太陽能轉(zhuǎn)換技術(shù)

1、太陽能轉(zhuǎn)換技術(shù)太陽能是一種輻射能，具有即時(shí)性，必須即時(shí)轉(zhuǎn)換成其它形式能 量才能利用和貯存。將太陽能轉(zhuǎn)換成不同形式的能量需要不同的能量 轉(zhuǎn)換器，集熱器通過吸收面可以將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，利用光伏效應(yīng) 太陽電池可以將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，通過光合作用植物可以將太陽能 轉(zhuǎn)換成生物質(zhì)能，等等。原則上，太陽能可以直接或間接轉(zhuǎn)換成任何 形式的能量，但轉(zhuǎn)換次數(shù)越多，最終太陽能轉(zhuǎn)換的效率便越低。2.2.1太陽能-熱能轉(zhuǎn)換黑色吸收面吸收太陽輻射，可以將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，其吸收性 能好，但輻射熱損失大，所以黑色吸收面不是理想的太陽能吸收面。選擇性吸收面具有高的太陽吸收比和低的發(fā)射比，吸收太陽輻射 的性能好，且輻射熱損失

2、小，是比較理想的太陽能吸收面。這種吸收 面由選擇性吸收材料制成，簡稱為選擇性涂層。它是在本世紀(jì)40年 代提出的，1955年達(dá)到實(shí)用要求，70年代以后研制成許多新型選擇 性涂層并進(jìn)行批量生產(chǎn)和推廣應(yīng)用，目前已研制成上百種選擇性涂 層。我國自70年代開始研制選擇性涂層，取得了許多成果，并在太 陽集熱器上廣泛使用，效果十分顯著。2. 2. 2太陽能一電能轉(zhuǎn)換電能是一種高品位能量，利用、傳輸和分配都比較方便。將太陽 能轉(zhuǎn)換為電能是大規(guī)模利用太陽能的重要技術(shù)基礎(chǔ)，世界各國都十分 重視，其轉(zhuǎn)換途徑很多，有光電直接轉(zhuǎn)換，有光熱電間接轉(zhuǎn)換等。這 里重點(diǎn)介紹光電直接轉(zhuǎn)換器件一太陽電池。世界上，1941年出現(xiàn)有關(guān)

3、硅太陽電池報(bào)道，1954年研制成效率 達(dá)6%的單晶硅太陽電池，1958年太陽電池應(yīng)用于衛(wèi)星供電。在70 年代以前，由于太陽電池效率低，售價(jià)昂貴，主要應(yīng)用在空間。70 年代以后，對太陽電池材料、結(jié)構(gòu)和工藝進(jìn)行了廣泛研究，在提高效 率和降低成本方面取得較大進(jìn)展，地面應(yīng)用規(guī)模逐漸擴(kuò)大，但從大規(guī) 模利用太陽能而言，與常規(guī)發(fā)電相比，成本仍然大高。目前，世界上太陽電他的實(shí)驗(yàn)室效率最高水平為：單晶硅電池 24%(4cm2)，多晶硅電池 18。6%(4cm2)，InGaP / GaAs 雙結(jié)電池 30.28%(AM1)，非晶硅電池14. 5%(初始)、12. 8 (穩(wěn)定)，碲化鎬電池15. 8%，硅帶電池14

4、. 6%，二氧化鈦有機(jī)納米電池 10. 96%。我國于1958年開始太陽電他的研究，40多年來取得不少成果。 目前，我國太陽電他的實(shí)驗(yàn)室效率最高水平為：單晶硅電池20. 4% (2cmX2cm)，多晶硅電池 14. 5% (2cmX2cm)、12% (10cmX10cm)，GaAs 電池 20. 1% (IcmXcm)，GaAs / Ge 電池 19. 5% (AM0)，CulnSe 電池9%(lcmX1cm)，多晶硅薄膜電池13. 6%(lcmX1cm,非活 性硅襯底)，非晶硅電池 8. 6% (10cmX10cm)、7. 9% (20cmX20cm)、 6. 2%(30cmX30cm),二

5、氧化鈦納米有機(jī)電池 10%(1cmX1cm)。2. 2. 3太陽能一氫能轉(zhuǎn)換氫能是一 種高品位能源。太陽能可以通過分解水或其它途徑轉(zhuǎn) 換成氫能，即太陽能制氫，其主要方法如下：太陽能電解水制氫電解水制氫是目前應(yīng)用較廣且比較成熟的方法，效率較高(75% -85%)，但耗電大，用常規(guī)電制氫，從能量利用而言得不償失。所 以，只有當(dāng)太陽能發(fā)電的成本大幅度下降后，才能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電解水 制氫。太陽能熱分解水制氫將水或水蒸汽加熱到3000K以上，水中的氫和氧便能分解。這種 方法制氫效率高，但需要高倍聚光器才能獲得如此高的溫度，一般不 米用這種方法制氫。太陽能熱化學(xué)循環(huán)制氫為了降低太陽能直接熱分解水制氫要求的高

6、溫，發(fā)展了一種熱化 學(xué)循環(huán)制氫方法，即在水中加入一種或幾種中間物，然后加熱到較低 溫度，經(jīng)歷不同的反應(yīng)階段，最終將水分解成氫和氧，而中間物不消耗，可循環(huán)使用。熱化學(xué)循環(huán)分解的溫度大致為900-1200K，這是普 通旋轉(zhuǎn)拋物面鏡聚光器比較容易達(dá)到的溫度，其分解水的效率在17. 5%-75. 5%。存在的主要問題是中間物的還原，即使按99. 9% -99.99%還原，也還要作0.1%-0.01%的補(bǔ)充，這將影響氫的價(jià)格，并造成環(huán)境污染。4）太陽能光化學(xué)分解水制氫這一制氫過程與上述熱化學(xué)循環(huán)制氫有相似之處，在水中添加某 種光敏物質(zhì)作催化劑，增加對陽光中長波光能的吸收，利用光化學(xué)反應(yīng)制氫。日本有人利用

7、碘對光的敏感性， 設(shè)計(jì)了一套包括光化學(xué)、熱電反應(yīng)的綜合制氫流程，每小時(shí)可產(chǎn)氫97升，效率達(dá)10%左右。5）太陽能光電化學(xué)電池分解水制氫1972年，日本本多健一等人利用n型二氧化鈦半導(dǎo)體電極作陽 極，而以鉑黑作陰極，制成太陽能光電化學(xué)電池，在太陽光照射下， 陰極產(chǎn)生氫氣，陽極產(chǎn)生氧氣，兩電極用導(dǎo)線連接便有電流通過，即 光電化學(xué)電池在太陽光的照射下同時(shí)實(shí)現(xiàn)了分解水制氫、制氧和獲得 電能。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果引起世界各國科學(xué)家高度重視，認(rèn)為是太陽能技 術(shù)上的一次突破。但是，光電化學(xué)電他制氫效率很低，僅0. 4%，只能吸收太陽光中的紫外光和近紫外光，且電極易受腐蝕，性能不穩(wěn) 定，所以至今尚未達(dá)到實(shí)用要求。6）

8、太陽光絡(luò)合催化分解水制氫從1972年以來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)三聯(lián)毗啶釘絡(luò)合物的激發(fā)態(tài)具有 電子轉(zhuǎn)移能力，并從絡(luò)合催化電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)，提出利用這一過程進(jìn)行 光解水制氫。這種絡(luò)合物是一種催化劑，它的作用是吸收光能、產(chǎn)生 電荷分離、電荷轉(zhuǎn)移和集結(jié)，并通過一系列偶聯(lián)過程，最終使水分解 為氫和氧。絡(luò)合催化分解水制氫尚不成熟，研究工作正在繼續(xù)進(jìn)行。7）生物光合作用制氫40多年前發(fā)現(xiàn)綠藻在無氧條件下，經(jīng)太陽光照射可以放出氫氣； 十多年前又發(fā)現(xiàn)，蘭綠藻等許多藻類在無氧環(huán)境中適應(yīng)一段時(shí)間，在 一定條件下都有光合放氫作用。目前，由于對光合作用和藻類放氫機(jī)理了解還不夠，藻類放氫 的效率很低，要實(shí)現(xiàn)工程化產(chǎn)氫還有相當(dāng)大的距離。據(jù)估計(jì)，如藻類 光合作用產(chǎn)氫效率提高到10%，則每天每平方米藻類可產(chǎn)氫9克分 子，用5萬平方公里接受的太陽能，通過光合放氫工程即可滿足美國 的全部燃料需要。2. 2. 4太陽能-生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換通過植物的光合作用，太陽能把二氧化碳和水合成有機(jī)物（生 物質(zhì)能）并放出氧氣。光合作用是地球上最大規(guī)模轉(zhuǎn)換太陽能的過程， 現(xiàn)代人類所用燃料是遠(yuǎn)古和當(dāng)今光合作用固定的太陽能，目前，光合 作用機(jī)理尚不完全清楚，能量轉(zhuǎn)換效率一般只有百分之幾，今后對其 機(jī)理的研究具有重大的理論意義和實(shí)際意義。2. 2. 5太陽能-機(jī)械能轉(zhuǎn)換20