太阳能能量转换及应用

太阳能技术的应用，机械工程学院化工过程机械1205045，LOGO，首先，太阳能的转换，太阳能是一种辐射能，瞬间，必须转换成其他形式的能量及时使用和储存。将太阳能转换成不同形式的能量需要不同形式的能量转换器。收集器可以通过吸收表面将太阳能转换成热能。利用光伏效应的太阳能电池可以将太阳能转化为电能。通过光合作用植物，太阳能可以转化为生物质能、氢能、各种机械能等。原则上，太阳能可以直接或间接转换成任何形式的能量，但是转换的次数越多，太阳能利用的最终效率就越低。1、太阳能转换，1.1、太阳能向热能转换，太阳能辐射能量流密度低，为了在利用太阳能时获得足够的能量，或足够的热量达到一定的温度，必须采用一定的技术和装置(如集热器)来收集太阳能。太阳能收集器是一种吸收太阳辐射能量并将热量传递给物质(水或空气)的装置。它是太阳能热水器最重要的部件。它的性能和成本对太阳能热水器的质量起着决定性的作用。目前，太阳能集热器主要有三种类型：平板集热器、真空管集热器和聚光集热器。1.1.1平板集热器平板集热器发明于17世纪后期，但直到1960年才真正进行了深入研究和大规模应用。在太阳能低温利用领域，平板集热器的技术和经济性远远优于冷凝集热器。1.1.2真空管集热器、真空集热器可分为：全玻璃真空集热器、玻璃-U型管真空集热器、玻璃-金属管真空集热器、直通式真空集热器和蓄热式真空集热器。1.1.3集光器、玻璃真空管集光器、带外部复合曲面反射器的真空集光器、集光器主要由三部分组成：集光器、吸收器和跟踪系统。这种集热器可以随着太阳光线的移动而移动。聚光板材料是在现有光学树脂基础上改造而成的一种高效、经济的复合材料，价格适中，材料易购，易于成型。最重要的是聚光板可以将平行光集中在一条线上，这样聚光板的核心可以吸收更多的太阳能。这是通过对菲涅尔线聚焦透镜的特殊处理，将太阳能的温度提高了几十倍1.1.3集中器，1。聚光型平板太阳能集热器为金属管板式结构，具有热水产量大、承压、耐空气干燥、金属管内热水加热、质量稳定可靠、免维护、使用寿命15年。2.电镀黑铬和电泳漆铝合金框架性能良好，外观美观。规格：12平方米，无云晴天60热水产量：80-140公斤/平方米。高吸收率： 95%，低发射率： 8%，日平均热效率 64%。3、性价比更高。与普通平板相比，平板内部增加了一个吸热的冷凝槽，吸热率是普通平板的1.5倍。太阳能-电能转换，电能是一种高品位的能源，便于使用、传输和分配，也是现代生活中不可缺少的能源。太阳能转化为电能是大规模利用太阳能的重要技术基础，世界各国都非常重视。国外技术研究趋于成熟，并开始以“光伏建筑(照明)一体化”技术产业化，而国内研究和生产主要应用于非电力领域的家用照明小型太阳能系统。有许多转换方式，包括直接光电转换、间接光电转换等。下面简要介绍下光电直接转换器件太阳能电池。2.1太阳能电池太阳能电池是通过光电效应或光化学效应将光能直接转化为电能的装置。只要被照亮，太阳能电池板就能在瞬间输出电压和电流。太阳能电池po爱因斯坦光电效应方程，2.2太阳能电池原理及应用，原理：太阳能电池是一种能转换能量的光电元件，其基本结构由p型和n型半导体键合而成。当阳光照射时，光能激发硅原子中的电子，产生光电子和空穴的对流，光电子和空穴分别被N型和P型半导体吸引，并在两端聚集。此时，如果外部与电极连接，则形成回路。如下图所示。硅太阳能电池，2.2太阳能电池的原理及应用，硅太阳能电池的生产步骤如下：硅材料-硅锚固-切割-硅芯片-多晶硅芯片-太阳能电池板，2.2太阳能电池的原理及应用，用户太阳能供电：3-5KW家用屋顶并网发电系统，偏远及非用电地区军民用电。通信/通信领域：太阳能无人值守微波中继站、广播/通信/寻呼电源系统、小型通信机等。光伏电站：10KW-50KW独立光伏电站、风光互补电站、各种大型停车场充电站等。太阳能建筑：太阳能发电与建筑材料相结合，实现未来大型建筑的供电，是未来的主要发展方向。为了达到太阳能发电的实用水平，必须做到以下两个方面：一是提高太阳能光电转换效率，降低成本；第二是将太阳能发电与当前的电网连接起来。2.3太阳能-电能转换效率。目前，世界上太阳能电池的最高实验室效率水平是：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%。我国从1958年开始研究太阳能电池，在过去的40年里取得了许多成就。目前，我国太阳能电池的最高实验室效率水平为：单晶硅电池20.4%(2cm*2cm)，多晶硅电池14.5%(2cm*2cm)，12%(10cm*10cm)，多晶硅薄膜电池13.6%(1cm*1cm，非活性硅衬底)，非晶硅电池8.6%(10cm*10cm)，7.9%(20cm*20cm)，二氧化钛有机纳米电池10%(1cm*1cm)。太阳能-氢能转换，氢能也是一种高度清洁、高效和丰富的新能源，太阳能可以通过分解水或其他方式转化为氢能。太阳能制氢的方法主要包括以下几个方面：1 .太阳能电解水制氢；2.水的太阳热分解制氢：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制氢：6.太阳能络合和催化分解水制氢：7.通过生物光合作用产生氢气；3.太阳能-氢能转换；太阳能-氢能转换；生物制氢是氢气工业生产技术的发展方向。生物制氢的原料可以是工业和生活有机废水。细菌和纯净水同时发酵可以获得氢气，不仅可以处理有机废水，还可以保护环境。然而，仍有许多实际而棘手的问题需要解决，如光催化剂的催化原理、如何制造具有催化活性的反应器和光吸收板、如何使电子受体接受电子等。太阳能-生物质能转换，通过植物的光合作用，太阳能将二氧化碳和水合成有机物(生物质能)并释放氧气。光合作用是地球上最大的太阳能转换过程。现代人使用的燃料是古代和现代光合作用的固定太阳能。目前，光合作用的机理还不完全清楚，能量转换效率一般只有百分之几。未来对其理论意义的研究具有重大的理论和现实意义。4.1、太阳能空调，太阳能空调是利用先进的超导传热和储能技术，集成太阳能、生物质能、超导地源制冷系统的优点所有连接设备均由温控系统控制，是一种节能环保的冬暖夏凉产品。新型太阳能复合超导冷暖空调在供暖时以太阳能和可再生生物质燃料为主要能源，是一种真正的绿色供暖方式。制冷时，利用少量电能利用地源的低温，采用超导能量传输系统直接制冷，达到最合理、最节能的制冷效果。4.1太阳能空调，4.2太阳能空调优势介绍，1。高级复合超导储能转换器。该装置利用依赖于温度的能量来储存超导液体，储存由与该装置连接的各种能量装置产生的能量，并在转换后输出该能量。变温储能超导液体是由非极性活性金属及其化合物的科学组成而设计的。该液体具有超常规的热活性和低温传导性，其传热速度是普通水的3倍，热容量大。2.超导太阳能集热器：它利用超导集热的原理，将分散的太阳辐射能量收集并传导到室内冷热分散系统，提供室内供暖。3.生物质热能发生器：是一种燃烧生物质秸秆、生物质压缩块、废旧家具等材料的热水发生器。4.超导地源制冷系统：夏季通过超导系统利用地源的低温能量直接冷却室内空气，达到制冷的目的。20世纪初，俄罗斯物理学家证明了光有压力。当阳光照射到物体表面时，会产生大约9*10-6帕的压力。20世纪20年代，前苏联的物理学家提出，太空中巨大的太阳帆可以在太阳光的压力下推动航天器前进，并将太阳能直接转化为机械能。科学家估计太阳帆的想法可以在未来10-20年内实现。通常，太阳能转化为机械能需要通过中间过程进行间接转化。太阳能转化为机械能的方式：太阳能-空气内能-空气动能(机械能)-太阳能-动能(太阳帆，利用轻压)-太阳能-电能(太阳能电池板)-动能太阳能-热能(蒸汽)-动能太阳能-化学能(绿色植物)-内能-动能。5.太阳能-机械能转换。太阳能汽车利用一些半导体的特性来制造光伏电