引論：我們為您整理了13篇太陽能發電技術論文范文，供您借鑒以豐富您的創作。它們是您寫作時的寶貴資源，期望它們能夠激發您的創作靈感，讓您的文章更具深度。
篇1
1太陽能發電原理
太陽能發電系統主要包括：太陽能電池組件(陣列)、控制器、蓄電池、逆變器、用戶即照明負載等組成。其中，太陽能電池組件和蓄電池為電源系統，控制器和逆變器為控制保護系統，負載為系統終端。
1.1太陽能電源系統
太陽能電池與蓄電池組成系統的電源單元，因此蓄電池性能直接影響著系統工作特性。
(1)電池單元：
由于技術和材料原因，單一電池的發電量是十分有限的，實用中的太陽能電池是單一電池經串、并聯組成的電池系統，稱為電池組件(陣列)。單一電池是一只硅晶體二極管，根據半導體材料的電子學特性，當太陽光照射到由P型和N型兩種不同導電類型的同質半導體材料構成的P-N結上時，在一定的條件下，太陽能輻射被半導體材料吸收，在導帶和價帶中產生非平衡載流子即電子和空穴。同于P-N結勢壘區存在著較強的內建靜電場，因而能在光照下形成電流密度J，短路電流Isc，開路電壓Uoc。若在內建電場的兩側面引出電極并接上負載，理論上講由P-N結、連接電路和負載形成的回路，就有"光生電流"流過，太陽能電池組件就實現了對負載的功率P輸出。
理論研究表明，太陽能電池組件的峰值功率Pk，由當地的太陽平均輻射強度與末端的用電負荷(需電量)決定。
(2)電能儲存單元：
太陽能電池產生的直流電先進入蓄電池儲存，蓄電池的特性影響著系統的工作效率和特性。蓄電池技術是十分成熟的，但其容量要受到末端需電量，日照時間(發電時間)的影響。因此蓄電池瓦時容量和安時容量由預定的連續無日照時間決定。
1.2控制器
控制器的主要功能是使太陽能發電系統始終處于發電的最大功率點附近，以獲得最高效率。而充電控制通常采用脈沖寬度調制技術即PWM控制方式，使整個系統始終運行于最大功率點Pm附近區域。放電控制主要是指當電池缺電、系統故障，如電池開路或接反時切斷開關。目前日立公司研制出了既能跟蹤調控點Pm，又能跟蹤太陽移動參數的"向日葵"式控制器，將固定電池組件的效率提高了50%左右。
1.3DC-AC逆變器
逆變器按激勵方式，可分為自激式振蕩逆變和他激式振蕩逆變。主要功能是將蓄電池的直流
電逆變成交流電。通過全橋電路，一般采用SPWM處理器經過調制、濾波、升壓等，得到與照
明負載頻率f，額定電壓UN等匹配的正弦交流電供系統終端用戶使用。
2太陽能發電系統的效率
在太陽能發電系統中，系統的總效率ηese由電池組件的PV轉換率、控制器效率、蓄電池效率、逆變器效率及負載的效率等組成。但相對于太陽能電池技術來講，要比控制器、逆變器及照明負載等其它單元的技術及生產水平要成熟得多，而且目前系統的轉換率只有17%左右。因此提高電池組件的轉換率，降低單位功率造價是太陽能發電產業化的重點和難點。太陽能電池問世以來，晶體硅作為主角材料保持著統治地位。目前對硅電池轉換率的研究，主要圍繞著加大吸能面，如雙面電池，減小反射；運用吸雜技術減小半導體材料的復合；電池超薄型化；改進理論，建立新模型；聚光電池等。幾種太陽能電池的轉換效率。
充分利用太陽能是綠色照明的重要內容之一。而真正意義上的綠色照明至少還包括：照明系統的高效率，高穩定性，高效節能的綠色光源等。
3.1發電--建筑照明一體化
目前成功地把太陽能組件和建筑構件加以整合，如太陽能屋面(頂)、墻壁及門窗等，實現了"光伏--建筑照明一體化(BIPV)"。1997年6月，美國宣布了以總統命名的"太陽能百萬屋頂計劃"，在2010年以前為100萬座住宅實施太陽能發電系統。日本"新陽光計劃"已在2000年以前將光伏建筑組件裝機成本降到170～210日元/W，太陽能電池年產量達10MW，電池成本降到25～30日元/W。1999年5月14日，德國僅用一年兩個月建成了全球首座零排放太陽能電池組件廠，完全用可再生能源提供電力，生產中不排放CO2。工廠的南墻面為約10m高的PV陣列玻璃幕墻，包括屋頂PV組件，整個工廠建筑裝有575m2的太陽能電池組件，僅此可為該建筑提供三分之一以上的電能，其墻面和屋頂PV組件造型、色彩、建筑風格與建筑物的結合，與周圍的自然環境的整合達到了十分完美的協調。該建筑另有約45kW容量，由以自然狀態的菜子油作燃料的熱電廠提供，經設計燃燒菜子油時產生的CO2與油菜生長所需的CO2基本平衡，是一座真正意義上的零排放工廠。BIPV還注重建筑裝飾藝術方面的研究，在捷克由德國WIP公司和捷克合作，建成了世界第一面彩色PV幕墻。印度西孟加拉邦為一無電島117家村民安裝了12.5kW的BIPV。國內常州天合鋁板幕墻制造有限公司研制成功一種"太陽房"，把發電、節能、環保、增值融于一房，成功地把光電技術與建筑技術結合起來，稱為太陽能建筑系統(SPBS)，SPBS已于2000年9月20日通過專家論證。近日在上海浦東建成了國內首座太陽能--照明一體化的公廁，所有用電由屋頂太陽能電池提供。這將有力地推動太陽能建筑節能產業化與市場化的進程。
3.2綠色照明光源研究
篇2
Keywords: wind power generation; photovoltaic power system small signal stability
[中圖分類號] TM614 [文獻標識碼]A[文章編號]
一、引言
近些年來，對著自然環境的惡化和能源的枯竭，可再生能源日益受到了社會各界的重視，作為可再生能源的重要組成部分，風力和太陽能發電也得到了一定程度的發展，在風力和太陽能發電發展過程中，較為成熟的技術當屬風力發電技術以及太陽能光伏發電技術，但是，隨著近些年來風力發電以及光伏發電容量的增加，這兩種技術帶來的小干擾穩定問題也受到了專家學者的關注，對于風力發電與光伏發電系統小干擾穩定的問題，國外的專家學者已經進行了深入的研究，取得了良好的研究成效，下面就對風力發電系統小干擾穩定及光伏發電系統小干擾穩定分別進行闡述。
二、風力發電與光伏發電簡介
就目前來看，風力發電技術是現階段對于可再生能源發電技術中發展形勢最好的技術之一，風力發電最早發源于丹麥，近些年來，由于環境資源的枯竭問題，風力發電這項新技術漸漸受到了各國的關注，在1995年之后，風力發電在世界范圍內得到了迅速的發展，目前，兆瓦級的風機成為發展的主流，海上風機也得到了一定程度的發展，我國的風力發電最為起源于上世紀50年代，在1995年以后，風力發電也逐漸呈現出了產業化的發展趨勢，但是就現階段來看，我國的風力發電技術還不夠完善，核心的元器件都需要依賴進口，電能的造價也較高，主要依靠國家的補助來維持，因此，在下一階段，必須要發展風力發電的核心技術。
光伏發電是太陽能發電的一種，最早起源于上世紀50年代中期，我國的光伏發電于上世紀80年代以后得到了迅速的發展，近些年來也取得了一定的發展成效，作為光伏電池的生產大國，我國在其運用方面還有一些不足之處，也有著巨大的市場潛力。
三、風力發電小干擾穩定
對于風力發電的小干擾穩定需要從單機系統入手研究，為了研究風力發電的小干擾穩定，需要建立小信號模型，并在模型的基礎上探討風力發電系統的小干擾穩定性，并通過各種參與因子分析控制器參數與狀態變量以及震蕩模型之間的關系，從而揭示出小干擾穩定的原理。目前，在我國研究較多的是異步風力發電系統、直驅式永磁同步風力發電系統以及雙饋風力發電系統，相關的研究數據表明，當風力發電系統的風電機處在額定轉速十，其槳距角可以使風機獲得最大的轉距，在風速超過額定速度時，可以控制其槳距角使風機可以獲得恒定的輸出功率，但是，在實際的工作過程中，風機存在著延時的情況，因此，在控制中除了使用槳距角，還要利用其他的因素，通過建立單機模型對其進行分析，并根據不同參與因子的計算，利用狀態矩陣元素對風力發電小干擾穩定進行研究，可以獲知，同永磁同步發電機轉速相關的模態都屬于衰減狀態，通過對起衰減狀態的研究證實，整個風力發電系統在運行的過程中，遭受干擾后表現的也較為穩定，也有良好的動態性能。
四、光伏發電系統小干擾穩定
一般情況下，光伏發電系統主要由光伏電池，濾波電容，逆變器，線路，變壓器，電網等部分組成，在研究光伏發電系統小干擾穩定的過程中，選擇風速的階躍上升以及風速的階躍下降作為干擾，并建立仿真波形圖以及小信號模型，小信號模型包括電力電子變換器模型，光伏電池模型，控制器模型，電網接口部分模型以及直流部分模型，經過仿真波形圖的計算，并將這些模型進行聯立，可以得出，當風速發生階躍的情況下，整個光伏發電系統的動態穩定性能較好，系統運行也較為穩定。在計算的過程中，對起運行過程中的參與因子進行分析可計算，可以得出當控制器的參數發生變化時，會對狀態產生不同的影響，在這其中，主導特征值對整個系統運行的動態性能有著極為重要的影響，當主導特征值為15.4時，整個系統呈現出衰減的狀態，當主導特征值為14.7時，整個系統呈現出震蕩的狀態，
五、結語
隨著近些年來風力發電以及光伏發電的發展，其小干擾穩定問題也逐漸引起了相關專家學者的關注，小干擾穩定的分析對于風力發電與光伏發電而言，都有著十分重要的意義，由于風能及太陽能都具有不穩定性的特征，因此，風力發電機組于光伏電池組一般會通過電力電子變換的裝置于負荷以及電網相連，因此，小干擾穩定也呈現出了新的特點，對于風力發電機組而言，整個風力發電系統在運行的過程中，遭受干擾后表現的也較為穩定，也有良好的動態性能，對于光伏電池組而言，當風速發生階躍的情況下，整個光伏發電系統的動態穩定性能較好，系統運行也較為穩定，同時，主導特征值對整個系統運行的動態性能有著極為重要的影響。
參考文獻：
[1] 黃漢奇：風力發電與光伏發電系統小干擾穩定研究[博士論文]，華中科技大學 ，2012，05（01）
篇3
隨著能源危機越來越嚴重，近年來，太陽能的開發和利用已經受到越來越多的關注。如今，許多國家都想利用光伏并網發電系統來將太陽能轉換成電能，并且太陽能電池原材料的發展越來越快，并網控制技術不斷提高，使得光伏發電的發展，具有廣闊的前景。
一、光伏發電的工作原理和影響因素
光伏能量轉換裝置是太陽能電池，也稱為光伏電池。光伏發電原理是光生伏打效應。當太陽（或其他光源）照射到太陽能電池上時，電池就會吸收光能，從而形成光電子一空穴對。由于內置電池的電場效應，光生電子和空穴將會分離，這樣就會在電池兩端積累異號電荷，即產生“光生電壓”，也就是所謂的“光生伏打效應”。如果從兩側的內置電場引出電極并連接上負載時，負載就會出現“光生電流”，從而導致功率輸出。利用這種方式，就能把太陽的光能直接轉化成可以使用的電能了。光伏發電系統就是利用光伏電池將太陽能轉換成電能的矩陣，并存儲在電池系統或直接用于負載可再生能源裝置。其工作原理是：白天，光伏組件接收太陽光，輸出功率，一部分供給直流或交流電源；另一部分通過反向二極管給充電電池組充電的，夜間或陰雨天，光伏電池組不工作，蓄電池組就給直流或交流負載工作供電。
影響光伏發電的主要因素：1.太陽高度。太陽高度是指太陽相對于地平面的高度角。太陽高度經常用太陽光線和地平線的夾角表示。太陽高度角越大，太陽就越高，太陽光的輻射也就越強；反之，太陽高度角小，太陽低，輻射弱。
不同的時間段太陽高度也是不同的，比如早晨時太陽高度最低，中午時最高，下午又逐漸降低，到傍晚日落時最低。因為地球在自轉的同時又繞著太陽公轉，所以太陽高度在一年中也發生著變化，地球自轉軸與公轉軌道平面并不垂直，始終保持著固定的角度。前半年，太陽逐漸從低緯度升高到高緯度，到夏至時太陽高度角最大，反之，冬至太陽高度角最小。對于具體的一個面來說，如果太陽高度低的話，光線穿過大氣的路程就比較長，過程中會消耗大量的能量；同時，又因為光線以較小的角度投影到該平面上，所以到達地面的能量也較小。
2.大氣透明度
在垂直于光線邊界的平面上，太陽輻射的強度基本上是恒定的；但在地球的表面上，太陽輻射強度是不斷變化的，主要是因為大氣不同程度的透明度造成的。大氣透明度是衡量大氣對于太陽光線透過程度的一個參數，萬里無云的天氣，大氣透明度高，太陽輻射到達地面的能量就多，云霧或灰塵很多時，大氣透明度低，太陽輻射的能量就很少一部分能到達地面。可見，大氣透明度和天空云量和灰塵的含量是有很大關系的。
3.地理緯度
太陽輻射從低緯度到高緯度地區逐漸減弱。由于不同緯度的太陽光達到達地面的路程是不同的。較低的緯度，太陽光到地面的路徑短，所以，到達地面的輻射量就大；相反，緯度越高，太陽光到地面的路徑長，輻射的量就小。
二、光伏發電系統主要研究問題
1.最大功率點跟蹤控制方法
外部環境和內部設備會嚴重影響光伏發電系統的輸出功率，它的輸出曲線一般是非線函數。在穩定的外部環境下，光伏系統具有獨特的最大輸出功率點。要想獲得系統的最大功率，必須安裝最大功率點跟蹤器。最大功率點跟蹤控制方法有很多，常見的包括固定電壓法，擾動觀察法，電導增加的方法。此外，一些研究人員將神經網絡控制，模糊控制，滑模控制方法應用于控制最大功率點跟蹤控制，并取得了一定的成績。上述方法有其明顯的優缺點。那么，如何使系統穩定地停留在最大功率點處，依然是目前光伏系統的一個熱門話題。
2.逆變及并網控制問題
隨著廣泛使用太陽能發電，并網光伏發電已成為主要的形式；成功實現并網光伏發電技術，逆變是最重要的環節，在 IEEE 的標準中對逆變有嚴格的技術要求；為了不污染交流電網的同時提高當前電網的質量并網控制策略問題也是目前研究的熱點。
3.孤島效應問題
孤島效應是存在于分布式發電系統中的一個問題。所謂孤島效應就是當由于電氣故障，操作失誤或其他自然要素等原因中斷供電時，單個客戶端的太陽能發電系統未能檢測到停電狀態將自己從市電電網中脫離，太陽能發電系統和負載形成超越公共電網系統無法控制的自給供電孤島。這種自給孤島現象對電氣設備維修人員甚至電網帶來嚴重的后果，因此系統必須能夠及時檢測到電網系統停止運行。
三、最大功率點跟蹤控制原理
為了使太陽能電池能充分地吸收太陽能，在不同日照強度、溫度條件下的總輸出功率最大，從而提高了太陽能電池的效率，我們可以對太陽能電池實行最大功率點跟蹤（MPPT），允許其在最大功率點工作，使用增量電導的控制方法，利用比較太陽能電池陣列的瞬時導抗和導抗變化量，以及按照結果進行相應的調制來完成太陽能電池的最大功率點跟蹤控制。
光伏電池的最大功率點隨這外部工作環境而不斷地發生變化,所以,必須要利用測量到的實時電信號(如光伏電池輸出功率、電壓等),識別并跟蹤最大功率點的位置,以確保光伏電池始終在最大功率點工作。
一般情況下為了使負載得到的功率最大，只需讓負載電阻和供電系統的內阻相等即可，然而由于太陽能電池的內阻受到多種因素的影響，如日照強度、環境溫度及負載，因而它在不斷地變化，所以不可能用上面的方法獲得最大輸出功率。因此經常在太陽能電池和負載之間加一個DC／DC變換器，通過改變DC／DC變換器中功率開關管的占空比，就可以使得太陽能電池工作在最大功率點，從而實現最大功率點跟蹤控制。
四、光伏發電的優勢與不足
由于太陽能光伏發電沒有機械轉動部件同時也不消耗燃料，并且不排放任何溫室氣體在內的物質，具有無噪聲、無污染的特點；太陽能資源打破了地域限制，分布較廣，取之不盡，用之不竭。所以，相比于其它的新型發電技術(風力發電與生物質能發電等)，太陽能光伏發電是一種具可持續發展理想特征（最豐富的資源和最潔凈的發電過程）的可再生能源發電技術，它的優點包括以下幾個方面：
1.太陽能資源取之不盡，用之不竭，太陽能照射到地球上的能量要比人類消耗的能量多6000倍。而且太陽能的分布相當廣泛，可以這么說只要有光照的地方人么們就能夠利用光伏發電系統，它完全不受地域、海拔等因素的限制。
2.太陽能資源方便，可就近供電。無需長距離輸送，減少了因為長距離輸電線路所造成的電能損失，并且降低了輸電成本。這為家用太陽能發電系統在輸電相對不方便的西部大規模使用提供了便捷條件。
3.太陽能光伏發電本身不使用燃料，不排放溫室氣體和其他廢氣在內的任何物質，對空氣五污染，沒有噪聲，不會因為能源危機或燃料市場不穩定而造成一定的影響，是真正綠色環保的新型可再生能源。
4.太陽能光伏發電過程不需要冷卻水，可以隨意設置在沒有水的荒漠戈壁上。光伏發電還可以與建筑物很方便地結合起來，形成光伏建筑一體化發電系統，無需單獨占地，這樣就節省了寶貴的土地資源。
但是它也有不足之處：一是強度和韌性不夠。因為建筑物作為遮檔物，經常會被日曬雨淋，光伏材料是建筑材料的一部分，所以也應滿足一定強度的要求。還有，建筑物的使用壽命一般要求長達幾十年，甚至上百年，但是如今的光伏材料最長壽命約20多年，故如何將光伏建筑材料的使用時限提高也是一個難題。二是外觀問題。當太陽電池作為幕墻或者天窗時，由于電池板的反光會造成光污染，所以必須考慮太陽電池的顏色和反光性。另外，當太陽電池作為天窗或者窗戶時，會檔住一部分陽光從而影響室內的亮度，因此對太陽電池材料的透光性也有一定的要求。三是建后維護問題。由于光伏材料位于建筑物的外表面，經常暴露在空氣中，時間長了必會堆積灰塵，阻檔陽光的照射，從而降低光電轉換的效率。故應隔一段時間對光伏建筑材料進行建后維護。
結語
光伏并網發電技術充分利用了太陽能這一可再生資源，在如今，能源危機日趨嚴峻，光伏發電已經備受關注，且已經取得了不錯的成果，在國內外都有了一定的規模，特別是近幾年電力電子技術的發展及其與控制理論的相結合，給光伏發電技術奠定了基礎。但是，由于光伏并網發電技術現在還不太成熟，在技術方面仍然存在許多問題。但是我們相信隨著科學技術的進步，光伏并網發電系統將會在世界范圍內得到廣泛的應用。
參考文獻
[1]李征.光伏并網發電系統及其控制策略的研究.天津大學，2008．
[2] 熊遠生．太陽能光伏發電系統的控制問題研究[D]．博士學位論文，浙
篇4
0 引言
20世紀以來，隨著科學技術、社會經濟的不斷發展，人民的物質生活不斷提高，人們對能源的需求越來越大，然而在目前這個依然以化石燃料為主要能源支柱的社會中，由于石油等化石燃料的短缺而造成的能源危機屢次出現，并且由于現代科學、工業技術如此發達，也造成了環境的污染以及由于二氧化碳的排放導致了溫室效應。對于目前人類來說，尋找一種干凈無污染的新能源顯得如此重要。
對于傳統的內燃機旋轉發電機來說，存在著效率低并且高排放等缺點，并且存在著中間機械傳動機構，增加了損耗，降低了效率[1]，而采用斯特林發動機與直線發電機相結合，減少了中間的機械傳動結構，使整個系統更緊湊、可靠，系統效率也得到大幅提升，相比于內燃機，斯特林直線發電機存在以下優點[2-4]：
（1）振動小、噪音低
斯特林發電機的工作腔與大氣隔絕，壓力上升的速率也不高，由于沒有傳動機構，所以運轉十分安靜，不必使用隔聲或消音裝置。
（2）排放低
斯特林發電機是外燃機，不像內燃機那樣需要每個循環與外界交換氣體，斯特林發電機的工作燃氣一直保存在氣缸內，而不需要與大氣交換氣體，因此它的排放很低，污染很小。
（3）結構簡單
無需燃氣壓縮機， 無需排氣裝置，比內燃機少50%的零部件，維護成本較低。
（4）燃料選材廣泛
連續燃燒加熱允許使用最廣泛的燃料和能源，其中包括氣體、液體、固體燃料以及各種再生能源。同時還可以直接使用放射性能源產生的熱量進行運行發電，這是其它原動機所不具備的能力。
（5）效率高
沒有連桿、軸或軸承，只有滑動配合，由工質本身作為劑，因而有非常高的機械效率。一臺輸出功率為1kW的斯特林發電機，機械效率可達90%多；而曲柄連桿式發動機的機械效率一般只有80%左右。
斯特林直線發電機因其存在以上一系列優點而備受人們關注，也決定了它在工業中的各個領域有著廣闊的應用前景。
1 工作原理
斯特林發動機是一種能以多種燃料為能源的閉循環回熱式發動機，與傳統的內燃機相比，斯特林發動機是一種外燃機，它是依靠外部的熱源對其密封在機器中的工質進行加熱，進行閉循環，就是說工作燃氣一直保存在氣缸內，而不需要與大氣交換氣體[5]。斯特林發動機在做功時，不是通過燃料在氣缸內部瞬間升到很高的溫度和壓力進行爆震去推動活塞，而是依靠外部的熱源對其熱膨脹氣缸持續傳熱，由機器內部不斷升溫升壓的工質去推動活塞做功，因此在工作時較內燃機要平穩，而且噪音要小很多，另外斯特林引發動機往維修需求較低，工作起來更高效、更安靜、而且更可靠。
斯特林直線發電機的結構如圖1所示，由斯特林原動機和直線發電機兩大部分構成，通過斯特林原動機的動力活塞與直線發電機的動子相連接。斯特林原動機屬于外燃機，在整個周期中為一個封閉的循環，主要由膨脹腔、壓縮腔、配氣活塞、動力活塞、加熱器、冷卻器、回熱器和氣缸這幾部分構成。靠近冷卻器一端的為壓縮腔，而靠近加熱器一端的為膨脹腔，而配氣活塞的運動可以調整壓縮腔與膨脹腔的氣體的比例，斯特林原動機的工作是通過外部熱源對于氣體進行加熱，從而使得膨脹腔內氣體壓力增大，首先推動配氣活塞運動，使得壓縮腔內的氣體壓力變大，從而推動動力活塞運動，帶動直線發電機的動子運動而發電的。
2 國內外發展現狀
十八世紀，由于當時蒸汽機工作很不可靠，并且效率很低，因此在1816年，英國人羅伯特？斯特林發明了斯特林發動機[6]，但由于當時缺乏良好的耐熱材料以及人們對斯特林發動機的性能了解很少，以致及其的效率和功率都很低，因此到十九世紀中葉的時候，當高效率的內燃機出現后，斯特林發動機的研制工作就停止了。而再一次開始斯特林發動機的研制就要到二十世紀了，1938年，荷蘭的飛利浦公司開始了現代斯特林發動機的研制工作，從20世紀的30年代至60年代，發展了現代的斯特林發動機，并用于發電、船舶、汽車、農業機械等領域。之后多家公司開始研究斯特林發動機，從技術繼承上來講，其中主要包括聯合斯特林發動機公司（United Stirling）、考庫姆斯公司（Kockums AB）、德國SOLO公司、美國STM公司（Stirling Thermal Motors.Inc）、美國SES公司（Stirling Engine Systems. Inc）等。歐美政府很重視斯特林發動機的發展和應用，尤其是將其應用于太陽能碟式熱發電系統中。從20世紀70年代起，經過四十年左右的發展，現在美國的幾十千瓦級的斯特林發動機技術已經很成熟了，而德國、瑞典等國家也有比較成熟的斯特林發動機技術。
美國Sunpower公司一直致力于對斯特林發動機的研究，1969年正式開始研究斯特林發動機，到現在，不管是作壓縮機，還是作原動機用，都處于世界領先地位，而單從作為發電機的原動機用來看，產品應用于航天、軍事、家用和工業研究等各方面領域。1984年Berchowitz D.M.就提出了斯特林發動機與直線發電機的一體化發電，并研制了一個3kW的樣機，該樣機運行時安靜，并且清潔度好[7]。而在1993年的時候就將斯特林直線發電機應用在了電動汽車上。在1995年的時候，研制出了功率從1kW到10kW的斯特林發動機，燃料采用天然氣[8]。同一年，研制出了一種水平對置的5kW斯特林發動機。而在最近十年里，2003年研制了一個35W的斯特林發動機用于太空能源應用中，并著手于提高效率和可靠性等方面，發電機效率為83%，系統效率為29%[9]。2005年，研究一種自由活塞斯特林直線發電機（FPSE）系統的控制方案，并將它應用于軍事中，作為士兵隨身攜帶的動力系統，原動機采用42W的自由活塞斯特林發動機，用來驅動直線發電機發電，輸出額定功率為35W，經過AC-DC轉化后，為用戶提供28V直流電壓[10]。同期，J.Gary Wood等人正在為NASA研究一種80W先進斯特林變換器作為航天中的能源供給用，該斯特林變換器熱端溫度能到850°C，當工作時溫度比為3.0，功率密度為90W/kg時，整個變換器效率達到了40%[11-12]。2007年，James Huth等人研制出了以JP-8為燃料，可隨身攜帶的35W的斯特林發電機系統作為軍事中士兵的能源，整個系統重2.1kg，熱能轉換到電能的效率為21%[13]。Sunpower公司目前所研制的斯特林發動機功率從35W到7.5kW，幾種典型的產品如表1所示，主要的還是1kW以下的，可以看出效率都高于30%。
3 斯特林直線發電機應用概述
由于斯特林直線發電機具有具有燃料來源廣、效率高、污染小和噪音低等優點，目前已經應用于很多領域。斯特林直線發電機對燃料的適應性很強，可用能源除了煤、石油、天然氣外，還可以利用太陽能、原子能、化學能以及木材、秸稈等農林廢棄物燃燒所放出來的熱能，而下面主要針對斯特林發電機利用太陽能、輻射能和生物能的應用進行介紹。
3.1 斯特林太陽能發電系統
太陽能熱發電技術中最具發展潛力的是碟式太陽能高溫發電技術，尤其是近幾年碟式斯特林太陽能發電技術更是令世界矚目，它具有光電轉換效率高、耗水量低、發電方式靈活及可逐步規模化等特點[14]。
20世紀70年代末到80年代初由瑞典USAB、美國Advanced Corporation、MDAC，NASA及DOE等開始對現代碟式太陽能熱發電技術進行研究。2006年，Infinia公司研制出一種“鍋蓋形狀”的太陽能發電機，和別的太陽能發電技術公司的手段不同，Infinia使用了類似衛星電視天線樣的碟形“鍋蓋”來搜集太陽熱能，其它公司多半使用方形的太陽能面板，在吸收熱能方面，碟形設計比傳統的太陽能面板跟有效。普通的太陽能面板的光電轉化率為12%到15%，部分面板能夠達到22%，Infinia鍋蓋接收面板可以達到24%。
3.2 斯特林輻射能發電系統
在宇航探測中，由于環境的惡劣，對于傳統的采用太陽能電池陣列和蓄電池來供電的系統有時在遠離太陽的區域內，無法得到充足的太陽能來保證太陽能電池板發電，然而卻有無窮無盡的輻射能供我們來利用，此時采用輻射能發電就體現出了足夠的優勢[15]。
美國宇航局（NASA）一直致力于研究斯特林發電系統在航天技術中的應用，研究了一種先進斯特林放射性同位素發電機ASRG（Advanced Stirling Radioisotope Generator）[16]。ASRG利用了Sunpower公司研制的先進斯特林變換器ASCs（Advanced Stirling Convertors），斯特林原動機帶動直線發電機發電，該直線發電機采用的是一種動磁型的結構，而原動機采用Sunpower公司型號為EE-35的斯特林發動機，功率為35W，整個系統的功率密度接近100W/kg，ASC的溫度比為3.1，工作頻率為105Hz；當熱端溫度為1123K時，電機轉換效率可達到38%。
3.3 斯特林生物能發電系統
斯特林發電機不僅能夠利用太陽能、輻射能等能源，還能利用沼氣、農業廢棄物、廢材等生物能進行發電，而這一點優勢在廣大的農村，鄉鎮企業、城鎮家庭有著廣闊的市場前景。
美國俄勒岡州科瓦利斯市廢水處理廠于2004年應用55kw商業Stirling發動機建立了一座利用廢水處理中產生的沼氣發電的示范工程，解決了當地因擔心使用內燃機發電系統會帶來新的空氣污染而不能被利用的沼氣的問題。
4 結論
近年來，隨著直線電機的發展，斯特林直線發電機得到了人們廣泛的關注，斯特林直線發電機振動小、噪音低、排放低、結構簡單、燃料選材廣泛以及效率高等優點使得它在工業各個領域中也得到了更廣泛的應用，隨著技術進步和新材料的開發，斯特林直線發電機的性能還有得到進一步的提高，應用領域得到進一步的擴展，很可能成為21世紀一種主要的動力裝置。
參考文獻
[1] 李慶峰，肖進，黃震.自由活塞式內燃發電機仿真研究.中國機械工程.2009，20（8）：911-915.
[2] 朱辰元.自由活塞式熱氣機發電技術在世界上的發展.上海節能.2009（8）：6-11.
[3] 李慶峰.自由活塞式內燃發電機的研究.上海交通大學博士論文. 2011.
[4] 李慶峰，肖進，黃震.自由活塞式內燃發電機研究現狀.小型內燃機與摩托車.2008，37（4）：91-96.
[5] 鄒隆清，劉洪碩，鄧十洲.斯特林發動機.長沙：湖南大學出版社.1985.
篇5
從2006年秋季學期開始，我校電氣信息學院就面向電氣工程及其自動化專業學生開設了新能源發電技術方面的選修課，2009年學院改革，對原有專業進行重組、調整，新成立了電氣與新能源學院，開始招收電氣工程及其自動化（新能源發電方向）專業的本科生，重點培養從事新能源技術領域的研究、開發、維護、管理等方面的高級工程技術人才，并在2010年開始招生，現已經達到80人規模，開設的相關課程（含實驗）一般安排在第五學期。
開設“新能源發電技術”專業選修課的目的是為了幫助電氣工程及其自動化專業的學生全面了解能源科學概況、世界范圍內面臨的能源問題及其解決對策和發展前景、新能源開發利用的重要性以及新能源開發利用技術等方面的知識。課程內容涉及新能源基礎知識、太陽能、風能、生物質能、地熱能、海洋能等內容。針對目前選修課的建設和完善已成為高校教學改革深化的重要環節，選修課教學已然成為高校基于社會對復合型人才的迫切需求，本文將以新能源發電技術課程為例，分別從教學內容的選擇、教學方法、教學手段和教學理念等方面進行一些改革研究與分析，其目的在于提高選修課教學質量、促進學生綜合能力。
一、精選教學內容
新能源發電技術是一門專業性、綜合性較強的應用學科，涵蓋了風能、太陽能、生物質能等多種新能源的內容，綜合了電氣工程、機械工程、工程力學、物理學等學科知識。因其涉及的專業門類、知識面比較寬廣，學生普遍反映不太容易找到學習規律，難以把握重點，理解稍困難。因此，結合新能源發電技術課程的培養目標，適當選擇課程的教學內容，綜合與電氣工程相關的專業課，在教學過程中以新能源的發電方式為核心，分析各種類型的新能源、能量轉化方式、發電原理等內容之間的相關聯系，引導學生逐步把各個關聯的知識點匯成知識鏈，促進學生學習和記憶。對于各種新能源的發展歷史、資源分布和特點則可做簡單介紹。另一方面，考慮到電氣工程專業對學生的培養目標要求，比如有關風力機的空氣動力學原理、太陽能熱轉換原理、生物質熱裂解過程等內容可只做概述性講解，讓學生了解其基本概念。教師在教學過程中，需要注意引進當前國際國內的最新科研成果來豐富新能源課程的教學內容。該課程涵蓋多方面學科，是當前大力提倡發展的一個技術方向，其涉及到的信息量多，知識更新快。特別是最近幾年，不斷涌現出研究新能源發電及其相關技術的新方法，使得新能源發電技術得到大力發展。因此，在選擇和組織教學內容時，以教材為主體，綜合大量的相關文獻資料及網絡資源，例如中國新能源網、中國新能源發電網等，適當增加一些不僅能反映新能源發電技術前沿領域的新理論、新技術，而且又能展現學科交叉、擴大學生視野的教學內容，不斷在教學實踐過程中提高這門課程的教學質量。
二、探索靈活的教學方法
在新能源發電技術課程的教學中，需要積極探索，發掘與課程特點相匹配的教學方法。在課堂教學中，需要注重知識性、趣味性，注意理論與實際相結合，可在教學過程中采用啟迪式、比較式、討論式和流程式等多種不同的教學方法，目標明確，重點突出，充分調動學生的學習積極性。
1.啟迪式教學法。這種方法可以較好地激發學生的學習積極性，促進他們主動思考，培養他們分析和解決問題的能力。例如，在講解并網光伏發電系統時，根據學生之前掌握的光伏發電基本原理，啟發他們思考為什么要對獨立的大規模光伏發電系統進行并網、并網的方式是怎樣的、并網的過程中還需要增加哪些相應的裝置。通過在教學過程中設置這樣一些問題，逐漸開闊他們的思維方式，讓他們認識到要使得太陽能發電得到大規模、高效率的利用，必然要對光伏發電系統進行并網，在并網的光伏發電系統中，并網逆變器又是核心設備，不僅能夠把光伏電池組件輸出的直流電轉換成與電網同頻同相的交流電饋入電網，同時還起到調節電力的作用。此外，在講解上述知識點的過程中，還能夠鞏固學生在電力電子技術課程中所學到的關于逆變器的知識點，培養他們對所學到的各種知識點進行融會貫通、舉一反三的學習能力。
2.比較式教學法。采用不同形式的圖表對各種新能源發電方式或同一種新能源的不同利用形式進行互相對比，不但形象直觀，還有利于培養學生綜合分析問題的能力。例如在講解恒速恒頻與變速恒頻風力發電系統時，由于這兩種風電系統涉及到的知識點特別多，且較難理解，學生在學習過程中難以深入掌握各種系統的工作原理、結構差別等內容，多數學生僅了解大概情況，因此，十分有必要采用圖表形式，分別從恒速恒頻與變速恒頻風力發電系統的拓撲結構、原理、發電機類型、并網方式等多種角度進行歸納、對比，加強學生對這兩種最重要的風力發電系統的認識，逐步化解學習風力發電的困惑。
3.討論式教學法。這種教學方法不僅可以發揮教師的導向作用，還可引發學生的學習主動性。比如在講解三種經典的太陽能熱發電系統時，可以提前安排三組學生分別搜集關于槽式、塔式和碟式太陽能熱發電系統的資料，并在上課時先分別邀請各組的學生代表描述他們所認識的這三種不同的太陽能熱發電系統，可以從熱發電系統的基本原理、系統結構、組成部件、系統功能、應用情況等方面進行闡述。在講述過程中，教師可適時啟發他們，就其中的某一知識點，可以是大家感興趣的，或者是十分重要的知識點進行展開，和同學們一起探討，幫助學生深入理解不同類型的太陽能熱發電系統的工作原理等內容。同時，在這種討論式教學過程中，結合不同太陽能熱發電系統的圖片進行講解，可以使得整個教學過程更生動、更豐富多彩。
4.流程式教學法。當涉及到知識點繁多、關聯性強的教學內容時，可以采用流程式教學法。這種方法可首先從系統的角度進行說明，再逐層清晰講解，可幫助學生培養良好的思維習慣和分析解決實際問題的能力。例如，在講解有分揀場垃圾發電工藝流程時，結合美國的H-Power夏威夷垃圾發電廠實例，采用如圖1所示的垃圾發電工藝流程來介紹。
先闡述在垃圾焚燒前，需要經過一系列輸送、篩選和粉碎裝置，把那些不易處理和不能燃燒的垃圾首先在分揀場清理掉。再介紹經過處理后的垃圾則被送入高溫焚燒爐中焚燒，形成的殘渣、灰渣送出填埋。煙氣在排放前需注入石灰脫硫，中和酸性氣體，并傳熱給水變成高溫高壓蒸汽，進入汽輪機發電。最后，還要說明煙氣經鍋爐尾部受熱面后，經靜電除塵達標后，進入煙囪排放，靜電除塵后的細灰渣則可做建材進行綜合利用。通過這樣一個簡潔的垃圾發電工藝流程圖，可讓學生迅速掌握垃圾發電的基本原理，了解各個生產環節的作用和相互關系，培養學生分析復雜問題的系統性思維。
三、采取多樣的教學手段
相對于必修課而言，專業選修課的特點決定了它的教學方式有所不同，其更注重知識體系的完整性和學生興趣的引導。這必然要求教師不斷革新自己的教育觀念，在教學過程中全面認真地設計教案，采用多樣化的教學手段調動學生的學習興趣，充分激發學生的學習積極性，引導他們主動參與到課堂教學過程中，展現他們的課堂主人翁精神。
1.主次分明，突出重點。由于新能源發電技術課程涵蓋內容較多，而授課學時又有限，因此在教學中不可能講授全部內容，必須做到重點突出，精講主要內容。比如在縱多類型的新能源發電方式中，根據我們學院的專業設置特點，可重點講授太陽能發電、風能發電和小水力發電。此外，還要注意詳略結合，對主要的、基本的內容仍可采用講課方式，而對其他內容則可以講座、討論方式開展，增大課堂教學的信息容量。比如在講授太陽能發電時，就應以講課方式詳細講解光伏發電，而以講座方式講解太陽能熱發電。這種主次分明的講課模式，不僅能使學生扎實學到本課程最主要、最核心的內容，還可以開闊他們的知識面和視野。
2.應用先進教學手段，提升教學效果。根據精選的授課內容，有效地運用網絡資源，制作形象直觀的多媒體課件，以改善教學的直觀效果，增加授課內容的信息量。例如，當介紹不同類型的水平軸式風力機和垂直軸式風力機時，可以多向學生演示一些與它們相關的圖片和Flas，結合這些多媒體資料講解，可加深學生印象，讓他們對這幾種典型的風力機及其工作方式等內容有更深刻的理解。同時在上述教學過程中，要注意與傳統板書方式相結合，引導學生逐步分析，并適當地留給學生一些思考時間，較好地把握課堂節奏。
3.結合實事，激發學生學習積極性。新能源發電技術課程所講授的一些主要新能源發電方式在目前逐漸得到越來越多的應用，與人們的日常生活也越來越緊密。在介紹不同類型的新能源時，可以充分結合當前社會生活中出現的一些相關時事焦點事件，把它們提出來讓學生討論，既能激發他們的學習熱情，活躍課堂氣氛，還加強了他們對講課內容的理解。例如，墨西哥灣的BP公司漏油事件、康菲環渤海灣污染事件，特別是全球石油供需關系的發展態勢、氣候變化和環境保護的壓力，都迫切需要全球共同確定和構筑能源發展的新理念，開創新時期能源發展的新路子。結合上述實例，引導學生思索大力發展新能源、調整能源結構的必要性，讓他們從新能源利用方式等層次進行探討。通過這種教學方式，不僅可讓學生深入理解課程內容，激發他們的興趣，還能培養學生解決實際問題的能力。
4.穿插習題，實時歸納。在風力發電部分的教學過程中，其涉及到的不同類型風力機結構、發電方式、并網方法等知識點比較多，多數學生會感到理解有一定困難。為了讓學生能夠及時掌握課堂所學內容，講課過程中可在恰當時候穿插一些事先準備好的習題，這些習題不一定來自教材，教師可根據其他相關資料自主設計。通過課堂練習，可以考查學生對相關知識點的掌握程度和存在問題，及時解決他們的困惑。比如，在講解變速風機驅動雙饋異步發電機并網系統時，可穿插一個關于發電機轉子回路控制方式的多選題，通過該練習，能夠加深學生對這部分重要內容的理解，從一定程度上也可改善課堂氛圍，充分激發學生的學習主動性，發揮學生的主體作用。
5.結合共同點，學習新能源發電。新能源發電方式與常規能源發電方式，除了在一次能源的來源與能量轉換方式等方面有較大不同外，它們在發電環節大多具有很多共同點。因此，在講授各種新能源發電形式時，注意隨時和常規能源發電方式進行類比，結合兩者之間的共同點講解，不僅可以促進學生對新能源發電方法的理解，還可以鞏固他們對常規能源發電方法的認識。例如，在講授地熱發電時，其和火力發電的原理基本一樣，都是利用蒸汽的熱能在汽輪機中轉變為機械能，然后帶動發電機發電。所不同的是，地熱發電不象火力發電那樣要裝備龐大的鍋爐，也不需要消耗燃料，它所用的能源就是地熱能。
四、培育素質教育的教學理念
不論是專業必修課，還是選修課，教師都需要培育素質教育的教學理念，新能源發電技術課程的教學更是如此。通過在理論教學過程中，結合一些生動的經典案例等進行講授，既可調動學生學習的主觀能動性，又能加強他們對新能源發電方法的認識，逐漸培養學生探索求知的精神。比如，通過介紹風能發電的幾種典型裝置與設備，以探究風能發電在當前得以大規模運用的原因。正是這些大量科研人員對風能發電裝置的研發，才使得風能發電不僅僅是論文里的成果。通過一些經典案例，充分調動學生學習的主觀能動性、學習興趣和求知欲，這樣才能達到開設專業選修課“培養學生能力，挖掘學生潛能”的目的。
五、結語
新能源發電技術課程是一門知識覆蓋面廣、學科前沿的專業選修課，而隨著其利用方式和技術的不斷發展，這門課程的教學內容也將不斷更新，教學方法也會隨之不斷改進，通過改進教學手段和逐步增加實驗環節，實時強化創新意識，這樣就一定能夠逐步改善人才培養過程中普遍出現的一些問題，如學生能力薄弱、缺乏創造性、主動性等，達到真正提升學生的思維創造能力以及綜合素質的目的，培養出與時俱進的、創新型的合格應用型人才。
參考文獻：
[1]高婷，童莉葛，王新立.公共選修課《新能源技術》的教學[J].河北理工大學學報（社會科學版），2006，6（1）：156-158.
[2]李桂峰，肖春玲.運用現代教育技術培養學生的創新能力[J].農業與技術，2008，28（3）：175-176.
[3]付蓉，郭前崗，王瑾.電力電子與新能源發電方向課程體系的構建與實踐[J].中國電力教育，2009，（8）：86-87.
[4]孫云蓮.新能源及分布式發電技術[M].北京：中國電力出版社，2009.
篇6
目前，吉林省《吉林省關于加快光伏產品應用促進產業健康發展的建議(128號)》光伏發電項目的發電量，實行按照電量補貼的政策，補貼標準在國家規定的補貼基礎上，吉林省再補貼0.15元/千瓦時。目前國家對吉林省太陽能光伏發電的最新補貼政策為：太陽能發電項目享有國家補貼0.14元/千瓦時和省級補貼0.15元/千瓦時，共計0.29元/千瓦時。
二、使用者的效益評估
試點工程屋頂安裝共計總裝機容量為15KW，根據主要分為三種形狀的多晶硅太陽能電池板，分別為規格為2380mm*990mm*40mm的方形多晶硅太陽能電池板，規格為斜邊3366mm*直角邊2320mm*直角邊2380mm*厚度40mm的直角三角形多晶硅太陽能電池板和規格為1770mm*3345mm*40mm的平行四邊形多晶硅太陽能電池板陣列，從使用者的角度出發，他們最關心的是太陽能電池板的實際發電量，按照筆者調研數據計算，調研項目中的屋頂每塊規格為1640mm*990mm*40mm多晶硅太陽能電池板的日平均發電量為1千瓦時，每塊多晶硅太陽能電池為250W，那么總裝機容量為15KW的發電量為60千瓦時，按照國家和吉林省太陽能光伏發電補貼共計0.29元/千瓦時計算，平均每天可以獲得17.4元補助，每年可以獲得6351元補助，如果余電上網賣掉，價格為0.88元/千瓦時，根據太陽能光伏電池板的價格按功率（W）計算單價的標準，市場價格4元/瓦，屋面15KW的多晶硅太陽能電池板的價格共計為6萬元，每年發電量共計21900千瓦時，按長春民用建筑電費0.56元/千瓦時計算，每年節省1.2264萬元，加上國家和吉林省補助的費用，每年共計節省1.8615萬元，預計不到4年就能收回屋面多晶硅太陽能電池板的成本，其后22年壽命內預計可以獲得利益40.953萬元。如今，生產技術的日新月異，不僅提高了晶硅電池的品質，同時也大大降低了晶硅電池的成本，投資回收預期較為理想，國家與吉林省扶持太陽能光伏建筑的好消息頻出，新能源與建筑大戶的結合前景廣闊。
三、環保效益評估
對于居住建筑而言，提高可再生能源的利用率，發展和普及太陽能光伏發電與建筑適配的方法是改善生態和保護環境的有效途徑。太陽能光伏發電系統充分利用了節能環保的太陽能資源，對環境無任何負面影響，同時減少了煤、石油、天然氣等常規能源的使用，效益明顯。太陽能是取之不竭的能源，每天在地球上的照射量相當于全世界所需能源的三千多倍，然而無法再生，用完就沒有的化石燃料，卻是我們主要的能量來源，而且，因為化石燃料所產生的環境問題，例如空氣中的酸雨、污染、溫室效應氣候變化等，這些都是確定的事實，不過，這些問題似乎都還不算嚴重，所以，世界每年的化石燃料使用量仍然不斷上升，再過不久，這些化石燃料的蘊藏即將殆盡，世界各國的能源戰爭，也早已上演。因此，促進使用和研發太陽能的政策，不僅是著眼于環境保護，更是一種促進世界和平的貢獻。環保效益主要對環境的優化有利，從節能減排的角度分析，太陽能光伏發電是真正的零排放和零污染，有良好的環境效益。從能夠改變局部生態的角度分析，吉林省總體干旱少雨，安裝太陽能電池板后，對減少水分蒸發起積極作用，對民生有利，對經濟可持續發展亦有利。據相關數據總結，每節約1度(千瓦時)電，就相應地節約了0.36千克的標準煤，同時減少污染排放0.272千克碳粉塵、0.997千克二氧化碳(C02 )、0.03千克二氧化硫(S02 )、0.015千克氮氧化物(NOX)。[1]綜上所述，試點工程25年總發電量為547500千瓦時，全部為自發自用，該發電量與相同發電量的火電廠相比，25年共計可以節約標準煤197.12噸，同時每年可以減排二氧化碳545.84噸、氮氧化物8.2噸、二氧化硫16.4噸、粉塵0.52噸、碳粉塵148.92噸。綜上所述，該試點工程的實施成功的為吉林長春的節能減排做了貢獻，具有良好的經濟、社會和環境效益。
四、試點工程預期成果
試點工程的預期成果為在保證屋面多晶硅太陽能電池板與建筑結合最美觀，最經濟的情況下，將多晶硅太陽能電池板最恰當的規格與屋面進行適配性有機結合，抗長春當地風壓、雪壓，保證一年四季正常運營，同時保證了屋面自身的保溫、防水功能，保證了整個小區的美觀，試點工程預期的太陽能光伏發電能耗回收期為3年，3年可以保證多晶硅太陽能電池板成本的收回，剩下的22年能繼續創造余下的經濟價值，在發電的同時，能為環境保護做出貢獻。
五、結論
根據屋面與異形的多晶硅太陽能電池板的結合總裝機容量15KW，屋面多晶硅太陽能光伏電池板總價共計6萬元的現狀，以及試點工程選用的戶用并網光伏發電系統，結合國家與吉林省對太陽能發電項目的新的按照電量的補貼政策和相關環保效益評估數據，總結出使用者在投資屋頂太陽能發電后3年后開始能耗回收，多晶硅光伏電池板的壽命為25年，22年的可回收年壽命內預計可以獲得經濟利益40.953萬元， 25年總發電量為547500千瓦時，該發電量與相同發電量的火電廠相比，25年共計可以節約標準煤197.12噸，同時每年可以減排二氧化碳545.84噸、氮氧化物8.2噸、二氧化硫16.4噸、粉塵0.52噸、碳粉塵148.92噸。綜上所述，該試點工程的實施成功的為吉林長春的節能減排做了貢獻，具有良好的經濟、社會和環境效益。本文重點針對試點工程長春與海外創業園住宅屋頂集中式太陽能光伏發電系統中光電利用形式，從住宅建筑構造的角度出發，解決了長春海外學人創業園住宅屋面與多晶硅太陽能電池板的適配性問題，綜合長春嚴寒C區的地理條件、氣候特征和太陽能資源，綜合住宅的建筑布局、朝向、間距、群體組合方式和空間環境，綜合住宅外觀、住宅功能、周邊環境、電網條件和系統綜合運行方式，綜合建筑設計，光伏電池組件安裝位置與方式、組建選擇和安裝規模等研究設計出長春海外學人創業園住宅屋面與多晶硅太陽能電池板的屋面、檐口適配性的設計節點詳圖，以及適配的各個構件規格，屋面工程做法。盡管太陽能光伏的應用成本與常規能源相比仍然偏高，但隨著太陽能光伏電池板的普及，隨著未來科學技術的進步，光伏轉換率將有所提高，相關配套設施成本的降低，[2]太陽能儲能技術的進步，社會用電需要的增加，特別是綠色、生態的無污染的太陽能的觀念的深入人心，太陽能光伏發電的結構必將會逐步改變全世界人們的用能結構。由于我國人多地少，每年大量的新建建筑量大而面積廣的社會主義基本國情短期內不會有較大的變化，可以預計不久的將來只有太陽能光伏發電與建筑結合才能使太陽能光伏發電真正的融入人們生活的每個角落。
六、前景展望
8分鐘又20秒，光子從太陽表面到達我們的星球。在這段超過一億五千萬公里的旅程之后，我們的皮膚以每平方厘米10兆個光子的密度，接收太陽的熱能。太陽能不僅無所不在，也是我們所在世界最初和最后的能源。太陽能經濟體系不僅建立在太陽能使用的技術上，同時也為房地產與建筑世界開創了新的商機。本論文僅僅只對海外學人創業園住宅與多晶硅太陽能電池板在屋面適配的節點詳圖進行了研究設計，研究過程中存在著諸多不足之處，還有許多實際的問題要結合國家政策綜合進一步研究，展望未來，太陽能光伏建筑一體化的設計將會成為光伏建筑未來主要的發展方向，當下我國正處于城鎮化建設的期，每年的總建設面積高達20億m2，而且此階段預計還要繼續持續30年以上，換句話說，未來我國30年的總建筑量將超過歷史的總的既有建筑數量，這些建筑的能源使用效率將會決定未來我國能耗水平和CO2氣體的排放量。城鄉建設領域是建筑的主要領域，也是太陽能光伏發電技術應用的主要領域，因此，要把握住這種“空前絕后”的建設機遇，大力提寒地區太陽能與建筑的適配性，開發節能建筑的市場潛力。太陽能光伏建筑一體化方興未艾，任重道遠。吉林省太陽能產業發展起步較晚，我們等需要站在能源戰略的高度，加速發展戰略性新興產業，明確太陽能光伏產業與建筑結合的積極意義。太陽能建筑一體化還有利于電源結構的優化，全省光伏發電在二次能源中還處于空白階段，如果能夠做到太陽能光伏與建筑大量地結合，并網發電，與在二次能源中占18.8%的風力發電互補，做到“風光互補”，還能進一步促進全省二次能源的優化。解放民眾思想，提高對太陽能光伏建筑一體化產業的普遍認識，這不但對調整太陽能建筑一體化產業結構有益，對整個吉林乃至全國的能源結構有益，而且還對改善環境，對低碳經濟，對加速實現節能減排等政策將起到積極促進作用，意義深遠。光伏發電是比較有前景的新能源發電技術，自身很難起到主導作用，但與能源大戶結合起來，能造福子孫后代，緩解能源壓力，前景意義深遠。最后，希望本論文對嚴寒地區別墅住宅屋面與多晶硅太陽能光伏電池板適配性的相關研究與設計詳圖能夠提高大家對光伏建筑設計的關注度，激發多面性的思考，提供一些思路，達到拋磚引玉、投石問路的效果。
作者:趙暉 郭格靜 謝偉雙 單位:長春工程學院建筑與設計學院
篇7
[中圖分類號] G642.0[文獻標識碼] A[文章編號]
加強理論基礎知識的學習、加強實驗研究能力的培養、加強實踐經驗的積累，培養理論與實踐經驗相結合的應用型復合人才是全國各高校共同關注的焦點[1]。注重理論課程學習、實驗操作訓練以及工廠實習實踐三方面結合，讓本科生對所學知識，在理論理解的基礎上通過對實物進行操作來對其工作原理獲得更加深刻的認識。錢學森先生說過，理論、實驗和計算是現代科學技術的三大支柱。而我們還將通過提供學生在工廠實習鍛煉的這種課內外結合的機會，來培養他們的綜合能力，增強對現代科學技術的掌握。以學生為本、傳授知識、培養能力、提高素質、協調發展教學、實驗、實習等階段，構建有利于培養學生實踐能力和創新能力的教學體系。
在規劃過程中，堅持凝煉精品課程、創建學科特色優勢、建設一流水平實驗室、積極拓展與國內外高校及企業的合作交流。要求教學理念與改革思路[2]、教學體系與教學內容、教學方法與教學手段、教學成果與教學效果、實驗隊伍建設與規劃、儀器設備與操作、管理體制與機制、實踐場所與能力培養等諸多方面能協調發展，且在某一方面或幾方面具有自己的特色。并使其與學科特色或實際應用特色等緊密相連。
1. 理論、實驗、實習實踐相結合
首先，理論知識的學習一定要貫穿于大學四年當中，通過方方面面進行灌輸，例如專業課、專選課、公共選修課，甚至講座、競賽等等形式，循序漸進、由淺入深；其次，理論知識的學習與實驗課操作、社會實習實踐要緊密聯系。課堂是傳播知識的最佳場所，而實驗室是立體的、更加形象的獲取知識的場所，建設一流的專業和學科都離不開一流的教學手段與實驗平臺；同時還要走進車間、工廠等，經過實際鍛煉加強學生對所學知識的深層次理解和掌握。在介紹基本理論的同時強調相應學科專業背景和基本概念，結合實際生活和工程中的例子來提出問題，通過實驗操作來驗證，最后經過實習實踐鍛煉進一步加深認識[2]。這樣，原本可能枯燥的理論學習變得生動有趣，也使同學們仿佛重溫一次前輩科學家們從實驗出發建立科學理論的過程，在學習知識的同時培養了發現問題、分析問題、解決問題的能力。反過來，在實驗教學或實習過程中，也引導同學們進行機理探討，將觀測到的現象、規律上升到理論高度。一所高等學校的課堂教學水平、實驗室建設水平以及社會實踐水平，已不僅僅是高等學校辦學實力的象征，也是決定學校人才培養質量的重要因素之一，是教學水平、科研水平和管理水平的綜合體現，更是學校可持續發展的重要資源與支撐，在培養高素質人才、出高水平成果、提供優質服務等方面已經和正在發揮不可或缺的作用。
2. 計算機模擬作為輔助
其次，部分專業經過理論課程、實驗課程講授之后，還可通過利用計算機來豐富教學過程。通過改革原有理論教學課程、設置新型實驗課程增加新型實踐教學環節、創建新的教學模式、構建網絡管理與計算機模擬等方式，構建以學生自主學習為中心的教學模式，全面實現因材施教立體化、多層次的教學體系。在一部分教學中設計并應用了虛擬教學軟件、計算機模擬軟件等作為教學的補充和輔助工具。掌握理論知識的基礎上，運用計算機模擬和實際實驗操作相互配合提高了教學效率和教學效果，為發展學生的科學想象力和創造力提供了更為廣闊的空間，促進了學生對問題的思考和掌握。
3. 積極參與科技創新競賽
再次，我們著眼于學生自主知識創新、意識與能力的培養，課內理論、實驗與課外研究的結合，規定學習內容與科技競賽活動、科技項目和實踐相銜接，為學生自主設計、自主進行科研創新創造條件。對于感興趣并想通過科技創新競賽來提高自己的學生，相應的提供了自主發揮的機會。這樣，學生的科技想象力得到了發揮，科技創新的潛力與激情得到開發與培養。每年都有一批有特色的學生科技制作和設計在全國大學生創新競賽、電力杯競賽等中獲獎。學生自主設計創新實驗目前正在擴大，漸漸面向所有感興趣的同學，并且通過賽前的動員與方案征集，賽后的評獎觀摩，營造了整體的科技創新氛圍，提高了全體同學的科學素養和創新能力。與此同時，結合大學生科研訓練計劃、優秀生培養等措施[3，4]，建立該平臺面向本科生開放的機制，營造本科生、研究生共享的高端實驗硬件平臺。
4. 科學研究小論文的作用
最后，重視課堂交流與溝通，重視實際操作中的難題與解決能力，提倡對理論、實踐過程及內容進行總結，鼓勵寫科技創新感想、科學研究小論文等，根據不同情況進行綜合考核。學生在寫創新感想、研究小論文的過程中，會對自己親自參加過的科技制作進行一個整體、全面的總結，并且也是一個從頭至尾進行思考的過程。在這個過程中不僅會更深層次的理解自己的創作，還可能會發現一些新的創新點或者需要改進的地方，無疑對于學生是一次真正的進步，而不是做完科技創新作品就相當于完成了任務，還需要重新思考、理順整個思路。與此同時，還可以閱讀一些其他的科研小論文，來增強、擴展自己的思維能力。因此，除參考考試成績、平時作業、回答問題情況、動手能力等考核依據之外，對利用實驗實踐課程知識參與科技制作和競賽的學生采用加權評分，對提交或發表科技創新感想、科研小論文的學生根據實際情況進行加分等。
5. 相關專業的結合
在華北電力大學可再生能源學院，以太陽能工程為主的能源工程及自動化專業是理論與實際相結合的一門學科。通過講授各種太陽能光伏材料、光伏發電的基本理論知識，開設光伏材料制備、測試等操作實驗，最后通過認識實習、金工實習、畢業實踐等環節培養應用型人才，培養社會主義建設需要的基礎扎實、知識面寬，具有較強實踐能力和良好發展潛力的高級專門人才。學生畢業后能夠從事太陽能光伏發電系統的設計、規劃、制造、施工及運行管理；太陽能電站/廠的規劃、設計、施工、運行與維護；光伏系統集成產業的技術與管理工作；太陽能發電項目投資等太陽能發電專業的技術與管理工作，并能從事其它相關領域的專門技術工作。通過理論課及基礎實驗課，訓練學生正確掌握各種光伏材料分析測試的基本方法和基本技能，掌握光伏材料的電學、吸收和發光等基本特性的分析方法，掌握光伏材料的基本性質，靈活運用所學理論知識解釋實驗現象和實踐中遇到的問題。通過組織實習、工廠實踐，印證并加深理解所學的理論知識，培養學生駕馭實驗、設計和創新實驗的能力，熏陶學生的學習自覺性以及科研意識和團隊精神，養成學生良好的學習風氣、實驗實踐習慣和嚴謹的科學態度。理論學習之外，營造一個全方位、多功能、生動、開放的觀摩、實習環境，供學生方便、快捷的了解和掌握光伏材料制備及光伏發電技術的基本方法、基本操作技能和基本原理等基礎知識，逐步培養學生良好的創新思維、實踐能力和嚴謹的科學態度。同時也注重引導學生將實驗中所獲得的感性認識與所學理論知識聯系起來，初步培養學生選擇和配套儀器進行實驗研究工作的能力、獨立分析問題及解決問題的能力，并且進一步培養學生對這門學科的興趣，形成以實驗、實踐支持教學、帶動教學，保持內容的先進性，構建科學的教學體系。
能源工程及自動化專業堅持太陽能光伏發電的時代性和綜合性的特點，將理論教學方向與國家能源需求與社會經濟發展需求相結合，繼續推動理論教學改革，完善現有理論教學體系，使其更能與時展相適應。與此同時，將繼續加大對實驗教學及其條件的投入，加強實驗中心的軟硬件設施建設，與更多著名企業合作，擴充、新建實驗室，對現有設備、軟件進行補充。并且還要加快信息化的步伐，完善計算機仿真及模擬等技術平臺，增加計算機在知識學習中所能起到的作用，向智能化方向發展。不僅如此，也在積極研究國內外知名大學理論、實驗、實踐教學的特色，積極借鑒國內兄弟院校和國外著名高校教學理念和管理經驗，積極參加國內外教學研討會，開展與國外知名大學的教學交流活動。能源工程及自動化專業還有一支穩定、高素質的教學教師隊伍。高素質、高水平的教師和技術人員是開展綜合性、設計性和創新性教學工作的關鍵。按照華北電力大學提出的“博士化、工程化、國際化”師資隊伍建設理念，打通理論教學、實驗教學、實驗技術人員的界限，培育現有師資、有計劃地引進部分年輕教師，逐步形成經過工程化訓練、了解國內外知名高校先進教學模式的、年齡結構合理的教師隊伍，形成教學、科研、實驗、實踐等方面有機結合的高水平教學科研團隊。
6. 小結
綜上所述，通過將理論教學、實驗操作、計算機模擬、實習鍛煉、創新競賽等環節緊密結合，培養基礎理論扎實、知識面寬、實驗實踐能力強、綜合素質高、發展潛力大、具有較強科技創新能力和良好科研發展潛力的復合型人才。與此同時，結合華北電力大學可再生能源學院能源工程及自動化專業的優勢，培養高級光伏發電技術與管理人才以及具有國際競爭力的創新型專業人才，為中國光伏發電產、學、研機構和政府管理部門提供領軍人才和重要學術骨干，為國際光伏發電行業提供高水平光伏發電技術與管理人才。
參考文獻
[1] 嚴軍. 創新第二課堂教學模式，提高大學生綜合素質[J]. 東華大學學報（社會科學版），2010，10（2）：100-105.
篇8
工程實踐表明，光伏發電技術是一種技術可靠、使用便捷、低碳環保，易于大規模生產利用的先進可再生能源技術，其優點如下： （1）太陽能資源是一種取之不盡、用之不竭的潔凈的可再生能源。開發利用時不消耗傳統化石燃料能源，不會排放產生廢水、廢氣、廢渣等污染物，是自然能源中較為理想的清潔能源。 （2）太陽能利用不受地域條件的限制。任何有太陽的地域均可就地開發利用。不存在選址、運輸等問題，特別是在交通不便利、偏遠的鄉村、海島，太陽能能利用價值更高。（3）太陽能可靠性高、維護簡單。光電板、逆變器、蓄電池等設備分布安裝，提高了整個能源系統的安全性、可靠性及耐久性。即使在惡劣的使用環境下，光伏發電系統故障也較少，因此運行維護成本較低。（4）光伏建筑集成由于占地面積小、安裝便利、供電可靠等原因，是目前國際上太陽能研究發展的前沿。
二、太陽能光伏系統建筑一體化利用方式與優勢
（一）太陽能光伏系統建筑一體化利用方式。“光伏發電與建筑物一體化”的概念在1991 年正式提出，是目前世界上大規模利用光伏發電的研發熱點。太陽能光伏與建筑物相結合主要有兩種形式：一種是在建筑物屋頂、立面安裝平板光伏器、光伏陣列與電網并聯向用戶供電，從而形成用戶聯網光伏系統。第二種形式是將光伏器件與建筑實現集成一體化，即在建筑物屋頂或立面安裝光伏發電電池板，用光伏發電的玻璃幕墻代替普通的玻璃幕墻，由屋頂和墻面的光伏器件直接吸收轉化太陽能，太陽能系統平板既可以做建材又可以發電，進一步降低光伏發電的成本。目前，許多國家已研制出大尺度的彩色光伏模塊可替代昂貴的墻體外飾材料，使光伏發電與建筑物一體化成本進一步降低。
建筑物與太陽能光伏發電系統的進一步有機結合是將太陽能電池板與建筑頂面、立面材料集成一體化。建筑物建設使用過程中，建筑立面墻體結構表面通常采用噴涂涂料、鋪貼瓷磚、安裝幕墻玻璃等。如果用太陽能電池板替代建筑立面墻體及屋頂建筑材料，太陽能電池板既可作為建筑裝飾材料，也可以用于光伏發電系統。由此可見，實現太陽能電池板與建筑的有機一體化結合，是太陽能光伏發電系統建筑一體化推廣與應用的一個關鍵問題，這種結合并非是建筑與太陽能電池板簡單“疊加”，而是在建筑與光伏系統設計方案階段將太陽能電池板納入建筑設計構思中。
太陽能電池板用于建筑材料，必須具備建筑材料的基本要求，如堅固耐久、防水防潮、保溫隔熱、隔音等以及適當的強度和剛度等性能。若安裝在屋頂、窗戶等，還應具有透光的性能。太陽能光伏系統建筑有機結合，根據建筑工程使用及工況的需要，與普通的平板式光伏系統組件不同，太陽能電池板兼有發電與建筑裝飾材料的功能，必須滿足建筑材料的基本性能需要。應該遵循以下原則：①建筑物設計完成后使太陽能電池板成為建筑不可缺少的一部分，成為建筑結構構成部分。②太陽能電池板的顏色和肌理必須與建筑物的相關部分相和諧統一，與建筑物的整體風格相結合。③太陽能電池板的比例和尺度必須與建筑整體的比例與尺度相協調，這將決定太陽能電池板的分格尺寸與形式。④太陽能電池板屋頂具體的細部設計，如材料用量是否最小化、設計細節是否和諧、有機等需統一考慮。
（二）太陽能光伏系統建筑一體化優勢。太陽能光伏發電系統建筑一體化的方式各不相同，這取決于地理、文化及政府政策等。在國外，由于公共建筑的建造與設計程序嚴格，太陽能電池板系統在個人住宅與公寓建筑使用的較為普遍。而在我國，特別是城市建筑，由于建筑開發是商家或政府，因此是否采用太陽能電池板系統完全取決于開發商或政府。在我國，日照充足的地區無論公共建筑還是住宅屋頂和墻面使用太陽能電池板系統的市場潛力十分巨大，從建筑結構、技術利用和經濟效益來分析，太陽能電池板與建筑的一體化優勢如下：
（1）節約用地，便于安裝 ，保護環境。太陽能光伏發電系統一般安裝于建筑物的屋頂或外立面墻體上，無需額外占用土地或增建其他建筑設施，適用于人口比較密集的建筑群、辦公區使用，尤其適用于土地昂貴的城市。由于太陽能電池板的組件集成化，光伏設備安裝比較方便，而且可以根據負載的耗電量來選擇裝機容量。與此同時，由于太陽能光伏發電系統設備安裝在建筑物的屋頂或立面墻體結構上，太陽能轉換為電能可降低建筑物臨近室外區域的溫度，從而達到減少室內空調制冷用電負荷，既節約了能源，又保證了室內的空氣質量，同時也避免了由于使用傳統化石能源燃料發電所導致的環境污染。（2）減少投資，保證供應，實現安全用電。太陽能光伏發電系統安裝不受地域條件限制，可實現就地發電用電，因此可以大幅度減少電站及輸送電網的建設投資。建筑物實現光伏發電系統一體化，光伏發電系統所發電力既可供給本建筑物使用，也可儲存于蓄電池或外送入電網。在自然條件差，負載可由蓄電池供電;在自然條件差較好，通常會出現電網用電高峰，以往需采取拉閘限電措施，但此時也正是太陽能光伏發電系統發電量最多的時候。建筑一體化太陽能光伏發電系統除可保證建筑物負載用電外，還可以向外電網供電，太陽能光伏發電系統的集成特性可以節約儲存電力的費用，另外用電安全性能也得到提高，從而緩解夏季電力高峰需求壓力，從而徹底解決電量不夠的問題。 （3）增效規模，降低成本。建筑一體化太陽能光伏發電系統中，太陽能光伏發電系統面板代替建筑屋頂或立面墻面，可以節約大量的建筑成本。另外，太陽能光伏發電系統面板在建筑用電地點發電，避免傳輸和分電損失（5%～10%），降低了電力傳輸、分配投資和維修費用。在建筑屋頂或立面結構上安裝太陽能發電系統設備，用太陽能電池板代替部分建筑材料，可以促進太陽能電池板工廠化規模生產，從而能進一步降低工程造價，有利于太陽能發電系統光伏產品的推廣與應用，市場潛力巨大。
三、太陽能光伏發電系統建筑一體化設計原則
太陽能光伏發電系統建筑一體化的設計原則要求，運營系統既要保證建筑中光伏發電系統的長期運行可靠，又要充分滿足用電設備的需要，使系統的配置實現合理、經濟。工程建設與投產中使用盡量少的太陽能光伏系統組件，使太陽能光伏發電組件與建筑物有機合為一體，替代部分建筑材料，如屋面與立面墻體裝飾材料，達到建筑節能的效果。協調光伏系統與建筑成本之間的關系，在滿足正常需要，保證系統、建筑質量的前提下盡可能的節約建筑與安裝成本投資，達到投入與產出最好的經濟效益。
結 語：近年來，隨著美國、西班牙、德國等發達國家對本國光伏產業的政策優惠及扶持，全球光伏發電應用已進入快速增長的階段。我國光伏產業近幾年來持續發展，但是同發達國家相比還是存在很大差距，光伏發電應用市場發展較為緩慢，安裝量較少，隨著我國工業與信息化部2012年2月頒布的《太陽能光伏產業“十二五”發展規劃》，我國的太陽能光伏發電系統應用及推廣將會有較大的發展。
隨著光伏發電產業化進程和技術開發的發展，太陽能光伏發電系統與建筑一體化生態節能工程，其發展前景廣闊，市場潛力巨大，其效率、性價比隨著太陽能光伏技術日益發展將進一步得到提高，也將極大地推動中國太陽能光伏發電系統建筑一體化的快速發展。
篇9
近幾十年來，世界經濟經歷了跨躍式的發展，經濟的發展離不開能源的支撐，世界能源的消耗量不斷增長，地球上有限的能源儲藏量和人類社會經濟不斷發展的矛盾越來越受到世界各國政府的關注。1990年到2010年，全世界的生產總值年平均增長3%左右。據統計，在過去的這30多年里，全球一次能源的消費量每年平均增長1.8%左右。按照現在經濟發展和能源消耗的速度，地球上的化石能源在百年左右將會枯竭。按國內專家計算，中國現有的石油資源只夠開采約15年，天然氣約40年，煤炭約80年。按照現在經濟發展和能源消耗的速度，地球上的化石能源在百年左右將會枯竭。
伴隨著石油、煤炭等一次能源的大量消耗，全球的環境問題日趨惡化。以煤炭為主要燃料的火電，造成了嚴重的粉塵污染，大型火電廠排放的燃煤污染物可以污染方圓幾百公里的范圍，在北京、上海出現的沙塵暴中都含有大量的煤炭污染物；另外火電的耗水量接近我國工業耗水量的一半，嚴重污染了水資源，其排放的二氧化硫污染物是形成酸雨的主要物質之一。石油、天然氣等其他一次能源的大量使用造成了嚴重的空氣污染，燃燒產生的二氧化碳直接造成全球的溫室效應。但是由于電力需求的增加，近年來我國的火力發電量還在逐年提高。人類社會經濟的可持續發展需要穩定持續、清潔環保的能源，然而目前主要使用的化石能源的儲藏量并不能支撐人類社會長期穩定的發展。與傳統的化石能源相對，水電、風能、太陽能，以及生物質能這些可再生的清潔能源應該成為未來支撐人類社會和全球發展的主要能源。我國的能源目前80%依靠煤炭，而全世界的平均水平不到30%。隨著能源需求的快速增長，地下的煤礦被過度的開采，地下和地表的水資源遭到污染和破壞，尤其在我國的西北地區，生態環境遭到嚴重破壞，土地沙漠化和空氣污染問題愈發嚴重，為了解決這個問題，我國應積極發展低碳經濟，優化我國的能源結構，走經濟社會可持續發展道路。
據目前權威數據顯示，每天達到地面的太陽輻射能約為2.5億桶石油，而且太陽能是一種綠色無污染能源，基本上不會造成任何環境問題。因此，自上世紀70年代開始，各國都將開發利用太陽能視為一個重大電力項目，作為本國能源可持續發展的一個重大舉措。當前，對太陽能的利用主要有太陽能光化利用、太陽能發電利用、太陽能動力利用等，其中太陽能光伏發電被看作是最具潛力的一種。進入21世紀，光伏發電發展迅猛，尤其是近幾年，由于光伏技術的迅猛發展，太陽能電池及配套組件年增長率達到驚人的33%。太陽能光伏發電進入了一個發展期，為了激勵光伏發電市場，一些發達國家制定了符合本國國情的措施；其中在眾多國家中德國提出的“上網電價政策”及“10萬屋頂計劃”，在太陽能利用率和裝機容量方面多處于領先地位，為世界各國多方位的發展光伏發電系統提供了樣例，大大的促進了光伏發電系統的應用。
2、光伏發電研究現狀
在過去的40多年里，光伏發電產業從無到有，從小變大，隨著光伏發電規模的不斷擴大，光伏發電技術的不斷發展，光伏發電已成為現在世界電力工業的不可或缺的重要組成部分，在最近的10年里光伏產業實現了跨越式的發展，表1展示了近10年的全球光伏裝機容量的增長趨勢。并且這種強勁的發展勢頭將繼續保持下去。歐洲光伏發電產業協會（EPIA）日前的數據顯示，截至2012年底，全球光伏發電累積裝機容量達到10.2萬MW，比上一年增加44%。在截至2012年底的全球累積裝機容量中，歐洲占7成，德國（31%）和意大利（16%）加在一起占全球的接近一半，其次是中國（8%）、美國（7%）和日本（7%）。
截止 2012 年底，全年在全世界范圍內的光伏發電系統安裝容量已達到大約30GW，其中之前占據全球六成光伏市場的德意兩國在今年增長緩慢，只占據了40%左右，其中德國占26%，意大利占10%；中國的市場份額僅次于德國，占據16%；美國排在第三位，占據13%，但是美國的實際裝機容量低于預期，日本占據全球市場的7%；東歐和印度市場增長較快，高于預期。
目前，我國的光伏發電技術發展迅速，但是與世界先進水平相比，在技術層面還是落后于世界先進水平的，主要因為我國的太陽能發電研究起步較晚。隨著我國與光伏產業水平先進的發達國家（德國、日本等）之間光伏項目合作的深入和國家對光伏產業的扶持補貼制度，有力的刺激了我國的光伏產業的發展。在“十一五”期間，兆瓦級別光伏并網發電電廠的成功試點給國內大容量光伏并網電廠的研究和建設開辟了道路。除了財政補貼和技術支持，國家出臺的支持新能源產業發展的相關法律和通知，如《可再生能源法》、《關于加快推進太陽能光電建筑應用的實施意見》、《太陽能光電建設應用財政補助資金管理辦法暫行辦法》和《關于實施金太陽示范工程的通知》、《可再生能源發展“十二五”規劃》、《太陽能光伏產業發展“十二五”規劃》和《太陽能發電“十二五”規劃》都為我國的光伏產業的發展提供了有力的保障和支持。預計在未來的10年內光伏發電的電價將會進一步降低。目前，我國已經有大量的成規模的光伏發電工程建設完成并投入運行。2012年10月，國家電網公司《關于做好分布式光伏發電并網服務工作的意見》，在提高分布式光伏發電項目并網服務效率、免收相關費用等方面做出15條承諾，各級電網企業認真履行各項承諾，確保并網服務工作實施有序、服務暢通[10]。這為小型光伏電站的并網敞開了大門。在2012年全國的并網太陽能裝機容量為3.28GW，同比增長47.8%，發電量3500GW時，比上年增長4.1倍，在過去的2013年里也建成了大約3GW的光伏并網裝機容量，基本實現了年底全國累計裝機容量達到6GW的目標。根據我國國家能源局公布了《2014年上半年光伏發電簡況》（以下簡稱《簡況》）。《簡況》顯示，2014年上半年，我國新增光伏發電并網容量3.30GW，比去年同期增長約100%。其中，新增光伏電站并網容量2.30GW，新增分布式光伏并網容量1GW。
3、光伏發電并網控制策略的研究
要實現并網，不僅要使逆變器側的輸出電流在頻率和相位上與電網電壓保持同步，并能夠很好地跟蹤電網電壓參數變化，且電流總畸變率 THD 要很小，這樣可將對電網諧波的影響降到最低，而且還要使逆變器側輸出有功功率達到最大值，即功率因數接近 1。因此，控制并網逆變器是光伏并網發電控制系統的關鍵所在，選用何種逆變器控制策略也會影響整個系統的效率。
由于光伏發電系統的輸出不具有同步發電機那樣的外特性曲線，為了使光伏并網逆變器輸出設定要求的電壓、頻率、相位的電能，需要對光伏并網逆變系統進行相關的控制，一般是對光伏并網逆變器的輸出電流進行控制。并網逆變器的電流控制方法其實就是從采用來的電網電壓中分析有無變化和何種變化，然后輸出反映了該變化的指令信號，使得逆變器的輸出電流實現對電網電壓的跟蹤。逆變器依據控制對象的不同，可以將逆變器分為電流源型與電壓源型兩類。直接電流控制與間接電流控制是兩種常用的逆變器控制策略。間接電流控制無需電流反饋，控制算法相對比較簡單，但是間接電流控制對系統參數敏感，電流動態響應慢。而直接電流控制需要電流反饋，且電流的響應速度快，輸出電流的質量較好，適合進行精密控制。本文中對常用的瞬時值滯環比較控制、定時比較控制、三角波比較控制、滑模變結構控制、無差拍控制等是較常用的電流控制方式進行了分析比較，重點分析PI控制和重復控制，PI控制的參數較少，簡單可靠，易于實現，減小系統的穩態誤差，但是并不能完全消除穩態誤差，PI控制的抗干擾能力也較差。重復控制則可以實現對參考信號進行無差跟蹤，實時控制效果較差。
近年來，隨著數字控制技術的快速發展，已漸漸取代了模擬控制技術。數字化 PWM 控制算法因其算法簡單、控制效果好、硬件調試電路比較簡單，這樣使得硬件成本下降不少，因而得到了不斷發展，應用前景廣闊。為了使并網逆變器側輸出單位功率因數且無諧波的正弦電流，世界各國的研究人員經過不斷的摸索與實驗，提出了多種有效的數字控制方案。針對并網電流控制，僅僅采用常見的控制策略有重復控制、滯環控制、無差拍控制、PI 控制等實現單位功率因數運行是不夠的，我們應當根據不同情況下的不同控制目標，來采取多種控制策略的轉換來實現。
為了改善逆變器輸出波形，針對以上的一系列并網控制策略，國內外的專家學者進行了一些改進。文獻（1）提到，將擾動觀測器加入無差拍控制中去，通過觀測器發出擾動可以實時觀測負載電流，增強了負載適應性。滑膜變結構控制是一種非線性控制方法，魯棒性較強，因為具有固有的開關特性非常適合應用到逆變器的控制中去。文獻（2）利用重復控制技術對逆變器輸出波形進行諧波抑制。重復控制技術的特點是輸出特性相對穩定，諧波含量較少，系統穩定性強，但是對誤差的跟蹤性能較差，會延遲一定時間。文獻（3）等人在控制系統中加入PID控制方法，可以對開關周期進行追蹤通過較為精密的參數設置可以是系統獲得良好的性能，彌補波形輸出質量不高這一缺點。彭傳彪等人提出滯環電流控制是一種優越的非線性控制，控制簡單，易于實現，但是因為環寬的局限性導致開關頻率不穩定，諧波種類較多。針對這一問題提出了自適應滯環電流控制策略，采用基于滯環電流控制的的復合控制策略，通過改變環寬來實現開關頻率的固定，減少輸出波形的畸變率，抑制諧波。文獻（4）引入頻率反饋環節，考慮開關頻率的周期性變化，通過PI控制器調整滯環控制器的環寬值，使用模糊推理在線整定比例參數，提高了系統的動態特性。文獻（5）通過對比傳統正弦脈寬調制技術的優缺點和應用方法，在此基礎上提出一種改進方法―反相載波交點式采樣法，該方法的調制效果接近自然采樣法而優于不對稱規則采樣法，因此利用該調制方法產生的SPWM波更接近正弦波，控制點時刻的計算只需求解簡單的直線交點方程，控制算法簡單，節省了微處理器的儲存空間，易于在DSP系統中實現。
針對光伏系統直流注入的研究，文獻（6）提出采用半橋拓撲逆變器的方法來抑制直流分量流入電網。文獻（7）提出一種基于直流分量檢測及校正方法，采用高精度檢測電路和檢測元件來實現較為理想的直流抑制效果，但是，這樣成本較高。文獻（8）同時提出在逆變器輸出側串聯隔直流電容器的方法，為了避免基波的壓降過大，要采用較大的電容，但在實際應用中理想電容并不存在，并且電容元件對電路的影響很大，一旦損毀，就會引發斷路，會導致過電壓的現象。文獻（9）將虛擬電容的思想引入直流抑制中，通過改變控制方法來代替隔直電容，使并網逆變器的輸出中不含直流分量，但是光伏并網系統的LCL濾波電路工作時，采用電容隔直的方法可能失效。文獻（10）提出了一種基于PR與PI聯合控制的直流抑制技術，利用PR控制器的無靜差跟蹤交流參考量、PI控制的無靜差跟蹤直流參考量的特性，這種方法無需增加硬件電路，且只占用很少的控制芯片資源。
4、總結
全球經濟在過去的幾十年里突飛猛進的發展，伴隨著生活水平的節節攀升，人類對傳統化石能源的依賴也越來越強，但是傳統的化石能源總會枯竭，世界各國在能源上的爭奪愈發激烈，加上傳統化石能源的大量使用對環境的破壞又大大影響了人們的日常生活質量。因此，世界各國都將目光轉向了綠色清潔的可再生能源，太陽能發電就是眾多可再生能源利用方式中一種，日益成為各國在新能源利用方面的研究熱點。而光伏并網發電是大規模利用太陽能資源的必由之路，光伏發電在能源結構中扮演著越來越重要的角色，加強對并網控制策略的研究也至關重要。
參考文獻
[1] MATTAVELLI P. An improved deadbeat control for UPS using disturbance observers[J]. IEEE Transactions on Industrial Elec-tronics ， 2005，52（1）：206-210.
[2] CHEN Sufen ， LAI Y M， TAN Siewchong，et al. Optimal design of repetitive controller for harmonic elimination in PWM voltage source inverters[C] ∥Telecommunications Energy Conference， 29thInternational. Rome， Italy：[s.n.]，2007：236-241.
[3] 高軍，黎輝，楊旭，等.基于 PID 控制和重復控制的正弦波逆變電源研究[J]. 電工電能新技術， 2002，21（1）：1-4.
[4] 彭傳彪，王少坤，王曉鋒，侯振義. 自適應滯環電流控制逆變器復合控制策略[J].電力自動化設備，2012，31（7）：42-47.
[5] 曾江，劉艷，葉小軍，余濤. 有源濾波器的低損耗滯環電流控制方法[J].電網技術，2012，34（1）：73-78.
[6]彭振江. 基于DSP的光伏并網逆變器的優化研究[D]： [長沙理工大學碩士學位論文].長沙： 長沙理工大學，2013.
[7] 劉鴻鵬， 王衛， 吳輝.光伏逆變器的調制方式分析與直流分量抑制[J].中國電機工程學報，2010，30（9）：27-32.
篇10
引言
隨著經濟的快速發展和人類生活水平的不斷提高，人類對能源的需求急劇擴大，以石油、煤炭、天然氣為主的傳統能源短缺問題日漸顯現，能源供給與經濟增長的矛盾不斷加劇，特別是傳統能源的不可再生性更是加重了人類社會對經濟可持續發展的擔憂。面對全球范圍內的能源危機和環境壓力，人們渴望用可再生能源來代替資源有限、污染環境的常規能源。
太陽能以其獨有的優勢成為人們關注的焦點，豐富的太陽輻射能是取之不盡用之不竭、無污染、廉價、安全的人類可重復利用的再生能源。太陽能屋頂光伏發電作為人們對太陽能利用的一種方式，電能產生的過程中無化石燃料消耗，是一種環保、清潔的可再生能源。它對于優化能源戰略、改善電源結構、提高電源保障、節能減排、提高環境質量是非常有利的。
本論文結合辦公用房（中國航信高科技產業園）工程中屋頂光伏發電工程的實際情況，分析太陽能屋頂光伏發電工程的發展前景。
一、太陽能屋頂光伏發電系統
1.系統簡介
太陽能屋頂光伏發電系統由光伏組件、并網逆變器、直流匯流箱、計量裝置、交流配電裝置及遠程數據傳輸監控系統等部分組成。
光伏發電系統組成示意圖
目前，光伏組件主要有晶體硅太陽能電池組件和非晶薄膜兩種。晶體硅太陽能電池組件光電轉換效率達到14%~17%，用高透光率低鐵鋼化玻璃、抗老化EVA和優良耐火性背板熱壓密封而成，外加陽極化優質鋁合金邊框，具有效率高、壽命長、安裝方便、抗風、抗冰雹能力強等特性。非晶薄膜電池組件光電轉化效率達到6%~6.5%，它使用只有幾微米厚的半導體材料，厚度不足晶體硅電池的百分之一。這些半導體薄層可以附著在廉價的基片上，如玻璃、活性塑料或不銹鋼薄板。非晶薄膜電池組件具有卓越的弱光發電型、防孤島效應等優點和隔熱保溫性。在相通公路和同樣發電量的情況下，非晶硅太陽能薄膜電池的成本低于晶體硅太陽能電池，被認為是目前最有可能實現發電成本接近上網電價的技術。
2.建立屋頂光伏發電工程意義
（1）符合國家產業政策。建立屋頂光伏發電工程貫徹落實了《中華人民共和國可再生能源法》《中華人民共和國節約能源法》，落實了國務院節能減排戰略部署。
（2）有利于改善能源結構。我國電力行業的產業政策主旨是優化電源結構，加強電網建設。優先發展水電、核電、風電、太陽能發電、生物質發電等可再生能源及新能源，而對煤電則立足優化結構、節約資源、重視環保、提高技術經濟水平。建設屋頂光伏發電工程，有利于增加電源的多樣性，改善電源結構。
（3）有利于改善環境質量。太陽能光伏發電無化石燃料消耗，是一種環保、情節的可再生能源，與火電相比，可節約大量的煤炭或油氣資源，有利于環境保護。同時，太陽能是取之不竭用之不盡的最直接的能源，早開發早受益。
二、辦公用房（中國航信高科技產業園）工程屋頂光伏發電工程分析
1.建設規模
工程建立在中國航信高科技產業園辦公用房工程，裝機容量8KW。
2.自然條件
北京市地區日照充分，太陽能資源較充足，屬于太陽能資源的二類地區。日照小時數年平均為2780h，太陽輻射量全年平均為112―136千卡/平方厘米。因此，適合建立太陽能屋頂光伏發電工程。
3.實際工程
（1）平面布置
該工程項目根據發電量、光伏組件的安裝方式等，確定光伏系統組建的傾斜角度，在條件允許的情況下得到最大的發電量。
（2）設計原則
由于計劃安裝光伏系統的建筑已基本建成，建筑結構不易變動，在設計中遵循了以下原則：
a)不改變原有建筑物結構（如屋頂防水層、電氣管線等）。
b)組件前后排之間在任何季節不發生遮擋。
c)最大限度降低屋頂的承重。
d)安裝施工方便。
4.實踐進程
光伏發電在屋面的面積約 6.4 平方米,共16塊晶體硅面板，每塊0.4平方米。形式：并網型不可逆系統。主要供會議室內用電。安裝過程中盡量做到標準組建,把接線盒省去或者隱藏起來,以防止陽光直射和雨水侵蝕。同時也能到達建筑的美觀效果和節約成本。
5.存在問題
（1）高成本
晶體硅太陽能電池是目前發展最成熟的，在應用中處主導地位。本項目太陽能電池組件選用晶體硅太陽能電池。但是近年來國際多晶硅價格猛漲，因此造成目前我國光伏發電工程成本過高。
在這種情況下，價格低廉的非晶薄膜電池正在迅速發展。與目前國內眾多的晶體硅電池技術不同，在原料消耗上，非晶硅薄膜電池所用沉積原料僅為多晶硅電池的1%，不存在原料供應的瓶頸，從而大大降低了發電成本。
（2）廢舊太陽能電池的回收
太陽能電池的壽命一般為25年，廢舊太陽能電池如何處理是光伏發電工程發展必須考慮的問題。
三、認知
其實在我們身邊就有很多太陽能光伏發電的建筑可以供我們學習和借鑒,2010 年世博會在這方 面接得到大力提倡和運用, 中國館和主題館的光伏一體化工程由申能（集團）有限公司旗下上海申能新能源投資有限公司投資建設，據施工方介紹，根據場館特點和光伏建筑一體化設計要求，他們為兩座場館“量體裁衣”，設計了各具特色的太陽能組件安裝方案，不僅美觀大方，更能對太陽能進行高效利用。
其中，中國館采取了利用 68 米平臺和 60 米觀景平臺鋪設單晶太陽能組件的方案，總裝機容 量達 302 千瓦。中國館的 60 米觀景平臺四周將采用特制的透光型“雙玻組件”太陽能電池板，用這種“雙玻組件”建成的玻璃幕墻，既具有傳統幕墻的功能，又能夠將陽光轉換成清潔電力，一舉兩得。
中國館 BIPV 效果圖
主題館則在屋面鋪設了面積約 2萬 6 千平方米的多晶太陽能組件，面積巨大的太陽能電池板讓主題館的裝機容量達到了 2825 千瓦，而大菱形平面相間隔的鋪設方法也同時保證了屋面的美觀。
據悉，2010 年上海世博會所采用的光伏建筑一體化工程將創下歷屆世博會之最，建成后的主題館光伏電站將成為我國乃至亞洲單體建筑最大的光伏建筑一體化電站。兩座場館共安裝了各類太陽能組件 17866 塊，總安裝面積 28800 平方米，太陽能總裝機容量高達 3127 千瓦。一旦投入使用，兩座“綠色電站”年均發電量約 284 萬度，每年即可節約標準煤約 1000 噸，年均減排二氧化碳約 2500噸、二氧化硫 84 噸、氮氧化物 42 噸、煙塵 762 噸，無愧于“綠色”的稱號。
主題館 BIPV 效果圖
在本次光伏建筑一體化工程中，施工方采用了多項新技術，使用了多種新型太陽能發電組件，這些技術和組件均為國內研制生產，部分技術和設備更是國內首次研制使用，具有極高的技術含量。
施工過程中，中國館和主題館的建筑特點為施工方出了不少難題，如要在中國館的 60 米平臺 挑檐位置安裝重達 250 公斤的光伏組件，要將主題館數萬平米屋面的水平誤差控制在 30 毫米之內等等，但是項目建設者們通過大膽摸索，最終將這些難題一一破解。太陽能光伏應用代表了一種清潔而高效的新能源，是人類社會未來能源利用的發展趨勢。然而，盡管有關資料顯示，我國蘊藏著極為豐富的太陽能資源，但在太陽能光伏應用方面尚似蹣跚起 步的兒童，與太陽能應用已較為成熟的國家相比仍有較大差距。
近年來，我國有關部門相繼出臺了一系列扶持太陽能光伏應用的政策，我國光伏發電應用正迎來高速發展的關鍵時期。因此，上海世博會上中國館和主題館的太陽能光伏建筑一體化發電工程可謂正逢其時。業界認為，這一工程的建設必將有助于提高我國光伏建筑一體化產品及工程應用的技術水平，推進我國太陽能光伏產業健康快速發展。
我相信隨著光伏發電技術的日益成熟和完善,越來越多的光伏一體化建筑會涌現。我們國家所提倡的能源戰略也得以體現,真正實現綠色,低碳建筑。也是我們所追求的目標。
參考文獻
1、仇寶興
2、史博士
篇11
目前，我國已超過美國，成為全球風電裝機容量最大的國家，同時也成為風能設備最大的生產國。隨著國內風電產業鏈日臻完善、研究規模不斷擴大，成本下降非常顯著，競爭力也逐漸增強，但是在產業鏈最上游的新型材料及半導體器件（控制芯片、電力電子器件等）研究方面仍較落后，主要研究工作集中在中下游的風電整機制造、關鍵零部件配套（發電機、電控、傳動系統等）以及并網技術領域。
沈陽工業大學在風電整機制造方面具有很強的實力，是我國最早從事風力發電技術研究的少數高校之一，設置有風能技術研究所，師資力量完善，先后承擔過多項大型橫、縱向課題，成果顯著。其設計的具有自主知識產權的1.5MW風電機組實現了產業化，占據一定的市場地位，產學研結合能力很強。
華北電力大學作為教育部直屬高校中唯一的以電力為學科特色的大學，成立了國內首家“可再生能源學院”，下設風能與動力工程專業，未來還將籌備生物質發電和太陽能利用專業。研究內容以大容量風力發電接入，對電力系統安全、穩定運行的影響為主，主要研究包括：風電場建模與仿真、風能資源測量與評估、風力發電機組狀態監測與故障診斷、風力發電機組只能控制與優化運行、低速風能利用策略與先進風力發電理論，充分發揮了其在電力系統方面的優勢。
重慶大學機械傳動國家重點實驗室，借助其在機械傳動領域的優勢，在風電機組齒輪箱設計、動態特性研究、工作模態測量及制造工藝方面有深入的研究，并且產學研結合。
汕頭大學新能源研究所在大型風電機組空氣動力學、結構強度及結構動力學研究方面頗有作為，自行開發了大型風力機優化設計系列軟件。
浙江大學流體傳動及控制國家重點實驗室對風力發電系統中的液壓技術有深入研究，包括風機制動系統、定槳距控制和變槳距控制等。
同濟大學機械工程學院在風電機組葉片動力學分析、結構優化設計、剛柔耦合系統模型分析方面經驗豐富。
東南大學在風力發電機研究、設計方面走在前列。近期又集合學校優勢學科，建立了風力發電研究中心，致力于以風力發電為核心的可再生能源發電及應用技術的基礎研究。
電控方面，清華大學、北京交通大學、中科院電工所都有很強的實力。清華大學電機工程與應用電子技術系原名電機工程系，歷史悠悠，師資力量雄厚，在風電接入對電力系統影響、風電機組建模仿真、風電變流器設計及控制等方面有深入研究。北京交通大學電氣工程學院早期隸屬于鐵道部，主要服務于我國軌道交通電傳動裝備產業，在大功率電力電子技術領域積累了豐富經驗，研究實力在國內高校處于領先地位。新能源研究所成立后從事大功率風電機組（直驅或雙饋）并網變流器、中大功率光伏發電逆變器、風電機組仿真及主控系統、微網技術研究，產學研結合能力很強。中科院電工所新能源發電技術研究組是國內最早研究風力發電、太陽光伏發電的單位之一，其大型并網風電機組控制及變流技術、變槳距控制技術以及風電場集中和遠程監控技術等較成熟，還有一些特色研究工作包括：風/光互補、風/柴系統及其控制逆變技術、控制逆變技術等。
光伏發電
光伏發電具有系統簡單以及維護方便等特點，應用面較廣，現在全球裝機總容量已經開始追趕傳統風力發電。太陽能發電主要分為并網電源系統和離網電源系統，目前大規模使用的主要是并網系統，一般包括光伏電池組件、光伏逆變器、配電柜、監控系統等。其中光伏電池組件將太陽能轉化成電能，光伏逆變器與風能變流器類似，可以將光伏電池組件產生的不穩定電能變成穩定的電能并入電網。
我國光伏業正處在爆發式增長期，中國大陸和臺灣的光伏電池廠商占全球總電池產量59%的份額。與風電產業鏈類似，除了最上游的化合物、硅片提純、加工外，我國已形成了較完整的光伏產業鏈，包括晶體硅、薄膜電池片及組件加工、光伏逆變器、系統集成、能源投資商等。
國內高校對于光伏系統研究主要集中于工程應用方面，合肥工業大學教育部光伏系統工程研究中心是我國迄今為止唯一的專門從事光伏系統技術研究的國家重要的科學研究基地，掛靠合肥工業大學電氣與自動化工程學院，主要從事光伏組件建模及仿真、光伏逆變器設計及控制、工程化應用等研究工作，產學研結合較好，承擔多個大型光伏電站設計工作。
海外院校
由于新能源行業涉及領域多、范圍廣，以及我國新能源行業開始起步，人才的缺乏已經成為極為突出的問題，國家、社會、高校、企業都在積極努力培養這方面的人才，學生的擇校就業也因此變得十分靈活。同時，也因為剛剛起步，目前面臨的多是工程應用技術類問題，因此我們的相關研究工作主要分布在中下游，從前面的介紹也可以看出，在新能源上游高端領域，由于技術壁壘很高，國內的研究工作相對較少，但是可以選擇留學歐美高校，得到更進一步的提高。
澳大利亞新南威爾士大學光伏研究中心，由有著“太陽能之父”之稱的馬丁·格林教授領導，專注光伏電池的研究，自上世紀80年代起，30年間畢業于新南威爾士大學光伏中心的中國留學生已經撐起了中國光伏產業的半壁江山。如今，在屈指可數的幾大領頭光伏企業中——尚德、中電光伏、英利、賽維LDK都有新南威爾士大學畢業生的身影，其科研實力可見一斑。
在歐洲，各國都十分重視新能源的開發利用。作為生態村理念的首創國，丹麥是能源問題解決得最好的國家之一。早在2006年，我國就與丹麥簽署了“可再生能源”合作項目，國內許多高校分別與丹麥高校開展聯系。丹麥奧爾堡大學能源技術學院在風力發電、分布式發電、電力系統、電力電子及控制技術等領域有深入研究經驗，并且與許多國家和組織開展合作，產學研實力很強。特別是在風力發電領域優勢突出，核心研究領域包括：風力發電機組及風電場的控制與監測、仿真、設計、優化。
隨著新能源技術發展以及各項政策效應的逐步顯現，開發利用新能源的成本將明顯下降，為人類清潔能源利用和產業結構升級帶來歷史性機遇，新能源終將成為今后世界上的主要能源之一。
Tips：新能源材料與器件專業優勢院校
文/南京航空航天大學 郭棟梁
該專業重點是研究與開發新一代高性能綠色能源材料、技術和器件（如通訊、汽車、醫療領域的動力電源），發展“新能源材料”(新型鋰離子電池材料、新型燃料電池材料和新型太陽能電池材料)的學術研究方向。
新能源材料與器件專業設置，主要依托化學化工學院，跨能源科學、材料科學、化學等多個學科，擬培養能掌握新能源材料專業基本理論、基本知識和工程技術技能，掌握新能源材料組成、結構、性能的測試技術與分析方法，了解新能源材料科學的發展方向，具備開發新能源材料、研究新工藝、提高和改善材料性能的基本能力的新能源材料專門人才。畢業生可在化學能源、太陽能及儲能材料等新能源材料領域從事科學研究與教學、技術開發、工藝設計等方面工作，也可繼續攻讀新能源材料及相關學科高層次專業學位。
新能源技術是21世紀世界經濟發展中最具有決定性影響的五個技術領域之一，新能源材料與器件是實現新能源的轉化和利用以及發展新能源技術的關鍵。新能源材料與器件本科專業是適應我國新能源、新材料、新能源汽車、節能環保、高端裝備制造等國家戰略性新興產業發展需要而設立的，是由材料、物理、化學、電子、機械等多學科交叉，以能量轉換與存儲材料及其器件設計、制備工程技術為培養特色的戰略性新興專業。
高校特色：
華東理工大學
以半導體材料技術、化學電源技術、太陽電池技術等為特色。未來就業集中在光伏太陽能、新能源開發和利用以及半導體材料器件的設計、化學電池開發等。
東南大學
依托電子科學與技術大類專業背景，專業內容側重光電子材料及其應用方面，主要針對太陽能材料制備、檢測和應用，可以拓展到生物能等其他新能源。
四川大學
篇12
Keywords: the construction curtain wall; Energy saving; technology
中圖分類號： TU201.5 文獻標識碼：A文章編號：
一、幕墻節能材料的選用
（一）玻璃的選用
在目前建筑設計中，針對建筑物外窗和玻璃幕墻，玻璃占的面積是絕大部分的，因為它可以參與的熱交換的面積較大，這樣使之成為了幕墻和窗節能的關鍵部分。伴隨著科學技術的發展，新型節能的玻璃材料不斷地被研究出來，并得到廣泛運用，下面針對一些應用較多的材料進行剖析：
（1）陽光輻射控制玻璃
這類玻璃材料主要是采用改變玻璃的光學特性來實現對太陽能輻射進行選擇的技術，該技術能夠進行選擇性屏蔽一些輻射，從而能夠達到異性環保節能效果，主要有光譜選擇透過性玻璃和透過率可調玻璃：①光譜選擇性透過玻璃，它實際上是Low-E玻璃和熱反射玻璃技術的延伸，即通過在玻璃表層覆蓋一層特殊性質的材料涂層，這種玻璃材料能夠選擇不同波長的太陽輻射和熱輻射。②透過率可調玻璃，這種類型的玻璃能夠伴隨環境的變化來改變自身的透過特性，能夠實現對太陽輻射能量的控制，進而達到滿足節能的要求。這種玻璃根據其改變特性的機理可以分為熱致變色玻璃、電致變色玻璃和光致變色玻璃。這三種類型的玻璃中，光和電致變色玻璃已經引起了幕墻行業相關人士的廣泛關注，并且得到了一定的應用。在實際生活中，光致變色玻璃的可見光透過率能夠是現在75%-25%范圍內變化，太陽能輻射的透過率變動能夠實現53%-23%范圍內變化，電致變色玻璃在短短的五分鐘內可以時間可見光透過率67%-10%以及太陽輻射66%-10%的變化。
（2）隔熱玻璃
隨著技術的發展，一些新型隔熱玻璃在中控技術上不斷被研發出來，主要有以下幾種：①惰性氣體隔熱玻璃，這種玻璃是通過往中空玻璃的空腔內注入惰性氣體得到的。如今，國外市場上已經出現了充氯氣的4mm-8mm-4mm-8mm-4mm三層中空玻璃，該種玻璃是結合Low-E技術形成，它的傳熱系數達到了0.7W/(m2·K)。②氣凝膠隔熱玻璃，氣凝膠是一種多孔性的硅酸鹽凝膠，其體積的95%為空氣，這種氣凝膠中的氣泡比較小，一般小于20mm，因此，具有較好的隔熱性能，而且還不會阻擋和折射光線，因為其顆粒遠小于可見光波長。然而這種氣凝膠物質長時間使用后會出現沉降現象，這也是目前限制其大范圍商業化應用的主要原因。
（二）鋁合金型材選用
在選用窗框材料時，需要考慮不同材料的玻璃幕墻和采光頂等外窗的傳熱系數影響，這個因素是選擇材料時不可缺少的條件。目前，一些塑料窗框和木窗框由于本身的傳熱系數很小，加上其對外窗的傳熱系數影響也很小，因此在選用作為節能窗框時，很少考慮。相對而言，鋁合金和鋼窗框等材料本身的導熱系數大，加上其對外窗的傳熱系數影響較大，需要采用斷橋處理。這種斷橋處理針對鋁合金材料來說有很多種，比如，聚酷膠（PA)斷熱條和聚氨酷（PU）等等，對于一些對保溫性能要求非常高的外窗應考慮選擇斷橋效果較好的鋁型材。
二、幕墻節能技術研究
（一）幕墻節能體系的選用
（1）雙層幕墻技術
近些年來幕墻行業在開發新型的幕墻結構方面取得不少進展，尤其是雙層幕墻技術引人關注，它的節能原理可以總結為循環幕墻由一層玻璃幕墻和一層普通開窗墻體或者雙層的玻璃幕墻組成，雙層都可以進行上下通風口設置。在夏季的時候，可以打開外層的上下通風口，這樣在陽光的照射下其中間空氣層溫度會升高而出現上浮，從而逐漸形成自上而下的空氣流，最終可以達到降低內層表面溫度的目的。在冬季時，把外層的通風口關閉，打開內層的通風口，這樣夾層中的空氣就會在陽光的照射下不斷升高，從而逐漸形成一個小溫室，這樣能夠有效地提高內層玻璃溫度，造成室內氣體循環，從而慢慢提升室內溫度，較少熱負荷的要求。與單層玻璃幕墻相比，雙層的玻璃幕墻可以節約42%-52%的能源，同時制冷時可以節約能源38%-60%。
（2）節能百頁技術
相對于傳統的百葉遮陽技術而言，節能的百頁是對其進行的有效地改進，傳統的建筑中百頁要么懸掛在室內要么懸于室外，室內的百頁不能夠高效的控制室內的熱量，室外的百頁不能達到循環通風效果，這樣對節能效果有非常大的影響。我們知道太陽直射能夠對建筑的冷熱負荷產生影響，夏季遮陽能夠對負荷總價值進行有效地控制，冬季的陽光能夠進入室內，這樣節能百頁能夠高效的利用這一特征。使用節能百葉是幕墻改革的一個非常好的方案，它能夠適度調節角度，以最佳狀態來達到節能的目的。
（二）幕墻節能新技術
（1）太陽光變向照明技術
太陽光變向照明技術取代了傳統的遮陽機構，它利用幕墻上的光線反射裝置把室外的日光反射到室內的天花板上，再由天花板反射到工作或者生活區域，這樣為人們提拱照明。這種形勢下的光照條件與傳統的以“光柱”形式進入室內的太陽光相比，會更為柔和和均勻，從而消除了由直接入射的強烈陽光在電腦或者電視屏幕上造成的眩光，同時還能夠改善日光在整個房間甚至建筑物的分布，從而減少照明費用。
（2）光電幕墻
光電幕墻是一種集發電、隔音、隔熱和裝飾等功能于一身的新型建筑幕墻，此種類型的幕墻集合了太陽能光電技術與幕墻技術，把以前被當作有害因素而屏蔽掉的太陽光，轉化為能被人們利用的電能。光電幕墻的意義還體現在它把太陽能發電技術集成到建筑幕墻產品中，不占用專門的土地，而且太陽能光電板也可以替代傳統的玻璃等幕墻面板材料，無需重復投資。
三、總結
長期以來，人們總是認為幕墻建筑不節能，但是從分析中可以看到，隨著科學技術的不斷發展，幕墻節能材料和節能系統的不斷完善，玻璃幕墻也可以做出符合節能要求的建筑物。幕墻節能，并不是人們想象中的存在技術上的問題，更多的是我們對它的重新認識與合理運用。
參考文獻
篇13
分布式能源技術的發展，為中國與世界發達國家重新回歸同一起跑線創造了一個新機遇，如同手機和家電一樣，它有可能使中國依據市場優勢迅速占據世界領先地位。
所謂“分布式能源”是指分布在用戶端的能源綜合利用系統。一次能源以氣體燃料為主，畢業論文可再生能源為輔，利用一切可以利用的資源；二次能源以分布在用戶端的熱電冷（植）聯產為主，其他中央能源供應系統為輔，實現以直接滿足用戶多種需求的能源梯級利用，并通過中央能源供應系統提供支持和補充；在環境保護上，將部分污染分散化、資源化，爭取實現適度排放的目標；在管理體系上，依托智能信息化技術實現現場無人職守，通過社會化服務體系提供設計、安裝、運行、維修一體化保障；各系統在低壓電網和冷、熱水管道上進行就近支援，互保能源供應的可靠。分布式能源實現多系統優化，將電力、熱力、制冷與蓄能技術結合，實現多系統能源容錯，將每一系統的冗余限制在最低狀態，利用效率發壞發揮到最大狀態，以達到節約資金的目的。
分布式能源技術的基礎科學主要在以下幾個方面：
1、動力與能源轉換設備；
2、一次和二次能源相關技術；
3、智能控制與群控優化技術；
4、綜合系統優化技術；
5、資源深度利用技術。
動力與能源轉換設備：
主要是指一些基于傳統技術的完善和新技術的發展。
（1）小型燃氣輪機——在小型航空渦輪發動機技術的基礎上，實現地面發電和供熱的聯產技術。目前中國在這一技術上已經可以開發相應產品，主要的問題是需要提高設備的能源轉換效率，提高可靠性，延長設備檢修周期，提高設備的自動智能控制水平；
（2）微型燃氣輪機——這是基于汽車發動機增壓渦輪技術的延伸，關鍵技術在于精密鑄造和燒結金屬陶瓷轉子，空氣或磁懸浮軸承，高效回熱利用技術，永磁發電技術，可控硅變頻控制技術等。由于技術層次并不高，其中許多項目已經有專家在研究，只要國家真正重視，中國完全可以趕超世界先進水平；
（3）燃氣內燃機——內燃機技術對于中國已經非常成熟，但是燃氣內燃機的制造水平與國際先進設備還存在比較大的差距，主要是轉換效率、排放控制、電子控制和設備大修周期等，此外，國外正在發展的預燃、回熱、增壓渦輪技術，以及電子變頻等技術，都是發展的重要方向；
（4）斯特林發動機——外燃式斯特林技術中國已經有了比較大的突破，上海711所已經可以生產該技術的產品，目前主要是提高設備可靠性和發電效率，以及自動化控制水平；
（5）燃料電池——該技術有質子交換膜、固體氧化物、熔融硅酸鹽和氫氧重整等多種技術方式，該技術應用極為廣泛，污染極小，而且可以同燃氣輪機技術整合，發電效率將可能達到80%，是未來最具有發展價值的技術；
（6）微型蒸汽輪機——蒸汽輪機是非常傳統的技術，但是利用一部噪音小、振動小、運行方便可靠的小型蒸汽輪機代替熱交換器，將其中一部分能量轉換為價值較高的電能，或者利用蒸汽管網中較低品位的蒸汽為制冰機組提供低溫冷能，可以更好地利用蒸汽中的能量；
（7）微型水輪機和微型抽水蓄能電站——小型、微型水輪機組不僅可以在任何有水位落差的地方使用，而且可以廣泛利用在分布式能源項目上。利用自來水管網的水能壓力，或者建筑物可能產生的落差進行發電，并在用電低谷進行抽水蓄能，新型的微型水輪發電機組將何以采用電子變頻控制技術，調整電能品質；
（8）太陽能發電和太陽熱發電——利用太陽能量的發電技術，關鍵是降低成本，同時需要研究與其他能源利用方式和載體進行整合，將太陽熱發電與沼氣利用整合，將光伏電池與建筑材料整合，利用光導纖維與照明技術整合等等；
（9）風能——風力發電是世界能源發展的一個重要方向，在大型風場大量利用大型風機發電將何以代替現有的火力發電系統，但是對于居住分散的用戶小型高效的風力發電系統更加具有普及意義，小型風力發電系統主要需要解決的是成本、可靠性和蓄能問題；
（10）余熱制冷系統——利用動力機產生的余熱供熱制冷是分布式熱電冷三聯供系統的重要環節，尤其是制冷，可以采用吸收式制冷，也可以采用吸附式，以及余熱——動力轉換——低溫制冷等技術，這些技術均比較成熟，關鍵是系統的集成和提高效率，以及降低造價等問題；
（11）熱泵——利用地源、水源和其他溫差資源的能源利用技術，重點在于提高效率和增強于其他能源利用技術的整合能力；
（12）能量回收系統——諸如將建筑物內電梯下行、汽車制動、自來水減壓等能量回收的技術以及應用設備的研發。
與分布式能源系統相關的一次和二次能源相關技術：
（1）天然氣系統的優化利用，以及管道輸送技術；
（2）液化天然氣的生產和利用——分散化的液化天然氣生產技術可以充分利用石油開采中的伴生氣資源，減少溫室氣體排放，提高資源的綜合利用率，液化天然氣利用中對于冷能的有效利用可以有效節能等等，在液化天然氣利用中，將產生大量的新課題；
（3）煤層氣和礦井瓦斯利用，世界上可能有60%以上的礦工是死在中國的礦井里，而瓦斯爆炸是元兇之一，減少礦工死亡和提高煤層氣和礦井瓦斯資源的利用有著密切關聯，利用煤層氣和礦井瓦斯發電等技術不僅可以挽救無數礦工的生命，還能有效減少溫室氣體排放，緩解全球變暖問題；
（4）可燃冰——存在于海底和高寒地區的天然氣水化合物是人類未來的主要能源，它是為分布式能源系統提供燃料的重要途徑；
（5）煤地下氣化——中國目前有100億噸以上的煤炭資源在開發過程中被遺棄在地下，如何利用可控地下氣化技術將其變為氣體燃料回收利用是中國煤炭工業的重要課題；
（6）地熱——利用和開發地熱資源，將地下低品位熱能轉換為高品位的電能或冷能是技術的關鍵；
（7）深層海水冷能——利用沿海深層海水的低溫資源，解決沿海城市的制冷問題，并降低城市熱島效應；
（8）水能——利用水利資源，特別是小型水電設施解決農村以水代柴，保護植被；
（9）沼氣——利用城市垃圾、農村廢棄物資源等進行發電或熱電聯產，減少溫室氣體排放，提高資源綜合利用水平；
（10）甲醇——利用煤等礦物資源生產甲醇，以代替石油。甲醇可以滿足燃料電池對氫的需要；
（11）乙醇——利用植物資源生產乙醇，以代替石油和其他礦物燃料，乙醇可以作為燃料直接使用，也可以作為燃料電池的氫分離的原料；
（12）氫——對于氫的利用將決定人類的未來，如何從水中低成本地重整氫氣將是技術的關鍵；
（13）壓縮空氣——利用低估電力或其他能源生產高壓空氣，作為汽車和其他動力設備，以及分布式能源的動力源，主要解決高增壓比壓縮技術、設備小型化、材料和效率等問題。
智能控制與群控優化技術：
（1）分布式能源機組和系統自身的智能化控制——解決設備“無人職守”問題，能夠根據需求進行調節，自動跟蹤電、熱、冷負荷；
（2）分布式能源與載體的信息互動——解決分布式能源系統成為智能化建筑的一個組成部分，與建筑系統的需求進行優化整合，提高建筑的能源可靠性和節能性；
（3）分布式能源機組的聯合控制——分布式能源采用模塊化組合設計，需要對模塊組合聯合控制，根據需求變化進行智能調節，決定每一模塊的運行狀態和模塊之間的調節優化關系；
（4）遠程遙控——通過電話線、因特網、無線網絡和電源線對設備進行遠程監視控制，需要解決安全和協議統一等問題；
（5）群控優化——根據一個區域內各種用戶對于電力、熱力、制冷等需求的變化，以及燃料、氣溫變化趨勢、蓄能量庫存等等因素，優化控制各個用戶的分布式能源系統，以及公共能源系統，進行多系統容錯優化，減少冗余，提高各系統的安全性和需求適應性，降低造價，提高效率；
（6）智能電網技術——必須建立電網信息化管理系統，對于電網特別式近用戶低壓供電電網的信息化控制，流量平衡控制、網內分布式能源智能管制系統、智能保護系統等；
（7）信息化計量與結算系統——建立網絡化能源系統的各種能源產品和各個用戶與分布式能源設施擁有者之間、各時段間根據預約定價進行計量和結算的智能系統；
（8）自動信息系統——對于用戶與臨近用戶能源使用狀態、用戶與臨近用戶的分布式能源系統伺服狀態、以及燃料系統和公共能源供應系統的運行狀態信息進行，以便智能化建筑、用戶能源管理系統、分布式能源設施、儲能設施、設備運行服務機構、以及燃料供應者和公共電網能夠根據每一信息源所的實時信息進行狀態優化調整，實現資源共享。
綜合系統優化技術：
（1）多種能源系統整合優化——將各種不同的能源系統進行聯合優化，例如：將分布式能源與傳統能源系統整合后，進行聯合優化；或者，將分布式能源系統與冰蓄冷系統整合并進行聯合再優化，將微型燃氣輪機與熱泵系統整合優化，以及太陽能與分布式系統的優化整合等等，達到取長補短的目的，充分發揮各個系統的綜合優勢；
（2）將分布式能源與交通系統整合優化——利用低谷電力為電動汽車蓄電或燃料電池汽車儲氫等，將燃料電池和混合動力汽車作為電源形成隨著人流移動的電源和供水系統。實現節約投資經費，降低高技術產品使用成本等目的；
（3）分布式能源系統電網接入研究——解決分布式能源與現有電網設施的兼容、整合和安全運行等問題；
（4）蓄能技術——通過蓄能技術的開發應用，解決能源的延時性調節問題，提高能源系統的容錯能力，其中包括蓄電、蓄熱、蓄冷和蓄能四個技術方向。蓄電包括化學蓄電：電池；物理蓄電：飛輪和水能、氣能。蓄熱包括項變蓄熱、熱水、熱油和蒸汽等多種形式。蓄冷：冰和水。蓄能包括物理蓄能：機械蓄能、水蓄能、以及記憶金屬蓄能等多種方式；
（5）地源蓄能技術——利用地下水和土壤將冬季的冷和夏季的熱蓄能儲存，進行季節性調節使用，結合熱泵技術進行直接利用，減少城市熱島效應；
（6）網絡式能源系統——互聯網式的分布式能源梯級利用系統是未來能源工業的重要形態，英語論文它是由燃氣管網、低壓電網、冷熱水網絡和信息共同組成的用戶就近互聯系統，復合網絡的智能化運行、結算、冗余調整和系統容錯優化；
資源深度利用技術：
（1）天然氣凝結水技術——利用天然氣燃燒后的化學反應結果回收水，解決部分城市水資源緊缺問題；
（2）將分布式能源與大棚結合的技術——將分布式能源系統發電設備排除的余熱、二氧化碳和水蒸汽注入大棚，作為氣體肥料和熱源，解決城市綠化和蔬果供應，同時減少溫室氣體和其他污染物排放問題；
（3）利用發電制冷的冷卻水生產生活熱水的技術——利用熱泵的技術，將低品位熱源轉換為較高品位的生活熱水，減少能源消耗；
