要的標準，以滿足不同負載的需要。這與傳統(tǒng)的發(fā)電方式是完全不同的，既沒有旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動部分，也不排出氣體，是清潔的、無噪聲的發(fā)電。 根據(jù)應用場合的不同，光伏發(fā)電系統(tǒng)一般可分為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)，本設計的太陽能逆變電源主要研究獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)。如下圖所示，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括太陽能電池板、充電機、蓄電池、控制器、直流升壓電路、逆變器和太陽自動跟蹤器等 典型的光伏發(fā)電系統(tǒng)由四個部分組成：光伏電池陣列：單體光伏電池發(fā)出的電能很小，是直流電，為滿足實際應用需求，獲得足夠大的發(fā)電量，要將單體光伏電池連接成電池組，再由電池組組成太陽能光伏陣列。儲能系統(tǒng)：儲能系統(tǒng)將光伏發(fā)電系統(tǒng)日間發(fā)出的電能儲存起來供需要時使用。逆變器：為將光伏電池陣列所發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換成實際應用中所需要的交流電，需要將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的逆變系統(tǒng)，逆變系統(tǒng)的效率直接影響整個系統(tǒng)的效率。直流控制系統(tǒng)：在電能從光伏陣列到儲能單元，再到逆變單元的傳輸和交換過程中，要保持系統(tǒng)的高效與安全運行，所以需要直流控制系統(tǒng)對整個過程進行調(diào)整、保護和控制。 光照強時，太陽能電池的低壓直流電直接提供給直流升壓電路，通過充電器給蓄電池充電儲能。光照弱時，太陽能電池輸出功率達不到光伏發(fā)電的要求，這時，作為儲能裝置的蓄電池就為直流升壓電路提供低壓直流電，保證了光伏發(fā)電系統(tǒng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。直流升壓電路把低壓直流電升高到330V高壓直流電，然后通過逆變器就可得到50Hz/220V交流電。輸出交流電壓和電流通過檢測電路反饋給控制器，控制器可以實現(xiàn)閉環(huán)控制。太陽自動跟蹤系統(tǒng)使太陽能電池板跟隨太陽運動而轉(zhuǎn)動，充分利用太陽能，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率。

領域?qū)＜遥?/span>

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太陽能三輪車，太陽能充電電動車，太陽能電動發(fā)電車，太陽能房車，利用太陽能充電電動車，可以通過逆變器向各類電器供電，提高民眾防災，減災，救災和災難后的恢復能力，減低因為停電對生產(chǎn)生活造成的影響，節(jié)能環(huán)保，無排低碳，減低霧霾。智者勤，能者達，勞者得，勇者勝，備者福，學者升，思者明，慎者行，順者義，廉者安，信者立，謙者禮，忠者穩(wěn)，忍者興，專者精，奸者懲，惡者除，犯者朱，騙者罰，偷者關，搶者監(jiān)，貪者獄，拐者滅，坑者失，蒙者丟，賭者敗，懶者窮，浪者恥，節(jié)者榮，誠者盈，正者鋼，善者揚，仁者敬，慈者美，孝者幸，恒者成，堅者贏。