太阳能应用实例.doc

美科学家利用太阳能将二氧化碳转化为燃料2011-08-16 10:37:55来源: 网易探索有301人参与 手机看新闻 转发到微博(2)核心提示：美国能源部桑迪亚国家实验室“从阳光到汽油”计划制造一种高效的化学热能发动机来驱动燃料生产，计划所需能量全部来自于太阳能。网易探索8月16日报道 对于清洁环境而言，回收瓶瓶罐罐，回收旧报纸算是一些简单举动。要是收集和重复利用二氧化碳也有这般容易，能将这种化石燃料燃烧产生的温室气体变废为宝就好了。实际上，目前有些新公司和研究者正在致力于这方面的研究。比起分设玻璃、铝和纸张垃圾箱，回收二氧化碳要复杂得多。但许多科学家认为，不仅值得在这上面付出努力，而且这也是一条可持续发展的关键途径。当前气候变化对地球的威胁如此之大，想要解决这个问题就必须采用“负碳”技术，这意味着要从大气中吸收温室气体并将其投入生产。从煤厂或炼油厂捕获二氧化碳并将其存于地下的设想已经获得了众多关注。一些试点计划正在运营和建设中。而对于真正重复利用或回收CO2的设想，关注者却没那么多。在科学上，我们早就知道将CO2和水中的氢重新组合制成碳氢化合物（即我们熟悉的燃料，如汽油）是可能的。饶有讽刺性的是，问题在于这一重组过程需要太多的能源。不过开拓性的研究者和企业家认为，回收CO2制成燃料的技术已经显露曙光。甚至技术上可以直接从空气吸收二氧化碳，而不是回收煤厂废气。要驱动汽车，用不着再去钻探石油，只需从稀薄的空气中吸取成分制成碳氢化合物即可。碳科学公司CEO拜伦埃尔顿说，人们将CO2看作讨厌的东西，而我们的口号是：把它给我们吧，我们能将它变汽油。加州大学物理学家彼得艾森博格也说：“以我之见，闭合碳循环，掌握结合CO2和氢的技术，前景将无限美好。畅想一下吧，未来燃料的主要输入就是水和CO2。”当然，地下钻探的石油蕴含了漫长年代的太阳能，它是通过植物收集，并以有机物质的形式存储的。经过数百万年的加热和施压，有机物质中的能量不断蓄积，就形成了碳氢化合物，如石油、天然气和煤。如果想要在地上制造碳氢化合物，就不得不提供分离和聚合碳原子和氢原子的能量。美国能源部洛斯阿拉莫斯国家实验室的技术人员汉斯齐奥克坦言，“天下没有免费的午餐。”“必须有能量输入，才能再造燃料，”他解释道。“因为再造过程不可能达到100%的效率，最终输入的能量会要大于输出的能量。”考虑到间接创造碳氢化合物的“能源劣势”，他认为有原油的时候还是直接使用原油制成的液态燃料，对社会才更有意义。“既然自然已经免费为你奉上了这些，为何不用？”然而，世界原油开采越来越艰难，面对如此窘境，寻找替代方法的时机已然成熟。齐奥克认为回收二氧化碳的研究对实现能源自给是有价值的，不过他警告说，作为减少大气中二氧化碳含量的一种手段，只有所耗能量不是来自燃烧更多化石燃料，该方法才能真正发挥作用。这就是美国能源部桑迪亚国家实验室“从阳光到汽油”计划的关注焦点，它正在基于汇聚太阳能制造一种高效的化学热能发动机来驱动燃料生产。该项目负责人爱伦斯特切尔说：“所有能量都来自太阳，这也不例外，但我们需要大范围收集阳光，将其高密度地汇集到一处。人们说阳光是免费的，那没错，但收集阳光的收集器并不免费。”桑迪亚的研究员所开发的太阳能反应堆原型使用巨型镜阵收集和汇聚阳光为超强光束，并注入反应堆内部的金属氧化物环。环在阳光驱动下旋转，可加热到1400度以上的高温，随后再冷却到1100度以下。接着将这些环曝露于二氧化碳和水中。高温时，金属氧化环释放氧气；低温时，环从CO2或H2O分子中窃取氧原子。热化学反应留下了碳分子或氢气（其混合物通常称为“合成气”），这便是碳氢化合物燃料的结构单元。斯特切尔介绍，太阳能收集器占地约20平米，反应堆有啤酒桶大小，如果每天产油100万桶，则需要121400公顷的镜面用来收集阳光。（全球目前液态燃料日消耗量为8600万桶。）硬件的耐久性目前还是个问题，研究者正持续工作，让该系统变得尽可能高效，使之能够成功商业化并大规模应用。碳科学公司则致力于收集后处理：将碳转化为燃料。使用该公司专门开发的金属催化剂，可将CO2和天然气结合。现在，该公司已经成功地将CO2与甲烷混合制成可转化为普通燃料的合成气。将合成气转化成交通燃料已是成熟技术，不过碳科学公司的加工过程是一种革新，它生产燃料时不会再排放CO2到大气中。这不但节约了成本，而且有利于保障能源安全。值得注意的是，在这一革新过程中，天然气提供了燃料中的部分碳氢化合物。其他公司致力于让这个过程中产生的碳氢化合物全部来自于CO2。英国的空气能源合成公司就用CO2和风能生产航空燃料，在概念演示中，初始日产量为1升。尽管面临着艰巨挑战，研究却是至关重要的。“碳捕获和利用”可以克服“碳捕获和存储”的诸多缺陷，如难以找到足够的地下存储空间、泄露风险、长期责任问题及公众接受度问题。而且，利用它创造价值也有助于补偿碳捕获的开销。通过碳回收制造液态燃料对于社会的可持续发展也具有重大意义，它有助于降低对石油的依赖。尽管电动汽车取得了很大成功，但电池不能满足航空和长距离交通燃料的需要。总而言之，依靠CO2实现“反向燃烧”和“闭合循环”的效益是无比诱人的。由此，我们既可以生产像汽油一样的燃料，同时又能保护现有的基础设施。（2011年金太阳工程规划规模为60万千瓦 财新网 8月12日，在北京召开的中国太阳能光伏发电平价上网路线图报告发布会上，国家发改委能源研究所研究员王斯成透露，2011年金太阳工程规划已于近期出台，规模为60万千瓦。“这个规模不算大”，中国可再生能源学会副理事长孟宪淦告诉记者，在2012年以后，能源局计划每年将实现100万千瓦的“金太阳”工程的装机目标。作为中国光伏市场正式启动的标志，由财政部、科技部、国家能源局及住建部在2009年启动“金太阳”示范项目，依靠政府补贴来发展屋顶建筑光伏市场，今年已走过第三年。前两期“金太阳”工程进展的并不顺利，在一期690MW工程启动一年多后，仍有一半工程尚未开工，财政部等部门取消了39个项目，受此影响，而第二期 “金太阳”示范项目的规模也较一期缩水不少。但迫于“十二五”规划压力，太阳能光伏市场需要尽快发展。孟宪淦说。“十二五”太阳能光伏发电的装机规模由最初的500万千瓦翻番至1000万千瓦，“该目标已获发改委和能源局批准，目前正上报国务院”。而根据中国太阳能光伏发电平价上网路线图报告，截至2010年年底，中国的太阳能光伏装机规模约为90万千瓦。7月24日，发改委出台了太阳能光伏发电的标杆电价，在2011年7月前核准建设的、在当年年底前建成投产的项目，执行1.15元/千瓦时电价，7月1日以后核准，以及在年底前未投产项目，则按照1.00元/千瓦时电价执行。这一举措也旨在加快太阳能光伏市场的发展。与风电经过六轮特许权招标才制定出标杆电价相比，光伏发电仅进行了两轮特许权招标就出台标杆电价，颇显仓促。“没有时间再等了”，孟宪淦说：“十二五眼看要过半了。”本报讯 （记者王小龙）据美国每日科学网7月5日报道，英国科学家的一项最新研究或能加速塑料太阳能电池的应用步伐，使其在5年到10年内实现商用。这种太阳能电池以可循环使用的塑料薄膜为原料，能通过“卷对卷印刷”技术大规模生产，其成本低廉、环保，可大规模应用。有专家认为，或将对传统晶硅类太阳能电池造成冲击。相关论文7月4日发表在先进能源材料杂志上。由英国谢菲尔德大学和剑桥大学的研究人员进行的这项研究，借助英国卢瑟福阿普尔顿实验室的ISIS中子源和“钻石光源”对塑料太阳能电池的内部结构进行探测，并以此为依据对相关工艺作出改进，提高了太阳能电池的整体性能。新方法并未采用昂贵的技术来制造特定的半导体结构，而是通过批量印制工艺，用两种不同的感光物质在塑料薄膜上“印”上了一层厚度只有60纳米的电路结构。由于整个制造过程都在较低的温度下进行，这种塑料太阳能电池的制造可采用“卷对卷印刷”技术大规模生产。该工艺在总体上可显著降低能耗和材料浪费。此外，与传统晶硅类太阳能电池切割封装工艺相比，新技术的生产效率更高，一次印刷就可生产出几个足球场大小的太阳能电池，而且大规模生产的成本也将远低于传统晶硅类太阳能电池。在使用上，这种太阳能电池重量轻、易运输、可卷曲，在安装时甚至可以直接附着在建筑物表面而不占用额外的空间。研究人员称，这种聚合物太阳能电池的转化效率目前可以达到7%8%，下一步将有望使提高到10%以上。谢菲尔德大学教授理查德琼斯说，今后50年，传统化石能源将无法满足世界日渐增长的能源需求，目前来看，在可再生能源中最有希望取代化石能源的就是太阳能。太阳蕴藏着近乎无穷无尽的能量，但成本高、转化率低一直限制着太阳能技术的应用。新技术让太阳能电池的低成本生产和大规模铺设成为了现实，为新型太阳能电池的制造和可再生能源的发展铺平了道路，它或许可以帮助我们进入一个新的可再生能源时代。琼斯预测，在未来5年到10年，基于塑料等有机材料的太阳能电池制造技术将走向成熟，并实现大规模商用。而余下的障碍将是如何通过巧妙的设计延长其使用寿命并进一步提高转化效率。总编辑圈点新技术一次可印刷出几个足球场大小的塑料布电池，简直是个小型发电厂，供应一栋别墅的用电不成问题。软而薄的电池安装方便，可以贴在墙、屋顶和家具上，甚至缝在衣服上。塑料电池近几年研究成果不断，潜力依然巨大：光电转化率还有上升空间，从7%的商业化门槛，向硅板的18%前进；另外它的寿命有待提高。在这些方面，突破障碍大概不会太久。我们完全可以想象，十年之后，塑料布就可以让我们脱离庞大电网，随意迁徙居住，发电机只需腋下一卷。新技术让玻璃窗变身太阳能电池发布时间： 2010-08-12| 作者：张梦然 2010年08月12日 来源： 科技日报 作者： 张梦然本报讯你家的玻璃窗能变身太阳能发电机？仅想想就觉得是个好主意。据英国每日邮报8月11日报道，英国莱斯特大学与一家挪威公司合作研发的新型太阳能电池，能像玻璃贴膜一样使用，既透光又发电。这项革命性技术可在5年内投入使用，有望把每一扇窗子都变成一台太阳能发电机。 以往的薄膜太阳能电池，可与建筑完美结合，又可作为一种新型建筑材料，但光电转换效率和光致衰退率的不足，让其发展似乎遭受一定的瓶颈。新型的“贴膜”太阳能电池由挪威EnSolAS公司设计，原材料来自莱斯特大学研究人员合成的一种金属纳米粒子。这些直径10纳米左右的金属粒子，被嵌入排列在透明化合物的矩阵中。尽管为了发电必须有一部分的光被吸收，但该材料的特点是在此同时还透过一部分光，其“贴”在玻璃门窗、透明屋顶及外墙的表面后，会让使用者感觉像装了浅淡的有色玻璃。据莱斯特大学教授克里斯宾斯介绍，这种膜非常薄，能“把窗户变成一台台发电机”。其可以贴，亦可以在制造过程中直接加到玻璃窗或其他建筑材料上，即使大面积铺设，也比传统太阳能装置的投资要节省许多。甚至它还能加在汽车顶棚上为电池充电，但研究人员明言，如果你指望纯靠它来驱动汽车的话，那和用手推车不相上下。 目前，小块的电池片材料已经成型，研发的下一个目标是系统化完善该技术，让电池效率达到20%或更高。东京大学创办的风险公司Smart Solar International宣布，其聚光型太阳能电池系统生产基地三本木工厂（宫城县大崎市）将于2011年6月开始投产。计划从6月开始量产试制，7月以后转为正式生产。 Smart Solar International计划生产多种聚光型太阳能电池系统。其中，抛物线型系统预定于2011年9月开始供货，其外形尺寸为200cm50cm50cm，通过在小型结晶硅型太阳能电池单元上使用透镜来聚集5倍的太阳光线，实现了20的模块转换效率和最大150W的输出功率。 该公司将结晶硅型太阳能电池单元的用量降至普通结晶硅型太阳能电池模块的1/5左右。备有追踪太阳的机构，发电量比普通的结晶硅型太阳能电池模块高25左右。首先将建立月产1000个的量产体制。 因聚集阳光而发热的单元采用无泵冷却机构进行冷却。使用沸点为60左右的冷却液，利用虹吸原理，便无需使用泵。其原理是，在设置于太阳能电池上部的空冷装置中冷却变热的冷却液，然后再进行循环。 Smart Solar International目前在使用结晶硅型太阳能电池单元，将来计划采用化合物型等高效率单元。在发布会上，该公司展示了100倍聚光时的单元转换效率达到36的化合物多接合型太阳能电池单元试制品。此外，还展示了3V电压时的电力转换效率达9293的DC-DC转换器试制品。该DC-DC转换器在组合不同种类的太阳能电池单元形成多层单元时使用。报道称，“Mega Solar”太阳能发电站位于日本川崎（Kawasaki），是川崎市政府与东京电力公司合作的项目。建设太阳能发电站所需的土地由川崎市政府提供，他们希望通过这一工程宣传太阳能发电的优势。东京电力公司则负责运营这家发电站。“Mega Solar”太阳能发电站由两个太阳能发电站组成，一个是浮岛太阳能发电站，其发电能力为7000千瓦，为川崎市所有。另一个发电站位于扇岛，其发电能力为1.3万千瓦，计划于今年12月启用。这两个太阳能发电站总发电发电量达2万千瓦，足够为5900户家庭供电。8月15日，全太阳能动力双体船MS Turanor PlanetSolar停靠香港维多利亚港湾。 当日，全太阳能动力双体船MS Turanor PlanetSolar抵达香港海港城海运大厦，作为该太阳能船只首次环球航行其中一站。据悉，MS Turanor PlanetSolar是长达31米的双体船，铺设了500平方米的太阳能电板。该艘双体船于2010年9月从法国南部出发，展开环球航行。抵达香港前，该船已横渡大西洋及太平洋，访问了美国、墨西哥、巴拿马、哥伦比亚、