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太阳能温差发电 太阳能驱动温差发电技术 技术与应用 ＴＥＣ，＇ＮｏＬｏＧＹ厶Ａ＋－ｔＬｉＣＡＴＩｏＮ ｆ新能濠Ｊ 太阳能驱动温差发电技术 文／电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室（华北电力大学）宋祺鹏尹忠东单任仲薛金会ｌ利用太阳能进行温差发电是一种新能源发电的思路．温差发电模块经过储能和ｌ逆变接入电网．为系统提供辅助和绿色的电能。 温差发电原理／／／想１８２１年德国科学家塞贝克首先发现了温差发电太阳能吸热板 的效应，人们称之为塞贝克（Ｓｅｅｂｅｃｋ）效应，即两种 不同的金属构成闭合回路，当两个接头存在温差时， 回路中将产生电流。这一效应成为了温差发电的技［］二工圣韭鱼巫二［工］ 术基础。利用塞贝克效应，将Ｐ型和Ｎ型半导体的 热端相连，则在冷端可得到一个电压，这样一个ＰＮ 结就可以利用高温热源与低温热源之间的温差将热 能直接转换成电能，将很多个这样的ＰＮ结串连起 来，就可得到足够高的电压，成为一个温差发电机， 很显然这样的温差发电机完垒没有转动部分，因此 非常可靠。 田１温差源实现方式 温差发电实现方式和效率 实现温差发电有以下主要现实条件，即温差条能集热器的效率与集热器的热损失模型密切相关。件。太阳能驱动半导体温差发电器是由太阳能集热温差发电机效率与选用的材料有关。 器、半导体温差发电器和散热冷源耦合而构成的，温差发电机与高、低温热源问的热交换通常假它满足了发电模块的温差条件。图ｌ为本文的温差定服从牛顿传热定律，即有 源实现方式。Ｑｈ２一Ａ。。（瓦一１）２ｘ。，ｌＡ。（瓦一１）（１）图中热水源由太阳能集热器得到，温度达到Ｑｃ２＾０Ｌ一乏）２ＫｚＡ：（ｔ一叼（２）９０以上，这里假设８０，冷水源为地下水，它式中Ｌ，瓦——分别为温差发电器热端和冷端的的温度不超过２０，一般为１２一１８，所以热水温度， 和冷水的温度差能达到６０＂Ｃ以上。所以一个１０ｃｍ２瓦，互—分别为太阳能集热器的工作温度 的模块的功率可以达到１０ｗ。还有一点要说明的就和冷水源的温度，是图中的冷水循环，因为该冷水源循环系统为密封Ｋ，Ｋ——分别为温差发电器热端和冷端的系统（无水耗），地下水平面保持不变，所以循环水只传热系数， 需克服水流的管道阻力，又因热交换需要时间较长，Ａ。。，Ａ血——分别为温差发电器热端和冷端的水循环速度不需要很快。所以图中微型循环水泵消传热面积。 耗的功耗会很低。Ａ。，Ａ：——分别为温差发电器中每对Ｐ型和太阳能驱动半导体温差发电器的效率等于太阳Ｎ型半导体元件热端和冷端的平能集热器的效率和温差发电机的效率的乘积，太阳均传热面积，９０Ｉ电号啁代 　 Ｑ。，Ｑｃ——分别为每单位时间发电器从高温热 源吸取和放给低温热源的热量， ＂——Ｐ型和Ｎ型半导体元件的对数。 温差发电接入系统的实现 为了使太阳能温差发电这种分布式发电模式大 规模应用，分布式发电模式的应用趋势就是由边远 无电地区的独立供电模式向有电地区的常规并网发 电方向发展，即将太阳能温差发电系统与电网并联。 当太阳能温差发电模块输出电能不能满足负载要求 时，由电网来进行补充；而当输出的功率超出负载 需求时，将电能输送到电网中。 常见的温差发电并网发电系统如图２所示。主 要包括Ｂｏｏｓｔ变换器．并网逆变器，最大功率跟踪控 制器（ＭＰＰＴ）及保护装置等。ｌ勰Ｈ霹恒豁悃 变换器控制电路及保护电路Ｉｌ电网 图２温差电能并网系统 并网逆变器具有将发电模块发出的直流电转化 为和电网电压同频、同相交流电的功能。通常，市 电系统被视为容量为无穷大的交流电压源，并网逆 变器的输出可以控制为电压源或者电流源。若控制 并网系统输出为一个交流电压源，则太阳能并网系 统实际上是两个交流电压源的并联。要保证系统稳 定运行，则必须同时严格控制并网系统输出电压的 幅值和相位。由于锁相回路响应较慢、输出电压值 不易精确控制等原因，并网系统和电网之间可能会 出现环流，系统不能稳定运行，甚至会发生故障。因 此，并网系统常常被设计成电流源系统，这样并网 系统实际上就是一个交流电流源和电压源的并联。 通过控制并网电流与电网电压的相位同步，保证系 统输出的功率因数为ｌ。同时也可通过调整并网系 统输出电流的大小及相位来控制系统的有功输出与 无功输出。 温差发电并网仿真 本文建立了单相半桥型的并网逆变器输出电流 的数学模型，并在ＰＳＣＡＤ，ＥＭＴＤＣ下进行了模拟仿 真。本系统采用两种工作模式，独立为交流负载供 电和并网发电。系统主电路结构如图３所示。 ｖｖｗｗｅａｇｅｃｏｒｎｃｎ 　圈３系统主电路结构两种工作模式采用不同的控制策略，下面分别由输出电压，电流的波形图可知，输出电压很当系统采用并网控制模式时，需要首先满足并网的３个条件，输出电压和电网电压频率相等，幅锁相，使输出电压跟踪电网电压，当锁相成功时，进电流相位跟踪电网电压相位