2023年王宗龙121480409714江苏太仓电大奥鹏学习中心31

大连理工大学网络教育学院《新能源发电》课程设计题目：太阳能的运用综述学习中心：江苏太仓奥鹏学习中心层次：专科起点本科专业：电气工程及其自动化年级:202３年/秋季学号:学生：王宗龙辅导教师:康永红完毕日期：２023年10月2１日太阳能运用现状电的发明使人类社会的发展进入了一个划时代的文明阶段，在上世纪的中、后期，人们在航天、交通、通讯等领域的技术发展使人类更多地了解了自然和宇宙的神秘,更快地促进了人类文明的发展,同时,人类对能源的需求也越来越大。直到目前为止，人类重要依赖煤、石油和天然气等化石燃料而生存。随着经济的快速发展和人们生活水平的不断提高,人们对能源的需求不断扩大,于是给现实社会带来两大问题：能源危机——煤和石油的储藏量相称有限,取之有尽;环境污染——以煤、石油的大量燃烧而排放的废气(CＯ2和SO2）所产生的环境污染和温室效应使人类的生存环境不断恶化。上述两大问题迫使人们将眼光投向新的绿色能源的开发和运用。能源问题关系我国经济发展、社会稳定和国家安全,以能源的可连续发展支持经济社会的可连续发展，是我国现代化建设中一项长期的重大战略任务。党的十七届五中全会，在对我国“第十二个五年规划”建议中,提出了三个重大转型,其中第二个转型，就是从高碳向低碳转型。通过几十年的努力，特别是通过“十一五”，开发运用再生能源、清洁能源,已在我国形成相称的产业规模，其中太阳能的运用,可谓方兴未艾。从世界范围来看，太阳能的运用技术已是当今世界各国索取新能源和运用新能源,进行节能、环保的重要研究项目之一。太阳能是清洁、便宜的可再生能源,取之不尽用之不竭。太阳内部进行着由氢聚变成氦的原子核反映,其每秒钟所释放的能量，相称于爆炸几百亿颗百万吨级的氢弹所放出的能量,这些能量不断向宇宙空间辐射，它比全世界运用的各种能源所产生的总能量还多一万多倍。其中每年到达地球表面的太阳能辐射能约为目前全世界所消耗的各种能量的１万多倍。我国有较丰富的太阳能资源,约有2/３的国土年辐射时间超过2２００小时，年辐射总量超过５00０MＪ/ｍ2。全年照射到我国广大面积的太阳能相称于目前全年的煤、石油、天然气和各种柴草等所有常规能源所提供能量的202３多倍。全国各地太阳年辐射总量为３3４0～8400MＪ/ｍ2，中值为5852MJ／ｍ2。从我国太阳年辐射总量的分布来看,西藏、青海、新疆、宁夏南部、甘肃、内蒙古南部、山西北部、陕西北部、辽宁、河北东南部、山东东南部、河南东南部、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大,特别是青藏高原地区最大。全国以四川和贵州两省及重庆市的太阳年辐射总量最小,特别是四川盆地最低。太阳能运用的基本原理,就是将太阳辐射能通过一定的手段(措施）将其转换成热能或电能，加以运用。我国太阳能运用从整体来看,起步比较晚，上个世纪七、八十年代开始研发,但工业化发展速度不久。太阳能运用技术的形式1、太阳能光热技术太阳能光热技术是指将太阳辐射能转化为热能进行运用的技术。太阳能光热技术的运用通常可分直接运用和间接运用两种形式。太阳能采暖技术是太阳能运用领域最成熟、最实用、最环保并能产生巨大经济效益和社会效益的实用技术之一。它的基本原理是将太阳辐射能收集起来,通过与物质的互相作用转换成热能加以运用。目前使用最多的太阳能收集装置,重要有平板型集热器、真空管集热器、陶瓷太阳能集热器和聚焦集热器等４种。通常根据所能达成的温度和用途的不同，而把太阳能光热运用分为低温运用（<２0０℃）、中温运用（2０0~800℃)和高温运用(>８00℃)。目前低温运用重要有太阳能热水器、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，中温运用重要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等,高温运用重要有高温太阳炉等。例如运用太阳能空气集热器进行供暖或物料干燥的应用:太阳能干燥比较适于农副产品的干燥,一般温度在60℃以下,不会破坏食品的营养价值,木材采用太阳能预干不仅节能，还可以防止由于干燥温度过高，而使木材开裂、变形。近十年来由于能源、环境形式的影响，我国太阳能干燥技术的应用有了较大的发展,除了开展如谷物杂粮类、果品类、蔬菜类以及木材的太阳能干燥实验和应用研究外,还进行了如中草药、茶叶、鲜花、植物叶片、食品（如鱼、腊肠等）、天然橡胶、污泥、唐三彩等物质的干燥工艺的研究和干燥的设备开发与研制,并取得了一些科研成果，有的已经将这些新技术投放市场,进入了技术应用的推广阶段。通过与传统的干燥方法（如阳光下晾晒、用常规能源加热烘烤等)的干燥质量相比可以很明显的看出，用太阳能干燥器干燥的物料质量高,成品率高,颜色美观,如采用大阳能干燥操房与地垄大坑复合干燥后的人参不脱皮，内芯棕红，外表呈花生皮色，整体形象完美,块体含水率达成１8%。与采用以往方法干燥的白枝须参相比,外销验等高出1个等级。干燥质量的提高使中草药的价格直线攀升,并且扩大了出口的份额，增强了国际竞争能力。太阳能干燥技术设备应用于食品和植物的深加工中，可以有效地防止菌虫对物料的侵害和变质变色现象的发生,有效地保持了物料原有的优良品质，也避免了由于干燥加工而导致的二次污染（如灰尘等污染物的污染)。2、太阳能光电技术太阳能之所以引起全世界的关注，一个重要因素是:由于这些年来人们对太阳能光电池所做的努力,已经使多晶硅光电池转化率达成１5%,单晶硅光电池转化率是20%,砷化镓光电池是２5%,在实验室中特制的砷化镓光电池甚至已高达35％－36%!新能源－-太阳能未来的大规模运用是用来发电。运用太阳能发电的方式有多种。目前已实用的重要有以下两种。①光—热—电转换。即运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取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。②光—电转换。其基本原理是运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。太阳能光电技术是指运用太阳能电池将白天的太阳能转化为电能由蓄电池储存起来,晚上在放电控制器的控制下释放出来，供室内照明和其他需要。太阳能光电转换系统重要由太阳能电池、充放电控制器、蓄电池、负荷等部分组成。其中，光电池组件由多个单晶硅或多晶硅单体电池通过串并联组成,其重要作用是把光能转化为电能；充放电控制器重要用来控制蓄电池的充电和放电,并具有反向放电保护功能和极性反接电路保护功能,还可以实现对系统的监控和数据采集；蓄电池为系统的储能设备，它的重要作用是将太阳能电池所产生的电能储存起来，在用户需要时提供能源。在现有太阳能光电池的发电模式中,多数采用方位固定的大面积的平板式光电转化模式。这一模式的广泛运用,有赖于有大规模的便宜的并有一定转化率的光电池的供应。但是,假如能有高转化率的聚光光电池供应，亦即这一光电池不仅在通常太阳光的辐照下能维持2５%至３５%的光转化率,并且能在聚光条件下,如将太阳光聚光30０至70０倍，仍能维持较高转化效率和较长工作寿命的话,（当然,这一聚光光电池必须伴有一效率较高的散热系统，否则会被太阳烧蚀，将能盼望用较少量的聚光电池，获得较大的光伏电能。我国西部沙漠地区将能集中地提供丰富的太阳能。我国现有沙漠约52万平方公里，有沙漠化土地17.6万平方公里,潜在沙漠化土地15.8万平方公里，三者共计为8５．4万平方公里。大部分集中在内蒙古地区和新疆地区。假如太阳能转化为电的效率是1５%，每平方米的面积将能提供约0.036千瓦的电能,其日平均将能提供约0.41千瓦小时的电能。假如沙漠地区每年有360天的日照时间,那么每平方米面积的沙漠,将能年提供约3６0×0．4１=１5０千瓦小时的电能。85.４万平方公里的沙漠将能年提供85．4×150×10１0=1.28×101４度电。以火力发电的年运转时为6400小时来计算，上述太阳能供电将等价于2×101０千瓦的电力装机。如以每标准核电站能提供1０6千瓦的电功率来计算,那么85万平方公里的沙漠地区将能提供约20230座核电站的电功率。某些人估计，到2050年,也许约需２5０0×106千瓦的电力。因此，仅由沙漠地区的1２．５%的面积,亦即约为10万平方公里的面积,就能提供所需要的电力。内蒙古自治区的面积约110万平方公里,其中沙漠和沙漠化面积约为２0～30万平方公里,所以，仅内蒙古自治区的沙漠地区的太阳能就能为中国在2050年以及此后的发展提供所需要的足够的电力。3、光化学转换技术光化学转换技术亦称光化学制氢转换技术,就是将太阳辐射能转化为氢的化学自由能，通称太阳能制氢,属于另一类太阳能运用途径。是目前太阳能应用的三种重要技术方式之一。这是一种运用太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。它涉及光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反映。光化转换就是因吸取光辐射导致化学反映而转换为化学能的过程。其基本形式有植物的光合作用和运用物质化学变化贮存太阳能的光化反映。植物靠叶绿素把光能转化成化学能，实现自身的生长与繁衍，若能揭示光化转换的奥秘，便可实现人造叶绿素发电。目前,太阳能光化转换正在积极探索、研究中。太阳能的应用1、太阳能在工业中的应用（1）太阳能—电(煤、气、油、热泵）锅炉联用系统太阳能—电(煤、气、油、热泵)锅炉联用系统可以在工业的许多领域得到广泛的应用，如食品罐头生产的食物洗涤、杀菌、煮料;制药行业的高温消毒、洗涤、烘干、药品煮制；电镀行业电镀液恒温；纺织行业生产车间的恒温恒湿；烟草行业中烟叶烤制及烟丝烘炒;学校、宾馆、医院等办公场合的供热、食堂用汽、洗澡用水等。联用系统在晴好天气以太阳能为重要能源，以常规能源（电、煤、气、油）为辅助能源，在需要供应高温热水、蒸气的场合,太阳能可用于补给水的预加热，以达成节约能源的效果。这种双能源热水系统一般采用微电脑自控技术实现系统智能化，自动运营,无人值守;系统双能源自动切换,保证用户24小时连续热水(气)供应。（2)太阳能海水淡化随着太阳能热运用技术的不断发展,我国在运用太阳能进行海水淡化技术方面获得突破性进展,使海水淡化成本大幅度下降。在较为偏远且电力等能源不可到达的地方，只要有海水(或者其它非纯净的水资源),有取之不尽的太阳能,不需电力,不需运送,太阳能蒸馏器即可以提供可饮用的纯净水。在海岛、偏远及缺水地区，太阳能蒸馏器具有较好的前景，值得推广应用。(3)太阳能裂解水制氢传统的制氢方法，需要消耗巨大的常规能源，使氢能身价昂贵,大大限制了氢能的推广应用。但可以运用太阳能作为氢能形成过程中的一次能源，以光催化材料为“媒介”把水裂解为燃料电池所必需的氧和氢。目前光催化材料已接近实用阶段,随着太阳能裂解水制氢技术的迅猛发展和巨大突破,在不久的将来有望实现产业化。该技术的应用将带来显著的经济、环境和社会效益，是人类使用能源的一次革命性变革。（4）太阳能发电太阳能发电有二种形式，一种是运用光电池将太阳能转换为电能，另一种是运用聚光集热器将太阳能集聚起来，将某种工质加热到几百度高温,经热互换器产生高温高压过热蒸气，驱动气轮机带动发电机发电。(５）太阳能光催化降解有机污染物近几年，运用半导体催化剂进行太阳能光催化降解有机污染物的研究取得显著进展，厦门大学科研人员目前也开展这方面的研究。其核心技术是半导体催化剂的制备及光催化氧化器的设计。该项技术作为环保新材料,能大大减少能源消耗，减少污染治理成本。2、太阳能在农业中的应用（1）太阳能干燥技术目前农村一般都用燃煤烘干机烘干农产品。这种传统加工方法,不仅耗煤,并且煤烟经常混入烘干机中使加工质量下降。采用太阳能干燥器不仅节约成本、减少污染,并且由于干燥温度较自然干燥高,还具有杀虫、灭菌的作用,使产品在色泽上有很大的改观。目前,国内已有许多单位把该项技术用于木材、茶叶、烟叶、肉类制品、药材等农副产品的烘干。太阳能干燥器由太阳能集热器阵列和辐射型干燥器组成，配有蒸汽换热器以满足全天候运营。物料在干燥器中同时以对流和辐射传热方式得到热量,受热升温，不断蒸发水份,达成干燥目的。系统干燥温度、湿度、通风量均可按物料的干燥工艺随意调节,以适应工业性生产。在需要更高烘干温度的场合(如木材),可采用聚光集热器提高温度。（2)太阳能养殖业需要温水养殖的池体，都可以采用太阳能-锅炉联用热水工程进行池体恒温，浙江省已成功地应用太阳能于甲鱼养殖生产中，这不仅减少了公司的生产成本,并且减少对大气、水质、土壤和周边的环境污染。（3)太阳能灌溉运用太阳能灌溉农作物的方法有二种,一种是运用光电池把太阳能转换为电能,再驱动抽水机运转。另一种采用抛物线型随动太阳能收集器把水加热使液体制冷剂获得热能，液体制冷剂再气化推动涡轮机带动抽水机工作。(4）太阳能温室运用储热技术可以把白天太阳热能储存,同时运用鼓风机把一部分热能储存在地下，夜间二部分储存的热能分别向温室内空气和土壤散热,达成温室效应。（5)太阳灶太阳灶及太阳能微型锅炉都是运用聚光原理把低密度的太阳能量转换为高密度能量加热水体,其造价低，携带方便,适合在广大农村、偏远地区及旅游使用。3、太阳能在建筑业中的应用(1)太阳能生活热水供应太阳能用于生活热水供应是太阳能运用最成功的范例,目前,中国的太阳能热水器已经商品化、产业化。无论是产量、拥有量都居世界第一。(2)太阳能采暖太阳能热泵采暖系统是运用集热器进行太阳能低温集热,然后通过热泵，将热量传递到温度为35℃~50℃的采暖热媒中去。冬季太阳辐射量较小,环境温度很低，使用热泵则可以直接受集太阳能进行采暖。将太阳能集热器作为热泵系统中的蒸发器,换热器作为冷凝器,这样就可以得到较高温度的采暖热媒。太阳能热泵采暖系统重要特点是花费少量电能就可以得到几倍于电能的热量，同时可以有效地运用低温热源,减少集热面积，这是太阳能采暖的一种有效手段。若与夏季制冷相结合,应用于空调，它的优点更为突出。（3)太阳能制冷目前,太阳能制冷技术日趋完善。在夏季，被太阳能集热器加热的热水一方面进入储水箱，当热水温度达成一定值时,由储水箱向制冷机提供热媒水;从制冷机流出并已降温的热水流回储水箱，再由集热器加热成高温热水;制冷机产生的冷媒水通向空调箱，以达成制冷空调的目的。当太阳能局限性以提供高温热媒水时，可由辅助锅炉补充热量。(４）太阳能幕墙太阳能建筑玻璃幕墙可分为光热玻璃幕墙和光电玻璃幕墙。光热玻璃幕墙事实上是平板式太阳能集热器的变形，可用来提供生活热水。光电玻璃幕墙用透明封装的晶体硅制作,与光电池类似，可用来提供生活用电。（5)家庭发电系统发达国家已在建筑屋顶、墙体采用太阳能电池组成家庭太阳能发电系统。该系统涉及一个计量、转换箱体,箱体事实上是一个逆变器和电度表,它将太阳能电池产生的直流电转换为交流电,并与电网联接,同时计量太阳能系统的发电量,用户可以把用不完的电量卖给本地电力部门。(6)太阳能游泳池太阳能游泳池在国内外获得广泛使用,目前比较成熟的是采用太阳能—热泵联用系统，晴好天气以太阳能为重要能源，热泵为辅助能源,阴天以热泵为重要能源，太阳能为辅助能源。太阳能运用的发展趋势我们相信随着科技水平的逐步提高,我国太阳能运用也将在更多的领域得到有效、合理、大规模的应用。1、太阳能的运用到了高层建筑应合理运用太阳能光热及光电技术,不仅能有效缓解电力供应的压力，也更加节能环保,在我国具有广阔的应用前景。我们在大力提倡使用太阳能的同时，也要强调要在工程设计中建筑的整体美、造型新以及技术的先进性,注意设计中屋顶墙面所用的太阳能电池板的设立位置，面积大小与建筑立面的造型与环境是否协调等多方面的因素。２、在太阳能干燥技术的应用方面也会有一定的发展,特别是一些小型、简易的太阳能干燥室,在太阳日照条件好，而经济又欠发达的偏远地区，有较好的应用前景。３、在太阳能发电方面，国际光伏产业的发展已向集团化、规模化发展,产量增幅稳定,生产成本和市场售价平稳下降,在我国，“绿色奥运”、“西部大开发”、“乡乡通”等工程的实行,将使光伏发电的应用前景日益广阔。4、在太阳能光化学转换方面,我国也应加大基础研发的支持力度，争取在此领域内走在国际先进行列。具体实行方案如下:1）尽快出台针对太阳能光伏发电的《上网电价法》,就光伏发电市场份额作出强制性规定,就光伏发电并网、上网电价及费用分摊等作出更具体规定。同时，应逐步制订投资、价格、补贴、加速折旧等方面的经济激励政策和税收优惠政策。以政策杠杆指导和引导光伏电池产业减少生产成本,朝实现与传统电力等价的方向努力。2)根据国家发改委《关于可再生能源发电有关管理规定》和电监会《电网公司全额收购可再生能源电量监管办法》的规定,推动电网建设和经营公司与光伏发电实体一起,尽快共同探讨和解决大型光伏并网所产生的各类技术问题,为光伏电力并网发明技术条件。3）以国家发改委和国家能源局牵头，建立国家和省级能源和技术主管部门、行业协会、光伏技术研究机构、光伏电池生产商、大型光伏电站投资与运营商间的沟通和互动机制,做好光伏并网电力的中长期发展规划和实行方案。４)加快大型和特大型光伏电站的建设步伐,特别是优先支持在内蒙古、青海、甘肃、新疆、宁夏、西藏等地选择荒漠、戈壁、荒滩等空闲土地，建设大型和特大型光伏电站项目，加大光伏发电的并网应用工程。建议有关部门制订专门的支持政策。5)华能、大唐、国电、华电、中电投等国有电力投资和运营主体，应加深对光伏发电行业的了解，从改变电力供应结构,