请问设计制作一个太阳能发电系统，需要用到什么电路知识？
利用太阳能发电有两大类型，一类是太阳光发电（亦称太阳能光发电），另一类是太阳热发电（亦称太阳能热发电）。
太阳能光发电是将太阳能直接转变成电能的一种发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电四种形式，在光化学发电中有电化学光伏电池、光电解电池和光催化电池。
太阳能热发电是先将太阳能转化为热能，再将热能转化成电能，它有两种转化方式。一种是将太阳热能直接转化成电能，如半导体或金属材料的温差发电，真空器件中的热电子和热电离子发电，碱金属热电转换，以及磁流体发电等。另一种方式是将太阳热能通过热机（如汽轮机）带动发电机发电，与常规热力发电类似，只不过是其热能不是来自燃料，而是来自太阳能。
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人们需要太阳能
现有能源
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。现有电力能源的来源主要有3种，即火电、水电和核电。
火电的缺点
火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。据估计，全世界石油资源再有30年便将枯竭。另一方面燃烧燃料将排出二氧化碳和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。
水电的缺点
水电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。 太阳能屋顶发电站
核电的缺点
核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样是可怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故，已使900万人受到了不同程度的损害，而且这一影响并未终止。
太阳能满足新能源的条件
陕西清立新能源：这些都迫使人们去寻找新能源。新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。目前找到的新能源主要有两种，一是太阳能，二是燃料电池。另外，风力发电也可算是辅助性的新能源。其中，最理想的新能源是太阳能。
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太阳能发电是最理想的新能源
照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。
从太阳能获得电力，需通过太阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：①无枯竭危险；②绝对干净（无公害）；③不受资源分布地域的限制；④可在用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥使用者从感情上容易接受；⑦获取能源花费的时间短。不足之处是：①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。
要使太阳能发电真正达到实用水平，一是要提高太阳能光电变换效率并降低其成本，二是要实现太阳能发电同现在的电网联网。
目前，太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳电池变换效率最高，已达20%以上，但价格也最贵。非晶态硅太阳电池变换效率最低，但价格最便宜，今后最有希望用于一般发电的将是这种电池。一旦它的大面积组件光电变换效率达到10%，每瓦发电设备价格降到1－2美元时，便足以同现在的发电方式竞争。估计本世纪末便可达到这一水平。
当然，特殊用途和实验室中用的太阳电池效率要高得多，如美国波音公司开发的由砷化镓半导体同锑化镓半导体重叠而成的太阳电池，光电变换效率可达36%，快赶上了燃煤发电的效率。但由于它太贵，目前只能限于在卫星上使用。
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太阳能发电的应用
太阳能发电虽受昼夜、晴雨、季节的影响，但可以分散地进行，所以它适于各家各户分别进行发电，而且要联接到供电网络上，使得各个家庭在电力富裕时可将其卖给电力公司，不足时又可从电力公司买入。实现这一点的技术不难解决，关键在于要有相应的法律保障。现在美国、日本等发达国家都已制定了相应法律，保证进行太阳能发电的家庭利益，鼓励家庭进行太阳能发电。
日本已于1992年4月实现了太阳能发电系统同电力公司电网的联网，已有一些家庭开始安装太阳能发电设备。日本通产省从1994年开始以个人住宅为对象，实行对购买太阳能发电设备的费用补助三分之二的制度。要求第一年有1000户家庭、2000年时有7万户家庭装上太阳能发电设备。[1]
据日本有关部门估计日本2100万户个人住宅中如果有80%装上太阳能发电设备，便可满足全国总电力需要的14%，如果工厂及办公楼等单位用房也进行太阳能发电，则太阳能发电将占全国电力的30%－40%。当前阻碍太阳能发电普及的最主要因素是费用昂贵。为了满足一般家庭电力需要的3千瓦发电系统，需600万至700万日元，还未包括安装的工钱。有关专家认为，至少要降到100万到200万日元时，太阳能发电才能够真正普及。降低费用的关键在于太阳电池提高变换效率和降低成本。
不久前，美国德州仪器公司和SCE公司宣布，它们开发出一种新的太阳电池，每一单元是直径不到1毫米的小珠，它们密密麻麻规则地分布在柔软的铝箔上，就像许多蚕卵紧贴在纸上一样。在大约50平方厘米的面积上便分布有1，700个这样的单元。这种新电池的特点是，虽然变换效率只有8%—10%，但价格便宜。而且铝箔底衬柔软结实，可以像布帛一样随意折叠且经久耐用，挂在向阳处便可发电，非常方便。据称，使用这种新太阳电池，每瓦发电能力的设备只要1.5至2美元，而且每发一度电的费用也可降到14美分左右，完全可以同普通电厂产生的电力相竞争。每个家庭将这种电池挂在向阳的屋顶、墙壁上，每年就可获得一二千度的电力。
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太阳能发电的前景
太阳能发电有更加激动人心的计划。一是日本提出的创世纪计划。准备利用地面上沙漠和海洋面积进行发电，并通过超导电缆将全球太阳能发电站联成统一电网以便向全球供电。据测算，到2000年、2050年、2100年，即使全用太阳能发电供给全球能源，占地也不过为 65.11万平方公里、 186.79万平方公里、829.19万平方公里。829.19万平方公里才占全部海洋面积 2.3%或全部沙漠的 51.4%，甚至才是撒哈拉沙漠的 91.5% 。因此这一方案是有可能实现的。
另一是天上发电方案。早在1980年美国宇航局和能源部就提出在空间建设太阳能发电站设想，准备在同步轨道上放一个长10公里、宽5公里的大平板，上面布满太阳电池，这样便可提供500万千瓦电力。但这需要解决向地面无线输电问题。现已提出用微波束、激光束等各种方案。目前虽已用模型飞机实现了短距离、短时间、小功率的微波无线输电，但离真正实用还有漫长的路程。
随着我国技术的发展，在2006年，中国有三家企业进入了全球前十名，标志着中国将成为全球新能源科技的中心之一，世界上太阳能光伏的广泛应用，导致了目前缺乏的是原材料的供应和价格的上涨，我们需要将技术推广的同时，必须采用新的技术，以便大幅度降低成本，为这一新能源的长远发展提供原动力！
太阳能的使用主要分为几个方面：家庭用小型太阳能电站、大型并网电站、建筑一体化光伏玻璃幕墙、太阳能路灯、风光互补路灯、风光互补供电系统等，现在主要的应用方式为建筑一体化和风光互补系统。
世界目前已有近200家公司生产太阳能电池，但生产设备厂主要在日企之手。
近年韩国三星、LG都表示了积极参与的愿望，中国海峡两岸同样十分热心。据报道，我国台湾2008年结晶硅太阳能电池生产能力达2．2GW，以后将以每年1Gw生产能力扩大，当年并开始生产薄膜太阳能电池，今年将大力增强，台湾期待向欧洲“太阳能电池大国”看齐。2010年各国及地区有1GW以上生产计划的太阳能电池厂商有日本Sharp，德国Q—Cells，Scho~Solar，拐5威RWESolar，中国SuntechPower等5家公司，其余7家500MW以上生产能力的公司。
近年世界太阳能电池市场高歌猛进，一片大好，但百年不遇的金融风暴带来的经济危机，同样是压在太阳能电池市场头上的一片乌云，主要企业如德国Q—Cells的业绩应声下调，预年今年世界太阳电地市场也会因需求疲软、石油价格下降而竞争力反提升等不利因素而下挫。但与此同时，人们也看到美国．奥巴马上台后即将施行GreenNewDeal政策，包括其内的绿色能源计划可有1500亿美元的补助资金，日本也将推行补助金制度来继续普及太阳能电池的应用。
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太阳能电池发电原理
太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现以晶体硅为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。 吉光光电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。
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晶体硅太阳能电池的制作过程
储量丰富的硅
“硅”是我们这个星球上储藏最丰量的材料之一。自从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。20世纪末，我们的生活中处处可见“硅”的身影和作用，晶体硅太阳能电池是近15年来形成产业化最快的。
生产过程
生产过程大致可分为五个步骤：a、提纯过程 b、拉棒过程 c、切片过程 d、制电池过程 e、封装过程。
以单晶硅为例，其生产过程可分为： 工序一，硅片清洗制绒
目的——表面处理：
清除表面油污和金属杂质；
去除硅片表面的切割损坏层；
在硅片表面制作绒面，形成减反射织构，降低表面反射率； 利用Si在稀NaOH溶液中的各向异性腐蚀，在硅片表面形成3-6 微米的金字塔结构，这样光照在硅片表面便会经过多次反射和折射，增加了对光的吸收；
工序二，扩散
硅片的单/双面液态源磷扩散，制作N型发射极区，以形成光电转换的基本结构：PN结。
POCl3 液态分子在N2 载气的携带下进入炉管，在高温下经过一系列化学反应磷原子被置换，并扩散进入硅片表面，激活形成N型掺杂，与P型衬底形成PN结。主要的化学反应式如下： POCl3 + O2 → P2O5 + Cl2 P2O5 + Si → SiO2 + P
工序三，等离子刻边
去除扩散后硅片周边形成的短路环； 工序四，去除磷硅玻璃
去除硅片表面氧化层及扩散时形成的磷硅玻璃（磷硅玻璃是指掺有P2O5的SiO2层）。
工序五，PECVD
目的——减反射+钝化：
PECVD即等离子体增强化学气相淀积设备，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition；
制作减少硅片表面反射的SiN 薄膜（～80nm）；
SiN 薄膜中含有大量的氢离子，氢离子注入到硅片中，达到表面钝化和体钝化的目的，有效降低了载流子的复合，提高了电池的短路电流和开路电压。
工艺原理：
硅烷与氨气反应生成SiN 淀积在硅片表面形成减反射膜。
利用高频电源辉光放电产生等离子体对化学气相沉积过程施加影响的技术。由于等离子体存在，促进气体分子的分解、化合、激发和电离，促进反应活性基团的生成，从而降低沉积温度。PECVD在200℃～500℃范围内成膜，远小于其它CVD在700℃～950℃范围内成膜。
反应过程中有大量的氢离子注入到硅片中，使硅片中悬挂键饱和、缺陷失去活性，达到表面钝化和体钝化的目的。
工序六，丝网印刷
用丝网印刷的方法，完成背场、背电极、正栅线电极的制作，已引出产生的光生电流；
工艺原理：
给硅片表面印刷一定图形的银浆或铝浆，通过烧结后形成欧姆接触，使电流有效输出；
正面电极用Ag金属浆料，通常印成栅线状，在实现良好接触的同时使光线有较高的透过率；
背面通常用Al金属浆料印满整个背面，一是为了克服由于电池串联而引起的电阻，二是减少背面的复合；
工序七，烘干和烧结
目的及工作原理：
烘干金属浆料，并将其中的添加料挥发（前3个区）；
在背面形成铝硅合金和银铝合金，以制作良好的背接触（中间3个区）；
铝硅合金过程实际上是一个对硅进行P掺杂的过程，需加热到铝硅共熔点（577℃）以上。经过合金化后，随着温度的下降，液
相中的硅将重新凝固出来，形成含有少量铝的结晶层，它补偿了N层中的施主杂质，从而得到以铝为受主杂质的P层，达到了消除背结的目的。
在正面形成银硅合金，以良好的接触和遮光率；
Ag浆料中的玻璃添加料在高温（~700度）下烧穿SiN膜，使得Ag金属接触硅片表面，在银硅共熔点（760度）以上进行合金化。
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聚光太阳能发电
聚光太阳能发电（Concentrating Solar Power）简称CSP，准确地说应该是“聚光太阳能热发电”。
聚光太阳能发电的先行者是美国的吉尔伯特·科恩，在美国内华达州建造极具规模的聚光太阳能发电站，已经成功地为拉斯维加斯供应22兆瓦的电力能源。
聚光太阳能发电继风能、光电池之后，已经开始崭露头角，有望成为解决能源匮乏、应对气候变暖的有效技术手段。
基本原理：聚光太阳能发电使用抛物镜将光线聚集到充有合成油的吸热管上，再将加热到约400摄氏度的合成油输送到热交换器里，将热量通过此加热循环水，将水加热，产生水蒸气，推动涡轮转动使发电机运转，以此来发电。
聚光太阳能发电与太阳能电池不同，太阳能电池使用太阳电池板将太阳能直接变成电能，可以在阴天操作，CSP一般只能够在阳光充足、天气晴朗的地方进行。
不过，即使在没有太阳的夜晚，采用熔融盐储存热量的方法，现在也能解决全天候的供电问题了。
国际能源署（IEA）下属的SolarPACES、欧洲太阳能热能发电协会（ESTELA）和绿色和平组织的预测则较为温和，认为CSP到2030年在全球能源供应份额中将占3%-3.6%，到2050年占8%-11.8%，这意味着到2050年CSP装机容量将达到830GW，每年新增41GW。在未来5-10年内累计年增长率将达到17%-27%。
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太阳能电池的应用
通信卫星供电
上世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术——通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。欧美等先进国家，将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势。
离网发电系统
太阳能发电[1]控制器(光伏控制器和风光互补控制器)对所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。控制器的性能不好时，对蓄电池的使用寿命影响很大，并最终影响系统的可靠性。
蓄电池组的任务是贮能，以便在夜间或阴雨天保证负载用电。
逆变器负责把直流电转换为交流电，供交流负荷使用。逆变器是光伏风力发电系统的核心部件。由于使用地区相对落后、偏僻，维护困难，为了提高光伏风力发电系统的整体性能，保证电站的长期稳定运行，对逆变器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源发电成本较高，逆变器的高效运行也显得非常重要。
产品包括：A、光伏组件 B、风机 C、控制器 D、蓄电池组 E、逆变器 F、风力/光伏发电控制与逆变器一体化电源。
并网发电系统
上海力友电气有限公司的可再生能源并网发电系统是将光伏阵列、风力机以及燃料电池等产生的可再生能源不经过蓄电池储能，通过并网逆变器[2]直接反向馈入电网的发电系统。
因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用可再生能源所发出的电力，减小能量损耗，降低系统成本。并网发电系统能够并行使用市电和可再生能源作为本地交流负载的电源，降低整个系统的负载缺电率。同时，可再生能源并网系统可以对公用电网起到调峰作用。网发电系统是太阳能风力发电的发展方向，代表了21世纪最具吸引力的能源利用技术。
产品包括:A、光伏并网逆变器 B、小型风力机并网逆变器 C、大型风机变流器 （双馈变流器，全功率变流器）
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太阳能发电技术原理
现在，太阳能的利用还不是很普及，利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题，但是太阳能电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用。太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨 道上的平均太阳辐射强度为1369w/㎡。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达173000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kw/m2，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/㎡，相当于有102000TW 的能量，人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外），虽然太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍，但太阳能的能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。 尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。
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太阳能发电网
中国太阳能发电网以互联网作为信息平台，以光伏、光热及太阳能发电行业的整个产业链的企业要闻、行业政策、技术动态、产业观察等信息作为主要内容，是致力于为太阳能发电企业提供行业新鲜、权威的资讯产品，为政府机关、能源企事业单位、科研院所、行业协会、学会提供资讯服务、咨询服务、资本运作、项目合作等综合服务的信息咨询公司。积极利用自身行业优势，探索将新技术、新资源，新媒体进行整合，尝试新思维、新模式有机结合，创新绿色能源发展路径，致力打造成中国太阳能发电企业的权威网站、极
具影响力的行业媒体平台——“中国太阳能发电网”。
《太阳能发电》杂志
《太阳能发电》杂志，是中国太阳能发电网下的专业平媒， 杂志以太阳能发电业界的权威人士为采访对象，每月推出一位重点人物，以探寻名企生产运行的战略方针，对目前国家相关政策的解读等。内设高端访谈、特别企划、阳光资讯、产业研究、技术论坛、国际观察、前沿动态等栏目，努力打造成网刊一体、网刊互动的综合性行业媒体平台。
光伏系统具有较高的燃油效率。在低负荷的情况下，柴油机的燃油利用率很低，会造成燃油的浪费。在混合系统中可以进行综合控制使得柴油机在额定功率附近工作，从而提高燃油效率。
负载匹配更佳的灵活性。使用混合系统之后，因为柴油发电机可以即时提供较大的功率，所以混合系统可以适用于范围更加广泛的负载系统，例如可以使用较大的交流负载，冲击载荷等。还可以更好的匹配负载和系统的发电。只要在负载的高峰时期打开备用能源即可简单的办到。有时候，负载的大小决定了需要使用混合系统，大的负载需要很大的电流和很高的电压。如果只是使用太阳能成本就会很高。
太阳能电池组件结构简单，体积小、重量轻，便于运输和安装。光伏发电系统建设周期短，而且根据用电负荷容量可大可小，方便灵活，极易组合、扩容。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点。太阳能光伏发电与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站，小到只供一户用电的独立太阳能发电系统，这些特点是其他电源无法比拟的。
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分布式供电的优点
满足特殊场合的需求
分布式供电可以满足特殊场合的需求，如：不适宜铺设电网的西部等偏远地区或散布的用户； 对供电安全稳定性要求较高的特殊用户如医院、银行等；能源需求较为多样化的用户，需要电 力的同时还需要热或冷能的供应。因为它最大的优点是不需远距离输配电设备，输电损失显著 减少，运行安全可靠，并可按需要方便、灵活地利用排气热量实现热电联产或热电冷三联产， 提高能源利用率。
安全稳定性方面
分布式供电方式可以弥补大电网在安全稳定性方面的不足：在世界上大型火电厂建设的趋势有 增无减之时，电网的急速膨胀对供电安全与稳定性带来很大威胁，而各种形式的小型分布式供 电系统，使国民经济、国家安全至关重要而又极为脆弱的纽带--大电网，不再孤立和笨拙。
大大地提高供电可靠性
直接安置在用户近旁的分布式发电装置与大电网配合，可大大地提高供电可靠性，在电网崩溃 和意外灾害（例如地震、暴风雪、人为破坏、战争）情况下，可维持重要用户的供电。 分布式供电方式为能源的综合梯级利用提供了可能：常规的集中供电方式能量形式相对单一， 当用户不仅仅需要电力，而且需要其它能量形式如冷能和热能的供应时，仅通过电力来满足上 述需要时难以实现能量的综合梯级利用，而分布式供电方式以其规模小、灵活性强等特点，通 过不同循环的有机整合可以在满足用户需求的同时实现能量的综合梯级利用，并且克服了冷能 和热能无法远距离传输的困难。
开辟新的方向
分布式供电方式为可再生能源的利用开辟了新的方向：相对于化石能源而言，可再生能源能流密度较低、分散性强，而且目前的可再生能源利用系统规模小、能源利用率较低，作为集中供电手段是不现实的。而分布式供电方式为可再生能源利用的发展提供了新的动力。我国的可再生能源资源丰富，发展可再生能源是21 世纪减少环境污染和温室气体排放以及替代化石能源 的必然要求，因此为充分利用量多面广的可再生能源发电，方便安全地向偏僻少能源地区供电， 现在建设可再生能源分布式供电的呼声渐渐高涨。
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世界能源面临解决问题
还应指出，对目前世界能源产业面临亟待解决的四大问题：合理调整能源结构、进一步提高能 源利用效率、改善能源产业的安全性、解决环境污染，单一的大电网集中供电解决上述问题存在困难，而分布式供电系统恰好可以在提高能源利用率、改善安全性与解决环境污染方面做出突出的贡献。因此，大电网与分散的小型分布式供电方式的合理结合，被全球能源、电力专家认为是投资省、能耗低、可靠性高的灵活能源系统，成为21 世纪电力工业的发展方向。这就是说，世界电力工业已经开始向传统电力工业的模式告别，走向依靠大型发电站和小型分布式供电广泛结合的过渡的“分散式”电力系统，从而大大改善供电效率、供电品质和减轻当今电力行业对环境影响形成的负 担、减少兴建和改善输配电线路。而且，由于近来发生的加州供电危机，国外有的观点甚至认为今 后在大力发展分布式供电的情况下，大型中心电站将走向衰落。
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分布式供电发展趋势
1 分布式供电主要方式
分布式发电方式多种多样，根据燃料不同，可分为化石能源与可再生能源；根据用户需求不同， 有电力单供方式与热电联产方式（CHP），或冷热电三联产方式（CCHP）；根据循环方式不同，可分为燃气轮机发电方式，蒸汽轮机发电方式或柴油机发电方式等。表1 列出了主要的分布式供电方式。 在产业革命后的200 年中，煤炭一直是世界范围内的主要能源，而随着科技、经济的发展，石油在一次能源结构中的比例不断增加，于20 世纪60 年代超过煤炭[2]。此后，石油、煤炭所占比例缓慢下降，天然气比例上升；同时，新能源、可再生能源逐步发展，形成了当前的以化石燃料为主和新能源、可再生能源并存的格局。然而，虽然可再生能源是取之无尽的洁净能源，但其能源密度低，稳定性较差，需要蓄能调节，长期稳定运行困难，且由于技术不够成熟，可再生能源一次投资较大，经济性差；而化石能源的发电技术不仅更加成熟，而且效率更高。因此，作为分布式供电的发电技术，化石能源是主要方向。
2 分布式供电主要动力
- 微型燃气轮机
以化石能源为能源动力的分布式供电方式多种多样（见表1）。随着微型燃机技术的不断完善， 微型燃机发电机组已成为分布式供电的主力。 微型燃气轮机（Micro Turbines）是功率为数百kW 以下的、以天然气、甲烷、汽油、柴油等为 燃料的超小型燃气轮机。它的雏形可追溯到60 年代，但作为一种新型的小型分布式供电系统和电 源装置的发展历史则较短。
微型燃气轮机大都采用回热循环。通常它由透平、压气机、燃烧室、回热器、发电机及电子控 制部分组成，从压气机出来的高压空气先在回热器内接受透平排气的预热，然后进入燃烧室与燃料 混合、燃烧。大多数微型燃气轮机由燃气轮机直接驱动内置式高速发电机，发电机与压气机、透平 同轴，转速在50 000～120 000 r/min 之间。一些单轴微型燃气轮机设计，发电机发出高频交流电， 转换成高压直流电后，再转换为60 Hz 480 V 的交流电[5]。
目前，开发微型透平的厂商主要集中在北美，欧洲有瑞典和英国。表2 为部分新一代微型燃气 轮机的主要技术参数。
微型燃机先进技术特征
与柴油机发电机组相比，微型燃机具有以下一系列先进技术特征[5-12]：
（1） 运动部件少，结构简单紧凑，重量轻，是传统燃机的1/4；
（2） 可用多种燃料，燃料消耗率低、排放低，尤其是使用天然气；
（3） 低振动、低噪音、寿命长、运行成本低；
（4） 设计简单、备用件少、生产成本低；
（5） 通过调节转速，即使不是满负荷运转，效率也非常高；
（6） 可遥控和诊断；
（7） 可多台集成扩容。
因此，先进的微型燃气轮机是提供清洁、可靠、高质量、多用途的小型分布式供电的最佳方式， 使电站更靠近用户，无论对中心城市还是远郊农村甚至边远地区均能适用。制造商们相信，一旦达到适当的批量，微型燃气轮机有能力与中心发电厂相匹敌。对终端用户来说，与其它小型发电装置相比，微型燃气轮机是一种更好的环保型发电装置。
3 分布式供电发展方向
- 冷热电三联产系统
虽然回热等有效提高微型燃气轮机系统热转功效率的手段得到应用，微型燃机发电效率已从 17%~20%上升到当前的26%~30%[6]，但以微型燃气轮机作为动力的简单的分布式供电系统的热转功 效率依然远小于大型集中供电电站。如何有效提高分布式供电系统的能量利用效率是当前分布式供 电技术发展所面临的主要障碍之一。
正如常规的集中供电电站可以通过功热并供提高能源利用率一样，分布式供电系统在用户需要 的情况下，同样可以在生产电力的同时提供热能或同时满足供热、制冷两方面的需求。而后者则成 为一种先进的能源利用系统-冷热电三联产系统。 与简单的供电系统相比，冷热电三联产系统可以在大幅度提高系统能源利用率的同时，降低环 境污染，明显改善系统的热经济性。因此，三联产技术是目前分布式供电发展的主要方向之一。
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我国需要分布式供电
目前我国正处在经济高速发展时期，提高资源综合利用效率，是我国能源工业能否持续支撑国 家现代化建设的关键所在。我国能源利用水平距世界发达国家还有很大的差距，日益增长的电力需 求远未得到满足，“大机组、大电厂、大电网”的大规模、集中式的电网供电依然是我国目前能源 工业的主要发展方向。
但是，我国需要分布式供电。这是因为：
（1）我国幅员辽阔，但物产资源相对贫乏，而且经济发展不平衡。对于西部等偏远、落后地区而 言，由于其远离经济发达地区，形成一定规模的、强大的集中式西北电网系统需要很长时间 和巨额的投资，这无法满足目前西部经济快速发展的需要。而分布式供电系统可以借助西部 天然气资源丰富、可再生能源有多种多样的优势，在短时间内，以较小的投资为代价，为西 部经济发展提供有利的支撑；对于东南沿海经济发达地区，由于生活水平的日益提高，已经 出现了类似于西方发达国家的对于能源产品需求多样化的趋势，与集中式供电相比，分布式 供电可以为解决上述问题提供更加圆满的方案。
（2）随着经济建设的飞速发展，我国集中式供电电网的规模迅速膨胀。这种发展所带来的安全性 问题是不容忽视的，如纽约市、台湾岛二次大停电已为我们敲响了警钟。为了及时抑制这种 趋势的蔓延，只有合理地调整供电结构、有效地将分布式供电和集中式供电结合在一起，构 架更加安全稳定的电力系统。
（3）纵观西方发达国家的能源产业的发展过程，可以发现：它经历了从分布式供电到集中式供电， 又到分布式供电方式的演变。造成这种现象不仅仅是由于生活水平的需求，而且也是集中式 供电方式自身所固有的缺陷造成的。毋庸置疑，随着社会的发展，我国能源产业也将面临类 似的问题。因此，虽然从目前能源产业的发展情况来看，集中式供电是我国能源系统发展的 主要方向，但从长远看，构造一个集中式供电与分布式供电相结合的合理的能源系统，增加 电网的质量和可靠性，将为我国能源产业的发展打下坚实的基础。
所以，我国近期应发展大机组、大电厂，同时，不失时机、因地制宜地兴建分布式供电设施。 可以预见，随着西部大开发的深入进行，特别是“西气东输”工程的开展，我国沿线区域和边远地 区的分布式供电将得到极大的发展。
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冷热电联产
冷热电联产系统概述
传统动力系统的技术开发以及商业化的努力主要着眼于单独的设备，例如，集中供热、直燃式 中央空调及发电设备。这些设备的共同问题在于单一目标下的能耗高，在忽视环境影响和不合理的能源价格情况下，具有一定的经济效益。但是，从科学技术角度出发，这些设备都尚未达到有限能源资源的高效和综合利用。 冷热电联产（CCHP）是一种建立在能的梯级利用概念基础上，将制冷、供热（采暖和供热水） 及发电过程一体化的多联产总能系统，目的在于提高能源利用效率，减少碳化物及有害气体的排放。 与集中式发电-远程送电比较，CCHP 可以大大提高能源利用效率：大型发电厂的发电效率一般为35%-55%，扣除厂用电和线损率，终端的利用效率只能达到30-47%。而CCHP 的能源利用率可达 到90%，没有输电损耗；另外，CCHP 在降低碳和污染空气的排放物方面具有很大的潜力：据有关 专家估算，如果从2000 年起每年有4%的现有建筑的供电、供暖和供冷采用CCHP，从2005 年起 25%的新建建筑及从2010 年起50%的新建建筑均采用CCHP 的话，到2020 年的二氧化碳的排放量 将减少19%。如果将现有建筑实施CCHP 的比例从4%提高到8%，到2020 年二氧化碳的排放量将 减少30%[13,14]。
冷热电系统方案选择
典型冷热电三联产系统一般包括：动力系统和发电机（供电）、余热回收装置（供热）、制冷系 统（供冷）等。针对不同的用户需求，冷热电联产系统方案的可选择范围很大：与热、电联产技术 有关的选择有蒸汽轮机驱动的的外燃烧式和燃气轮机驱动的内燃烧式方案；与制冷方式有关的选择 有压缩式、吸收式或其它热驱动的制冷方式。另外，供热、供冷热源还有直接和间接方式之分。
在外燃烧式的热电联产应用中，由于背压汽轮机常常受到区域供热负荷的限制不能按经济规模 设置，多数是相当小的和低效率的；而对于内燃烧式方案，由于通过技术革新已经生产出了尺寸小、 重量轻、污染排放低、燃料适应性广、具有高机械效率和高排气温度的燃气轮机，同时燃气轮机的 容量范围很宽：从几十到数百kW 的微型燃气轮机到300 MW 以上的大型燃气轮机，它们用于热电 联产时既发电又产汽，兼有高机械效率(30%～40% )和高的热效率(70%～80%)。所以在有燃气和燃 油的地方，燃气轮机正日益取代汽轮机在热电联产中的地位[16]。
压缩式制冷是消耗外功并通过旋转轴传递给压缩机进行制冷的，通过机械能的分配，可以调节 电量和冷量的比例；而吸收式制冷是耗费低温位热能来达到制冷的目的的，通过把来自热电联产的 一部分或全部热能用于驱动吸收式制冷系统，根据对热量和冷量的需求进行调节和优化。
常见的吸收式制冷系统
目前最为常见的吸收式制冷系统为溴化锂吸收式制冷系统和氨吸收式制冷系统。前者制冷温度 由于受制冷剂的限制，不能低于5 ℃，一般仅用于家用空调；后者的制冷温度范围非常大（+10 ℃～ .50 ℃）, 不仅可用于空调，而且可用于0 ℃以下的制冷场所。同时，氨吸收式制冷系统可以利用 低品位的余热，所需热源的温度只要达到80 ℃以上就能利用，从而使能源得到充分合理的利用； 而且氨吸收式制冷系统还具有节电、设备制造容易、对安装场所要求不高、系统运行平稳可靠，噪 声小，便于调节、设备易于维修、可以在同一系统内提供给用户不同温度的冷量、单个系统的制冷 量很大等优点。直接热源制冷和间接热源制冷的选择和分配原则 直接热源制冷（燃气轮机排烟作为制冷热源）和间接热源制冷（由余热锅炉回收燃气轮机排气 余热产生蒸汽，再利用蒸汽作为制冷热源）的选择和分配原则：主要考虑过程效率、换热器的经济 性、及冷热电负荷分配的灵活性等方面考虑。直接热源制冷无需经过余热锅炉转换为蒸汽，能的品 位损失小、能量利用率高，但由于烟气为加热工质，所以换热器的设计需要考虑高温腐蚀问题；间 接热源制冷由于采用两次换热，能量利用率低，过程能的品位损失大，但由于是蒸汽为加热工质， 对换热器的材料要求较低。另外，直接热源制冷的负荷分配灵活性差。
冷热电系统模拟分析
为了揭示联产系统具有更高能源利用率的原因，本文对冷热电联产方案和简单的分布式供电系 统作了比较。所设计的三联产方案的系统流程如图1 所示。以天然气为燃料的燃气轮机主要承担供 应电力的任务，燃气轮机透平排烟首先进入回热器预热送往燃烧室的空气，然后进入余热回收器回 收中低温热量。余热回收器的冷侧主要有两股循环物流：物流1 为5bar 的饱和蒸汽，被送往溴化锂 吸收式制冷子系统作为制冷热源，经泵补偿压力损失后，回水为5bar 的饱和水；物流2 为90℃的 热水，被送入城市热网作为生活用热的热源，回水温度为70℃。 而电力单供系统选用TG80 有回热的微型燃气轮机，主要参数如
1 技术条件和基本假设
考虑到当前的技术水平，模拟过程中，各系统的主要热力参数为：选取英国宝曼公司的微型燃 气轮机TG80 作为主要发电设备，其主要热力参数如表3 所示；余热回收器为气-液换热设备，节点 温差不低于20 ℃，由于采用相对洁净的天然气燃料，选择酸露点温度为90 ℃；热用户主要为城 市采暖，进入热网的热水温度为90 ℃，回水温度为70 ℃；方案所采用的双效溴化锂制冷循环所 需热源为151.8 ℃饱和蒸汽，制冷温度为15 ℃，制冷性能系数COP 为1.2；方案2 采用的压缩式 制冷-热泵循环中，制冷温度为15 ℃，供热参数为70 ℃～90 ℃热水，热泵COP 为3。环境温度 25 ℃，标准天然气燃料低位发热量为34.88 MJ/m3。
2 模拟分析结果
三联产方案的能耗分析结果与分供系统能耗的比较如表4 所示。其中独立制冷系统采用电空调， 系统输入的能量为电力而非天然气的化学能，为了比较方便，我们采用如下方法将此系统所消耗的 电能折算为天然气耗量：
燃料消耗量=电力消耗量×（电力分供系统燃料消耗量/ 系统供电出力）
从表中可以看出，满足同样的电、热、冷需求，采用联产方式需消耗天然气31.8 m3/hr，而采用 分供方式则需要消耗天然气量为三个分供系统能耗的总和，为54.98 m3/hr。联产系统相对于分供系 随着人民生活水平的提高，能源消费日益增长，能源动力系统愈来愈向大容量、高度集中的模 式发展。然而，分布式供电是集中供电不可缺少的重要补充。它因灵活的变负荷性、低的初投资、 很高的供电可靠性和很小的输电损失等特点在世界范围内越来越受到重视。
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小结
本文通过对分布式供电特点及其发展趋势的阐述，强调分布式供电是集中供电不可缺少的重要 补充；通过简单的分布式供电系统与冷热电联产系统的比较，可以看出：简单的分布式供电是不合 理的，而冷热电三联产系统（CCHP）热力过程更加符合能的梯级利用原则，通过吸收式制冷循环 和供热循环的有机结合，使系统内的中低温热能得以合理利用（联产系统相对于分供系统能耗节省 约42%）。可以预见，随着天然气的广泛应用、电力垄断的逐步解体、环境保护要求提高，不仅我 国沿线区域和边远地区的分布式供电将得到极大的发展，而且发展小型化的分布式供电（特别是具 有能量-资源利用合理、环保性能优良、冷热电负荷分配灵活等优势的冷热电联产）将成为中国城市 现代化的重要动力。毫无疑问，分布式供电将成为未来能源领域的一个重要的新方向。
2、可再生能源利用效率；
3、需求侧管理效率。
所以，不管是从电源侧、电网侧，还是用户侧，咱们国家的电力系统的效率都偏低，不是说不可靠，而是某些方面太可靠，过于冗余了。
电力资源将会变得更加稀缺与昂贵，那么如果提高数据中心供电系统的供电效率呢？下面为大家总结了一下几点建议：
1、提高设备容量利用率
（1）精细系统容量规划设计，避免设备过渡规划。
（2）采用模块化设计，实现设备容量的动态增长（设备本身效率调高8%左右）（3）供电方案优化设计，降方案的复杂性。
2、配置高效“高频机”设备
（1）提高设备本身效率（2%-3%左右）
（2）降低交流输入系统供电设备和线缆的容量和传输耗损（效率提高3%~5%左右）
3、采用380V直流UPS供电系统提高UPS设备本身和IT设备内开关电源运行效率
4、UPS系统设置"经济运行"模式提高系统运行效率（10%~12%左右）
5、采用"机架自主储能UPS"或"动态储能UPS"去掉传统UPS系统，大幅度简化供电方案，提高系统运行效率。
本专业面向国家能源战略重大需求，顺应我国新工科建设和国际工程教育发展新趋势，坚持以学生为中心、产出为导向的工程教育理念，以“数理基础厚实、专业交叉融合、工程思维导向、实践能力创新、个性模块管理”为特色，依托能源与动力工程学院热流科学与工程系，联合学校6个理工类优势学院共同建设，针对可再生能源大规模高效利用、电力系统及工业余热利用等方面的储能需求，在储能技术基础理论、储能系统设计与控制及安全运维、高性能储能材料设计与制备、储能技术经济性和大数据分析等领域，培养站在世界储能科学与工程的前沿、勇于创新的技术带头人和具有宏观战略思维和市场思维的复合型管理人才。
“巨大”了。
绿色低碳转型意味着巨大的成本。尤其对于以传统化石能源为主的发电企业来说，从高碳资产为主向绿色低碳资产转型的成本十分巨大。以“五大电力”企业为例，2020年有四家清洁能源装机占比低于50%，新能源电源增量成为这些企业投资发展的重点。随着新能源大规模发展，资源争夺和市场竞争将愈加激烈，各企业都在抢抓清洁能源转型的机遇，争取优质新能源资源，坚持集中式与分布式并举，新建为主并购为辅，实现风电、光伏跨越式大发展[1]。实施“碳达峰”“碳中和”是广泛而深刻的经济社会系统性变革，对政府、企业，甚至每个人的生活都是一场变革，“一场硬仗”。“十四五”时期，是我国实现“碳达峰”目标的关键期、窗口期，除了控制化石能源消费总量、提高利用效能，还要大力实施清洁能源替代行动，深化电力体制改革和碳交易制度创新，也要倡导绿色低碳生活，提升生态碳汇能力。
总之，构建以新能源为主体的电力系统，意味着光伏、风电等清洁能源的大规模发展，到2025年清洁电源装机比例将超过50%[8]。清洁能源的高比例发展必须采用市场化手段，避免大幅度的财政补贴。清洁能源的发展必须依靠创新驱动，以新能源为主体的新型电力系统应具备高度的数字化、智能化水平，才能不断提升分布式清洁能源的存储和消纳能力，真正让清洁能源成为电力供应的主体。
1、太阳能资源取之不尽，用之不竭，而且太阳能在地球上分布广泛，只要有光照的地方就可以使用光伏发电系统，不受地域、海拔等因素的限制。
2、太阳能资源随处可得，，可就近供电，不必长距离输送。
3、光伏发电的能量转换过程简单，是直接从光能到电能的转换，没有中间过程和机械运动，不存在机械磨损。
“碳中和”目标驱动下未来电力系统必将是高比例可再生能源电力系统，可再生能源输出功率强随机波动性导致系统运行中功率实时平衡困难；储能被认为是保障系统功率实时平衡的有效手段，由于储能成本相对昂贵，利用储能平衡系统功率将增加系统运行成本；下面以高比例风电电力系统为例，探究“供给侧” 低碳化转型对电力系统运行经济性、可靠性影响。
待研究系统包含火电、风电、储能和负荷，火电机组 3 台、装机容量 1050MW； 某日风电、负荷归一化功率（1.0p.u.风电对应其装机容量，1.0p.u.负荷对应最大负荷功率）数据见附件 1，风电渗透率（最大风电功率与最大负荷功率之比）递增可能造成系统弃风、失负荷，影响系统功率平衡。
