資源短缺的日本多年來(lái)一直積極開(kāi)發(fā)取之不盡、用之不竭太陽(yáng)能等新能源，其太陽(yáng)能發(fā)電量自2000年以來(lái)一直位居世界首位，國(guó)內(nèi)設(shè)施容量約64萬(wàn)千瓦，約占世界的50％。到2010年，日本政府計(jì)劃將國(guó)內(nèi)設(shè)施容量增長(zhǎng)7倍，達(dá)到482萬(wàn)千瓦。為此，日本開(kāi)發(fā)出多種形式，充分利用太陽(yáng)能。
　　
　　一、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)
　　
　　位于茨城縣筑波市的日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所是日本最大的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。這里的太陽(yáng)能電池板耗資8億日元，面積6500平方米，有足球場(chǎng)那么大，采用了單晶硅等４種材料，分別鑲在研究所內(nèi)建筑物、停車(chē)場(chǎng)棚頂和空地的斜坡上，有直流電變交流電裝置21臺(tái)，發(fā)電功率最高可達(dá)869千瓦，和已有設(shè)備合在一起，功率超過(guò)1000千瓦，發(fā)電量可供300戶家庭使用，是日本的最新技術(shù)的結(jié)晶。
　　
　　太陽(yáng)能發(fā)電可避免排出溫室效應(yīng)氣體二氧化碳，和使用電力公司的電相比，這一太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)每年可減少排放約300噸二氧化碳?xì)怏w。
　　
　　二、屋頂太陽(yáng)能發(fā)電、發(fā)熱
　　
　　日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)試點(diǎn)在東武伊勢(shì)崎線太田車(chē)站西北的一座小城。這里全部是新型住宅，房子都裝有太陽(yáng)能電池板。各家除了太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施以外，都有一般的電線，夜間、陰天太陽(yáng)能發(fā)電不夠用的時(shí)候，電力公司可以供電。相反，陽(yáng)光強(qiáng)烈，太陽(yáng)能發(fā)電用不完時(shí)，又可通過(guò)電線把剩余的電輸送給電力公司。
　
　　三、太陽(yáng)能電池車(chē)
　　
　　2001年，馬自達(dá)是全球首家在天窗上采用了太陽(yáng)能電池的汽車(chē)公司。在2005年?yáng)|京車(chē)展期間，馬自達(dá)又展出了概念車(chē)“先驅(qū)”，在太陽(yáng)能電池動(dòng)力方面又進(jìn)行了一定的改進(jìn)。在玻璃車(chē)頂后部和后掀門(mén)下部配備了“透光太陽(yáng)能系統(tǒng)”。這種染料敏化太陽(yáng)能電池由于具有良好的透明性及設(shè)計(jì)性，成為新一代太陽(yáng)能電池，被業(yè)界寄予厚望。 

太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)原理及分類(lèi)

　　太陽(yáng)能就是太陽(yáng)輻射能。在太陽(yáng)里每時(shí)每刻都進(jìn)行著激裂的核裂變和核聚變反應(yīng)，從而產(chǎn)生大量的熱。太陽(yáng)表面的溫度達(dá)6000 ℃左右內(nèi)部溫度高達(dá)數(shù)百萬(wàn)度。由于太陽(yáng)的溫度很高它不斷地向宇宙空間輻射能量，包括可見(jiàn)光不可見(jiàn)光和各種微粒，總稱為太陽(yáng)輻射。
　　地球上除核能以外的一切能源無(wú)論是煤炭、石油、天然氣、水力或風(fēng)力都來(lái)自太陽(yáng)全球人類(lèi)目前每年能源消費(fèi)的總和只相當(dāng)于太陽(yáng)在40分鐘內(nèi)照射到地球表面的能量。太陽(yáng)能隨處可得，不必遠(yuǎn)距離輸送，而且是潔凈的能源。由于這些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)太陽(yáng)能發(fā)電作為新興的產(chǎn)業(yè)正在迅速崛起。

　　太陽(yáng)能發(fā)龜系統(tǒng)可分為太陽(yáng)能熱發(fā)電和太陽(yáng)能光發(fā)電兩類(lèi)。太陽(yáng)能熱發(fā)電就是利用太陽(yáng)能將水加熱，使產(chǎn)生的蒸汽去驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組。根據(jù)熱電轉(zhuǎn)換方式的不同把太陽(yáng)能電站分為集中型太陽(yáng)能電站和分散型太陽(yáng)能電站。塔式太陽(yáng)能電站是集中型的一種，即在地面上敷設(shè)大貴的集熱器即反射器)陣列，在陣列中適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)建一高塔，在塔頂設(shè)置吸熱器即鍋爐)，從集熱器來(lái)的陽(yáng)光熱聚集到吸熱器上使吸熱器內(nèi)的工作介質(zhì)溫度提高變成燕汽通過(guò)管道把蒸汽送到她面上的汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

　　分散型太陽(yáng)能電站的集熱裝置的特點(diǎn)是以一個(gè)鏡體配合一個(gè)吸熱器組成一個(gè)獨(dú)立的單元。根據(jù)發(fā)電容量的設(shè)計(jì)要求， 串、并聯(lián)若干單元組成電站。

　　太陽(yáng)能光發(fā)電是利用太陽(yáng)電池組將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能。太陽(yáng)電池由單晶硅或非晶硅薄膜制成，轉(zhuǎn)換效率最多為10%-17% 。將太陽(yáng)電池排成方陣其總面積決定所需的功率。太陽(yáng)電池發(fā)出直流電而且要隨陽(yáng)光的強(qiáng)弱變化所以還得配備逆變器將直流電變?yōu)榻涣麟�、蓄電池和相�?yīng)的調(diào)控設(shè)備。太陽(yáng)能光發(fā)電已廣泛用于人造地球衛(wèi)星和宇航設(shè)備上，也可作為孤立地區(qū)的獨(dú)立電源然而將來(lái)其造價(jià)進(jìn)一步降低之后，太陽(yáng)能發(fā)電將進(jìn)入千家萬(wàn)戶。

　　近年來(lái)人們對(duì)建造宇宙空間太陽(yáng)能電站的問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究。宇宙空間太陽(yáng)能電站的主要技術(shù)內(nèi)容是:在繞地球的同步軌道上建造衛(wèi)星電站太陽(yáng)輻射能通過(guò)光電池轉(zhuǎn)變成電能，用微波發(fā)生裝置將電能轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒉�，然后再以集束形式把微波發(fā)射到地面接收站地面接收裝置再把微波轉(zhuǎn)變成電能輸送到電網(wǎng)中。
 
 
太陽(yáng)能熱發(fā)電——系統(tǒng)分類(lèi)　　

太陽(yáng)能熱發(fā)電有三類(lèi)，槽式線聚焦系統(tǒng)在以色列和美國(guó)已進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行階段，美國(guó)在上世紀(jì)九十年代初期建立9座太陽(yáng)能電站，裝機(jī)容量達(dá)到 354 MW，發(fā)電成本已逐步降低到12 ￠/kWh，是各種太陽(yáng)能發(fā)電方式中成本最低的，據(jù)預(yù)測(cè)發(fā)電成本到2010年可降低到7 ￠/kWh。本方式采用槽式拋物面把太陽(yáng)能聚焦在直流型金屬吸熱體真空管中，熱量傳遞給真空管中的導(dǎo)熱油，通過(guò)換熱器加熱蒸汽，帶動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。由于大功率高參數(shù)（溫度和壓力）汽輪機(jī)效率高，因此本系統(tǒng)適合大規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)電。導(dǎo)熱油工作溫度約為400℃，一般采用燃油作系統(tǒng)輔助能源。國(guó)內(nèi)在九五攻關(guān)中組織槽式系統(tǒng)關(guān)鍵部件的研究，北京太陽(yáng)能所、科學(xué)院電工所和清華大學(xué)負(fù)責(zé)真空管、高溫選擇性涂層研制和聚焦系統(tǒng)攻關(guān)，關(guān)鍵技術(shù)獲得突破，因此國(guó)內(nèi)已具備建立槽式線聚焦系統(tǒng)太陽(yáng)能電站技術(shù)能力。

　　塔式系統(tǒng)采用定日鏡把太陽(yáng)光聚集在一個(gè)塔的頂端產(chǎn)生高溫?zé)嵩�，再產(chǎn)生蒸汽發(fā)電，其優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)能方便，不需要輔助能源，適合作為大電網(wǎng)的調(diào)峰電站。多個(gè)國(guó)家建立塔式發(fā)電的實(shí)驗(yàn)裝置，其中最大的是美國(guó)的Solar One和Solar Two裝置。功率為10-MW的Solar One采用蒸汽作傳熱工質(zhì)，主要驗(yàn)證塔式系統(tǒng)的可行性，從1982年運(yùn)行到1988年；Solar Two熔鹽作傳熱工質(zhì)，主要驗(yàn)證熱能輸送和儲(chǔ)能；目前無(wú)商業(yè)化電站運(yùn)行。據(jù)測(cè)算，建設(shè)一個(gè)30 to 50 MW電站，投資約1億美圓，發(fā)電成本15 ￠/kWh。本系統(tǒng)適合建立大型太陽(yáng)能電站。國(guó)內(nèi)從事塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電的研究單位有科學(xué)院工程熱物理研究所、科學(xué)院電工所和南京玻璃纖維研究院。

　　碟式系統(tǒng)由聚光跟蹤裝置和能源轉(zhuǎn)換熱機(jī)構(gòu)成，由于采用點(diǎn)聚光，可以形成很高熱源。傳熱工質(zhì)一般采用氦氣或氫氣，產(chǎn)生高溫氣體直接驅(qū)動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電。碟式系統(tǒng)單個(gè)系統(tǒng)功率較小，為9 to 25 KW，其優(yōu)點(diǎn)是效率比其他方式高，使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)可達(dá)到30%，并可作為獨(dú)立電站使用。目前，國(guó)內(nèi)制約碟式系統(tǒng)推廣主要是斯特林機(jī)國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題。國(guó)內(nèi)斯特林機(jī)研究單位是上海711廠。

　　太陽(yáng)能熱發(fā)電是利用集熱器將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換成熱能并通過(guò)熱力循環(huán)過(guò)程進(jìn)行發(fā)電，是太陽(yáng)能熱利用的重要方面。80年代以來(lái)美、歐、澳等國(guó)相繼建立起不同型式的示范裝置，促進(jìn)了熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。世界現(xiàn)有的太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)大致有三類(lèi)：槽式線聚焦系統(tǒng)、塔式系統(tǒng)和碟式系統(tǒng)。
 
1）槽式線聚焦系統(tǒng)
 
　　該系統(tǒng)是利用拋物柱面槽式反射鏡將陽(yáng)光聚焦到管狀的接收器上，并將管內(nèi)傳熱工質(zhì)加熱，在換熱器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)常規(guī)汽輪機(jī)發(fā)電。Luz公司1980年開(kāi)始開(kāi)發(fā)此類(lèi)熱發(fā)電系統(tǒng)，5年后實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。1985年起先后在美國(guó)加州的Mojave沙漠上建成9個(gè)發(fā)電裝置，總?cè)萘?54MW，年發(fā)電總量10.8億kWh。9個(gè)電站都與南加州愛(ài)堤生電力公司聯(lián)網(wǎng)。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，系統(tǒng)效率由起初的11.5％提高到13.6％。建造費(fèi)用由5976美元/kW降低到3011美元/kW，發(fā)電成本由26.3美分/kWh降低到12美分/kWh。
 
2）塔式系統(tǒng)
 
　　塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的基本型式是利用一組獨(dú)立跟蹤太陽(yáng)的定日鏡，將陽(yáng)光聚焦到一個(gè)固定在塔頂部的接收器上，用以產(chǎn)生高溫。
 
　　80年代初，美國(guó)在南加州建成第一座塔式太陽(yáng)發(fā)電系統(tǒng)裝置－Solar One。起初，太陽(yáng)塔采用水－蒸汽系統(tǒng)，發(fā)電功率為10MW。1992年，Solar One經(jīng)過(guò)改裝，用于示范熔鹽接收器和儲(chǔ)熱系統(tǒng)。由于增加了儲(chǔ)熱系統(tǒng)，使太陽(yáng)塔輸送電能的負(fù)載因子可高達(dá)65%。熔鹽在接收器內(nèi)由288℃加熱到565℃，然后用于發(fā)電。第二座太陽(yáng)塔Solar Two于1996年開(kāi)始發(fā)電，計(jì)劃試運(yùn)行三年，然后進(jìn)行評(píng)估。Solar Two發(fā)電的實(shí)踐不僅證明熔鹽技術(shù)的正確性，而且將進(jìn)一步加速30-200MW范圍的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的商業(yè)化。
 
　　以色列Weizmanm科學(xué)研究所最近正在對(duì)塔式系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。利用一組獨(dú)立跟蹤太陽(yáng)的定日鏡，將陽(yáng)光反射到固定在塔的頂部的初級(jí)反射鏡——拋物鏡上，然后由初級(jí)反射鏡將陽(yáng)光向下反射到位于它下面的次級(jí)反射鏡——復(fù)合拋物聚光器（CPC），最后由CPC將陽(yáng)光聚焦在其底部的接收器上。通過(guò)接收器的氣體被加熱到1200℃，推動(dòng)一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組，500℃左右的排氣再用于推動(dòng)另一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組，從而使系統(tǒng)的總發(fā)電效率可達(dá)到25-28%。由于次級(jí)反射鏡接收到很強(qiáng)的反射輻射能，因而CPC必須進(jìn)行水冷。整個(gè)實(shí)驗(yàn)仍處于安裝、調(diào)試階段。
 
3）碟式系統(tǒng)
 
　　拋物面反射鏡/斯特林系統(tǒng)是由許多鏡子組成的拋物面反射鏡組成，接收器在拋物面的焦點(diǎn)上，接收器內(nèi)的傳熱工質(zhì)被加熱到750℃左右，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行發(fā)電。
 
　　美國(guó)熱發(fā)電計(jì)劃與Cummins公司合作，1991年開(kāi)始開(kāi)發(fā)商用的7kW碟式/斯特林發(fā)電系統(tǒng)，5年投入經(jīng)費(fèi)1800萬(wàn)美元。1996年Cummins向電力部門(mén)和工業(yè)用戶交付7臺(tái)碟式發(fā)電系統(tǒng)，計(jì)劃1997年生產(chǎn)25臺(tái)以上。Cummins預(yù)計(jì)10年后年生產(chǎn)超過(guò)1000臺(tái)。該種系統(tǒng)適用于邊遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)立電站。
 
　　美國(guó)熱發(fā)電計(jì)劃還同時(shí)開(kāi)發(fā)25kW的碟式發(fā)電系統(tǒng)。25kW是經(jīng)濟(jì)規(guī)模，因此成本更加低廉，而且適用于更大規(guī)模的離網(wǎng)和并網(wǎng)應(yīng)用。1996年在電力部門(mén)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，1997年開(kāi)始運(yùn)行。
 
　　由于碟式/斯特林系統(tǒng)光學(xué)效率高，啟動(dòng)損失小，效率高達(dá)29%，在三類(lèi)系統(tǒng)中位居首位。
 
4）三種系統(tǒng)性能比較
 
　　三種系統(tǒng)目前只有槽式線聚焦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，其他兩種處在示范階段，有實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的可能和前景。三種系統(tǒng)均可用單獨(dú)使用太陽(yáng)能運(yùn)行，也可安裝成燃料混合系統(tǒng)，其性能比較如表所示。
 
　　我國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)工作早在70年代末就開(kāi)始了，但由于工藝、材料、部件及相關(guān)技術(shù)未得到根本性的解決，加上經(jīng)費(fèi)不足，熱發(fā)電項(xiàng)目先后停止和下馬。國(guó)家“八五”計(jì)劃安排了小型部件和材料的攻關(guān)項(xiàng)目，帶有技術(shù)儲(chǔ)備性質(zhì)，目前還沒(méi)有試驗(yàn)樣機(jī)，與國(guó)外差距很大。