太阳能利用技术.doc

精品文档太阳能利用技术前言：新能源是二十一世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。在新实际中，各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。而光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点，在我国西部广袤严寒、地形多样和居住分散的现实条件下，有着非常独特的作用。 太阳能利用基本方式（1）光热利用它的基本原来是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器等3种。通常根据所能达到的温度和用途的不同，而把太阳能光热利用分为低温利用（200）、中温利用（200800）和高温利用（800）。目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等。（2）太阳能发电未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多种。目前已实用的主要有以下两种。光热电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光热转换，后一过程为热电转换。光电转换。其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。（3）光化利用这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光化学转换方式。（4）光生物利用通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。目前主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻太阳能发展现状太阳能热发电太阳热发电是一种很有发展前景的太阳能利用技术。它是将太阳能集光、集热产生高温驱动热机发电的系统。目前世界上已建成9 座大型太阳热电站, 总装机容全30 兆瓦, 主要在美国。收集太阳光提供热能的方法主要有中央接收器、抛物面反射器和抛物面聚焦收集器三种。 中央接收器是将地面反射镜聚集到的阳光聚焦到中央接收器上。 这种方法在七十年代被人们认为是最有发展前途的。但由于存在中央接收器必须在高温下操作, 体积过大等间题, 使它的前途一度变得暗淡。但专家们认为这种系统容易适应高温热贮存, 它比蓄电池或其他非热贮存有更大的经济潜力, 并且指出, 带有热贮存的中央接收器太阳热发电系统可与化石燃料系统相竞争。抛物面反射器和中央接收器一样, 是用一台反射镜将太阳光聚焦在一台集热器上, 不同之处是每一反射镜加热它自身的集热器。大多数抛物面反射系统都是利用流体传热, 同样也存在接收器的间题。为了解决这些间题, 人们正在恢复外樵机, 其中以“ 斯特林循环” 发电系统效率最佳。这种系统保留了光伏电池的许多优点, 易于安装, 无污染。 无论大小型装置效率都很高, 是一种有发展前途的系统。抛物面引聚焦收集器是呈抛物面状的聚焦槽, 它是将太阳光聚焦在槽中央沿槽长方向卧置的管子上, 流体通过管子时被加热, 变成蒸汽或热液体, 从管子另一端出来、可用来驱动涡轮机或其他机械。 这种槽设计简单, 只须增减槽的数量, 便能产生较大或较小的电量, 在较低温度下也能顺利运行。 专家们预测, 这种技术在今后50 年内将在太阳能市场上占主导地位。此外，我国还与美国合作设计并试制成功功率为5kW的碟式太阳能发电装置样机。并在2005年与以色列合作。在江苏省南京市建成了第一座功率为75kw的太阳能塔式热发电示范电站。并成功运行发电。太阳能热发电具有巨大的潜力，因此对于太阳能热发电未来的发展。应着眼于市场应用的开发。使太阳能热发电真正溶人到我们的生活当中。太阳能光伏发电太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统由太阳能光伏电池组、太阳能控制器、蓄电池(组)组成。如输出电源为交流220V或llov，还需要配置逆变器。太阳能光伏电池板是太阳能光伏发电系统中的棱心部分。也是太阳能光伏发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能转换为电能。或送往蓄电池中存储起来。或推动负载工作。太阳能光伏电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。太阳能控制器控制着整个系统的工作状态。并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。蓄电池一般为铅酸电池，小微型系统中。也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。太阳能光伏电池的原理太阳能电池内部存在PN结。当PN结处于平衡状态时，在PN结处形成耗尽层。存在由N区到P区的势垒电场。当太阳光入射的能量大于硅禁带宽度的时候，射人电池内部的太阳光子。把电子从价带激发到导带，产生一个电子一空穴对。电子一空穴对随即被势垒电场分离，电子和空穴被分别推向N区和P区。并向PN结交接面处扩散，当到达势垒电场边界时。受势垒电场的作用，电子留在N区，空穴留在P区，形成内建电场。而由于内建电场的作用。N区中的空穴和P区中的。电子被分别推向对方区域。使N区积累了过剩的电子。P区积累了过剩的空穴。即在P_N结两侧形成了与势垒电场方向相反的光生电动势。当接人负载后，就会产生电流流出。太阳电池最新技术方面, 近年已有重大突破, 目前较先进的单晶硅太阳电池生产工艺有美国斯坦福大学的扩散点接触工艺, 喷气推进研究所的钝化发射区工艺, 橡树岭实验室的激光退火扩散炉钝化工艺,SP re 公司的沟状顶面工艺; 旧本的计算机模拟优选工艺, 澳大利亚的钝化发射区背电池工艺等。非晶太阳电池最新技术主要集中在组件的生产。在生产技术方面主要实施了绒面氧化锡正面电极, 改进尸层掺杂法, 高反射率的背面金属化, 组件的全激光划线圈形以及低成本的喷徐密封技术等。有源太阳系统有源太阳系统是将太阳能转换为热能, 用于供热水、供冷供暖、产业用热源等的系统。具有集热、蓄热、供热水、放热等功能。太阳热水器, 技术上已相当成熟, 世界上利用太阳能的国家均已达到工业性生产阶段, 并作为商品进入市场。英、澳、美、日、以色列、法国和意大利等国已广泛使用太阳能热水器, 并建立了强大的太阳能热水器工业。据报导, 美国生产的平板式太阳能热水器、真空管热水器, 其性能均居世界先进水平。生产各类太阳能热水器厂家有200 多家,年销售额10亿美元以上。日本民用型系统巳商品化, 全国已安装强制循环式太阳能热水器3 万多台, 1990年底达到70 万台,13 %以上的家庭热水均由太阳能提供。以色列法令规定新建筑物必须配备太阳热水器, 1990年底,家用太阳能热水器普及率达到60 % , 能满足全国热水需要量的40 % , 满足国家一次能源需求量的2%。澳大利亚是世界上太阳能热水器工业最发达的国家之一, 目前已有30 多万个住宅安装太阳热水系统, 在西澳大利亚洲, 家庭太阳热水器普及率已达到25 % 以上。欧洲共同体为了促进太阳热水器工业的发展, 大力支持英、法、西德、意大利和希腊五国的研究开发工作,1990 年底已推广热水器3。万平方米。比1981年增长1 倍, 但普及率不算高。无源太阳系统无源太阳系统是收集太阳光和热, 利用绝热材料或建筑物进行放热调节, 控制太阳光的热传递t 和方向, 有效地利用太阳能的系统。过去的系统技术主流是利用建筑物等提高无探效果。 最近由于材料技术的进步, 已开发使用了具有调光材料, 透明绝热材料等新机能无源太阳元件(控制能裸量及方向的能量转换元件) 的无源太阳系统。这是最有前途的系统, 已引起了人们普遍的关注。有代表性的无源太阳元件有调光材料、选择放射材料、透明绝热材料等。太阳能利用技术未来发展趋势随着可持续发展战略在世界范围内的实施,太阳能的开发利用将被推到新的高度。至本世纪中叶,世界范围内的能源问题、环境问题的最终解决将依靠可再生洁净能源特别是太阳能的开发利用。1.提高太阳能热利用效率有望获得突破目前,世界范围内许多国家都在进行新型高效集热器的研制,一些特殊材料也开始应用于太阳能的储热,利用相变材料储存热能就是其中之一。相变贮能就是利用太阳能或低峰谷电能加热相变物质,使其吸收能量发生相变(如从固态变为液态),把太阳能贮存起来。在没有太阳的时间里,又从液态回复到固态,并释放出热能,相变贮能是针对物质的潜热贮存提出来的,对于温度波动小的采暖循环过程,相变贮能非常高效。而开发更为高效的相变材料将会成为未来提高太阳能热利用效率研究的重要课题。2.太阳能建筑将得到普及太阳能建筑集成已成为国际新的技术领域将有无限广阔的前景。太阳能建筑不仅要求有高性能的太阳能部件,同时要求高效的功能材料和专用部件。如隔热材料、透光材料、储能材料、智能窗(变色玻璃)、透明隔热材料等,这些都是未来技术开发的内容。3.新型太阳能电池开发技术可望获得重大突破光伏技术的发展,近期将以高效晶体硅电池为主,然后逐步过渡到薄膜太阳能电池和各种新型太阳能光电池的发展。薄膜太阳能电池以及各种新硅太阳能电池具有生产材料廉价、生产成本低等特点,随着研发投人的加大,必将促使其中二种获得突破,只要有新型电池取得突破,就会使光电池局面得到极大的改善。4.太阳能光电制氢产业将得到大力发展随着光电化学及光伏技术和各种半导体电极试验的发展,使得太阳能制氢成为氢能产业的最佳选择。氢能具有重量轻、热值高、爆发力强、品质纯净、贮存便捷等许多优点。随着太阳能制氢技术的发展,用氢能取代碳氢化台物能源将是本世纪的一个重要发展趋势。5.空间太阳能电站显示出良好的发展前景随着人类航天技术以及微波输电技术的进一步发展,空间太阳能电站的设想可望得到实现由于空间太阳能电站不受天气、气候条件的制约其发展显示出美好的前景,是人类大规模利用太阳能的另一条有效途径。总结进入21世纪以来,世界各国都十分重视太阳能利用技术的开发,而我国由于得天独厚的地理位置而具有丰富的太阳能资源,我国的年太阳