太陽(yáng)能技術(shù)應(yīng)用

太陽(yáng)能技術(shù)應(yīng)用主講：萬(wàn)少華一、太陽(yáng)能能量轉(zhuǎn)換（概述）

太陽(yáng)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(yáng)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(guò)吸收面可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能，利用光伏效應(yīng)太陽(yáng)電池可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，通過(guò)光合作用植物可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成生物質(zhì)能，還有轉(zhuǎn)化成氫能和各種機(jī)械能等等。原則上，太陽(yáng)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(yáng)能轉(zhuǎn)換的效率便越低。

一、太陽(yáng)能能量轉(zhuǎn)換（章節(jié)）

太陽(yáng)能-熱能轉(zhuǎn)換1

太陽(yáng)能-電能轉(zhuǎn)換2

太陽(yáng)能-氫能轉(zhuǎn)換3

太陽(yáng)能-生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換4

太陽(yáng)能-機(jī)械能轉(zhuǎn)換

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太陽(yáng)能-熱能轉(zhuǎn)換

太陽(yáng)輻射的能流密度低，在利用太陽(yáng)能時(shí)為了獲得足夠的能量，或者為了提高溫度，必須采用一定的技術(shù)和裝置（集熱器），對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行采集太陽(yáng)能集熱器是吸取太陽(yáng)輻射能并向物質(zhì)（水或空氣）傳遞熱量的裝置，是太陽(yáng)能熱水器最重要的組成部分，其性能與成本對(duì)太陽(yáng)能熱水器的優(yōu)劣起決定性作用。目前，太陽(yáng)能集熱器主要有平板、全玻璃真空管、熱管式真空管三種。返回1、

太陽(yáng)能-熱能轉(zhuǎn)換

(平板集熱器)平板集熱器是在17世紀(jì)后期發(fā)明的，但直至1960年以后才真正進(jìn)行深入研究和規(guī)?；瘧?yīng)用。在太陽(yáng)能低溫利用領(lǐng)域，平板集熱器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能遠(yuǎn)比聚光集熱器好。

1、

太陽(yáng)能-熱能轉(zhuǎn)換(真空管集熱器)真空集熱管大體可分為：全玻璃真空集熱管，玻璃-U型管真空集熱管，玻璃。金屬熱管真空集熱管，直通式真空集熱管和貯熱式真空集熱管。1、

太陽(yáng)能-熱能轉(zhuǎn)換(聚光集熱器)聚光集熱器主要由：聚光器、吸收器和跟蹤系統(tǒng)三大部分組成。

2、

太陽(yáng)能-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(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能是大規(guī)模利用太陽(yáng)能的重要技術(shù)基礎(chǔ)，世界各國(guó)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.這里簡(jiǎn)單介紹光電直接轉(zhuǎn)換器件--太陽(yáng)電池。

返回2、

太陽(yáng)能-電能轉(zhuǎn)換舉例2、

太陽(yáng)能-電能轉(zhuǎn)換

目前，世界上太陽(yáng)電池的實(shí)驗(yàn)室效率最高水平為：?jiǎn)尉Ч桦姵?4％（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），碲化鎘電池15．8％，

硅帶電池14．6％，二氧化鈦有機(jī)納米電池10．96％。

我國(guó)于1958年開始太陽(yáng)電池的研究，40多年來(lái)取得不少成果。目前，我國(guó)太陽(yáng)電池的實(shí)驗(yàn)室效率最高水平為：

單晶硅電池20．4％（2cm×2cm），多晶硅電池14．5％（2cm×2cm）、12％（10cm×10cm），GaAs電池

20．1％（lcm×cm），GaAs／Ge電池19．5％（AM0），CulnSe電池9％（lcm×1cm），多晶硅薄膜電池13．6％

（lcm×1cm，非活性硅襯底），非晶硅電池8．6％（10cm×10cm）、7．9％（20cm×20cm）、6．2％（30cm×30cm），二氧化鈦納米有機(jī)電池10％（1cm×1cm）。

3、

太陽(yáng)能-氫能轉(zhuǎn)換

氫能是一種高品位能源。太陽(yáng)能可以通過(guò)分解水或其它途徑轉(zhuǎn)換成氫能，即太陽(yáng)能制氫，其主要方法如下：

1、太陽(yáng)能電解水制氫。

2、太陽(yáng)能熱分解水制氫。

3、太陽(yáng)能熱化學(xué)循環(huán)制氫。

4、太陽(yáng)能光化學(xué)分解水制氫。5、太陽(yáng)能光電化學(xué)電池分解水制氫。

6、太陽(yáng)光絡(luò)合催化分解水制氫。

7、生物光合作用制氫。返回3、

太陽(yáng)能-氫能轉(zhuǎn)換舉例4、太陽(yáng)能-生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換

通過(guò)植物的光合作用，太陽(yáng)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(yáng)能的過(guò)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(yáng)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(duì)其機(jī)理的研究具有重大的理論意義和實(shí)際意義。

返回4、太陽(yáng)能-生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換

舉例5、

太陽(yáng)能-機(jī)械能轉(zhuǎn)換

20世紀(jì)初，俄國(guó)物理學(xué)家實(shí)驗(yàn)證明：光具有壓力。20年代，前蘇聯(lián)物理學(xué)家提出，利用在宇宙空間中巨大的太陽(yáng)帆，在陽(yáng)光的壓力作用下可推動(dòng)宇宙飛船前進(jìn)，將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成機(jī)械能?？茖W(xué)家估計(jì)：在未來(lái)10～20年內(nèi)，太陽(yáng)帆設(shè)想可以實(shí)現(xiàn)。通常，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，需要通過(guò)中間過(guò)程進(jìn)行間接轉(zhuǎn)換。

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(硅太陽(yáng)能電池板

)據(jù)Dataquest的統(tǒng)計(jì)內(nèi)容顯示：現(xiàn)在全世界共有136個(gè)國(guó)家投入普及運(yùn)用太陽(yáng)能電池的熱潮中,其中有95個(gè)國(guó)家正在大規(guī)模地進(jìn)行太陽(yáng)能電池的研制開發(fā),積極生產(chǎn)各種相關(guān)的節(jié)能新產(chǎn)品。以后幾年里,全球有將近上萬(wàn)廠商向市面給予光電池和以光電池為電源的產(chǎn)品。

（附）1．硅太陽(yáng)能電池工作原理與結(jié)構(gòu)圖右圖中，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊得四個(gè)電子。當(dāng)硅晶體中摻入其他得雜質(zhì)，如硼、磷等，當(dāng)摻入硼時(shí)，硅晶體中就能存在著一個(gè)空穴，它得形成可以參照下面的圖片。左圖中，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊得四個(gè)電子。而黃色得表示摻入得硼原子，這原因是硼原子附近必須3個(gè)電子，因此就能導(dǎo)致入圖所示得藍(lán)色得空穴，這空穴這原因是沒(méi)有電子而變得非常不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，形成P（positive）型半導(dǎo)體。（附）