太阳能技术应用.ppt

太阳能技术应用 主讲 万少华 一 太阳能能量转换 概述 太阳能是一种辐射能 具有即时性 必须即时转换成其它形式能量才能利用和贮存 将太阳能转换成不同形式的能量需要不同的能量转换器 集热器通过吸收面可以将太阳能转换成热能 利用光伏效应太阳电池可以将太阳能转换成电能 通过光合作用植物可以将太阳能转换成生物质能 还有转化成氢能和各种机械能等等 原则上 太阳能可以直接或间接转换成任何形式的能量 但转换次数越多 最终太阳能转换的效率便越低 一 太阳能能量转换 章节 1 太阳能 热能转换 太阳辐射的能流密度低 在利用太阳能时为了获得足够的能量 或者为了提高温度 必须采用一定的技术和装置 集热器 对太阳能进行采集太阳能集热器是吸取太阳辐射能并向物质 水或空气 传递热量的装置 是太阳能热水器最重要的组成部分 其性能与成本对太阳能热水器的优劣起决定性作用 目前 太阳能集热器主要有平板 全玻璃真空管 热管式真空管三种 返回 1 太阳能 热能转换 平板集热器 平板集热器是在17世纪后期发明的 但直至1960年以后才真正进行深入研究和规模化应用 在太阳能低温利用领域 平板集热器的技术经济性能远比聚光集热器好 1 太阳能 热能转换 真空管集热器 真空集热管大体可分为 全玻璃真空集热管 玻璃 U型管真空集热管 玻璃 金属热管真空集热管 直通式真空集热管和贮热式真空集热管 1 太阳能 热能转换 聚光集热器 聚光集热器主要由 聚光器 吸收器和跟踪系统三大部分组成 2 太阳能 电能转换 电能是一种高品位能量 利用 传输和分配都比较方便 将太阳能转换为电能是大规模利用太阳能的重要技术基础 世界各国都十分重视 其转换途径很多 有光电直接转换 有光热电间接转换等 这里简单介绍光电直接转换器件 太阳电池 返回 2 太阳能 电能转换 举例 2 太阳能 电能转换 目前 世界上太阳电池的实验室效率最高水平为 单晶硅电池24 4cm2 多晶硅电池18 6 4cm2 InGaP GaAs双结电池30 28 AM1 非晶硅电池14 5 初始 12 8 稳定 碲化镉电池15 8 硅带电池14 6 二氧化钛有机纳米电池10 96 我国于1958年开始太阳电池的研究 40多年来取得不少成果 目前 我国太阳电池的实验室效率最高水平为 单晶硅电池20 4 2cm 2cm 多晶硅电池14 5 2cm 2cm 12 10cm 10cm GaAs电池20 1 lcm cm GaAs Ge电池19 5 AM0 CulnSe电池9 lcm 1cm 多晶硅薄膜电池13 6 lcm 1cm 非活性硅衬底 非晶硅电池8 6 10cm 10cm 7 9 20cm 20cm 6 2 30cm 30cm 二氧化钛纳米有机电池10 1cm 1cm 3 太阳能 氢能转换 氢能是一种高品位能源 太阳能可以通过分解水或其它途径转换成氢能 即太阳能制氢 其主要方法如下 1 太阳能电解水制氢 2 太阳能热分解水制氢 3 太阳能热化学循环制氢 4 太阳能光化学分解水制氢 5 太阳能光电化学电池分解水制氢 6 太阳光络合催化分解水制氢 7 生物光合作用制氢 返回 3 太阳能 氢能转换 举例 4 太阳能 生物质能转换 通过植物的光合作用 太阳能把二氧化碳和水合成有机物 生物质能 并放出氧气 光合作用是地球上最大规模转换太阳能的过程 现代人类所用燃料是远古和当今光合作用固定的太阳能 目前 光合作用机理尚不完全清楚 能量转换效率一般只有百分之几 今后对其机理的研究具有重大的理论意义和实际意义 返回 4 太阳能 生物质能转换 举例 5 太阳能 机械能转换 20世纪初 俄国物理学家实验证明 光具有压力 20年代 前苏联物理学家提出 利用在宇宙空间中巨大的太阳帆 在阳光的压力作用下可推动宇宙飞船前进 将太阳能直接转换成机械能 科学家估计 在未来10 20年内 太阳帆设想可以实现 通常 太阳能转换为机械能 需要通过中间过程进行间接转换 返回 二 太阳能技术的应用 硅太阳能电池板 据Dataquest的统计内容显示 现在全世界共有136个国家投入普及运用太阳能电池的热潮中 其中有95个国家正在大规模地进行太阳能电池的研制开发 积极生产各种相关的节能新产品 以后几年里 全球有将近上万厂商向市面给予光电池和以光电池为电源的产品 附 1 硅太阳能电池工作原理与结构图 右图中 正电荷表示硅原子 负电荷表示围绕在硅原子旁边得四个电子 当硅晶体中掺入其他得杂质 如硼 磷等 当掺入硼时 硅晶体中就能存在着一个空穴 它得形成可以参照下面的图片 左图中 正电荷表示硅原子 负电荷表示围绕在硅原子旁边得四个电子 而黄色得表示掺入得硼原子 这原因是硼原子附近必须3个电子 因此就能导致入图所示得蓝色得空穴 这空穴这原因是没有电子而变得非常不稳定 容易吸收电子而中和 形成P positive 型半导体 附 1 硅太阳能电池工作原理与结构图 当晶片受