太陽能利用技術(shù)

1、太陽能利用技術(shù)前言：新能源是二十一世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最具決定力的五大技術(shù)領(lǐng)域之一。太陽能是一種清潔、高效和永不衰竭的新能源。在新實(shí)際中，各國政府都將太陽能資源利用作為國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。而光伏發(fā)電具有安全可靠、無噪聲、無污染、制約少、故障率低、維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)，在我國西部廣袤嚴(yán)寒、地形多樣和居住分散的現(xiàn)實(shí)條件下，有著非常獨(dú)特的作用。 太陽能利用基本方式（1）光熱利用它的基本原來是將太陽輻射能收集起來，通過與物質(zhì)的相互作用轉(zhuǎn)換成熱能加以利用。目前使用最多的太陽能收集裝置，主要有平板型集熱器、真空管集熱器和聚焦集熱器等3種。通常根據(jù)所能達(dá)到的溫度和用途的不同，而把太陽能光熱利用分為低溫利用

2、（200）、中溫利用（200800）和高溫利用（800）。目前低溫利用主要有太陽能熱水器、太陽能干燥器、太陽能蒸餾器、太陽房、太陽能溫室、太陽能空調(diào)制冷系統(tǒng)等，中溫利用主要有太陽灶、太陽能熱發(fā)電聚光集熱裝置等，高溫利用主要有高溫太陽爐等。（2）太陽能發(fā)電未來太陽能的大規(guī)模利用是用來發(fā)電。利用太陽能發(fā)電的方式有多種。目前已實(shí)用的主要有以下兩種。光熱電轉(zhuǎn)換。即利用太陽輻射所產(chǎn)生的熱能發(fā)電。一般是用太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換為工質(zhì)的蒸汽，然后由蒸汽驅(qū)動氣輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。前一過程為光熱轉(zhuǎn)換，后一過程為熱電轉(zhuǎn)換。光電轉(zhuǎn)換。其基本原理是利用光生伏打效應(yīng)將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能，它的基本裝置是太陽

3、能電池。（3）光化利用這是一種利用太陽輻射能直接分解水制氫的光化學(xué)轉(zhuǎn)換方式。（4）光生物利用通過植物的光合作用來實(shí)現(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)換成為生物質(zhì)的過程。目前主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻太陽能發(fā)展現(xiàn)狀太陽能熱發(fā)電太陽熱發(fā)電是一種很有發(fā)展前景的太陽能利用技術(shù)。它是將太陽能集光、集熱產(chǎn)生高溫驅(qū)動熱機(jī)發(fā)電的系統(tǒng)。目前世界上已建成9 座大型太陽熱電站, 總裝機(jī)容全30 兆瓦, 主要在美國。收集太陽光提供熱能的方法主要有中央接收器、拋物面反射器和拋物面聚焦收集器三種。 中央接收器是將地面反射鏡聚集到的陽光聚焦到中央接收器上。 這種方法在七十年代被人們認(rèn)為是最有發(fā)展前途的。但由于存在中央接收器必

4、須在高溫下操作, 體積過大等間題, 使它的前途一度變得暗淡。但專家們認(rèn)為這種系統(tǒng)容易適應(yīng)高溫?zé)豳A存, 它比蓄電池或其他非熱貯存有更大的經(jīng)濟(jì)潛力, 并且指出, 帶有熱貯存的中央接收器太陽熱發(fā)電系統(tǒng)可與化石燃料系統(tǒng)相競爭。拋物面反射器和中央接收器一樣, 是用一臺反射鏡將太陽光聚焦在一臺集熱器上, 不同之處是每一反射鏡加熱它自身的集熱器。大多數(shù)拋物面反射系統(tǒng)都是利用流體傳熱, 同樣也存在接收器的間題。為了解決這些間題, 人們正在恢復(fù)外樵機(jī), 其中以“ 斯特林循環(huán)” 發(fā)電系統(tǒng)效率最佳。這種系統(tǒng)保留了光伏電池的許多優(yōu)點(diǎn), 易于安裝, 無污染。 無論大小型裝置效率都很高, 是一種有發(fā)展前途的系統(tǒng)。拋物面引

5、聚焦收集器是呈拋物面狀的聚焦槽, 它是將太陽光聚焦在槽中央沿槽長方向臥置的管子上, 流體通過管子時(shí)被加熱, 變成蒸汽或熱液體, 從管子另一端出來、可用來驅(qū)動渦輪機(jī)或其他機(jī)械。 這種槽設(shè)計(jì)簡單, 只須增減槽的數(shù)量, 便能產(chǎn)生較大或較小的電量, 在較低溫度下也能順利運(yùn)行。 專家們預(yù)測, 這種技術(shù)在今后50 年內(nèi)將在太陽能市場上占主導(dǎo)地位。此外，我國還與美國合作設(shè)計(jì)并試制成功功率為5kW的碟式太陽能發(fā)電裝置樣機(jī)。并在2005年與以色列合作。在江蘇省南京市建成了第一座功率為75kw的太陽能塔式熱發(fā)電示范電站。并成功運(yùn)行發(fā)電。太陽能熱發(fā)電具有巨大的潛力，因此對于太陽能熱發(fā)電未來的發(fā)展。應(yīng)著眼于市場應(yīng)用的

6、開發(fā)。使太陽能熱發(fā)電真正溶人到我們的生活當(dāng)中。太陽能光伏發(fā)電太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能光伏電池組、太陽能控制器、蓄電池(組)組成。如輸出電源為交流220V或llov，還需要配置逆變器。太陽能光伏電池板是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的棱心部分。也是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換為電能?；蛩屯铍姵刂写鎯ζ饋?。或推動負(fù)載工作。太陽能光伏電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。太陽能控制器控制著整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)。并對蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。蓄電池一般為鉛酸電池，小微型系統(tǒng)

7、中。也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時(shí)將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，到需要的時(shí)候再釋放出來。太陽能光伏電池的原理太陽能電池內(nèi)部存在PN結(jié)。當(dāng)PN結(jié)處于平衡狀態(tài)時(shí)，在PN結(jié)處形成耗盡層。存在由N區(qū)到P區(qū)的勢壘電場。當(dāng)太陽光入射的能量大于硅禁帶寬度的時(shí)候，射人電池內(nèi)部的太陽光子。把電子從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，產(chǎn)生一個電子一空穴對。電子一空穴對隨即被勢壘電場分離，電子和空穴被分別推向N區(qū)和P區(qū)。并向PN結(jié)交接面處擴(kuò)散，當(dāng)?shù)竭_(dá)勢壘電場邊界時(shí)。受勢壘電場的作用，電子留在N區(qū)，空穴留在P區(qū)，形成內(nèi)建電場。而由于內(nèi)建電場的作用。N區(qū)中的空穴和P區(qū)中的。電子被分別推向?qū)Ψ絽^(qū)域。使N區(qū)積累了過

8、剩的電子。P區(qū)積累了過剩的空穴。即在P_N結(jié)兩側(cè)形成了與勢壘電場方向相反的光生電動勢。當(dāng)接人負(fù)載后，就會產(chǎn)生電流流出。太陽電池最新技術(shù)方面, 近年已有重大突破, 目前較先進(jìn)的單晶硅太陽電池生產(chǎn)工藝有美國斯坦福大學(xué)的擴(kuò)散點(diǎn)接觸工藝, 噴氣推進(jìn)研究所的鈍化發(fā)射區(qū)工藝, 橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室的激光退火擴(kuò)散爐鈍化工藝,SP re 公司的溝狀頂面工藝; 舊本的計(jì)算機(jī)模擬優(yōu)選工藝, 澳大利亞的鈍化發(fā)射區(qū)背電池工藝等。非晶太陽電池最新技術(shù)主要集中在組件的生產(chǎn)。在生產(chǎn)技術(shù)方面主要實(shí)施了絨面氧化錫正面電極, 改進(jìn)尸層摻雜法, 高反射率的背面金屬化, 組件的全激光劃線圈形以及低成本的噴徐密封技術(shù)等。有源太陽系統(tǒng)有源太陽系

9、統(tǒng)是將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能, 用于供熱水、供冷供暖、產(chǎn)業(yè)用熱源等的系統(tǒng)。具有集熱、蓄熱、供熱水、放熱等功能。太陽熱水器, 技術(shù)上已相當(dāng)成熟, 世界上利用太陽能的國家均已達(dá)到工業(yè)性生產(chǎn)階段, 并作為商品進(jìn)入市場。英、澳、美、日、以色列、法國和意大利等國已廣泛使用太陽能熱水器, 并建立了強(qiáng)大的太陽能熱水器工業(yè)。據(jù)報(bào)導(dǎo), 美國生產(chǎn)的平板式太陽能熱水器、真空管熱水器, 其性能均居世界先進(jìn)水平。生產(chǎn)各類太陽能熱水器廠家有200 多家,年銷售額10億美元以上。日本民用型系統(tǒng)巳商品化, 全國已安裝強(qiáng)制循環(huán)式太陽能熱水器3 萬多臺, 1990年底達(dá)到70 萬臺,13 %以上的家庭熱水均由太陽能提供。以色列法令規(guī)定

10、新建筑物必須配備太陽熱水器, 1990年底,家用太陽能熱水器普及率達(dá)到60 % , 能滿足全國熱水需要量的40 % , 滿足國家一次能源需求量的2%。澳大利亞是世界上太陽能熱水器工業(yè)最發(fā)達(dá)的國家之一, 目前已有30 多萬個住宅安裝太陽熱水系統(tǒng), 在西澳大利亞洲, 家庭太陽熱水器普及率已達(dá)到25 % 以上。歐洲共同體為了促進(jìn)太陽熱水器工業(yè)的發(fā)展, 大力支持英、法、西德、意大利和希臘五國的研究開發(fā)工作,1990 年底已推廣熱水器3。萬平方米。比1981年增長1 倍, 但普及率不算高。無源太陽系統(tǒng)無源太陽系統(tǒng)是收集太陽光和熱, 利用絕熱材料或建筑物進(jìn)行放熱調(diào)節(jié), 控制太陽光的熱傳遞t 和方向, 有效

11、地利用太陽能的系統(tǒng)。過去的系統(tǒng)技術(shù)主流是利用建筑物等提高無探效果。 最近由于材料技術(shù)的進(jìn)步, 已開發(fā)使用了具有調(diào)光材料, 透明絕熱材料等新機(jī)能無源太陽元件(控制能裸量及方向的能量轉(zhuǎn)換元件) 的無源太陽系統(tǒng)。這是最有前途的系統(tǒng), 已引起了人們普遍的關(guān)注。有代表性的無源太陽元件有調(diào)光材料、選擇放射材料、透明絕熱材料等。太陽能利用技術(shù)未來發(fā)展趨勢隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在世界范圍內(nèi)的實(shí)施,太陽能的開發(fā)利用將被推到新的高度。至本世紀(jì)中葉,世界范圍內(nèi)的能源問題、環(huán)境問題的最終解決將依靠可再生潔凈能源特別是太陽能的開發(fā)利用。1.提高太陽能熱利用效率有望獲得突破目前,世界范圍內(nèi)許多國家都在進(jìn)行新型高效集熱器的研制

12、,一些特殊材料也開始應(yīng)用于太陽能的儲熱,利用相變材料儲存熱能就是其中之一。相變貯能就是利用太陽能或低峰谷電能加熱相變物質(zhì),使其吸收能量發(fā)生相變(如從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)),把太陽能貯存起來。在沒有太陽的時(shí)間里,又從液態(tài)回復(fù)到固態(tài),并釋放出熱能,相變貯能是針對物質(zhì)的潛熱貯存提出來的,對于溫度波動小的采暖循環(huán)過程,相變貯能非常高效。而開發(fā)更為高效的相變材料將會成為未來提高太陽能熱利用效率研究的重要課題。2.太陽能建筑將得到普及太陽能建筑集成已成為國際新的技術(shù)領(lǐng)域?qū)⒂袩o限廣闊的前景。太陽能建筑不僅要求有高性能的太陽能部件,同時(shí)要求高效的功能材料和專用部件。如隔熱材料、透光材料、儲能材料、智能窗(變色玻璃)、

13、透明隔熱材料等,這些都是未來技術(shù)開發(fā)的內(nèi)容。3.新型太陽能電池開發(fā)技術(shù)可望獲得重大突破光伏技術(shù)的發(fā)展,近期將以高效晶體硅電池為主,然后逐步過渡到薄膜太陽能電池和各種新型太陽能光電池的發(fā)展。薄膜太陽能電池以及各種新硅太陽能電池具有生產(chǎn)材料廉價(jià)、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn),隨著研發(fā)投人的加大,必將促使其中二種獲得突破,只要有新型電池取得突破,就會使光電池局面得到極大的改善。4.太陽能光電制氫產(chǎn)業(yè)將得到大力發(fā)展隨著光電化學(xué)及光伏技術(shù)和各種半導(dǎo)體電極試驗(yàn)的發(fā)展,使得太陽能制氫成為氫能產(chǎn)業(yè)的最佳選擇。氫能具有重量輕、熱值高、爆發(fā)力強(qiáng)、品質(zhì)純凈、貯存便捷等許多優(yōu)點(diǎn)。隨著太陽能制氫技術(shù)的發(fā)展,用氫能取代碳?xì)浠_物能源將是本世紀(jì)的一個重要發(fā)展趨勢。5.空間太陽能電站顯示出良好的發(fā)展前景隨著人類航天技術(shù)以及微波輸電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,空間太陽能電站的設(shè)想可望得到實(shí)現(xiàn)由于空間太陽能電站不受天氣、氣候條件的制約其發(fā)展顯示出美好的前景,是人類大規(guī)模利用太陽能的另一條有效途徑。總結(jié)進(jìn)入21世紀(jì)以