第二讲太阳能发展简况

前课复习太阳和太阳能的基本性质；太阳光的反射、散射和吸收，太阳能的辐射、吸收及大气质量等概念；太阳能应用的分类、历史和进展；太阳能发展简况太阳能的转换和利用方式有：（1）光-热转换（2）光-化学转换（3）光-电转换一

太阳能利用的现状及发展（1）光-热转换太阳灶:用金属或其他材料制成类似镜面的装置，将阳光反射到某一焦点，温度高达900度，可满足蒸、炖、焖、煮、煎、炒、炸等各种炊事活动，绿色环保无污染。太阳能干燥器：利用太阳能干燥农副产品的一种装置。太阳能热水器太阳灶淘宝报价：太阳能热水器太阳能热水器包括：真空集热管和不锈钢保温水箱、支架及相关附件太阳能热水器原理太阳能热水器把太阳能转换成热能主要依靠玻璃真空集热管。集热管受阳光照射面

温度高，集热管背阳面温度低，而管内水便产生温差反应，利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。生活里常见的光-化学能转化FuelsCOSugarHOO222Photosynthesis光照、叶绿素光合作用合成的糖类首先是葡萄糖，但葡萄糖很快就变成了淀粉，暂时储存在叶绿体中。能量以化学物质的形式存在（2）光-化学转换光-化学转换主要包括：太阳能化学与生物转化制氢，太阳能光催化还原二氧化碳制燃料太阳能化学转化储能

1.太阳能化学与生物转化制氢例如：利用太阳能光催化重整H2S制氢和直接分解H2S制氢（H2S+H2O→H2+SOx2-或H2S→H2+S）（a）（b）（c）(a)最理想的途径，但也是最具挑战的课题.一旦取得突破，将会改变世界能源格局。氢能的一个应用：燃料电池补充：太阳能光催化重整生物质制氢利用太阳能光催化转化生物质制氢

（C6H12O6+6H2O12H2+6CO2），是高效转化利用生物质的一条途径。

2.太阳能光催化还原二氧化碳制燃料

图2太阳能光催化减排CO2制氢及精细化学品将CO2催化加氢可以转化为醇类等大宗化学品，这种技术已经比较成熟，但关键问题是氢的来源。

太阳能制氢与CO2减排耦合的方式可以有如下两种最主要的可能性其一是经太阳能化学和生物转化分解水制氢，然后将氢与CO2经传统的光催化转化为甲醇，和其他的化学品，即：H2O→H2+1/2O2，H2+CO2→CH3OH，净反应：H2O+CO2→CH3OH+O2↑。此过程的关键科学问题是：（1）开发高效光催化剂；（2）将光催化制取的氢从反应体系中有效分离，并与CO2催化转化耦合。其二是原位条件下将上述两个反应在一个催化体系中实现。即，利用太阳能光催化直接将CO2+H2O转化为CH3OH。此过程的关键科学问题是：（1）发展兼具有分解水制氢和CO2加氢的光催化剂；（2）将生成的氧能及时脱附离开催化剂的表面，避免氧化逆反应地发生。发展方向太阳能制氢距离大规模应用过程尚有一段距离，但在大规模制氢的研究过程中，及早研究与燃料电池耦合和与CO2减排耦合，将会使太阳能制氢研究目标更明确，并会促进太阳能制氢向大规模方向发展。而耦合技术的研究也对太阳能制氢催化体系（无论化学还是生物）提出要求，使得催化体系的开发更加合理。耦合：相互作用和相互影响3.太阳能化学转化储能通过太阳能光催化转化将太阳能储存于化学介质中，再通过电化学方法将高能化学物质转化为电能，也是未来发展的方向。目前这方面的工作尚不多见。

（3）光-电转换利用阳光发电有二种方式:

光伏发电和光热伏发电

太阳能热发电，也叫聚焦型太阳能热发电（ConcentratingSolarPower，简称CSP），

它们是通过聚集将太阳能直射光聚集起来，加热工质，产生高温高压的蒸汽，蒸汽驱动汽轮机发电。几种常见的太阳能热发电方式：槽式太阳能热发电系统太阳能塔式热发电；太阳能碟式热发电当前按照太阳能采集方式可划分为

1.槽式太阳能热发电系统构成它采用大面积的槽式抛物面反射镜将太阳光聚焦反射到线形接收器（集热管）上，通过管内热载体将水加热成蒸汽，同时在热转换设备中产生高压、过热蒸汽，然后送入常规的蒸气涡轮发电机内进行发电。槽式抛物面太阳能发电站的功率为10~1000MW，是目前所有太阳能热发电站中功率最大的.槽式热发电系统是最成熟，也是达到商业化发展的技术

德国的凹面镜式太阳能发电系统西班牙50MW槽式热发电站

2.塔式太阳能热发电系统塔式系统是利用众多的定日镜，将太阳热辐射反射到置于高塔顶部的高温集热器(太阳锅炉)上，加热工质产生过热蒸汽，或直接加热集热器中的水产生过热蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电.

碟式太阳能热发电系统是世界上最早出现的太阳能动力系统，是目前太阳能发电效率最高的太阳能发电系统，最高可达到29.4%。

碟式抛物面镜点聚焦集热器

3.太阳能碟式（又称盘式）热发电系统1.2.2光伏发电的现状和发展1.光伏发展的历史自从1954年第一块实用光伏电池问世以来，太阳光伏发电取得了长足的进步。但比计算机和光纤通讯的发展要慢得多。其原因可能是人们对信息的追求特别强烈，而常规能源还能满足人类对能源的需求。1973年的石油危机和90年代的环境污染问题大大促进了太阳光伏发电的发展。其发展过程简列如下：

1839年，法国科学家贝克勒尔发现“光生伏打效应”，即“光伏效应”。1954年，恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制成了实用的单晶太阳电池，效率为6%。同年，韦克尔首次发现了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成了第一块薄膜太阳电池。1880年，

CharlesFritts开发出以硒为基础的光伏电池。1955年，吉尼和罗非斯基进行材料的光电转换效率优化设计。同年，第一个光电航标灯问世。美国RCA研究砷化镓太阳电池。1957年硅太阳电池效率达8%。1958年太阳电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫星电源。1959年第一个多晶硅太阳电池问世，效率达5%。1960年硅太阳电池首次实现并网运行。1962年砷化镓太阳电池光电转换效率达13%1969年薄膜硫化镉太阳电池效率达8%。1972年罗非斯基研制出紫光电池，效率达16%。1972年美国宇航公司背场电池问世。1973年砷化镓太阳电池效率达15%。1974年COMSAT研究所提出无反射绒面电池，硅太阳电池效率达18%。1975年非晶硅太阳电池问世。同年，带硅电池效率达6%~。1976年多晶硅太阳电池效率达10%。1978年美国建成100kWp太阳地面光伏电站。1980年单晶硅太阳电池效率达20%，砷化镓电池达22.5%，多晶硅电池达14.5%，硫化镉电池达9.15%。1983年美国建成1MWp光伏电站；冶金硅（外延）电池效率达11.8%。1986年美国建成6.5MWp光伏电站。1990年德国提出“2000个光伏屋顶计划”，每个家庭的屋顶装3~5kWp光伏电池。1995年高效聚光砷化镓太阳电池效率达32%。1997年美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划”，在2010年以前为100万户，每户安装3~5kWp。光伏电池。有太阳时光伏屋顶向电网供电，电表反转；无太阳时电网向家庭供电，电表正转。家庭只需交“净电费”。1997年日本“新阳光计划”提出到2010年生产43亿Wp光伏电池。1997年欧洲联盟计划到2010年生产37亿Wp光伏电池。1998年单晶硅光伏电池效率达25%。荷兰政府提出“荷兰百万个太阳光伏屋顶计划”，到2020年完成。中新网3月5日电据中国国防科技信息网报道，美国第一太阳能(FirstSolar)公司宣布，其碲化镉(CdTe)太阳能电池转换效率达到18.7%，刷新世界纪录。该结果已得到美国能源部的国家可再生能源实验室(NREL)证实。中研普华网2013年3月6日：美国国家可再生能源实验室(NREL)日前证实，AltaDevices一项新型“双结”薄膜太阳能电池技术转换效率达30.8%。

2012-4-20DeltaElectronics子公司DelSolar计划将多晶硅太阳能电池转换效率从17.2%-17.3%提升至18%，并将单晶硅太阳能电池的转换效率提升至19%以上。

中国台湾的台达电子(DeltaElectronics)是一家台资企业未来世界能源结构变化与预测1）硅太阳能电池；2）以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3）功能高分子材料制备的大阳能电池；4）纳米晶太阳能电池等。

如：晶体硅电池、硫化镉电池、硫化锑电池、砷化镓电池、非晶硅电池、硒铟铜电池、叠层串联电池等。晶体硅电池应用最广，其中单晶硅的光电转换效率实验室已高达24.2%，工厂规模化生产的单晶硅电池其效率也在12%以上。常用太阳电池按其材料可以分为：太阳能电池供电在世界上百分之九十以上的人造卫星和宇宙飞船都采用。光伏发电的应用太阳能电池的应用不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势1.小型电源10-100W不等，用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、电视、收录机等

太阳能电源太阳能逆变器用户太阳能电源2.3-5KW家庭屋顶并网发电系统；3.光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。

交通领域通讯/通信领域

太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。石油、海洋、气象领域石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等

风云三号气象卫星的太阳能电池海洋气象监测标

家庭灯具电源如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。光伏电站10KW-50MW独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车厂充电站等。太阳能汽车：日本东京电机大学最近设计出一种轻型太阳能轿车，其车顶上安装了两组蓄电池，利用太阳光充电后交替使用。一组蓄电池充电后可行驶110公里，夏季日照最长季节可达150公里，最适宜于日照时间长的地区使用。不用燃油，不污染环境。太阳能汽车北京市大兴区50千瓦大型屋顶光伏并网示范电站

光伏发电的发展的方向1.降低光伏发电成本。目前商业化的太阳能光伏电池分类

澳大利亚24.7%其中以晶体硅材料为基础的高效光伏电池和各种薄膜光伏电池为基础的研究工作是重点光伏发电成本下降，但仍很高，发展靠政策扶植

200