太阳能发电简介

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1、物理專文太陽能發電簡介文/鄭名山1.前言光學元件，將大面太陽能源是取之不盡，用之不竭的能源。太陽照積的太陽能集中到射到地球上一天的能源，就足夠全人類一年的使用一個小面積上，以量。再生能源中的風能與生質能，也是仰賴太陽能提高光的能量密源，因為風的起源來自於地球受太陽加熱後大氣密度度。太陽能為一種之變化；而生質能更不用多說，所有的作物生長都依低密度的能源，即靠太陽能。可以說太陽是人類與地球生生不息的能源使在中午最強的日照條件下，地表附近的太陽輻射能2根本，因此大部分的學者都預期，太陽能將是21世量也大約只有1

2、000watt/m，利用集光裝置可以將能紀下半人類仰賴的主要能源。量集中，有效地提高溫度。集光比越高，加熱溫度就本文簡介各種利用太陽能來發電的方法，包括熱越高。依據集光裝置的不同，太陽熱能發電可以分為能發電與光電二大類。前者收集太陽能量轉換為熱(1)中央集熱塔型；能，再利用熱能推動輪機或熱機來發電，後者則將光(2)槽線集熱型；子能量直接轉換為電能。雖然不論是哪一種方法，目(3)碟盤集熱型；與前的發電成本都遠高於傳統燃燒化石燃料發電的成(4)熱煙囪型。本，但是人類社會正面臨氣候變遷與能源危機等等問題，發展太

3、陽能利用是一條必走的道路，因此世界各2-1中央集熱塔型國無不大力支持相關研發。以下先介紹太陽熱能發中央集熱塔型是在範圍很大的集熱場設置高電，包括各種集光裝置的使用；之後再介紹太陽光塔，在集熱場內排列數千枚平面鏡。將太陽光反射到電，包括半導體光電原理與各類型的太陽光電材料。塔頂的熱吸收器。熱吸收器把所收集的光能量變換成熱能量，讓工作流體吸收，之後再被引導到設置在塔2.太陽熱能發電下部的渦輪機發電裝置來發電。太陽熱能發電是利用太陽能來加熱工作流體，再由於地球自轉及公轉因素，太陽與地表面之角度利用工作流體推動熱

4、機來發電。由熱力學第二定律可會隨時間不斷的改變。為了使反射鏡始終能將太陽光以知道，熱機的發電效率與工作流體溫度有關，簡言反射聚焦於吸收面上，因而必須不斷的調整反射面角之，溫度差愈高，熱機的發電效率越好。因此要達到度，此即所謂「追日」。追日機構、平面鏡以及支持高效率發電，必須將工作流體加熱到高溫，此時就需框，全體總括稱為自動反射鏡(heliostats)。這種自動要集光(聚光)裝置。集光裝置是利用透鏡或反射鏡等反射鏡在一個設備中，例如10MW級的發電系統，就需要3000~4000個，此鏡的大小為一邊是3~7

5、m的鄭名山正方形。考量成本與反射效率，常用鋁製的鏡片。圖工業研究院能源與環境研究所正研究員1是集中塔發電的外觀實體照片。此種發電方式整體E-mail:msjeng@itri.org.tw的發電效率大約為15~18%。■707■物理雙月刊(廿九卷三期)2007年六月物理專文圖1中央塔集光發電照片[1]圖3槽線型發電廠實體照片[2]2-2槽線集熱型2-3碟盤集熱型槽線集熱型為目前唯一已商業化運轉的太陽熱上述的中央塔型與槽線型發電廠都是較大型的能發電廠型式，位於美國加州南部LUZ公司完成若設備，太陽熱能發電也有

6、較小的系統。例如碟式拋物干座電廠，並加入愛迪生電力公司的發電行列。槽線線反射鏡搭配史特靈熱機，將陽光聚焦在碟型拋物線集熱器利用拋物鏡的光學原理，也就是所有平行於鏡鏡的焦點(聚焦在一點上，槽線型則為聚焦在一條線軸的入射光經過拋物鏡反射後會聚焦在拋物鏡焦點上)，加熱史特靈機來發電。這種系統常見的是上。槽線集熱器將太陽輻射能聚焦為線型，如圖2所25kW-40kW的規格。史特靈循環是熱力學上的理想示，也就是僅做二維的聚焦，而非三維的聚焦；換言循環，理論效率比起汽渦輪機的阮金(Rankine)循環要之，將線槽做南北

7、向排列，追日時僅需要做東西向的高，而碟型拋物鏡的三維聚焦方式可以達到很高的聚旋轉。使用單軸追日的優點，是反射鏡機械控制容易光比，加熱溫度較高，因此這一種系統的發電效率較及結構穩定性佳，成本也低。但由於聚光成為線形，高，實際測試可達29%以上。但是因為是三維聚焦，聚光效率比較低，所能獲得之熱能溫度低。焦點上的需要雙軸追日系統，機構設計較為複雜。由於效率線槽是熱吸收管，用來加熱合成油，在加州的發電系高，此種系統的發電成本有機會降低，美國加州目前統當中，吸收管中的油類可被加熱至400℃，然後再已有計畫要安裝數千

8、套這樣的碟型系統，建立試驗電利用熱交換器，將熱油的熱量產生高壓高溫的蒸汽，廠。圖4是碟型集熱器搭配史特靈機的實體照片。以推動蒸汽渦輪機發電。這種系統的太陽能發電效率約在15%左右，圖3是槽線型發電系統的實體照片。圖2槽線集熱器之拋物鏡反射聚光示意圖圖4太陽集光史特靈機的實體照片[3]■708■物理雙月刊(廿九卷三期)2007年六月物理專文2-4熱煙囪型多，依照材料的不同，可分為矽晶、非晶矽、III-V另外一種太陽熱能發電系統稱