题 目
二Ｏ 学年论文 太阳能应用关键技术 学生姓名 学 号 学 院 专 业 电气工程与自动化 指导教师 一 Ｏ 年 十二 月 五 日
太阳能应用关键技术
郭海军
南京信息工程大学电气工程与自动化，南京 210044
摘 要:本文论述了太阳能的利用技术，重点讨论了太阳能的发电技术，综合介绍了太阳能塔热气流发电技术、太阳能热发电技术和太阳光伏发电等国内外各种太阳能发电技术；热利用中集中阐述了平板集热器和真空管集热器两大技术，光伏发电中介绍了电池和矩阵、电源转换（逆变器、充电器）、控制系统、储能系统、并网技术等。
关键词:太阳能；光伏发电；太阳能发电；太阳能电池
T echnology of Solar Energy’s Application
Guo Haijun
The electrical engineering and automation , Nanjing University of Information Science and
Technology ,Nanjing 210044
Abstract
This article discusses solar energy's application, the pointdiscussion is the technique of the solar energy generating electricity. And then introduces all kinds of techniques in and out of nation, as technique of solar energy tower hot air flow to generate electricity, technique of solar energy hot to generate electricity and technique of solar energy lightbring voltaic electricity etc. Research of acquiring heat equipment in water heater were summarized in detailed.Two major technology which are flat collector and Vacuum tube collectors are introduced in the technique of the solar energy generating electricity.This paper also introduces the battery and matrix, power conversion (inverter, charger), control system, energy storage system, the grid technology in photovoltaic power generation.
Key words : solar energy application; light-voltage generate electricity; solar energy generate electricity; solar cell
0 引言
进入二十一世纪以来，能源短缺、资源枯竭、环境污染等问题已严重影响人们的生活和制约社会的发展。地球表面每年从太阳光线中接收到的能量大约是地球上已知的煤、石油、天然气和铀矿中所储存能量总和的10倍。这个能量等于世界上人类年消耗能量的1500倍. 人们一直在燃烧木材和其他形式的生物量达几千年之久，然而这只是提取太阳能的一种方式. 太阳还提供了水力发电，风力发电和矿物燃料——事实上提供了除核能、地温能和潮汐能之外所有形式的能量[2]。太阳能是最原始的能源, 地球上几乎所有其他能源都直接或间接来自太阳能。太阳能具有资源充足、长寿, 分布广泛、安全、清洁, 技术可靠等优点。由于太阳能可以转换成多种其他形式的能量, 因此应用范围非常广泛，太阳能将成为全球主要能源之一。
1 太阳能利用技术发展概况
近代利用太阳能来看，从太阳能动力装置，逐步发展到现在太阳能热利用以及太阳能发电。太阳能的各种应用基于太阳能的光热、光电、光化学三种转换效应。在热利用方面有太阳能温室、物品干燥和太阳灶、太阳能热水器等。经过多年的开发, 太阳能发电也得到了长足的发展。太阳能发电主要有太阳能光发电和太阳能热发电两种基本方式。不通过热过程直接将太阳的光能转换成电能的利用方式称为太阳能光发电, 目前得到实际应用的是光伏电池。太阳能热发电是将吸收的太阳辐射热能转换成电能的装置。太阳能
热发电有多种类型, 主要有以下五种:塔式系统、槽式系统、盘式系统、太阳池和太阳能塔热气流发电。前三种是聚光型太阳能热发电系统, 后两种是非聚光型。
2 太阳能利用主要关键技术
2.1 太阳能热利用技术
太阳能热利用可分为:低温热利用、中温热利用和高温热利用。低温热利用包括最简单的地膜、塑料大棚以及干燥器、蒸馏、供暖、太阳能热水系统。中温热利用有空调制冷、制盐以及其它工业用热。高温热利用有简单的聚焦型太阳灶、焊接机和高温炉。
2.1.1太阳能热水系统技术
我国的太阳能热水技术主要有平板集热器和真空管集热器两类。它由集热器、储水器、循环系统等三大部分组成。太阳能热水器从最初的闷晒式，到第二代平板集热器，再至第二代全玻璃真空管式集热器，至目前最先进的热管真空集热管太阳能热水器，太阳能热水器的利用率逐代提高[3~5]。
集热器中透明盖板或玻璃管材料的性能对热水器的效率及寿命有很大的影响。过去普遍采用窗玻璃作透明材料，山于其含铁成分高，致使吸收率高而透过率低被淘汰。目前国外普遍采用钢化玻璃和塑料薄膜作透明材料[12]。如日本多采用钢花水白玻璃，其透过率可达90%以上。美国生产的玻璃钢板材，其透过率可达94%。集热器是太阳能热水器的核心部件，其材料以金属居多。日本考虑到紧凑、质量轻、寿命长、外形等因素，多采用不锈钢制造。美国等一些国家多用铜铝复合吸热板芯。这种板芯使用特殊的工艺将铜内管和铝外管翅片压合成一个整体，有很好的耐腐蚀性和传热性能。美国雷诺金属制品公司正在研究铝板间的流道内存热聚酯薄膜防腐新工艺。这种产品如果投入生产，则吸热板芯的成本可降低1 /4。
吸热表而涂层性能是至关重要的。如果它的吸收率大，发射率也大，则集热效果差。这就需要有高的吸收率和低的发射率的选择性表而[9]。目前，美国公司研制的一种底黑铬选择性吸收涂层附着在0..05mm 的紫铜挡板上，其集收率为0.95，发射率为0.11，使用方便，性能优越。北京太阳能研究所研制的一种阳极化高效选择性涂层，可使热效率提高10% ,清华大学研制的真空溅射选择性涂层，吸收率为0.93，发射率为0.06，用于真空管集热器，具有国际先进水平。目前国外多采用玻璃纤维和发泡的聚胺脂材料作为热水器的保温材料，后者成型性好，吸水性差，不会收缩，导热系数低。国内常采用油聚胺脂、矿渣棉、珍珠岩等。
以下有几种新型集热器的开发：
（1）弯曲吸热板真空集热管
目前开发的弯曲集热板真空集热管具有两个明显的特点:一是吸收板的横截而为半圆形；二是热管不再位于真空集热管的轴线，而是靠近玻璃管内壁并与玻璃管母线相平行[13]。这一结构不但增大了吸热板的面积，而且改善了太阳光线的入射方位角，提高了热管真空管的热性能。
（2）金属吸热体真空管
金属吸热体真空管是国际上新一代真空管，它的特点是工作温度高、承压大、耐热冲击性好[14]。各国科学家研制出各种形式的真空管，如热管式、通心套管式、U 型管式、贮热式、直通式、内聚光式等等。
（3）热管真空管太阳集热器
目前开发的一种新型热管真空管太阳集热器，采用玻璃一金属热封压技术，磁控溅射可选择性涂层技术、抗冻技术、金属吸热体真空排气技术等一系列关键技术，具有国际先进水平[15]。
2.1.2 太阳能制冷与空调技术
太阳能空调利用太阳能制冷通常有两条途径一是压缩式制冷机制冷; 二是吸收式制冷。太阳能空调系统以第二种为主。目前，太阳能制冷空调的关键技术已经成熟[10~11]。在太阳集热器方面，真空管集热器、平板集热器都已经在市场上推广应用; 在制冷机方面，溴化锂吸收式制冷机在上世纪90年代大量地进入了
市场。因此，太阳能空调应用在技术上是可行的。但在普及过程中，依然存在以下问题:①太阳集热器的工质出口温度低，热源品质差，品质和效率不能同时保证; ②太阳集热器的低性价比也阻碍其大面积的推广应用；③太阳能源具有分散性，单位面积的能量供给有限。如何将太阳能集热系统与吸收式制冷机匹配起来，是这一领域巫需解决的问题; ④消费者过重关注初投资成本，而忽略了使用期内的运行费用的潜意识在短期内很难改变。
2.1.3太阳灶
太阳灶及太阳能微型锅炉都是利用聚光原理把低密度的太阳能量转换为高密度能量加热水体，其造价低，携带方便，适合在广大农村、偏远地区及旅游使用。
2.2 太阳能光电利用
太阳能发电有两种形式，一种是利用光电池将太阳能转换为电能发电机发电；另一种是利用聚光集热器将太阳能集聚起来，将某种工质加热到几百度高温，经热交换器产生高温高压过热蒸气，驱动气轮机带动。
2.2.1 太阳能电池
太阳能电池是利用太阳光与材料相互作用直接产生电力之一种无污染之可再生能源，与一般的电池不同的是，太阳能电池是将太阳能转换成电能的装置，且不需要透过电解质来传递导电离子，而是改采半导体产生 PN 结来获得电位。当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P －N 结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。因此，太阳能电池需要阳光才能运作，所以大多是将太阳能电池与蓄电池串联，将有阳光时所产生的电能先行储存，以供无阳光时放电使用。太阳能电池主要有以下几种类型：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、碲化镉电池、铜铟硒电池等。晶硅类电池分为单晶硅电池组件和多晶硅电池组件，两种组件最大的差别是单晶硅组件的光电转化效率略高于多晶硅组件，也就是相同功率的电池组件，单晶硅组件的面积小于多晶硅组件的面积。单晶硅、多晶硅太阳能电池具有制造技术成熟、产品性能稳定、使用寿命长、光电转化效率相对较高的特点[6~8]。非晶硅薄膜太阳能电池具有弱光效应好，成本相对于硅太阳能电池较低的优点。而碲化镉、铜铟硒电池则由于原材料剧毒或原材料稀缺性，其规模化生产受到限制。我国从上世纪50年代起就开始对太阳能电池进行研究，上世纪80至90年代先后从国外引进多条太阳能电池生产线。近几年，太阳能电池的研究开发和生产飞跃发展。整体上看，我国不但在太阳能电池生产能力上进入国际先进行列，而且在薄膜太阳能电池的研究开发上达到国际先进水平，同时还在新的有机纳米晶太阳能电池的研究中取得国际领先成果。目前，薄膜电池的转换效率达到6%~8%，近两年内可达到10%~12%，五年内有望达到18%，其功率衰退问题也已解决。薄膜电池对弱光的转化率十分高，即使在阴天照样能够发电。其技术正在成为太阳能电池主流技术，与晶体硅太阳能电池技术并驾齐驱。
2.2.2 太阳能光伏发电技术
太阳能光伏发电技术主要涉及太阳能电池和矩阵、电源转换（逆变器、充电器）、控制系统、储能系统、并网技术等领域。影响光伏系统发电效率的因素主要有太阳光照辐度、太阳能电池转化效率、光伏逆变器的工作效率等。当前开发的商业化电池效率最高大约为14%~17%，在现有技术条件下，再提高光伏电池的转化效率仍然需要一定的周期；光伏逆变器的工作效率已经达到90%以上，部分光伏逆变器的工作效率已经能够达到98%，很难再有大的提高。而跟踪系统能够保证太阳入射光线始终与光伏电池阵列保持最佳的角度以接收最大的太阳光照幅射量，从而提高光电转化效率，降低光伏发电的成本。在现有技术条件下，采用跟踪式光伏发电系统是提高太阳辐射利用率，降低成本的最佳方式，国外的研究显示单轴跟踪系统可以提高发电量20%以上，而双轴跟踪系统则可以将发电量提高40%之多。太阳跟踪控制技术作为跟
踪系统的关键技术经历了简单的手动机械式跟踪，用模拟电路进行相关逻辑控制的跟踪，以微处理器、PLC 或小型计算机为控制核心的智能型跟踪三个阶段。跟踪控制技术现在已经非常成熟，20世纪70年代以后，美国就开始跟踪光伏发电的研究；2006年德国建成的当时世界上最大的光伏并网电站，总容量为12MWp ，全部采用双轴跟踪的安装方式；此外西班牙、葡萄牙等国也在建设上百兆瓦的跟踪光伏电站。由于可靠性问题一直没有得到有效解决，我国目前尚未建成带有光伏阵列跟踪系统的并网光伏电站，中科院电工所2006年10月底在西藏羊八井建成我国第一座具有多种跟踪方式的光伏示范电站，总容量为13.2kWp ，目前处于试运行阶段。2.2.3 太阳能热发电技术
太阳能热发电是利用聚光器聚集太阳能, 经吸收器吸收后, 转化成热能, 产生高温蒸汽或气体进入汽轮发电机组或燃气轮机发电机组产生电能。按聚光形式不同, 太阳能热发电可分为塔式太阳能热发电、槽式太阳能热发电和碟式太阳能热发电[2]。
Ⅰ塔式(power tower)太阳能热发电塔式太阳能热发电系统的基本形式是利用独立跟踪太阳的定日镜群, 将阳光聚集到一个固定在塔顶部的接收器上, 用以产生高温[17]。加热工质产生过热蒸汽或高温气体, 驱动发电机组发电, 从而将太阳能转换为电能。塔式太阳能热发电系统包括:聚光子系统、集热子系统、发电子系统、蓄热子系统和辅助能源子系统。具有规模大、热传递路程短、热损耗少、聚光比和温度较高等特点, 极适合于大规模并网发电。
Ⅱ槽式太阳能热发电系统全称为槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统，是将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列，收集较高温度的热能，加热工质，产生过热蒸汽，驱动汽轮发电机组发电[18]。整个系统包括:槽型抛物面聚光一高温真空管集热了系统、导热油一水/蒸汽换热了系统、汽轮发电了系统，根据系统的不同设计思路有时还包括蓄热子系统、辅助能源子系统。槽式太阳能热发电系统包括以下五个子系统:
(1)聚光集热子系统。是系统的核心，由聚光镜、接收器和跟踪装置构成。接受器主要有两种:真空管式和腔式; 跟踪方式采用一维跟踪，有南北、东西和极轴三种方式。
(2)换热子系统。由预热器、燕汽发生器、过热器和再热器组成。当系统工质为油时，采用双回路，即接收器中工质油被加热后，进入换热子系统中产生燕汽，燕汽进入发电子系统发电。直接采用水为工质时，可简化此子系统。
(3)发电子系统。基本组成与常规发电设备类似，但需要配备一种专用装置，用于工作流体在接收器与辅助能源系统之间的切换。
(4)蓄热子系统。太阳能热发电系统在早晚戴云遮间隙必须依靠储存的能量维持系统正常运行。蓄热的方法主要有显式、潜式和化学蓄热三种方式。
(5)辅助能源子系统。在夜间绒阴雨天，一般采用辅助能源系统供热，否则蓄热系统过大会引起初始投资的增加。
Ⅲ碟式(parabolic dish)太阳能热发电
碟式太阳能热发电系统是利用旋转抛物面反射镜, 将入射阳光聚集在焦点上, 放置在焦点处的太阳能接收器收集较高温度的热能, 加热工质, 驱动发电机组发电或在焦点处直接放置太阳能斯特林(stir-ling)发电装置发电[19]。碟式太阳能热发电系统具有寿命长、效率高、灵活性强等特点, 可以单台供电, 也可以多套并联使用, 非常适合边远山区发电。整个系统包括:聚光集热子系统、发电子系统、蓄热子系统。美国、以色列等国家的科研部门相继展开碟式太阳能热发电的研制开发, 样机转换效率目前最高达29.4%,吸热器的效率为65%~90%。
2.3 太阳能光化学利用
绿色植物的光合作用，是通过叶绿素吸收太阳光，再把光能转化为电能借助电子转移过程将水分解的。同样的道理如果先把太阳能转化为电能，则光解水制氢就可以通过电化学过程来实现[16]。太阳能分解水制氢可以通过三种途径来进行。
(1)光电化学池:即通过光阳板吸收太阳能并将光能转化为电能。光阳板通常为光半导体材料，受光激发可以产生电子—空穴对、光阳极和阴极组成光电化学池，在电解质存在下光阳极吸光后在半导体带上产生的电子通过外电路流向对极，水中的质子从对极上接受电子产生氢气;
(2)光助络合催化:即人工模拟光合作用分解水的过程。从太阳能的光化学转化与储存角度考虑，光合作用不但通过光化学反应储存了氢，同时也储存了碳，无疑这个过程是十分理想的。但对于太阳能分解水制氢，所需要的是氢而不是氧，所以就不必从结构上和功能上去完全模拟光合作作用的全过程，而只需从原理上去模拟光合作用的吸光、电荷转移、储能和氧化还原反应等基本物理化学过程，达到分解出氢的目的就可以了。
(3)半导体催化:即将Ti0:或CdS 等光半导体微粒直接悬浮在水中进行光解水反应。半导体光催化在原理上类似于光电化学池，所不同的是类似微电极细小的光半导体颗粒之间没有象光电化学池那样被隔开，甚至对级也被设想是在同一粒子上。所以半导体光催化分解水放氢的反应大大简化，只是通过光激发在同一个半导体微粒上产生的电子—空穴对极易复合。
近几年我国在这项研究方面也取得新的突破，并积极向前发展。
2.3.2 太阳能光催化降解有机污染物
近几年，利用半导体催化剂进行太阳能光催化降解有机污染物的研究取得显著进展，厦门大学科研人员目前也开展这方而的研究。其核心技术是半异体催化剂的制备及光催化氧化器的设计。该项技术作为环保新材料，能大大降低能源消耗，减少污染治理成本。
3 结语
目前太阳能发电的基木技术己经比较成熟，太阳能发电产业也己初步形成。但太阳能的利用效率还很低，在一些关键技术的实现上代价也太高，致使太阳能发电的投入高而收益低，无法大规模产业化发展。太阳能发电容易受天气影响也是其需要解决的主要问题之一。通过以上对太阳能各种利用途径技术的分析，无论是从热利用的清洁、安全，还是太阳能发电的永不衰竭，可知太阳能是非常具有前景的一种新型能源。如今，太阳能利用技术和产业已由技术开拓期步入蓬勃发展时代。
参考文献
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[17]张耀明, 王 军, 张文进, 等. 《聚光类太阳能热发电概述》[J].太阳能,2006(1):39-41.
[18]张耀明, 王 军, 张文进, 等. 《塔式和槽式太阳能热发电》[J].太阳能,2006(2):29-32.
[19]王 军, 刘德有, 张文进, 等. 《碟式太阳能热发电》[J].太阳能,2006(3):31-3.
题 目
二Ｏ 学年论文 太阳能应用关键技术 学生姓名 学 号 学 院 专 业 电气工程与自动化 指导教师 一 Ｏ 年 十二 月 五 日
太阳能应用关键技术
郭海军
南京信息工程大学电气工程与自动化，南京 210044
摘 要:本文论述了太阳能的利用技术，重点讨论了太阳能的发电技术，综合介绍了太阳能塔热气流发电技术、太阳能热发电技术和太阳光伏发电等国内外各种太阳能发电技术；热利用中集中阐述了平板集热器和真空管集热器两大技术，光伏发电中介绍了电池和矩阵、电源转换（逆变器、充电器）、控制系统、储能系统、并网技术等。
关键词:太阳能；光伏发电；太阳能发电；太阳能电池
T echnology of Solar Energy’s Application
Guo Haijun
The electrical engineering and automation , Nanjing University of Information Science and
Technology ,Nanjing 210044
Abstract
This article discusses solar energy's application, the pointdiscussion is the technique of the solar energy generating electricity. And then introduces all kinds of techniques in and out of nation, as technique of solar energy tower hot air flow to generate electricity, technique of solar energy hot to generate electricity and technique of solar energy lightbring voltaic electricity etc. Research of acquiring heat equipment in water heater were summarized in detailed.Two major technology which are flat collector and Vacuum tube collectors are introduced in the technique of the solar energy generating electricity.This paper also introduces the battery and matrix, power conversion (inverter, charger), control system, energy storage system, the grid technology in photovoltaic power generation.
Key words : solar energy application; light-voltage generate electricity; solar energy generate electricity; solar cell
0 引言
进入二十一世纪以来，能源短缺、资源枯竭、环境污染等问题已严重影响人们的生活和制约社会的发展。地球表面每年从太阳光线中接收到的能量大约是地球上已知的煤、石油、天然气和铀矿中所储存能量总和的10倍。这个能量等于世界上人类年消耗能量的1500倍. 人们一直在燃烧木材和其他形式的生物量达几千年之久，然而这只是提取太阳能的一种方式. 太阳还提供了水力发电，风力发电和矿物燃料——事实上提供了除核能、地温能和潮汐能之外所有形式的能量[2]。太阳能是最原始的能源, 地球上几乎所有其他能源都直接或间接来自太阳能。太阳能具有资源充足、长寿, 分布广泛、安全、清洁, 技术可靠等优点。由于太阳能可以转换成多种其他形式的能量, 因此应用范围非常广泛，太阳能将成为全球主要能源之一。
1 太阳能利用技术发展概况
近代利用太阳能来看，从太阳能动力装置，逐步发展到现在太阳能热利用以及太阳能发电。太阳能的各种应用基于太阳能的光热、光电、光化学三种转换效应。在热利用方面有太阳能温室、物品干燥和太阳灶、太阳能热水器等。经过多年的开发, 太阳能发电也得到了长足的发展。太阳能发电主要有太阳能光发电和太阳能热发电两种基本方式。不通过热过程直接将太阳的光能转换成电能的利用方式称为太阳能光发电, 目前得到实际应用的是光伏电池。太阳能热发电是将吸收的太阳辐射热能转换成电能的装置。太阳能
热发电有多种类型, 主要有以下五种:塔式系统、槽式系统、盘式系统、太阳池和太阳能塔热气流发电。前三种是聚光型太阳能热发电系统, 后两种是非聚光型。
2 太阳能利用主要关键技术
2.1 太阳能热利用技术
太阳能热利用可分为:低温热利用、中温热利用和高温热利用。低温热利用包括最简单的地膜、塑料大棚以及干燥器、蒸馏、供暖、太阳能热水系统。中温热利用有空调制冷、制盐以及其它工业用热。高温热利用有简单的聚焦型太阳灶、焊接机和高温炉。
2.1.1太阳能热水系统技术
我国的太阳能热水技术主要有平板集热器和真空管集热器两类。它由集热器、储水器、循环系统等三大部分组成。太阳能热水器从最初的闷晒式，到第二代平板集热器，再至第二代全玻璃真空管式集热器，至目前最先进的热管真空集热管太阳能热水器，太阳能热水器的利用率逐代提高[3~5]。
集热器中透明盖板或玻璃管材料的性能对热水器的效率及寿命有很大的影响。过去普遍采用窗玻璃作透明材料，山于其含铁成分高，致使吸收率高而透过率低被淘汰。目前国外普遍采用钢化玻璃和塑料薄膜作透明材料[12]。如日本多采用钢花水白玻璃，其透过率可达90%以上。美国生产的玻璃钢板材，其透过率可达94%。集热器是太阳能热水器的核心部件，其材料以金属居多。日本考虑到紧凑、质量轻、寿命长、外形等因素，多采用不锈钢制造。美国等一些国家多用铜铝复合吸热板芯。这种板芯使用特殊的工艺将铜内管和铝外管翅片压合成一个整体，有很好的耐腐蚀性和传热性能。美国雷诺金属制品公司正在研究铝板间的流道内存热聚酯薄膜防腐新工艺。这种产品如果投入生产，则吸热板芯的成本可降低1 /4。
吸热表而涂层性能是至关重要的。如果它的吸收率大，发射率也大，则集热效果差。这就需要有高的吸收率和低的发射率的选择性表而[9]。目前，美国公司研制的一种底黑铬选择性吸收涂层附着在0..05mm 的紫铜挡板上，其集收率为0.95，发射率为0.11，使用方便，性能优越。北京太阳能研究所研制的一种阳极化高效选择性涂层，可使热效率提高10% ,清华大学研制的真空溅射选择性涂层，吸收率为0.93，发射率为0.06，用于真空管集热器，具有国际先进水平。目前国外多采用玻璃纤维和发泡的聚胺脂材料作为热水器的保温材料，后者成型性好，吸水性差，不会收缩，导热系数低。国内常采用油聚胺脂、矿渣棉、珍珠岩等。
以下有几种新型集热器的开发：
（1）弯曲吸热板真空集热管
目前开发的弯曲集热板真空集热管具有两个明显的特点:一是吸收板的横截而为半圆形；二是热管不再位于真空集热管的轴线，而是靠近玻璃管内壁并与玻璃管母线相平行[13]。这一结构不但增大了吸热板的面积，而且改善了太阳光线的入射方位角，提高了热管真空管的热性能。
（2）金属吸热体真空管
金属吸热体真空管是国际上新一代真空管，它的特点是工作温度高、承压大、耐热冲击性好[14]。各国科学家研制出各种形式的真空管，如热管式、通心套管式、U 型管式、贮热式、直通式、内聚光式等等。
（3）热管真空管太阳集热器
目前开发的一种新型热管真空管太阳集热器，采用玻璃一金属热封压技术，磁控溅射可选择性涂层技术、抗冻技术、金属吸热体真空排气技术等一系列关键技术，具有国际先进水平[15]。
2.1.2 太阳能制冷与空调技术
太阳能空调利用太阳能制冷通常有两条途径一是压缩式制冷机制冷; 二是吸收式制冷。太阳能空调系统以第二种为主。目前，太阳能制冷空调的关键技术已经成熟[10~11]。在太阳集热器方面，真空管集热器、平板集热器都已经在市场上推广应用; 在制冷机方面，溴化锂吸收式制冷机在上世纪90年代大量地进入了
市场。因此，太阳能空调应用在技术上是可行的。但在普及过程中，依然存在以下问题:①太阳集热器的工质出口温度低，热源品质差，品质和效率不能同时保证; ②太阳集热器的低性价比也阻碍其大面积的推广应用；③太阳能源具有分散性，单位面积的能量供给有限。如何将太阳能集热系统与吸收式制冷机匹配起来，是这一领域巫需解决的问题; ④消费者过重关注初投资成本，而忽略了使用期内的运行费用的潜意识在短期内很难改变。
2.1.3太阳灶
太阳灶及太阳能微型锅炉都是利用聚光原理把低密度的太阳能量转换为高密度能量加热水体，其造价低，携带方便，适合在广大农村、偏远地区及旅游使用。
2.2 太阳能光电利用
太阳能发电有两种形式，一种是利用光电池将太阳能转换为电能发电机发电；另一种是利用聚光集热器将太阳能集聚起来，将某种工质加热到几百度高温，经热交换器产生高温高压过热蒸气，驱动气轮机带动。
2.2.1 太阳能电池
太阳能电池是利用太阳光与材料相互作用直接产生电力之一种无污染之可再生能源，与一般的电池不同的是，太阳能电池是将太阳能转换成电能的装置，且不需要透过电解质来传递导电离子，而是改采半导体产生 PN 结来获得电位。当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P －N 结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。因此，太阳能电池需要阳光才能运作，所以大多是将太阳能电池与蓄电池串联，将有阳光时所产生的电能先行储存，以供无阳光时放电使用。太阳能电池主要有以下几种类型：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、碲化镉电池、铜铟硒电池等。晶硅类电池分为单晶硅电池组件和多晶硅电池组件，两种组件最大的差别是单晶硅组件的光电转化效率略高于多晶硅组件，也就是相同功率的电池组件，单晶硅组件的面积小于多晶硅组件的面积。单晶硅、多晶硅太阳能电池具有制造技术成熟、产品性能稳定、使用寿命长、光电转化效率相对较高的特点[6~8]。非晶硅薄膜太阳能电池具有弱光效应好，成本相对于硅太阳能电池较低的优点。而碲化镉、铜铟硒电池则由于原材料剧毒或原材料稀缺性，其规模化生产受到限制。我国从上世纪50年代起就开始对太阳能电池进行研究，上世纪80至90年代先后从国外引进多条太阳能电池生产线。近几年，太阳能电池的研究开发和生产飞跃发展。整体上看，我国不但在太阳能电池生产能力上进入国际先进行列，而且在薄膜太阳能电池的研究开发上达到国际先进水平，同时还在新的有机纳米晶太阳能电池的研究中取得国际领先成果。目前，薄膜电池的转换效率达到6%~8%，近两年内可达到10%~12%，五年内有望达到18%，其功率衰退问题也已解决。薄膜电池对弱光的转化率十分高，即使在阴天照样能够发电。其技术正在成为太阳能电池主流技术，与晶体硅太阳能电池技术并驾齐驱。
2.2.2 太阳能光伏发电技术
太阳能光伏发电技术主要涉及太阳能电池和矩阵、电源转换（逆变器、充电器）、控制系统、储能系统、并网技术等领域。影响光伏系统发电效率的因素主要有太阳光照辐度、太阳能电池转化效率、光伏逆变器的工作效率等。当前开发的商业化电池效率最高大约为14%~17%，在现有技术条件下，再提高光伏电池的转化效率仍然需要一定的周期；光伏逆变器的工作效率已经达到90%以上，部分光伏逆变器的工作效率已经能够达到98%，很难再有大的提高。而跟踪系统能够保证太阳入射光线始终与光伏电池阵列保持最佳的角度以接收最大的太阳光照幅射量，从而提高光电转化效率，降低光伏发电的成本。在现有技术条件下，采用跟踪式光伏发电系统是提高太阳辐射利用率，降低成本的最佳方式，国外的研究显示单轴跟踪系统可以提高发电量20%以上，而双轴跟踪系统则可以将发电量提高40%之多。太阳跟踪控制技术作为跟
踪系统的关键技术经历了简单的手动机械式跟踪，用模拟电路进行相关逻辑控制的跟踪，以微处理器、PLC 或小型计算机为控制核心的智能型跟踪三个阶段。跟踪控制技术现在已经非常成熟，20世纪70年代以后，美国就开始跟踪光伏发电的研究；2006年德国建成的当时世界上最大的光伏并网电站，总容量为12MWp ，全部采用双轴跟踪的安装方式；此外西班牙、葡萄牙等国也在建设上百兆瓦的跟踪光伏电站。由于可靠性问题一直没有得到有效解决，我国目前尚未建成带有光伏阵列跟踪系统的并网光伏电站，中科院电工所2006年10月底在西藏羊八井建成我国第一座具有多种跟踪方式的光伏示范电站，总容量为13.2kWp ，目前处于试运行阶段。2.2.3 太阳能热发电技术
太阳能热发电是利用聚光器聚集太阳能, 经吸收器吸收后, 转化成热能, 产生高温蒸汽或气体进入汽轮发电机组或燃气轮机发电机组产生电能。按聚光形式不同, 太阳能热发电可分为塔式太阳能热发电、槽式太阳能热发电和碟式太阳能热发电[2]。
Ⅰ塔式(power tower)太阳能热发电塔式太阳能热发电系统的基本形式是利用独立跟踪太阳的定日镜群, 将阳光聚集到一个固定在塔顶部的接收器上, 用以产生高温[17]。加热工质产生过热蒸汽或高温气体, 驱动发电机组发电, 从而将太阳能转换为电能。塔式太阳能热发电系统包括:聚光子系统、集热子系统、发电子系统、蓄热子系统和辅助能源子系统。具有规模大、热传递路程短、热损耗少、聚光比和温度较高等特点, 极适合于大规模并网发电。
Ⅱ槽式太阳能热发电系统全称为槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统，是将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列，收集较高温度的热能，加热工质，产生过热蒸汽，驱动汽轮发电机组发电[18]。整个系统包括:槽型抛物面聚光一高温真空管集热了系统、导热油一水/蒸汽换热了系统、汽轮发电了系统，根据系统的不同设计思路有时还包括蓄热子系统、辅助能源子系统。槽式太阳能热发电系统包括以下五个子系统:
(1)聚光集热子系统。是系统的核心，由聚光镜、接收器和跟踪装置构成。接受器主要有两种:真空管式和腔式; 跟踪方式采用一维跟踪，有南北、东西和极轴三种方式。
(2)换热子系统。由预热器、燕汽发生器、过热器和再热器组成。当系统工质为油时，采用双回路，即接收器中工质油被加热后，进入换热子系统中产生燕汽，燕汽进入发电子系统发电。直接采用水为工质时，可简化此子系统。
(3)发电子系统。基本组成与常规发电设备类似，但需要配备一种专用装置，用于工作流体在接收器与辅助能源系统之间的切换。
(4)蓄热子系统。太阳能热发电系统在早晚戴云遮间隙必须依靠储存的能量维持系统正常运行。蓄热的方法主要有显式、潜式和化学蓄热三种方式。
(5)辅助能源子系统。在夜间绒阴雨天，一般采用辅助能源系统供热，否则蓄热系统过大会引起初始投资的增加。
Ⅲ碟式(parabolic dish)太阳能热发电
碟式太阳能热发电系统是利用旋转抛物面反射镜, 将入射阳光聚集在焦点上, 放置在焦点处的太阳能接收器收集较高温度的热能, 加热工质, 驱动发电机组发电或在焦点处直接放置太阳能斯特林(stir-ling)发电装置发电[19]。碟式太阳能热发电系统具有寿命长、效率高、灵活性强等特点, 可以单台供电, 也可以多套并联使用, 非常适合边远山区发电。整个系统包括:聚光集热子系统、发电子系统、蓄热子系统。美国、以色列等国家的科研部门相继展开碟式太阳能热发电的研制开发, 样机转换效率目前最高达29.4%,吸热器的效率为65%~90%。
2.3 太阳能光化学利用
绿色植物的光合作用，是通过叶绿素吸收太阳光，再把光能转化为电能借助电子转移过程将水分解的。同样的道理如果先把太阳能转化为电能，则光解水制氢就可以通过电化学过程来实现[16]。太阳能分解水制氢可以通过三种途径来进行。
(1)光电化学池:即通过光阳板吸收太阳能并将光能转化为电能。光阳板通常为光半导体材料，受光激发可以产生电子—空穴对、光阳极和阴极组成光电化学池，在电解质存在下光阳极吸光后在半导体带上产生的电子通过外电路流向对极，水中的质子从对极上接受电子产生氢气;
(2)光助络合催化:即人工模拟光合作用分解水的过程。从太阳能的光化学转化与储存角度考虑，光合作用不但通过光化学反应储存了氢，同时也储存了碳，无疑这个过程是十分理想的。但对于太阳能分解水制氢，所需要的是氢而不是氧，所以就不必从结构上和功能上去完全模拟光合作作用的全过程，而只需从原理上去模拟光合作用的吸光、电荷转移、储能和氧化还原反应等基本物理化学过程，达到分解出氢的目的就可以了。
(3)半导体催化:即将Ti0:或CdS 等光半导体微粒直接悬浮在水中进行光解水反应。半导体光催化在原理上类似于光电化学池，所不同的是类似微电极细小的光半导体颗粒之间没有象光电化学池那样被隔开，甚至对级也被设想是在同一粒子上。所以半导体光催化分解水放氢的反应大大简化，只是通过光激发在同一个半导体微粒上产生的电子—空穴对极易复合。
近几年我国在这项研究方面也取得新的突破，并积极向前发展。
2.3.2 太阳能光催化降解有机污染物
近几年，利用半导体催化剂进行太阳能光催化降解有机污染物的研究取得显著进展，厦门大学科研人员目前也开展这方而的研究。其核心技术是半异体催化剂的制备及光催化氧化器的设计。该项技术作为环保新材料，能大大降低能源消耗，减少污染治理成本。
3 结语
目前太阳能发电的基木技术己经比较成熟，太阳能发电产业也己初步形成。但太阳能的利用效率还很低，在一些关键技术的实现上代价也太高，致使太阳能发电的投入高而收益低，无法大规模产业化发展。太阳能发电容易受天气影响也是其需要解决的主要问题之一。通过以上对太阳能各种利用途径技术的分析，无论是从热利用的清洁、安全，还是太阳能发电的永不衰竭，可知太阳能是非常具有前景的一种新型能源。如今，太阳能利用技术和产业已由技术开拓期步入蓬勃发展时代。
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