太陽能(節(jié)能減排)

1、太陽能光伏發(fā)電與節(jié)能減排摘要：當(dāng)今時代，太陽能逐漸成為人們可信賴并且能夠依靠的重要能源，它具有 一些其它能源無可比擬的優(yōu)勢。人們對它的關(guān)注度與日俱增，并且依靠先 進(jìn)的科學(xué)技術(shù)將其應(yīng)用與生產(chǎn)與生活的各個領(lǐng)域。本文就太陽能光伏發(fā)電 這一重要技術(shù)做出簡單的研究與探討，從工作原理、實(shí)際應(yīng)用、對節(jié)能減 排的重大意義等方面一一對其做出分析與評價(jià)。關(guān)鍵詞：太陽能 光伏發(fā)電 原理與構(gòu)成應(yīng)用 節(jié)能減排能源在發(fā)展中的重要地位不言而喻，在科技飛速發(fā)展、資源日益緊缺的今天， 全世界的科學(xué)家都把目光集中到儲量巨大、清潔的新型能源上，而太陽能就是其 中的佼佼者。人類對太陽能的利用早已興起，近年來光伏發(fā)電這一技術(shù)又出現(xiàn)了

2、長足的進(jìn)步。如何有效收集并且利用太陽的無窮能量，怎樣將其變?yōu)槲覀冏钚枰?的能量形式？對于這些問題我們已經(jīng)有了答案。首先簡單介紹一下太陽能光伏發(fā)電工作原理和系統(tǒng)組成。光伏發(fā)電原理光伏發(fā)電，其基本原理就是“光伏效應(yīng)”。光子照射到金屬上時，它的能量可以被金屬中某個電子全部吸收，電子吸收的能量足夠大，能克服金屬內(nèi)部引力做功，離開金屬表面逃逸出來，成為光電子。而當(dāng)太陽光照射在太陽能電池上時，電池吸收光能，產(chǎn)生光電子一空穴對。在電 池內(nèi)建電場的作用下，光電子與空穴被分離，出現(xiàn)異電荷的積累，即產(chǎn)生“光生 電壓”，這就是“光生伏特效應(yīng)”，簡稱“光伏效應(yīng)”。太陽能轉(zhuǎn)換為電能的工作原理可概括為3個過程：太陽能電池

3、吸收一定能 量的光子后，半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電子-空穴對，產(chǎn)生“光生載流子”，兩者的電性相 反，電子帶負(fù)電，空穴帶正電；電極相反凡人光生載流子被半導(dǎo)體p-n結(jié)所產(chǎn) 生的靜電場分離開；光生載流子電子和空穴分別被太陽能電池的正、負(fù)極所收 集，并在外電路中產(chǎn)生電流，從而獲得電能。太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)又稱太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。地面太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的 運(yùn)行方式，主要可分為離網(wǎng)運(yùn)行和聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行兩大類。未與公共電網(wǎng)相連接的太陽 能光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為離網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)（又稱獨(dú)立性太陽能光伏發(fā)電系 統(tǒng)）；與公共電網(wǎng)相聯(lián)接的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)統(tǒng)稱為聯(lián)網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系 統(tǒng)。不論是獨(dú)立使用還是并網(wǎng)發(fā)電,

4、光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板（組件）、 控制器和逆變器三大部分組成，其中：離網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)用電負(fù)載 的特點(diǎn)，可分為直流系統(tǒng)、交流系統(tǒng)和交直流混合系統(tǒng)等幾種。其主要區(qū)別是系 統(tǒng)中是否帶有逆變器。一般來說，離網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要的由太陽能電 池方陣、控制器、蓄電池組、直流/交流逆變器等部分組成；聯(lián)網(wǎng)型太陽能光伏 發(fā)電系統(tǒng)可分為集中式大型聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)和分散式小型聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)兩大類型。 其中住宅型光伏系統(tǒng)由于建設(shè)容易、投資不大、稱為主流。典型住宅聯(lián)網(wǎng)型光伏 系統(tǒng)主要由太陽能電池方陣、聯(lián)網(wǎng)逆變器和控制器三大部分構(gòu)成。下面以離網(wǎng)型太陽能發(fā)電系統(tǒng)為例具體介紹各部分的組成結(jié)構(gòu)：太陽能電池方

5、陣太陽能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，尺寸一般是2cm*2cm到15cm*15cm 不等。太陽能電池單體的工作電壓為0.450.5V，工作電流為2025mA/cm*cm， 一般不能單獨(dú)作為電源使用。將太陽能電池進(jìn)行串并聯(lián)并封裝后，就可成為太陽 能電池組件，一般功率為幾瓦、幾十瓦、甚至是100300瓦，是可以單獨(dú)做為 電源使用的最小單元。太陽能電池組件在經(jīng)過串并聯(lián)并裝在支架上，就可以構(gòu)成 了太陽能電池方陣，可以滿足負(fù)載所需要的輸出功率。防反充二極管又稱阻塞二極管。其作用是避免由于太陽能電池方陣在陰雨天和夜晚不發(fā)電 時或出現(xiàn)短路故障時，蓄電池通過太陽能電池方陣發(fā)電。蓄電池組其作用是儲存太陽能電池方

6、陣受光照時所發(fā)出的電能并隨時向負(fù)載供電。控制器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一。一般具備如下功能：信號檢測 蓄電 池最優(yōu)充電控制蓄電池充電管理設(shè)備保護(hù)故障診斷定位運(yùn)行狀態(tài)指示逆變器逆變器是將直流電換成交流電的設(shè)備。由于太陽能電池方陣和蓄電池組發(fā)出 的是直流電，當(dāng)負(fù)載是交流負(fù)載時，逆變器是不可缺少的。要求能輸出一個電 壓穩(wěn)定的交流電。能輸出一個頻率穩(wěn)定的交流電。輸出的電壓及其頻率在一 定范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)。具有一定的過載能力。輸出電壓波形含諧波成分盡量小。 具有短路、過載、過熱、過電壓、欠電壓等保護(hù)功能和報(bào)警功能。起動平穩(wěn)， 啟動電流小，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。環(huán)流損失小，逆變效率高。具有快速的動態(tài)響 應(yīng)。光伏發(fā)

7、電技術(shù)的的出現(xiàn)與日益完善，極大地提高了人類對太陽能的利用效 率，使其能夠在多個方面為人類服務(wù)，為生產(chǎn)生活提供便利。太陽能電池較早在日常生活中的應(yīng)用是1980年在計(jì)算器上的使用。這主要 有兩個原因：第一是半導(dǎo)體集成電路IC、LSI的發(fā)展，使得電子產(chǎn)品消耗的點(diǎn)亮 大幅度下降，在室內(nèi)燈光下，太陽能電池也能產(chǎn)生電力，可以充分地使計(jì)算器等 電子產(chǎn)品正常工作；另一個原因是電子產(chǎn)品工作所必需的電壓能從一個基片上得 到，這樣一種新的集成型非晶硅（a-Si）太陽能電池可以便宜地制造。太陽能電 池計(jì)算器實(shí)用化后，從手表開始，逐漸推廣到各種電子產(chǎn)品的應(yīng)用。下面介紹下 太陽能電池在日常生活中的幾個應(yīng)用。一、太陽能手表

8、為減少手表中電池的更換，同時考慮到保護(hù)環(huán)境，在太陽能電池基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了對充電電池進(jìn)行充電的太陽能手表，如圖所示。由于手表在黑暗的地方也必須工作，所以設(shè)計(jì)了由充電電池提供電力，太 陽能電池再對充電電池進(jìn)行充電的方法。用保護(hù)二極管防止電流流向太陽能電 池，用重點(diǎn)控制電路防止充電電池充電過度。為了提高充電電池電池壽命也可以 采用電動雙疊層電容代替充電電池。太陽能電池所提供的電流是與亮度成正比的。在熒光燈及雨天時，由于亮度 小，幾乎不能充電。實(shí)質(zhì)性的充電只有在太陽能電池受到太陽光照射時才能進(jìn)行。 因此，太陽能手表是以可以用太陽能進(jìn)行充電為前提進(jìn)行設(shè)計(jì)的。由于手表的消 費(fèi)能力隨著IC的進(jìn)步明顯地減少，因此

9、一般設(shè)計(jì)成在某種程度上（通常是數(shù)月 以上）即使有持續(xù)不充電的日子，手表也可以照常進(jìn)行工作。二、太陽能熱水器太陽能熱水器把太陽光能轉(zhuǎn)化為熱能，將水從低溫度加熱到高溫度， 以滿足人們在生活、生產(chǎn)中的熱水使用。太陽能熱水器是由集熱管、儲水 箱及相關(guān)附件組成，把太陽能轉(zhuǎn)換成熱能主要依靠集熱管。集熱器受陽光 照射面溫度高，集熱管背陽面溫度低，而管內(nèi)水便產(chǎn)生溫差反應(yīng)，利用熱 水上浮冷水下沉的原理，使水產(chǎn)生微循環(huán)而達(dá)到所需熱水。太陽輻射透過玻璃蓋板，被集熱板吸收后沿肋片和管壁傳遞到吸熱管 內(nèi)的水。吸熱管內(nèi)的水吸熱后溫度升高，比重減小而上升，形成一個向上 的動力，構(gòu)成一個熱虹吸系統(tǒng)。隨著熱水的 不斷上移并儲存

10、在儲水箱上部， 同時通過下循環(huán)管不斷補(bǔ)充溫度較低的水，如此循環(huán)往復(fù)，最終整箱水都 升高至一定的溫度。三、太陽能燈太陽能燈是由太陽能電池板轉(zhuǎn)換為電能。在白天，即使是在陰天，這個太陽 能發(fā)電機(jī)（太陽能板）收集，存儲需要的能量。因此，太陽產(chǎn)生能量，是用來生 產(chǎn)電力。太陽能作為一種“取之不盡，用之不竭”的安全、環(huán)保新能源越來 越受到重視。左圖為實(shí)物圖，右圖為其工作電路圖。太陽能燈，可廣泛用于草地、廣場、公園等場 合的點(diǎn)綴裝飾，屬于燈具技術(shù)領(lǐng)域。其主要采用燈罩連接底托，電池 板置于電池盒上內(nèi)置于燈罩 內(nèi)，電池盒安裝在底托上，發(fā)光二極管安裝在 電池板上，太陽能電池板采用導(dǎo)線連接可充蓄電池及控制電路。實(shí)用新

11、型結(jié)構(gòu)一體性、簡單、緊湊，合理；無外接電源線，使用安裝方便，外形美觀；由于采用發(fā)光二極管置于底托內(nèi)，發(fā)光后整個 燈體都被照亮，光感效果更佳；所有電器元件內(nèi)置 具有很好的實(shí)用性。太陽能電池在生活中的其他應(yīng)用還有汽車電瓶充電器、一般充電器、交通上 的自發(fā)光障礙物指示燈、道路路標(biāo)、方向指示標(biāo)等，應(yīng)用可謂極其廣泛。綜上所述，太陽能的光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)有了較為成熟的技術(shù)和非常廣泛的應(yīng) 用，并且不難看出其與我國目前所倡導(dǎo)的節(jié)能減排有十分密切的聯(lián)系。節(jié)能減排有廣義和狹義之分，廣義而言是指節(jié)約物質(zhì)資源和能量資源，減少 廢棄物和環(huán)境有害物（包括三廢和噪聲等）排放；狹義而言，是指節(jié)約能源和減 少環(huán)境有害物排放。針對

12、于伴隨我國目前經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展而產(chǎn)生的高耗能、高污染 行業(yè)過快增長的嚴(yán)峻形勢，依靠科技，加快技術(shù)開發(fā)和推廣是解決這一問題的有 效途徑。包括光伏發(fā)電在內(nèi)的太陽能的一系列有效利用形式，一定能夠在全世界 的節(jié)能減排過程中發(fā)揮其重大的作用。經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)保是困擾現(xiàn)代社會發(fā)展的三大問題，簡稱為3E（Economy Environment Energy），然而，隨著工業(yè)化的推進(jìn)和人口的增長，我們常用的各 種資源出現(xiàn)了不同程度的危機(jī)，按照現(xiàn)在的發(fā)展趨勢，石油、天然氣和鈾礦的可 采時間不過60年，煤炭大約只有200多年。世人的目光紛紛投向了新能源，太 陽能便以其獨(dú)一無二的優(yōu)勢引起了人們的關(guān)注：它可謂取之不盡、用之

13、不竭。照 射在地球上的太陽能非常巨大，大約40分鐘照射在地球上的太陽能，便足以供 全球人類一年能量的消費(fèi)；太陽能發(fā)電絕對干凈，不產(chǎn)生公害，無污染。所以太 陽能被譽(yù)為是理想的能源，潔凈、可再生，是傳統(tǒng)化石能源最為重要的替代品。太陽能獲得電力同以往其他電源發(fā)電原理完全不同，具有以下特點(diǎn)：無枯 竭危險(xiǎn)；絕對干凈（無公害）；不受資源分布地域的限制；可在用電處就 近發(fā)電；能源質(zhì)量高；使用者從感情上容易接受；獲取能源花費(fèi)的時間短。 當(dāng)然也有不足之處：照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積；獲得的能 源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關(guān)；儲存困難，效率不夠高；目前費(fèi)用 較高。但總的說來，瑕不掩瑜，作為新能源，

14、太陽能具有極大優(yōu)點(diǎn)。二氧化碳是 造成全球變暖的禍?zhǔn)?，引發(fā)了一系列環(huán)境問題，為此，我國簽署京東議定書， 并根據(jù)聯(lián)合國報(bào)告減少20%的碳排放。太陽能光伏發(fā)電能夠?qū)崿F(xiàn)近乎為零的碳排 放量，能夠有效控制我國在生產(chǎn)生活中的二氧化碳排放。通過對比不同的發(fā)電設(shè) 備，在大規(guī)模生產(chǎn)中，多晶硅太陽能電池EPT（能源開發(fā)投資的回收時間）只需 2到3年，非晶硅則更短，能夠很快實(shí)現(xiàn)凈能源產(chǎn)出并且獲利。由于太陽能發(fā)電的諸多優(yōu)點(diǎn)，世界各國都在該方向投入了大量人力物力進(jìn)行 科學(xué)研究，并有許多卓有成就的建設(shè)項(xiàng)目。如德國阿爾斯坦地區(qū)的12兆瓦光伏 電站，美國光伏發(fā)電的“百萬屋頂計(jì)劃”日本的“陽光計(jì)劃”世界上最大的太 陽能光電廠：

15、西班牙Olmedilla Photovoltaic Park電廠等等。我國擁有世界上 豐富的太陽能資源，尤其以中西部地區(qū)（西藏、青海、新疆等地）日照時間長， 輻射強(qiáng)度高，是理想的光伏發(fā)電地區(qū)，我國也在大力投資建設(shè)許多相關(guān)項(xiàng)目。羊 八井的光伏電站，香港的北京路環(huán)保大廈，保定電谷錦江國際酒店等，都很好地 應(yīng)用了光伏發(fā)電技術(shù)。我國的無錫尚德、常州天合、保定英利等企業(yè)的光伏設(shè)備 制造均處于世界領(lǐng)先行列，其中尚德公司CEO施正榮為我國光伏產(chǎn)業(yè)做出了巨大 貢獻(xiàn)，先后榮獲美國時代周刊“環(huán)保英雄”、“2007綠色國家年度人物獎” 和“可以拯救地球的50人”等多項(xiàng)榮譽(yù)稱號。凡此種種，都有力的論證了太陽能光伏發(fā)電

16、技術(shù)在節(jié)能減排道路上的巨大潛 質(zhì)。如今，在國家政策的積極支持下，太陽能發(fā)電的高速發(fā)展和大容量應(yīng)用的時 代即將到來。相信在提高太陽能電池發(fā)電效率，降低成本，研發(fā)更加成熟與穩(wěn)定 的應(yīng)用技術(shù)之后，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)能夠更有效地解決能源枯竭、污染嚴(yán)重的 環(huán)境問題，為世人造福，創(chuàng)造更加清潔純凈的地球環(huán)境！參考文獻(xiàn)：太陽能光伏電池及應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電實(shí)用技術(shù)（第二版）主編:王長貴 王斯成張曉東，杜云貴，鄭永剛.核能及新能源發(fā)電技術(shù).中國電力出版社，2008沈輝，曾祖勤.太陽能光伏發(fā)電技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社，2005馮垛生.太陽能發(fā)電原理與應(yīng)用.人民郵電出版社，2007石璟麗，都志杰，任東明.中國無電地區(qū)可再生能源電力建設(shè)，2009節(jié)能減排_百度百科 HYPERLINK /view/981515.htm /view/981515.htm京都議定書_ 百度百科 HYPERLINK /view/41423.htm /view/41423.htm太陽能發(fā)電_ 百度百科 HYPERLINK /view/357358