摘要：科技的进步，促进人们对能源需求的增多。可再生能源发电技术中太阳能发电是非常关键的一种，太阳能源取之不尽用之不竭，我国计划在十三五期间加大力度发展光热发电技术。本文就太阳能热电发电技术研究现状与前景展开探讨。
关键词：太阳能；热电发电；研究现状；前景分析
最近几十年，热电发电技术席卷全球，与废热、余热和其他风能、潮汐能等可再生能源不同，太阳能具有无地域限制的普遍性，辐射到地球能量的无限性和提供太阳能热量的长久性等巨大优势，因此太阳能热电发电技术成为国内外学者的研究热点。
1 太阳能热电发电原理
太阳能热电发电技术（STEG）是将太阳能集热技术与热电发电技术有机结合起来的一种环保能源技术，包括光－热转换和热－电转换2个过程。热电发电又称为温差发电，是利用热电材料的塞贝克效应将热能直接转换为电能的一种发电技术。太阳能热电发电系统主要由太阳能集热系统、热源循环系统、冷源循环系统、半导体温差发电模块、控制模块、负载等组成，如图1所示。太阳辐射能投射到太阳能集热器上，被集热器中的介质吸收。高温介质把热量传送到温差发电模块的热端，温差发电模块的冷端通过散热回路维持一定的温度，温差发电模块的两端有了一定的温差，从而把热能转换为电能，电能通过电源控制电路的一系列变换，转成交流电压，接到负载上。
图1 太阳能热电发电系统图
2 太阳能光热发电系统的种类
（1）槽式太阳能热电系统介绍。槽式光热电站内有储热管，其内部以熔融盐为介质把太阳能储存为热能，以备需要时用于发电。槽式抛物面能够将太阳光聚到一条线上，我们在这条线上安装集热器吸收聚焦的太阳能。光反射槽是由表面处理过的金属薄板制成，槽式聚光器有一维跟踪太阳光辐射的功能，单轴跟踪装置能够将太阳光反射到集热管，加热管内的合成油。（2）线性菲涅尔式太阳能热发电系统介绍。线性菲涅尔式系统有以下几种特点:结构简单，吸热管无需真空处理，技术和生产成本较低，但是总体效率并不高。（3）蝶式太阳能热电系统介绍。该系统使用的寿命较长、综合效率高、运行的灵活性好，蝶式系统由接收器、跟踪装置、蓄热系统以及旋转抛物面反射镜四个部分组成。旋转抛物面反射镜可以将投入表面的太阳光聚到焦点上，在焦点上温度较高的热能被太阳能接收装置吸收，热能将工质加热，驱动汽轮机，实现太阳能热电的转化。（4）集中式太阳能热电系统介绍。此系统由两部分构成:中央集热塔和具有双轴太阳能追踪功能的平面镜，安装时一般需大量平面镜以满足项目的要求。这个系统与槽式太阳能系统相似，太阳光照射到平面镜上，聚集于中央集热塔的吸热器内，于吸热器内部进行辐射能和热能的转化，最后将热能传递给循环工质进而驱动汽轮机转动。
3 太阳能热电发电的研究现状
1954年研制出太阳能热电发电机，研究发现，当采用平板式集热器收集太阳能时，系统在温差为343.15K时最大效率可达0.63%，当采用聚光型集热器收集太阳能时，系统在温差为520.15K时效率可达3.35%。1998年，太阳能热电发电装置的几何参数对其效率具有明显影响。有关学者在房顶安装了利用铜做成的收集太阳能的热电发电装置，以此来提高装置热端温度，高的热端温度与低的冷端温度形成较高的温度梯度，从而进行发电。太阳能热电发电技术的性能主要决定因素由半导体几何参数及材料、系统热端温度和冷端温度三部分构成。在过去的几十年里，大量高性能的半导体材料得到了研发和应用，半导体材料的性能通常采用优值系数来评价。蹄化铭合金是一种良好的低温半导体材料，它的优值系数在373.15K时能达到1.4。方钻矿材料、蹄化铅合金都是良好的中高温材料，它们在温度800K时，优值系数分别能达到1.43和2.1。为了提高太阳能的利用率，增大进入系统热端的热量，通常采用集热设备来聚集太阳能热量。根据聚集太阳光的形式，可将太阳能热电发电设备分为非集光型和集光型。非集光型是太阳能直接照射在平板上的吸收层来吸收太阳能热量，太阳能利用率低，工作温度不超过513.15K;集光型分为碟式抛物线型，槽式抛物线型，菲涅尔透镜型，能将太阳能聚集在较小的集热面上，并设有太阳光追踪器，太阳能利用率高，装置工作温度可达1773.15K。因此人们在此基础上通过优化和设计非集光型和集光型太阳能热电发电系统，来增大系统热端吸热量从而使系统效率提局。研究得出平板式太阳能热电发电装置利用高性能的纳米半导体材料和选择式吸收层时，系统的最大效率在太阳能辐射量为1000Wm-2可达到4.6%,是己有研究平板式太阳能系统最大效率的7-8倍。研究表明，当用丙烯酸覆盖在太阳能发电装置时，碟式抛物线型太阳能热电发电系统的最大效率比无覆盖时增长了百分之2.11%。研究菲涅尔透镜式太阳能热电发电系统时，采用微通道型热管布置在太阳能吸收层与半导体之间的设计，不仅系统性能显著提高，而且能够减少PN结对数，降低成本。
4 太阳能光热发电工程
天津市将引入二代半熔盐技术以及光热发电全套产业链技术，这套技术是当前最为先进的。滨海高新区拟建造专业化生产集热、换热、储热和发电系统等光热设备的制造基地，为了更好的提高产品的质量与其市场的核心竞争力，公司计划建造一座世界级的一流研发中心在技术方面提供支持。天津滨海高新区投资40亿人民币在天津建立太阳能光热发电产业基金以支持这个项目的实施。目前对位于甘肃省阿克塞哈萨克族自治县内的50MW太阳能光热发电项目的投资金额已经大于3亿人民币，如今场平已经建成，建成的项目还有一个20MW光伏电站电厂，经过一年的施工，光热发电设备的安装即将开始，后续仍有大量工程亟待施工完成。2016年3月1日，中航工业西安航空发动机有限公司在铜川市新区坡头工业园内投资建设我国首个兆瓦级采用碟式技术的斯特林太阳能发电示范试验基地，目前工业园内有50台的碟架发电设备已经安装成功。可以依据此项目建立碟式太阳能热电的行业标准，该项目建成后年发电量预计可以达到126万kW•h，进而促进了碟式太阳能热发电的产业化发展。DEWA(迪拜水电局)计划在MohammedbinＲashid(拉希德城)建成目前世界上最大的采用塔式技术的太阳能光热发电项目园，预计配有能够运行达12小时的储能系统。第一阶段项目为200兆瓦，整个项目总装机量预计达到1000MW，目前已经启动了对第一阶段项目的咨询招标工作。DEWA选用塔式技术，其认为在迪拜可以实现本土化生产塔式平面镜，希望通过本土生产的方式来使得本土制造业得到发展，这将给迪拜在经济与就业方面带来巨大的好处，这一点也是其计划开发光热发电项目的核心原因。世界银行通过清洁技术资金中9700万美元的借款为位于摩洛哥的沙漠中的小镇瓦尔扎扎特建造中的世界上最大的集中式太阳能热电发电厂提供了部分的支持，无论从长期还是短期来看，这项投资都将给摩洛哥和人民带来巨大的收益。
结语
太阳能热电发电技术开辟了太阳能利用的新方式，发达国家已将太阳能热电发电技术及其太阳能温差发电的发展列入中长期新能源开发利用计划。随着热电材料的发展和性能的提高，太阳能温差发电技术将在新能源领域发挥更大的作用。
参考文献
[1]杨麒．太阳能热电—光电复合发电系统的热力学分析与结构优化［D］．武汉理工大学，2017．
[2]高峰．太阳能开发利用的现状及发展趋势［J］．世界科技研究与发展，2016．
论文作者:李晖
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/24
标签：太阳能论文; 热电论文; 系统论文; 光热论文; 技术论文; 温差论文; 装置论文; 《电力设备》2018年第32期论文;