太阳能发电技术论文范文

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太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。太阳能电池组件(Solarcells)是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置，在广大的无电力网地区，该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电，一些发达国家还可与区域电网并网实现互补。目前从民用的角度，在国外技术研究趋于成熟且初具产业化的是"光伏--建筑(照明)一体化"技术，而国内主要研究生产适用于无电地区家庭照明用的小型太阳能发电系统。

1太阳能发电原理

太阳能发电系统主要包括：太阳能电池组件(阵列)、控制器、蓄电池、逆变器、用户即照明负载等组成。其中，太阳能电池组件和蓄电池为电源系统，控制器和逆变器为控制保护系统，负载为系统终端。

1.1太阳能电源系统

太阳能电池与蓄电池组成系统的电源单元，因此蓄电池性能直接影响着系统工作特性。

(1)电池单元：

由于技术和材料原因，单一电池的发电量是十分有限的，实用中的太阳能电池是单一电池经串、并联组成的电池系统，称为电池组件(阵列)。单一电池是一只硅晶体二极管，根据半导体材料的电子学特性，当太阳光照射到由P型和N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N结上时，在一定的条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收，在导带和价带中产生非平衡载流子即电子和空穴。同于P-N结势垒区存在着较强的内建静电场，因而能在光照下形成电流密度J，短路电流Isc，开路电压Uoc。若在内建电场的两侧面引出电极并接上负载，理论上讲由P-N结、连接电路和负载形成的回路，就有"光生电流"流过，太阳能电池组件就实现了对负载的功率P输出。

理论研究表明，太阳能电池组件的峰值功率Pk，由当地的太阳平均辐射强度与末端的用电负荷(需电量)决定。

(2)电能储存单元：

太阳能电池产生的直流电先进入蓄电池储存，蓄电池的特性影响着系统的工作效率和特性。蓄电池技术是十分成熟的，但其容量要受到末端需电量，日照时间(发电时间)的影响。因此蓄电池瓦时容量和安时容量由预定的连续无日照时间决定。

1.2控制器

控制器的主要功能是使太阳能发电系统始终处于发电的最大功率点附近，以获得最高效率。而充电控制通常采用脉冲宽度调制技术即PWM控制方式，使整个系统始终运行于最大功率点Pm附近区域。放电控制主要是指当电池缺电、系统故障，如电池开路或接反时切断开关。目前日立公司研制出了既能跟踪调控点Pm，又能跟踪太阳移动参数的"向日葵"式控制器，将固定电池组件的效率提高了50%左右。

1.3DC-AC逆变器

逆变器按激励方式，可分为自激式振荡逆变和他激式振荡逆变。主要功能是将蓄电池的直流

电逆变成交流电。通过全桥电路，一般采用SPWM处理器经过调制、滤波、升压等，得到与照

明负载频率f，额定电压UN等匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。

2太阳能发电系统的效率

在太阳能发电系统中，系统的总效率ηese由电池组件的PV转换率、控制器效率、蓄电池效率、逆变器效率及负载的效率等组成。但相对于太阳能电池技术来讲，要比控制器、逆变器及照明负载等其它单元的技术及生产水平要成熟得多，而且目前系统的转换率只有17%左右。因此提高电池组件的转换率，降低单位功率造价是太阳能发电产业化的重点和难点。太阳能电池问世以来，晶体硅作为主角材料保持着统治地位。目前对硅电池转换率的研究，主要围绕着加大吸能面，如双面电池，减小反射；运用吸杂技术减小半导体材料的复合；电池超薄型化；改进理论，建立新模型；聚光电池等。几种太阳能电池的转换效率。

充分利用太阳能是绿色照明的重要内容之一。而真正意义上的绿色照明至少还包括：照明系统的高效率，高稳定性，高效节能的绿色光源等。

3.1发电--建筑照明一体化

目前成功地把太阳能组件和建筑构件加以整合，如太阳能屋面(顶)、墙壁及门窗等，实现了"光伏--建筑照明一体化(BIPV)"。1997年6月，美国宣布了以总统命名的"太阳能百万屋顶计划"，在2010年以前为100万座住宅实施太阳能发电系统。日本"新阳光计划"已在2000年以前将光伏建筑组件装机成本降到170～210日元/W，太阳能电池年产量达10MW，电池成本降到25～30日元/W。1999年5月14日，德国仅用一年两个月建成了全球首座零排放太阳能电池组件厂，完全用可再生能源提供电力，生产中不排放CO2。工厂的南墙面为约10m高的PV阵列玻璃幕墙，包括屋顶PV组件，整个工厂建筑装有575m2的太阳能电池组件，仅此可为该建筑提供三分之一以上的电能，其墙面和屋顶PV组件造型、色彩、建筑风格与建筑物的结合，与周围的自然环境的整合达到了十分完美的协调。该建筑另有约45kW容量，由以自然状态的菜子油作燃料的热电厂提供，经设计燃烧菜子油时产生的CO2与油菜生长所需的CO2基本平衡，是一座真正意义上的零排放工厂。BIPV还注重建筑装饰艺术方面的研究，在捷克由德国WIP公司和捷克合作，建成了世界第一面彩色PV幕墙。印度西孟加拉邦为一无电岛117家村民安装了12.5kW的BIPV。国内常州天合铝板幕墙制造有限公司研制成功一种"太阳房"，把发电、节能、环保、增值融于一房，成功地把光电技术与建筑技术结合起来，称为太阳能建筑系统(SPBS)，SPBS已于2000年9月20日通过专家论证。近日在上海浦东建成了国内首座太阳能--照明一体化的公厕，所有用电由屋顶太阳能电池提供。这将有力地推动太阳能建筑节能产业化与市场化的进程。

3.2绿色照明光源研究

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0.引言

我国的光伏产业目前仍处在初级阶段，但近年来太阳能产业发展非常迅猛，特别是太阳能电池产品已成功进入欧洲市场。太阳能光伏技术也越来越多的应用于各个行业，大到工业，农业，国防，通信等领域，小至家居生活，光伏技术无处不在。而农业生产中光伏技术的应用还相对较少，传统农业温室大棚的能源方式：一是供暖炉，二是电网电能。这已远远不能满足现代农业生产高效，环保节能的理念，因此将太阳能光伏技术引入温室大棚控制系统是发展现代农业推动农业科技创新的必由之路。

1.太阳能光伏技术

目前太阳能发电主要有两种形式：一种是光热转换发电，二是光伏发电（Photovoltaic Generation，PV）。太阳能光伏发电是通过太阳能电池的福特效应直接将光能转化为电能过程。优点是不需燃料，无污染，节能、安全、无噪音、容易获取。近年来，在太阳能有效利用中太阳能光伏发电式发展最快最具活力的一种。

1.1太阳能光伏系统的应用领域及特点

太阳能是一种环保清洁的能源，我国的太阳能资源非常丰富，多数地区平均日照射量在4kwh/m2以上，地区可达7kwh/m2。我国的光伏技术应用还处于初级阶段，太阳能主要应用于太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电，太阳能卫星电池，太阳能路灯等。

太阳能光伏系统的特点：

优点：

（1）普遍性：是指太阳能在地球上随处都有，没有地域限制且不用开采运输。

（2）环保性：是指太阳能无毒，无害，清洁、绿色、环保，对于环境污染日趋严重的中国，是一种宝贵的资源。

（3）充裕性：太阳能每年到达地球的辐射量非常的充裕，相当于130亿万吨煤所产生的能量。

（4）长久性：科学家根据目前太阳产生的核能速率估算，太阳能的储量足够维持上百十亿年，地球的寿命也达几十亿年，对于地球人来讲太阳能的时间是长久的，无限期的。

（5）前瞻性：对于愈来愈枯竭的地球能源，太阳能无疑是最具开发潜力的绿色环保能源之一，从能源开发的意义上来讲太阳能的开发更具有可持续性和前瞻性。

缺点：

（1）分布零散：太阳能在地球表面每年的辐射量很大，但分布广，密度小，所以利用率低。

（2）稳定性差：太阳能的强弱容易受天气因素及昼夜交替的影响，所以稳定性较差。

（3）转换效率低，应用成本高：受材料和技术水平限制，多数太阳能产品转换率低，从而增加了其应用的成本，经济性一直是困扰太阳能普及的重要因素。

1.2太阳能光伏系统性能与组成

每个太阳能基片都是一个光电二极管，光伏发电是利用半导体材料的光伏效应，将太阳能转化为电能的一种形式。而第一个使用的单晶硅光伏电池（Solar Cell），是美国人在1956年研制成功的，从此就有了光伏发电技术。

太阳能光伏发电系统分为独立（离网）太阳能光伏发电系统和并网太阳能发电系统。独立太阳能发电系统是由光伏电池板，控制器和电能存储部件及逆变器组成的发电与电能变换系统。而并网太阳能发电系统，除了上述组件外还必须有并网逆变器与国家电网并网。

（1）独立太阳能发电系统的系统如下图1示：

（2）太阳能并网发电系统如图2所示：

图2 并网太阳能发电系统结构框图

其中光伏电池板第一代产品是由硅片为基础的光电转换系统，为了提高太阳能电池光转换效率，降低光伏电池生产成本，相继出现了基于薄膜技术的第二代光伏电池产品，这种产品使用很薄的光电材料附着在非硅材料的衬底上，降低了生产成本，适合于批量生产；进而第三代太阳能电池产品也将问世，它是以先进薄膜制造技术为基础的理论极限光电转化效率可达93%。主要有量子点、多层多结、染料敏化的太阳能电池、有机聚合物电池、纳米电池等。

电能储存部件主要是指太阳能蓄电池，太阳能蓄电池一般采用铅酸电池，常用的有DC12V，DC24V，DC48V三种，在微型系统中也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。蓄电池的主要作用是在有光照时将光能由太阳能电池板转换成电能储存起来，以备使用。

太阳能控制器主要对太阳能基板输出的电能进行调节和控制，把调整后电能分为两个途径输送，一方面直接送往直流负载或交流负载，另一方面将剩余能量送往蓄电池组储存，当太阳能基板发出的电能不能满足负载需要时，太阳能控制器便将蓄电池中储存的电能量送往负载。

太阳能光伏逆变器是光伏发电系统的核心设备之一，也称为DC-AC逆变器。在太阳能光伏发电系统中，可将太阳能通过太阳电池转化为DC12V、DC24V、DC48V的直流电能，通过光伏逆变器中的功率变换及控制系统转化为符合电网电能质量要求的110V或220V交流电。太阳能逆变器可分为DC-AC和DC-DC两种，可将太阳电池性能最大限度地发挥，并为系统提供强有力的保护功能。太阳能并网逆变器是光伏发电系统与国家电网并网的核心部件。

2.太阳能光伏系统在温室大棚控制系统的设计方案

2.1太阳能光伏技术在温室大棚控制系统中应用设计的背景和可行性

日本、美国、荷兰、以色列等国外农业设施栽培综合环境控制技术较先进的几个国家， 由于其地理位置、自然环境和经济基础不同， 其发展的侧重点也不同。

目前我国农业正处于从传统型农业向优质、高效、高产为目的的现代化农业转化的新阶段。要发展具有我国特色的温室自动控制系统，充分发挥温室农业的高效性，必须综合应用各种现代化控制和管理技术，通过各项设施的有效运作给温室栽培物创造最适宜的环境条件，最大限度的减少外界不利环境和气候条件对农业生产的影响， 获得作物最佳生长条件， 从而达到增加作物产量、改善品质、延长生长季节的目的。而面对现代社会能源日益枯竭的现实状况，开发利用新型能源已成为农业生产可持续发展的基本保障方式之一。

本设计针对中国北方天气干旱、日照时间充足的特点，将太阳能光伏技术引入农业温室大棚系统设计中，不仅可以解决系统的部分能源问题，而且可以提高现代农业生产的绿色、高效、节能环保进程。目前我国有些省份已经在一些地方率先使用太阳能并网发电系统，如无锡机场800kW屋顶光伏并网系统工程，镇江、丹江两个城市的2个4KW光伏并网系统等。从系统的可行性方面来讲，首先，中国是个农业大国，这种新型能源的在现代农业生产中的推广使用，将会为国家节省大量的资源；其次，中国的光伏技术近年来发展迅猛，光伏技术日趋成熟；第三，光伏技术在农业温室控制系统的应用，将能有效推动高效环保现代农业生产。第四，温室大棚多建在光照充足的区域，屋顶平坦，便于安装且空间充裕。

2.2光伏技术在温室大棚控制系统中的设计方案

2.2.1系统总体设计思路

本系统设计是基于PLC控制的农业温室大棚控制系统，通过PLC对温室中作物生长的环境因子光照、湿度、温度、CO2浓度等进行调节和影响，从而达到不同农作物生长所要求的环境条件。系统的输入控制因素主要是传感器所测试的光照、湿度、温度及CO2浓度，通过系统运算驱动执行机构动作（喷淋系统、遮阳网、补温系统控制、CO2补气控制、补光灯控制及通风系统控制等）来达到控制的目的。温室系统控制结构如图3所示：

2.2.2 温室能源系统创新设计

传统的温室设计系统，所有的电能均由系统电网供给。本设计将传统单一的电网能源供给，变为太能阳能光伏并网发电的形式，当阳光充足时，系统的电能有光伏发电系统供给，当夜晚、阴天光照不充足时，电网中的电能通过并网逆变器和控制器自动补给系统。系统设计拟用太阳能电池板、太阳能控制器和并网逆变器组成并网太阳能发电系统。并网逆变器同时兼有控制器和系统保护的功能。因为并网太阳能发电系统中蓄电池几乎不用，所以系统没有选用蓄电池。设计思路结构图如图4所示：

图4 温室光伏发电系统与控制系统结构图

光照充足时光伏发电系统产生的电能充足，逆变器自动给温室控制系统PLC及上位机、温室系统的传感系统（温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器、光照度传感器等）、温室系统执行机构（遮阳帘、天窗、风扇、补光系统等）提供电能，因为系统是按照所有执行机构同时工作时的最大功率设计的，在同一时刻不是所有机构都同时工作，此时多余的电能由并网逆变器送给输电网；当光照不充足时，并网逆变器自动转换，系统将从电网中使用电能，此时转为电网供电状态。

3.结论

经过对北京农业科技学院的农业科技园和西北农林科技大学新天地设施农业开发有新公司的农业科技园的参观考察，获悉这些大棚系统设计均采用现代化先进的控制技术，设计理念新，工艺成熟，能源多采用输电网供给模式，设计中均未将光伏技术引入农业大棚生产中，其中最大的原因是成本太高。近年来，我国太阳能电池生产日趋成熟，二代、三代产品的相继问世，是太阳能电池的生产成本大大降低，但控制器和逆变器的生产技术尚不成熟，要实现高效的转换率，控制器和逆变器仍主要依靠进口。经过对国内外温室控制系统研究分析，结合现代农业高效清洁的理念，本设计有利于推动我国农业生产对清洁、环保能源的开发和利用，符合绿色、高效农业的先进生产理念。光伏太阳能技术以其永久性、清洁性和普遍性，必将成为我国现代农业生产的必由之路。

【参考文献】

[1]张立文，张聚伟.太阳能发电技术及其应用[J].应用能源技术，2010.3.

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与此同时,与太阳能有关的、相关的、无关的产业都冠以“太阳能”的桂冠遍地开花,导致国家在进行宏观调控时给这个产业整体“降了温”。叫停了部分具有一定污染的电石产业,但真正环保并可持续发展的光电产业仍可享受国家补贴。

在国家将节约能源确定为基本国策,大力提倡节能减排、发展可再生能源的今天,如何推动我国太阳能聚光式热能发电产业更好更快地健康发展是我们面临的亟待解决的重要问题。热能发电只需要太阳的光和水,是唯一可与化石燃料抗衡的技术,美国eSolra公司的技术做到了实质性的商业运行。

山东蓬莱电力设备制造有限公司于1987年成立,是为火力发电厂做辅机配套的民营企业,有自营进出口权。公司为高新技术企业,拥有多项专利,同时也美国硫化床锅炉配套的进口设备。公司国际部经过一年多的努力,将这项全球能源领域的先锋已商业化运行的热能技术成功地引进中国,此作为中国的总并在本厂制造,实现真正的国产化。

太阳能聚光热力发电技术的引进者王韬博士,身兼山东蓬莱电力设备制造有限公司国际部副总裁,曾担任美国斯坦佛大学的客座讲师,其论文曾在美国人类遗产学杂志、科学、美国科学院院报及多家专业周刊发表。

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中图分类号：TB857+.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0380-02

0 引言

20世纪以来，随着科学技术、社会经济的不断发展，人民的物质生活不断提高，人们对能源的需求越来越大，然而在目前这个依然以化石燃料为主要能源支柱的社会中，由于石油等化石燃料的短缺而造成的能源危机屡次出现，并且由于现代科学、工业技术如此发达，也造成了环境的污染以及由于二氧化碳的排放导致了温室效应。对于目前人类来说，寻找一种干净无污染的新能源显得如此重要。

对于传统的内燃机旋转发电机来说，存在着效率低并且高排放等缺点，并且存在着中间机械传动机构，增加了损耗，降低了效率[1]，而采用斯特林发动机与直线发电机相结合，减少了中间的机械传动结构，使整个系统更紧凑、可靠，系统效率也得到大幅提升，相比于内燃机，斯特林直线发电机存在以下优点[2-4]：

（1）振动小、噪音低

斯特林发电机的工作腔与大气隔绝，压力上升的速率也不高，由于没有传动机构，所以运转十分安静，不必使用隔声或消音装置。

（2）排放低

斯特林发电机是外燃机，不像内燃机那样需要每个循环与外界交换气体，斯特林发电机的工作燃气一直保存在气缸内，而不需要与大气交换气体，因此它的排放很低，污染很小。

（3）结构简单

无需燃气压缩机， 无需排气装置，比内燃机少50%的零部件，维护成本较低。

（4）燃料选材广泛

连续燃烧加热允许使用最广泛的燃料和能源，其中包括气体、液体、固体燃料以及各种再生能源。同时还可以直接使用放射性能源产生的热量进行运行发电，这是其它原动机所不具备的能力。

（5）效率高

没有连杆、轴或轴承，只有滑动配合，由工质本身作为剂，因而有非常高的机械效率。一台输出功率为1kW的斯特林发电机，机械效率可达90%多；而曲柄连杆式发动机的机械效率一般只有80%左右。

斯特林直线发电机因其存在以上一系列优点而备受人们关注，也决定了它在工业中的各个领域有着广阔的应用前景。

1 工作原理

斯特林发动机是一种能以多种燃料为能源的闭循环回热式发动机，与传统的内燃机相比，斯特林发动机是一种外燃机，它是依靠外部的热源对其密封在机器中的工质进行加热，进行闭循环，就是说工作燃气一直保存在气缸内，而不需要与大气交换气体[5]。斯特林发动机在做功时，不是通过燃料在气缸内部瞬间升到很高的温度和压力进行爆震去推动活塞，而是依靠外部的热源对其热膨胀气缸持续传热，由机器内部不断升温升压的工质去推动活塞做功，因此在工作时较内燃机要平稳，而且噪音要小很多，另外斯特林引发动机往维修需求较低，工作起来更高效、更安静、而且更可靠。

斯特林直线发电机的结构如图1所示，由斯特林原动机和直线发电机两大部分构成，通过斯特林原动机的动力活塞与直线发电机的动子相连接。斯特林原动机属于外燃机，在整个周期中为一个封闭的循环，主要由膨胀腔、压缩腔、配气活塞、动力活塞、加热器、冷却器、回热器和气缸这几部分构成。靠近冷却器一端的为压缩腔，而靠近加热器一端的为膨胀腔，而配气活塞的运动可以调整压缩腔与膨胀腔的气体的比例，斯特林原动机的工作是通过外部热源对于气体进行加热，从而使得膨胀腔内气体压力增大，首先推动配气活塞运动，使得压缩腔内的气体压力变大，从而推动动力活塞运动，带动直线发电机的动子运动而发电的。

2 国内外发展现状

十八世纪，由于当时蒸汽机工作很不可靠，并且效率很低，因此在1816年，英国人罗伯特？斯特林发明了斯特林发动机[6]，但由于当时缺乏良好的耐热材料以及人们对斯特林发动机的性能了解很少，以致及其的效率和功率都很低，因此到十九世纪中叶的时候，当高效率的内燃机出现后，斯特林发动机的研制工作就停止了。而再一次开始斯特林发动机的研制就要到二十世纪了，1938年，荷兰的飞利浦公司开始了现代斯特林发动机的研制工作，从20世纪的30年代至60年代，发展了现代的斯特林发动机，并用于发电、船舶、汽车、农业机械等领域。之后多家公司开始研究斯特林发动机，从技术继承上来讲，其中主要包括联合斯特林发动机公司（United Stirling）、考库姆斯公司（Kockums AB）、德国SOLO公司、美国STM公司（Stirling Thermal Motors.Inc）、美国SES公司（Stirling Engine Systems. Inc）等。欧美政府很重视斯特林发动机的发展和应用，尤其是将其应用于太阳能碟式热发电系统中。从20世纪70年代起，经过四十年左右的发展，现在美国的几十千瓦级的斯特林发动机技术已经很成熟了，而德国、瑞典等国家也有比较成熟的斯特林发动机技术。

美国Sunpower公司一直致力于对斯特林发动机的研究，1969年正式开始研究斯特林发动机，到现在，不管是作压缩机，还是作原动机用，都处于世界领先地位，而单从作为发电机的原动机用来看，产品应用于航天、军事、家用和工业研究等各方面领域。1984年Berchowitz D.M.就提出了斯特林发动机与直线发电机的一体化发电，并研制了一个3kW的样机，该样机运行时安静，并且清洁度好[7]。而在1993年的时候就将斯特林直线发电机应用在了电动汽车上。在1995年的时候，研制出了功率从1kW到10kW的斯特林发动机，燃料采用天然气[8]。同一年，研制出了一种水平对置的5kW斯特林发动机。而在最近十年里，2003年研制了一个35W的斯特林发动机用于太空能源应用中，并着手于提高效率和可靠性等方面，发电机效率为83%，系统效率为29%[9]。2005年，研究一种自由活塞斯特林直线发电机（FPSE）系统的控制方案，并将它应用于军事中，作为士兵随身携带的动力系统，原动机采用42W的自由活塞斯特林发动机，用来驱动直线发电机发电，输出额定功率为35W，经过AC-DC转化后，为用户提供28V直流电压[10]。同期，J.Gary Wood等人正在为NASA研究一种80W先进斯特林变换器作为航天中的能源供给用，该斯特林变换器热端温度能到850°C，当工作时温度比为3.0，功率密度为90W/kg时，整个变换器效率达到了40%[11-12]。2007年，James Huth等人研制出了以JP-8为燃料，可随身携带的35W的斯特林发电机系统作为军事中士兵的能源，整个系统重2.1kg，热能转换到电能的效率为21%[13]。Sunpower公司目前所研制的斯特林发动机功率从35W到7.5kW，几种典型的产品如表1所示，主要的还是1kW以下的，可以看出效率都高于30%。

3 斯特林直线发电机应用概述

由于斯特林直线发电机具有具有燃料来源广、效率高、污染小和噪音低等优点，目前已经应用于很多领域。斯特林直线发电机对燃料的适应性很强，可用能源除了煤、石油、天然气外，还可以利用太阳能、原子能、化学能以及木材、秸秆等农林废弃物燃烧所放出来的热能，而下面主要针对斯特林发电机利用太阳能、辐射能和生物能的应用进行介绍。

3.1 斯特林太阳能发电系统

太阳能热发电技术中最具发展潜力的是碟式太阳能高温发电技术，尤其是近几年碟式斯特林太阳能发电技术更是令世界瞩目，它具有光电转换效率高、耗水量低、发电方式灵活及可逐步规模化等特点[14]。

20世纪70年代末到80年代初由瑞典USAB、美国Advanced Corporation、MDAC，NASA及DOE等开始对现代碟式太阳能热发电技术进行研究。2006年，Infinia公司研制出一种“锅盖形状”的太阳能发电机，和别的太阳能发电技术公司的手段不同，Infinia使用了类似卫星电视天线样的碟形“锅盖”来搜集太阳热能，其它公司多半使用方形的太阳能面板，在吸收热能方面，碟形设计比传统的太阳能面板跟有效。普通的太阳能面板的光电转化率为12%到15%，部分面板能够达到22%，Infinia锅盖接收面板可以达到24%。

3.2 斯特林辐射能发电系统

在宇航探测中，由于环境的恶劣，对于传统的采用太阳能电池阵列和蓄电池来供电的系统有时在远离太阳的区域内，无法得到充足的太阳能来保证太阳能电池板发电，然而却有无穷无尽的辐射能供我们来利用，此时采用辐射能发电就体现出了足够的优势[15]。

美国宇航局（NASA）一直致力于研究斯特林发电系统在航天技术中的应用，研究了一种先进斯特林放射性同位素发电机ASRG（Advanced Stirling Radioisotope Generator）[16]。ASRG利用了Sunpower公司研制的先进斯特林变换器ASCs（Advanced Stirling Convertors），斯特林原动机带动直线发电机发电，该直线发电机采用的是一种动磁型的结构，而原动机采用Sunpower公司型号为EE-35的斯特林发动机，功率为35W，整个系统的功率密度接近100W/kg，ASC的温度比为3.1，工作频率为105Hz；当热端温度为1123K时，电机转换效率可达到38%。

3.3 斯特林生物能发电系统

斯特林发电机不仅能够利用太阳能、辐射能等能源，还能利用沼气、农业废弃物、废材等生物能进行发电，而这一点优势在广大的农村，乡镇企业、城镇家庭有着广阔的市场前景。

美国俄勒冈州科瓦利斯市废水处理厂于2004年应用55kw商业Stirling发动机建立了一座利用废水处理中产生的沼气发电的示范工程，解决了当地因担心使用内燃机发电系统会带来新的空气污染而不能被利用的沼气的问题。

4 结论

近年来，随着直线电机的发展，斯特林直线发电机得到了人们广泛的关注，斯特林直线发电机振动小、噪音低、排放低、结构简单、燃料选材广泛以及效率高等优点使得它在工业各个领域中也得到了更广泛的应用，随着技术进步和新材料的开发，斯特林直线发电机的性能还有得到进一步的提高，应用领域得到进一步的扩展，很可能成为21世纪一种主要的动力装置。

参考文献

[1] 李庆峰，肖进，黄震.自由活塞式内燃发电机仿真研究.中国机械工程.2009，20（8）：911-915.

[2] 朱辰元.自由活塞式热气机发电技术在世界上的发展.上海节能.2009（8）：6-11.

[3] 李庆峰.自由活塞式内燃发电机的研究.上海交通大学博士论文. 2011.

[4] 李庆峰，肖进，黄震.自由活塞式内燃发电机研究现状.小型内燃机与摩托车.2008，37（4）：91-96.

[5] 邹隆清，刘洪硕，邓十洲.斯特林发动机.长沙：湖南大学出版社.1985.