第二章 太陽能

1、第二章第二章 太陽能太陽能能源技術概論 Page 2第一節(jié)第一節(jié) 太陽概述太陽概述2.1.1太陽日地距離1.5x108km。體積是地球的130萬倍質(zhì)量是地球的33萬倍含H78.4%，He19.8%，其他1.8% Page 4內(nèi)部：內(nèi)部：1.內(nèi)核00.23R，4x107K，密度為水的100倍，占整個太陽質(zhì)量的40%溫度極高，壓力極大，所有物質(zhì)為等離子態(tài)（物質(zhì)原子內(nèi)的電子在脫離原子核的吸引而形成帶負電的自由電子和帶正電的離子共存的狀態(tài)）熱核反應區(qū)，90%太陽能量的來源，產(chǎn)生射線太陽結構太陽結構 Page 52.中階層（輻射層）0.230.7R，1.3x105K，密度為水的0.079，主要的輻射輸出

2、區(qū)域3.對流層0.7RR，溫度為6000K，密度為水的千分之一。太陽結構太陽結構 Page 6外部：外部：1.光球?qū)涌吹降奶柋砻妫?000K，厚約為500km，強電離氣體組成。2.色球?qū)?000K，密度極低，太陽風的產(chǎn)區(qū)3.日冕溫度一百多萬K，高能輻射釋放區(qū)域太陽結構太陽結構 Page 7到達地球大氣層外部的太陽輻射基本到達地球大氣層外部的太陽輻射基本為一個常數(shù)為一個常數(shù)太陽輻射常數(shù)Isc=1.35x103W/m2大部分短波輻射被地球外層臭氧層和電離層所吸收2.1.2 到達地球的太陽輻射能到達地球的太陽輻射能 Page 8太陽能的熱利用1.低溫：熱水器、被動式太陽房、太陽能干燥關鍵部件：平板

3、集熱器2.1.3 太陽能的利用太陽能的利用平板集熱器 Page 10太陽能的熱利用2.中溫：用于工業(yè)供熱關鍵部件：聚光集熱器2.1.3 太陽能的利用太陽能的利用 Page 11太陽能的熱利用3.高溫：大型熱發(fā)電關鍵部件：旋轉物面聚光集熱器、定日鏡場2.1.3 太陽能的利用太陽能的利用 Page 12太陽能的光利用1.太陽能電池：單晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化鎵、硫化鎘2.光化學制氫：直接分解水、電池分解水、太陽光絡合催化分解水（通過配位作用而使反應物分子活化）2.1.3 太陽能的利用太陽能的利用第二節(jié)第二節(jié) 太陽能太陽能-熱能熱能交換技術交換技術2.2.1 太陽能熱發(fā)電技術1.類型（1）熱動力發(fā)

4、電：集熱器加熱水，水蒸氣推動葉輪機旋轉發(fā)電（目前主要的應用方式）（2）熱電直接轉換：熱離子發(fā)電、磁流體發(fā)電2.原理：太陽能加熱工質(zhì)（水）工質(zhì)在蒸發(fā)器中過熱產(chǎn)生蒸汽通過人工透平蒸汽加速推動葉輪機旋轉發(fā)電3.系統(tǒng)組成：集熱系統(tǒng)、熱傳輸系統(tǒng)、蓄熱與熱交換系統(tǒng)、汽輪機發(fā)電系統(tǒng)、凝結收集系統(tǒng)4.發(fā)電系統(tǒng)類型：塔式電站、碟式電站、槽式電站、太陽能煙囪（無工質(zhì)）（P8）5.集熱吸收器（P10）2.2.2 太陽能供暖技術1.類型被動式、主動式、光伏建筑一體化（BIPV）2.發(fā)展趨勢：光電與光熱結合太陽能與建筑結合2.2.3制冷技術H2O-LiBr系統(tǒng)氨水系統(tǒng)噴射式制冷系統(tǒng)：工質(zhì)蒸汽為制冷系統(tǒng)供能、利用冷凝器2

5、.2.4 太陽能熱水系統(tǒng)集熱器、蓄熱器、循環(huán)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)2.2.5 其他技術（P26）第三節(jié)第三節(jié) 太陽能太陽能-光電光電轉換技術轉換技術太陽能電池的優(yōu)點：1.取之不盡2.模塊化安裝，靈活，建設周期短3.不受化石能源限制4.沒有運動部件，維護簡單，不易損壞5.清潔（P30）太陽能電池的缺點：1.受氣候限制2.發(fā)電間歇性，需要存儲設備3.能量密度低，建設規(guī)模大4.初始投資大光伏效應（光伏效應（P30）太陽能電池的分類：1.晶體硅電池（單晶硅+多晶硅）2.非晶硅電池3.半導體化合物太陽能電池4.納米晶太陽能電池2.3.1 晶體硅太陽能電池1. 單晶硅2. 多晶硅1.光伏效應電子-空穴對傳導的電子

6、光截留子2.P型半導體：受主，接收半導體價帶電子N型半導體：施主，向半導體輸送電子晶體硅電池原理（晶體硅電池原理（P33）1.P型硅原子核周圍有四個電子，硅晶體中加入硼原子后，硼原子周圍有三個電子，硼原子與硅原子形成網(wǎng)格結構后，會形成一個空穴，因沒有電子而不穩(wěn)定?？昭ㄈ菀捉邮针娮佣泻?，變?yōu)镻型導體2.N型硅晶體中加磷原子后，磷原子周圍有五個電子，硼原子與硅原子形成網(wǎng)格結構后，會多出一個電子，多出的電子非?；钴S，不穩(wěn)定。電子釋放，變?yōu)镹型導體3.P型N型半導體結合，在接觸面形成電勢差晶體硅電池結構要點晶體硅電池結構要點1.半導體為不良導體，電阻損耗大，向光層若全為金屬，則陽光無法穿透，不會形成

7、電流2.所以向光層采用增投涂層（減反射層）和金屬網(wǎng)格結構，覆蓋P-N結。2.3.2 非晶硅太陽能電池非晶硅太陽能電池特點：1. 無晶體結構，很薄2.厚度為晶體硅的1/5003.原子無規(guī)則排列4.P與N間，加入本證層i5.主要關注：提高效率；提高可靠性；批量生產(chǎn)技術太陽能電池的分代太陽能電池的分代第一代：單晶硅電池第二代：多晶硅、非晶硅第三代：化合物薄膜太陽能電池、薄膜Si系太陽能電池2.3.3 化合物半導體太陽能電池化合物半導體太陽能電池1. 碲花鎘電池CdTe發(fā)展最快、高效廉價，太陽能利用率7.716%2.銅銦鎵硒電池CuInSe23.磷化銦電池InP4.砷化鎵電池GaAs太陽能利用效率最高28%，成本高昂2.3.4 染料敏化納米晶化學太陽能電池染料敏化納米晶化學太陽能電池1. 納米晶網(wǎng)格結構類似于葉綠素中的類囊體，起支撐作用2.染料分子類似于葉綠素，吸收光子的作用3.壽命長達15年，效率78%4.成本僅為硅太陽能電池的1020%第四節(jié)第四節(jié) 太陽能光伏并網(wǎng)太陽能光伏并網(wǎng)首要要求：將光伏發(fā)電的直流電，通過逆變器，逆變器，整流器整流器，變?yōu)橥l率、同相位的交流電，并入電網(wǎng)組成：光伏陣列、電能轉換系統(tǒng)、控制系統(tǒng)太陽能光伏系統(tǒng)并網(wǎng)優(yōu)勢太陽能光伏系統(tǒng)并網(wǎng)優(yōu)勢1.直接發(fā)電并網(wǎng)，免除配置蓄電設備，減少能量轉換損耗和成本2.使用公用電網(wǎng)，降低