20世紀(jì)以來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，使人們對能源的需求量不斷增長。同時由于化石能源資源的有限性，以及他們在燃燒過程中對全球氣候和環(huán)境所產(chǎn)生的影響日益為人們所關(guān)注，因此從資源、環(huán)境、社會發(fā)展的需求來看，開發(fā)和利用新能源和可再生能源是必然的趨勢。在新能源和可再生能源家族中，太陽能是最引人注目，開展研究工作最多，應(yīng)用最廣的成員。

    太陽能是一種清潔能源，這對于當(dāng)前人類對環(huán)境污染的重視尤為重要。太陽能還屬于無限的能源。據(jù)專家預(yù)測，太陽的壽命有600億年，而地球的壽命只有50億年，因此太陽能相對于我們?nèi)祟悂碚f是無限的。而且它也不受任何人的控制和壟斷。這些優(yōu)點都是常規(guī)能源所無法比擬的。當(dāng)然太陽能也有不足的地方，比如太陽輻射的強(qiáng)度受到氣候、晝夜、緯度、季節(jié)、海拔的影響，往往需要配備儲能設(shè)備。又如它的能流密度低，實際利用時需要較大的太陽能收集裝置，占地面積大，投資大。這些因素也都制約了太陽能的利用。

    到本世紀(jì)以來，隨著新材料的應(yīng)用、電子技術(shù)等高科技的高速發(fā)展，為太陽能的有效利用提供了條件。人們將太陽能輻射通過收集和轉(zhuǎn)換變?yōu)榭芍苯永�用的能源，使太陽能的利用得到相�?dāng)大的發(fā)展。其中利用太陽能發(fā)電就是對太陽能最好的利用。

    目前太陽能發(fā)電有兩種方法。一種是將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，然后按常規(guī)方式發(fā)電，稱為太陽能熱發(fā)電。另一種是通過光電器件利用光生伏打原理將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能，稱為太陽能光伏發(fā)電。

    一、 太陽能熱發(fā)電

    1、太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)

    太陽能熱發(fā)電也叫做太陽能聚光發(fā)電，是將太陽輻射從面積上濃縮產(chǎn)生高溫發(fā)電的裝置。由于太陽光聚集后可以產(chǎn)生高溫，因此該技術(shù)用于與熱發(fā)電機(jī)相連來構(gòu)成發(fā)電系統(tǒng)。太陽能聚光技術(shù)最早可以追溯到140年前(D.Mills,2003),Mouchot和Pifre于1882年在法國所做的研究工作。其后，在1888年Ericsson，1901年Eneas，1913年Shuman和1968年Francia在該方面也進(jìn)行了大量的研究工作。最值得一提的是在上世紀(jì)80年代，由于70年代的石油危機(jī)，太陽能熱發(fā)電得到了重視，一批大規(guī)模的太陽聚光器在世界各國安裝。如發(fā)電總功率354MW的槽式太陽能熱電站在美國加洲建成，在十幾年間已經(jīng)發(fā)電超過5000GWh。

    當(dāng)前太陽能熱發(fā)電按照太陽能采集方式可劃分為（1）太陽能槽式發(fā)電；（2）太陽能碟式發(fā)電；（3）太陽能塔式發(fā)電；

    （1） 太陽能槽式發(fā)電

    槽式發(fā)電是最早實現(xiàn)商業(yè)化的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。它采用大面積的單軸槽式太陽能追蹤采光板，通過對太陽光的聚焦，把太陽光聚集到安裝在拋物線形反光鏡焦點上的線形接收器上，并加熱流過接收器的熱傳導(dǎo)液，使熱傳導(dǎo)液汽化，同時在能量區(qū)的熱轉(zhuǎn)換設(shè)備中產(chǎn)生高壓、過熱的蒸汽，然后送入常規(guī)的蒸氣渦輪發(fā)電機(jī)內(nèi)進(jìn)行發(fā)電。通常接收太陽光的采光板采用模塊化布局，許多采光板通過串并聯(lián)的放置，均勻的分布在南北軸線方向。為了保證發(fā)電的穩(wěn)定性，通常在發(fā)電系統(tǒng)中加入化石燃料發(fā)電機(jī)。當(dāng)太陽光不穩(wěn)定的時候，化石燃料發(fā)電機(jī)補充發(fā)電，來保證發(fā)電的穩(wěn)定性和實用性。

    一些國家已經(jīng)建立起示范裝置，對槽式發(fā)電技術(shù)進(jìn)行深入的研究。到2000年，隨著先進(jìn)技術(shù)和設(shè)計的提出，減少了槽式發(fā)電在熱收集方面的損耗和電的寄生效應(yīng)，使槽式發(fā)電得到了較大的提高�？墒挂粋�80MW的發(fā)電站的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到12.9%。

    當(dāng)前，隨著熱能存儲設(shè)備的加入，可使槽式發(fā)電的效率比最初提高7%。熱能存儲設(shè)備可以存儲剩余的熱量，保證發(fā)電的平穩(wěn)，同時它也為獨立的太陽能發(fā)電提供了保障。有了熱能存儲設(shè)備的加入，可使一個80MW的發(fā)電站的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到13.8%。

    當(dāng)前正在發(fā)展的技術(shù)方向為直蒸汽（DSG）技術(shù)。典型的PTC發(fā)電廠動力范圍為30-150MW，工作溫度約為400°C。 

    （2） 太陽能碟式發(fā)電

    碟式發(fā)電是目前利用太陽能發(fā)電效率最高的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，最高可達(dá)到29.4％[1]。因此它有潛力成為最廉價的利用太陽能發(fā)電的系統(tǒng)。它利用雙軸跟蹤技術(shù)，采用一組反光鏡聚集太陽光，同時利用接收器進(jìn)行有效地?zé)徂D(zhuǎn)變工作，之后利用常規(guī)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。通常接收器的接收面被放置于聚光焦點的后面以減小激烈的高溫熔化。

    碟式發(fā)電系統(tǒng)具有高效率、多功能、可和化石燃料混合發(fā)電等特點。高效率來自于它的低成本和高能量密度。和其它太陽能技術(shù)比較依賴場地和高費用來說,碟式發(fā)電每MW大約需要1.2到1.6公頃的占地。對于系統(tǒng)的安裝成本，盡管當(dāng)前為＄12000/kW，但是由于它具有的高效率,因此潛力巨大[2]。同時碟式發(fā)電系統(tǒng)功率較小，一般為5～50kW，因此它即可以單獨分散發(fā)電，也可以組成較大的發(fā)電系統(tǒng)。研究表明，碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)在空間上的應(yīng)用，與光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，具有氣動阻力低、發(fā)射質(zhì)量小和運行費用便宜等優(yōu)點，因此目前世界各國也都在對碟式發(fā)電進(jìn)行積極的研究和利用。

    (3) 太陽能塔式發(fā)電

    太陽能塔式發(fā)電又叫做高溫太陽能熱發(fā)電，它利用獨立跟蹤太陽光的定日鏡群把太陽光聚集到塔頂?shù)哪芰哭D(zhuǎn)換器（接收器）上，通過能量的轉(zhuǎn)換把熱量傳遞給熱傳導(dǎo)液，再由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽帶動蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，同時利用冷卻塔進(jìn)行冷卻再進(jìn)入接收器進(jìn)行循環(huán)發(fā)電。塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)是利用定日鏡來實現(xiàn)對太陽光的反射和聚集，由于塔式發(fā)電系統(tǒng)中定日鏡的數(shù)量眾多，因此可實現(xiàn)大功率的發(fā)電，實際應(yīng)用上可達(dá)到30-400MW之間。而且接收器的散熱面積相對較小，因而可以得到較高的光電轉(zhuǎn)換效率。同時由于儲能槽的加入，使系統(tǒng)可以一天內(nèi)連續(xù)發(fā)電13小時。
在美國的西南部，由于充足的日照強(qiáng)度和相對便宜的土地價格，使這里成為了建設(shè)塔式發(fā)電站的理想?yún)^(qū)域，同樣北非、墨西哥、南美、中東和印度等地，也都是理想的塔式發(fā)電站建設(shè)地[3]。

    2、太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展與展望

    1950年，前蘇聯(lián)設(shè)計了世界上第一座太陽能塔式電站，建造了一個小型試驗裝置。70年代，太陽能電池價格昂貴，效率較低。相對而言，太陽能熱發(fā)電效率較高，技術(shù)比較成熟，因此當(dāng)時許多工業(yè)發(fā)達(dá)的國家都將太陽能熱發(fā)電作為重點，投資興建了一批試驗性太陽能熱發(fā)電站。據(jù)不完全統(tǒng)計，從1981～1991年，全世界建造的太陽能熱發(fā)電站（500kw以上）約有20余座，發(fā)電功率最大達(dá)80MW。

   80年代中期，人們對建成的太陽能熱發(fā)電站進(jìn)行技術(shù)總結(jié)后認(rèn)為，雖然太陽能熱發(fā)電在技術(shù)上可行，但投資過大，且降低造價十分困難，所以各國都改變了原來的計劃，使太陽能熱發(fā)電站的建設(shè)逐漸冷落下來。正當(dāng)人們懷疑太陽能熱發(fā)電的時候，美國和以色列聯(lián)合組成的LUZ太陽能熱發(fā)電國際有限公司，自1980年開始進(jìn)行太陽能熱發(fā)電技術(shù)研究，開發(fā)槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，并成功地進(jìn)入了商品化階段。于1985年至1991年間在美國加州沙漠建成了9座槽式太陽能熱發(fā)電站，總裝機(jī)容量達(dá)到了353.8MW[4]。并使發(fā)電成本逐漸下降，預(yù)期能達(dá)到5～6美分／kWh。

    LUZ熱發(fā)電站的成功實踐，激發(fā)起人們對太陽能熱發(fā)電繼續(xù)進(jìn)行研究開發(fā)的熱情。為此，以色列、德國和美國幾家公司進(jìn)行合作，繼續(xù)推動太陽能熱發(fā)電的發(fā)展，并成功的在美國內(nèi)華達(dá)州建造了兩座80MW槽式太陽能熱發(fā)電站，兩座100MW太陽能與燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電站，在西班牙和摩洛哥分別建造了135MW和180MW太陽能熱發(fā)電站各一座。

    我國對太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域的研究也逐漸重視起來。在“六五”期間建立了一套功率為lkW的太陽能塔式熱發(fā)電模擬裝置和一套功率為lkW的平板式太陽能低溫?zé)岚l(fā)電模擬裝置。此外，我國還與美國合作設(shè)計并試制成功功率為5kW的碟式太陽能發(fā)電裝置樣機(jī)。并在2005年與以色列合作，在江蘇省南京市建成了第一座功率為75kW的太陽能塔式熱發(fā)電示范電站，并成功運行發(fā)電。

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