（一）研究背景

随着经济的发展,社会的进步,人们对能源提出越来越高的要求,寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题,这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳能是重要的能源,是取之不尽、用之不竭、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。我国是太阳能资源相当丰富的国家,绝大多数地区年平均日辐射量在4KWH/ M2 以上。我国拥有丰富的太阳能资源,我国西北部较荒凉 的地区储量尤其丰富,因此我国拥有建立大规模太阳能热发电站的地理条件。太阳能热发电是将光能转化为热能,继而将热能转化为机械能,再将机械能转化为电能的一个光学、机械及电力转换过程,是将太阳能聚集起来产生高温热能以加热介质,通过工作介质来驱动热动力装置带动发电机发电的过程,从热力学上原理上讲,太阳能热发电站与常规热力发电厂完全一样。太阳能热发电无噪音、无污染、无需燃料、不受地域限制、规模大小灵活、故障率低、建设周期短,这些优势都是其他能源发电无法比拟的。

不仅如此，能源还是社会和经济发展的重要保障，大力开发可再生能源是解决能源危机的主要途径。化石能源的大量开发和利用是造成人类生存环境恶化的主要原因之一, 如燃烧化石能源所排放出的二氧化碳和含氧硫化物直接导致了地球温室效应和酸雨的产生。21 世纪, 人类面临着经济和社会可持续发展的双重挑战, 在有限资源和环保要求的双重制约下发展经济已成为全球的热点问题, 这就要求我们所寻求的替代能源必须是可再生的清洁能源。太阳能是未来能源中一种非常理想的清洁能源，太阳能光伏发电是一种最具可持续发展理想特征的可再生能源发电技术 。太阳能光伏发电具有 经济优势，太阳能是取之不尽的可再生能源且对环境没有污染，而且能量转换环节相较于其他新能源较少，可以免费使用且无须运输 。目前世界大部分国家能源供应不足，不能满足经济发展的需要，各国纷纷出台各种法规支持开发利用新能源和可再生能源，使得新能源和可再生能源在全球升温。20世纪90年代以来，以欧盟为代表的地区集团，大力开发利用可再生能源，连续10年可再生能源发电的年增长速度都在15%以上。以德国、西班牙为代表的一些国家通过立法方式，促进可再生能源的发展，1999年以来可再生能源年均增长速度均达到30%以上。西班牙2003年风力发电装机占到全机总量的4%，德国在过去11年间，风力发电增长21倍，2003年占全的3.1%。瑞典和奥地利的生物质能源在其能源消费结构中高达15%以上。我国拥有丰富的新能源与可再生能源可供开发利用，近十年来的高长使我国迫切需要加大对新能源和可再生能源的开发利用，以解决能源题，保障能源供应安全。近年来，由于各级政府和社会各界的高度重视可再生能源的开发和利用方面取得了较快发展，并于2005年2月28日通过了《再生能源法》，该法已于2006年1月1日起实施，这对于我国可再生能具有十分重要的意义。

（二）国内外研究现状

目前，世界各国都在大力发展太阳能光伏发电。到2004年，世界太阳能光伏发电装机总容量达到964.9MW，到2005年底，达到4961.69MW。己经商业化、实用化的太阳能光伏电池主要有单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、聚光电池、带状硅电池以及薄膜电池等几类。在国际市场上目前太阳能光伏电池的价格大约为3.15美元/W，并网系统价格为6美元/w，发电成本为0.25美元/(kw·h)。光伏电池的发电转化效率也不断提高，晶体硅光电池转化率达到15%，单晶硅光电池转化率是23.3%，砷化镓光电池转化率是25%，在实验室中特制的砷化嫁光电池转化率己达35%-36%。太阳能光伏电池/组件使用寿命大大增长，可使用30多年。目前，太阳能光伏发电主要集中在日本、欧盟和美国，其太阳能光伏发电量约占世界光伏发电量的80%。今后太阳能光伏发电系统主要围绕高效率、低成本、长寿命、美观实用等方向发展。专家们预测到2050年，太阳能光伏发电在发电总量中将占13%-15%，到2100年将约占64%。 我国对太阳能热发电技术的研究起步较晚,直到20世纪70年代才开始一些基础研究。在“七五”期间,湘潭电机厂与美国空间电子公司合作,研制了二组5kW的抛物面聚焦型太阳热发电机,但由于价格过高,加上工艺、材料、部件及相关技术等没有得到根本解决,而未能得到推广使用。国家“八五”计划安排了小型部件和材料的攻关项目,由中国科学院电工研究所内建成了小型抛物面槽式真空管高温集热装置。美国加州LUZ槽式太阳能热发电站的成功运行引起了我国的广泛关注,并计划引进该类机组在西藏拉萨建立一座35MW的LUZ槽式太阳能热发电站。当时经可行性评估,预计该电站的电能成本约为11元/kWh,运行成本为011元/kWh,与拉萨地区燃煤电站的电能成本0.8元/kWh相比还是有一定优势的.总体来说,我国在太阳能热动力方面的研究还是比较落后的,20世纪80年代的研究水平只相当于国外60年代的水平。尽管近年来我国对太阳能热电技术的研究给予了相当大的重视,并且也得到了一定的发展,如南京江宁区 2005年建设的国内第一座太阳能热发电示范电站(容7kW),但与国际发展水平的差距依然较大,研发远远落后 于一些发国家,为此,国家在“十一五”计划中安排了数十亿资金以开发太阳能热发电技术。近年来我国对太阳能热发电的研究取得到了一定的发展。2007年,国内首座塔式70千瓦太阳能热发电系统通过了鉴定验收,在我国太阳能热发电领域走出了开创性的步。中科院广州能源研究所在综合调研的基础上,在槽式太阳能热发电领域开展了相的研究,并取得了初步进展。考虑到我国目前的技术现状,优先开发槽式太阳能热发电系统,或将太阳能发电与小水电联合?太阳能发电与风力发电联合将是比较现实而经济的选择。

20世纪90年代以来是我国太阳能光伏发电快速发展的时期，在这一时期我国光伏组件生产能力逐年增强，成本不断降低，市场不断扩大，装机容量逐年增加，2004年累计容量达35MW，约占世界份额的3%。10多年来，我国太阳能光伏产业长期平均维持了全球市场1%左右的份额。到2020年前，我国太阳能光伏发电产业将会得到不断的完善和发展，成本将不断下降，太阳能光伏发电市场发生巨大的变化:2005-2010年，我国的太阳能电池主要用于独立光伏发电系统，发电成本到2010年为1.20元/(kW·h);2010-2020年，太阳能光伏发电将会由独立光伏发电系统转向并网发电系统，发电成本到2020年将约为0.60元/(kw·h)。到2020年，我国太阳能光伏产业的技术水平有望达到世界先进行列。

2. 研究的基本内容与方案

（一）研究内容

1. 建立光伏发电系统的数学模型

2. 设计光伏发电系统的矢量控制系统