太阳能转化原理与技术课件 第一章太阳能转换原理与技术

太阳能转换原理与技术课程简介（1）设立原因：随着“碳达峰、碳中和”目标的提出，提升包括太阳能在内的新能源利用比例已成为国家能源转型的必然趋势；（2）课程内容：太阳能的多种转换原理及其典型应用技术。（3）课程性质：新能源科学与工程专业的专业核心课；能源动力类其他专业的常规课程。课程定位前置课程：热工基础、普通化学、新能源材料等专业基础课后续理论课程：光伏器件与设备、新能源电力电子等专业课后续实践课程：太阳能热利用课程设计，太阳能光伏电站设计，新能源测试与分析实训、新能源仿真、毕业实习等课程设计及实训太阳能转换原理与技术

学分：3.0总学时：48

讲课学时：46实验学时：2

考核方式：30%平时成绩+10%实验成绩+60%考试成绩

授课方式：课堂讲授+研讨+翻转课堂

平时成绩：考勤、课堂表现、作业

考试方式：四种以上题型（选择、判断改错、简答、名词解释、计算、填图等题目）

后续核心课程：太阳能的相关课程设计/太阳能的分析测试（实践课）→光伏系统/器件（专选课）→毕业设计→毕业课程概况参考教材《太阳能转换原理与技术》，吴俊杰，李超编，机械工业出版社，2026。参考书：《太阳能》，肖刚主编，中国电力出版社《太阳能热发电站设计（第2版）》，王志峰主编，化学工业出版社《太阳能热利用技术》，邵里堂主编，化学工业出版社《半导体物理（第8版）》，刘恩科主编，电子工业出版社参考教材这三张图片的共同点是什么？太阳能光伏发电技术太阳能→电能这三张图片的共同点是什么？太阳能热利用（1）太阳能→热能（2）太阳能→热能→机械能→电能知识体系与教学内容主线：太阳能的能量转化路径太阳能电能太阳能光伏发电太阳能热能太阳能中低温热利用太阳能热能电能太阳能光热发电太阳能热能/电能氢能太阳能制氢太阳能光能太阳能光导光纤照明知识体系与教学内容章节设计章节主要内容第1章绪论能源概况、太阳能的特点及主要转换利用途径知识体系与教学内容知识逻辑：原理→技术原理技术太阳能光伏发电太阳能光热发电太阳能中低温热利用太阳能量来源日地天文关系太阳辐射知识体系与教学内容章节设计章节主要内容第1章绪论能源概况、太阳能的特点及主要转换利用途径第2章太阳概况及日地关系太阳能量来源、太阳的时空位置第3章太阳辐射太阳辐射在大气中的衰减与聚集，透明或半透明体对太阳辐射能的吸收、反射和透射，太阳能聚光设计知识体系与教学内容知识逻辑：原理→技术原理技术太阳能光伏发电太阳能光热发电太阳能中低温热利用太阳能量来源日地天文关系太阳辐射光伏理化基础及光伏发电原理知识体系与教学内容章节设计章节主要内容第1章绪论能源概况、太阳能的特点及主要转换利用途径第2章太阳概况及日地关系太阳能量来源、太阳的时空位置第3章太阳辐射太阳辐射在大气中的衰减与聚集，透明或半透明体对太阳辐射能的吸收、反射和透射，太阳能聚光设计第4章光伏理化基础及发电原理光伏理化基础、PN结、光伏发电原理和光伏电池性能知识体系与教学内容知识逻辑：原理→技术原理技术太阳能光伏发电太阳能光热发电太阳能中低温热利用太阳能量来源日地天文关系太阳辐射光伏理化基础及光伏发电原理太阳能发电系统及关键设备知识体系与教学内容章节设计章节主要内容第1章绪论能源概况、太阳能的特点及主要转换利用途径第2章太阳概况及日地关系太阳能量来源、太阳的时空位置第3章太阳辐射太阳辐射在大气中的衰减与聚集，透明或半透明体对太阳辐射能的吸收、反射和透射，太阳能聚光设计第4章光伏理化基础及发电原理光伏理化基础、PN结、光伏发电原理和光伏电池性能第5章光伏发电系统光伏发电系统的分类、光伏电池阵列、储能设备、光伏逆变器、光伏控制器知识体系与教学内容知识逻辑：原理→技术原理技术太阳能光伏发电太阳能光热发电太阳能中低温热利用太阳能量来源日地天文关系太阳辐射光伏理化基础及光伏发电原理太阳能发电系统及关键设备太阳能集热器知识体系与教学内容章节设计章节主要内容第1章绪论能源概况、太阳能的特点及主要转换利用途径第2章太阳概况及日地关系太阳能量来源、太阳的时空位置第3章太阳辐射太阳辐射在大气中的衰减与聚集，透明或半透明体对太阳辐射能的吸收、反射和透射，太阳能聚光设计第4章光伏理化基础及发电原理光伏理化基础、PN结、光伏发电原理和光伏电池性能第5章光伏发电系统光伏发电系统的分类、光伏电池阵列、储能设备、光伏逆变器、光伏控制器第6章太阳能集热器平板型太阳能集热器、太阳能空气集热器、真空管太阳能集热器、槽式太阳集热器知识体系与教学内容知识逻辑：原理→技术原理技术太阳能光伏发电太阳能光热发电太阳能中低温热利用太阳能量来源日地天文关系太阳辐射光伏理化基础及光伏发电原理太阳能发电系统及关键设备太阳能集热器热功转化与储热原理太阳能热发电系统知识体系与教学内容章节设计章节主要内容第1章绪论能源概况、太阳能的特点及主要转换利用途径第2章太阳概况及日地关系太阳能量来源、太阳的时空位置第3章太阳辐射太阳辐射在大气中的衰减与聚集，透明或半透明体对太阳辐射能的吸收、反射和透射，太阳能聚光设计第4章光伏理化基础及发电原理光伏理化基础、PN结、光伏发电原理和光伏电池性能第5章光伏发电系统光伏发电系统的分类、光伏电池阵列、储能设备、光伏逆变器、光伏控制器第6章太阳能集热器平板型太阳能集热器、太阳能空气集热器、真空管太阳能集热器、槽式太阳集热器第7章太阳能热发电原理与技术热功转换原理，储热原理，槽式、线性菲涅尔式和塔式太阳能热发电技术第8章太阳能中低温热利用技术太阳能热水器、太阳能制冷、太阳能干燥、太阳能海水淡化所涉及的原理及技术知识体系与教学内容贯穿全书的思政主线国家战略引领：贯穿“双碳目标”“能源转型”“能源法”等国家政策，强化学生对国家战略的认同。科学精神与创新文化：通过科学史、科学家故事、技术突破案例，弘扬求真务实、勇于创新的科学精神。工程伦理与社会责任：在技术细节中融入安全、环保、节能、惠民等价值导向，培养负责任的工程人才。国际视野与文化自信：结合中国在太阳能领域的国际地位与“一带一路”实践，增强学生的国际视野与文化自信。知识体系与教学内容各章节思政元素章节思政元素第1章绪论“双碳”目标、能源可持续、专业认同第2章太阳概况及日地关系科学探索精神、传统文化、严谨求实第3章太阳辐射理实结合第4章光伏理化基础及发电原理科学探索精神第5章光伏发电系统“双碳”目标、“一带一路”、科技扶贫、乡村振兴第6章太阳能集热器技术创新、系统优化思维第7章太阳能热发电原理与技术自立自强、“一带一路”第8章太阳能中低温热利用技术科技服务民生、标准化与规范化意识课程目标掌握太阳能转化的基础理论与关键技术体系理解太阳能资源的特点、分布及日地天文关系，掌握太阳高度角、方位角、入射角等核心参数的计算方法；掌握太阳辐射在大气中的传播、衰减规律及测量方法，理解直射辐射、散射辐射、总辐射等概念及其关系。系统理解光伏发电的理化基础与器件原理掌握半导体物理基础（能带理论、载流子、pn结、光生伏特效应等），理解光伏电池的工作原理、伏安特性及效率影响因素；掌握光伏发电系统的组成（光伏阵列、逆变器、储能设备、控制器等）及其关键技术。系统理解光热发电与中低温热利用的技术原理掌握各类太阳能集热器（平板型、真空管型、槽式等）的结构、热力学模型与效率分析方法；掌握太阳能热发电系统的热功转化原理（朗肯循环、布雷顿循环等）、储热技术（显热、潜热、热化学储热）及其集成方式；掌握太阳能热水系统、制冷、干燥、海水淡化等中低温热利用技术的原理与热力学建模方法。知识目标课程目标计算与分析能力能够独立计算任意时间、任意地点的太阳位置参数（高度角、方位角、入射角等）。能够对太阳能集热器、光伏组件进行热效率、光电转化效率、能量平衡等方面的定量计算。能够分析影响系统效率的关键因素（如温度、入射角、聚光比等）。系统设计与工程建模能力能够对太阳能光伏系统（离网/并网）进行关键参数设计与选型（如组件串联并联、逆变器选型、储能配置等）。能够对太阳能热利用系统（热水系统、干燥系统等）进行集热面积、储水箱容积、前后排间距等关键参数的设计计算。能够建立集热器、吸热器、储热系统的热力学模型，进行稳态/准稳态性能分析。工程软件与工具应用能力能够运用编程工具进行太阳位置计算、透射率计算、热损失迭代求解等。具备阅读和应用国家标准（GB/T）进行工程设计与评估的能力。跨学科综合优化与创新能力能够在系统设计中综合考虑经济、可靠、环保等约束，提出优化方案。能够结合新型储能、聚光、热功转换等前沿方向，提出创新性技术思路。能力目标课程目标家国情怀与战略意识深刻理解“双碳”目标、能源转型、能源安全等国家战略的重大意义，增强服务国家能源事业的责任感；认识我国在光伏、光热等领域的全球领先地位及“一带一路”能源合作的贡献，增强民族自豪感与制度自信。系统设计与工程建模能力科学精神与创新品质通过科学史、科学家故事、技术突破案例，弘扬求真务实、勇于创新的科学精神。鼓励学生在技术分析中独立思考、敢于质疑、追求创新。工程伦理与社会责任感能够在系统设计中综合考虑经济、可靠、环保等约束，提出优化方案。能够结合新型储能、聚光、热功转换等前沿方向，提出创新性技术思路。终身学习与可持续发展观认识到能源技术快速迭代的时代特征，培养持续学习、跟踪前沿的自我发展能力；牢固树立资源节约、环境友好、绿色低碳的可持续发展理念。素质目标课程考核1.1能源概况1.2太阳能概况第一章绪论1.1能源的分类能源：自然界中可以直接或通过转换提供某种形式能量的资源常见的能量形式有辐射能、热能、机械能、电能、化学能、核能等常见的能源有化石能源（如煤、石油、天然气）、水能、太阳能、风能、核能、生物质能、潮汐能、地热能和氢能等。1.1能源的分类太阳能有狭义和广义之分：狭义的太阳能：又称为太阳辐射能，指太阳以电磁辐射形式向宇宙空间发射的能量广义的太阳能：不仅包含狭义的太阳能，还包含来源于太阳能并经过各种方式转换形成的其他能源，（如风能、水能、海洋能、生物质能、化石能源）如无特殊说明，本课程所指的太阳能均为狭义的太阳能（太阳辐射能）1.1能源的分类（1）按能源的形成或来源分类(i)来自地球以外天体的能源：广义太阳能和宇宙射线(ii)地球本身蕴藏的能量：地热能和核能(iii)地球与其他天体互相作用产生的能源：月地引力而产生的潮汐能。→太阳能属于来自地球以外天体的能源（2）按能源的获得方式分类(i)一次能源：自然界中存在且、未经过加工或转换的能源

-不可再生能源：不能连续再生、短期内无法恢复且可被用尽短时间内（如化石能源、核燃料铀）-可再生能源：相当长的时间范围内，自然界可连续再生并有规律地得到补充（如太阳能、风能、生物质能、水能、海洋能和地热能）1.1能源的分类（2）按能源的获得方式分类(ii)二次能源：一次能源经过一定加工并转换为符合使用条件的能源（如汽油、柴油和重油等各类石油制品，还包括电力、煤气、氢气和人工沼气等）→太阳能属于一次能源中的可再生能源1.1能源的分类（3）按利用技术的成熟度分类(i)传统能源：指大规模生产和广泛利用的、技术比较成熟的能源(ii)新能源。正在研究和开发，尚未大规模应用的能源。在不同的历史时期，新能源的内涵会有所不同。常见的新能源包括太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能、氢能等。1.1能源的分类（4）按利用过程对环境的影响分类(i)清洁能源：使用过程对环境没有污染或污染小的能源(ii)非清洁能源：使用过程对环境污染大的能源→太阳能属于清洁能源1.1能源的分类1.2能源与人类文明（1）薪柴时期：从发现和利用火开始到18世纪中叶可推测，早在170万年前，元谋人已掌握了火的使用该时期，人类的能源消费以薪柴为主，辅以畜力以及简单的水力和风力机械。这一时期，能源的使用以可再生能源为主，能量密度低生产力低下。1.2能源与人类文明（2）煤炭时期：从18世纪中叶到20世纪初1769年，英国人瓦特改良了蒸汽机，标志着第一次工业革命的到来，也开启了人类利用能源的煤炭阶段。这一阶段，煤炭逐渐取代薪柴成为主要能源，蒸汽机成为生产的主要动力，工业得到了迅速发展，劳动生产效率有了很大的提高。19世纪末，电能逐渐进入社会各个领域，煤炭依然是电能产生的主要能源，电动机逐渐取代了蒸汽机，电灯逐渐取代了油灯和蜡烛。1.2能源与人类文明（3）油气阶段：20世纪初至今20世纪20年代，石油和天然气的消费量逐渐上升。20世纪50年代，石油勘探、开采和冶炼技术的提高以及世界多地巨大油气田资源的相继发现促使各种成品油的价格下降并保证了其供应。人类的能源消费结构逐渐由以煤炭为主转变为以石油和天然气为主。1.2能源与人类文明石油和天然气仍占主导地位全球石油和天然气占全部一次能源消费量的55.0%煤炭在我国一次能源消费量的占比相对较高2020年全球部分能源消费国一次能源消费量占比分布2022年08月，我国南方遭遇极端高温天气，图片为某营业中的商场关闭不必要的照明以节省电能欧洲能源危机（荷兰TTF天然气价格）1.3能源与环境环境污染：由于人类活动影响而改变环境原有性质或状态的现象环境污染对全球生态系统产生破坏性作用，直接或间接威胁人类的生存发展。大气污染是指大气中一些物质的含量达到有害程度，以至于破坏生态系统，影响人类正常生存和发展，对人或物造成危害的现象。大气污染物是指由于人类活动或自然过程排入大气并对人和环境产生有害影响的物质。包括气溶胶状态污染物（如烟尘、雾霾等）和气态状态污染物（如硫氧化物、氮氧化物）。化石燃烧是大气污染物的主要来源减少污染物排放是防治大气污染的有效措施1.3能源与环境温室效应：大气能使太阳短波辐射到达地面，但地标受热后向外放出的大量长波热辐射却被大气中的温室气体吸收，这样就使得地标与低层大气温度升高，从而使大气变暖主要温室气体：二氧化碳等温室效应的利用：温室大棚、太阳能集热器的玻璃盖板危害：全球变暖，极地冰雪融化，海水升温膨胀，将淹没全球大多数沿海地区，气候变化。1.3能源与环境二氧化碳与全球变暖2021年诺贝尔物理学奖的一半授予真锅淑郎（SyukuroManabe）和克劳斯·哈塞尔曼（KlausHasselmann），表彰他们“对地球气候的物理建模、量化可变性和可靠地预测全球变暖”的贡献。真锅：二氧化碳浓度如何导致气温上升；当二氧化碳浓度翻一倍时，全球气温会上升2℃以上。哈塞尔曼：证明了人类对气候影响的痕迹臭氧浓度垂直分布臭氧层的作用：（1）吸收90%以上紫外线；（2）将紫外线转化为热能加热大气，形成平流层。臭氧层最大浓度（0.0015%）出现在30-35km；水平分布也不均匀，在世界三极地区，即南极、北极和青藏高原由于气候寒冷，臭氧层更加稀薄；臭氧层厚度：3mm。1.3能源与环境1970年，荷兰科学家保罗·克鲁岑发现NOx能够催化臭氧分别并破坏臭氧层。1974年，墨西哥科学家马里奥·J·莫利纳（MarioJ.Molina）和美国科学家弗兰克·舍伍德·罗兰（FrankSherwoodRowland）发表论文，指出氯氟烃（CFCs）会破坏臭氧层1995年诺贝尔化学奖授予上述三位科学家，以表彰他们揭示了臭氧层破坏的化学机制，阐明了人类活动对臭氧层的影响。1.3能源与环境1985年，英国科学家约瑟夫·法曼（JosephFarman）及其团队在南极上空观测到臭氧空洞，震惊科学界臭氧层破坏的主因是人类排放的氟氯烃等物质，上述物质曾经广泛用于冰箱、空调、灭火器、喷雾剂和化工生产中。1.3能源与环境南极上空的臭氧空洞1987年，各国签署了《蒙特利尔议定书》，逐步淘汰消耗臭氧层物质的化学品。2016年，《蒙特利尔议定书》缔约方达成《基加利修正案》，决定对导致全球变暖的强效温室气体氢氟碳化物（HFCs）实施管控和削减。现状：臭氧层破坏的问题已得到控制，南极上空的臭氧空洞正逐步减小，但是，保护臭氧层的任务依然任重而道远。酸雨是指pH值低于5.6的雨、雪或其他形式的降水，是由于降水在形成过程中溶解了二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）等物质而形成的酸性降水。酸雨的危害：土壤酸化、植物生长受阻及森林退化；湖泊和河流酸化，影响鱼类的繁殖和生长，甚至导致物种灭绝；腐蚀建筑物表面，加速文物古迹的损坏；酸雨中的酸性物质也会影响人类的身体健康。1.3能源与环境环境中的二氧化硫主要源于煤炭、石油等化石燃料的燃烧，还包括金属冶炼、化工生产、水泥生产、造纸以及其他含硫原料的工业生产。其中，煤炭与石油燃烧过程的二氧化硫排放量最大，约占人为排放量的90%。环境中人为排放的氮氧化物主要来源于含氮燃料在高温下的燃烧。控制酸雨的根本途径为减少二氧化硫和氮氧化物的排放。如对烟气进行脱硫脱硝，使用清洁能源取代燃煤和石油的使用。1.3能源与环境国家战略——碳达峰、碳中和中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有利的政策和措施，力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。——2020年09月，第七十五届联合国大会中国到2030年，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。——2020年12月，联合国大会气候雄心峰会要把促进新能源和清洁能源发展放在更加突出的位置，积极有序发展光资源、硅资源、氢能源、可再生能源。——2022年01月，中共中央政治局第三十六次集体学习国家战略——碳达峰、碳中和中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要国家战略——碳达峰、碳中和第四节积极应对气候变化落实2030年应对气候变化国家自主贡献目标，制定2030年前碳排放达峰行动方案。完善能源消费总量和强度双控制度，重点控制化石能源消费。实施以碳强度控制为主、碳排放总量控制为辅的制度，支持有条件的地方和重点行业、重点企业率先达到碳排放峰值。推动能源清洁低碳安全高效利用，深入推进工业、建筑、交通等领域低碳转型。加大甲烷、氢氟碳化物、全氟化碳等其他温室气体控制力度。提升生态系统碳汇能力。锚定努力争取2060年前实现碳中和，采取更加有力的政策和措施。加强全球气候变暖对我国承受力脆弱地区影响的观测和评估，提升城乡建设、农业生产、基础设施适应气候变化能力。加强青藏高原综合科学考察研究。坚持公平、共同但有区别的责任及各自能力原则，建设性参与和引领应对气候变化国际合作，推动落实联合国气候变化框架公约及其巴黎协定，积极开展气候变化南南合作。中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要国家战略——碳达峰、碳中和教育部关于印发《高等学校碳中和科技创新行动计划》的通知国家战略——碳达峰、碳中和教育部关于印发《高等学校碳中和科技创新行动计划》的通知1.碳中和人才培养提质行动推进碳中和未来技术学院和示范性能源学院建设，布局一批适应未来技术研究所需的科教资源和数字化资源平台，打造引领未来科技发展和有效培养复合型、创新型人才的教学科研高地。加大在新工科建设中的支持力度，鼓励高校与科研院所、骨干企业联合设立碳中和专业技术人才培养项目，协同培养各领域各行业高层次碳中和创新人才。加强与人工智能、互联网、量子科技等前沿方向深度融合，推动碳中和相关交叉学科与专业建设。加快与哲学、经济学、管理学、社会学等学科融通发展，培养碳核算、碳交易、国际气候变化谈判等专业人才。加快制定碳中和领域人才培养方案，建设一批国家级碳中和相关一流本科专业，加强能源碳中和、资源碳中和、信息碳中和等相关教材建设，鼓励高校开设碳中和通识课程，将碳中和理念与实践融入人才培养体系。国家战略——碳达峰、碳中和教育部关于印发《加强碳达峰碳中和高等教育人才培养体系建设工作方案》的通知国家战略——碳达峰、碳中和教育部关于印发《加强碳达峰碳中和高等教育人才培养体系建设工作方案》的通知——科学研判、缓急有序。加强重点产业人才需求预测，结合新时代人才成长规律、教育教学规律、科技创新规律，加快新能源、储能、氢能和碳捕集等紧缺人才培养，积极谋划对传统能源、交通、材料、管理等相关专业升级改造。10.进一步加强风电、光伏、水电和核电等人才培养。适度扩大专业人才培养规模，保证水电、抽水蓄能和核电人才增长需求，增强“走出去”国际化软实力。拓展专业的深度和广度，推进新能源材料、装备制造、运行与维护、前沿技术等方面技术进步和产业升级。11.加快传统能源动力类、电气类、交通运输类和建筑类等重点领域专业人才培养转型升级。以一次能源清洁高效开发利用为重点，加强煤炭、石油和天然气等专业人才培养。以二次能源高效转换为重点，加强重型燃气轮机、火电灵活调峰、智能发电、分布式能源和多能互补等新能源类人才培养。以服务新型电力系统建设为重点，以智能化、综合化等为特色强化电气类人才培养。以推动建筑、工业等行业的电气化与节能降耗为重点，加强交通运输类和建筑类人才培养。1.1能源概况1.2太阳能概况第一章绪论1.2.1太阳能的资源特点及资源分布（1）普遍。太阳光普照大地，没有限制，处处都有，可直接开发利用，无须开采和运输。（2）巨大。每年到达地球的太阳辐射能相当于目前全世界各种能量消费总和的1万倍。（3）清洁。没有废渣、废料、废水和废气排出，几乎不产生对人体有害的物质，不会污染环境。（4）可持续。“取之不尽，用之不竭”。1.2.1太阳能的资源特点及资源分布在世界范围内，太阳能资源较好的典型地区有：中国西北、华北及西藏地区，印度西部及西北部，西亚（如阿联酋、沙特阿拉伯等国家），非洲南部和北部（如摩洛哥、埃及、南非等国家），欧洲南部（如意大利、西班牙、希腊等国家），澳大利亚中部沙漠及西部地区，美国西南部，智利，巴西东北部等。我国的太阳能资源分布名称年总辐射量（kWh/m2）年平均辐照度(W/m2)占国土面积（%）主要地区最丰富带≥1750约≥200约22.8内蒙额济纳旗以西、甘肃酒泉以西、青海100°E以西大部分地区、西藏94°E以西大部分地区、新疆东部边缘地区、四川甘孜部分地区很丰富带1400~1750约160~200约44.0新疆大部、内蒙额济纳旗以东大部、黑龙江西部、吉林西部、辽宁西部、河北大部、北京、天津、山东东部、山西大部、陕西北部、宁夏、甘肃酒泉以东大部、青海东部边缘、西藏94°E以东、四川中西部、云南大部、海南较丰富带1050~1400约120~160约29.8内蒙50°N以北，黑龙江大部、吉林中东部、辽宁中东部、山东中西部、山西南部、陕西中南部、甘肃东部边缘、四川中部、云南东部边缘、贵州南部、湖南大部、湖北大部、广西、广东、福建、江西、浙江、安徽、江苏、河南一般带<1050约<120约3.3四川东部、重庆大部、贵州中北部、湖北110°E以西、湖南西北部1.2.1太阳能的资源特点及资源分布1.2.2太阳能转换利用概述（一）太阳能→电能（1）太阳能光伏发电（太阳能→电能）（2）太阳能光热发电（太阳能→热能→机械能/电能）（3）其他（热电子/热光伏/热电发电）（二）太阳能→热能太阳能热水器、太阳能制冷、太阳能干燥、太阳能海水淡化、其他（太阳灶、温室）（三）太阳能→化学能（制氢）（四）太阳能光纤光导照明1.2.2.1太阳能发电2008-2023年我国及全球太阳能装机容量变化趋势2008-2023年我国太阳能装机容量占全部发电装机容量的百分比变化趋势太阳能光伏发电历史1839年，法国物理学家贝克雷尔意外地发现光生伏打效应。1954年，美国贝尔实验室恰宾和卡尔松等做出世界上第一片基于硅半导体的太阳能电池。此后一段时间内，太阳能电池因价格昂贵，主要应用于航空航天领域。1982年，世界上第一座兆瓦级光伏电站在美国加利福尼亚州建成。进入21世纪，全球光伏产业进入了高速增长期。随着成本逐渐下降，太阳能光伏发电已成为最具竞争力的可再生能源之一。2023年，全球太阳能光伏装机容量已达1.412TW。太阳能光伏发电历史1958年，中国开始研究太阳能电池，主要用于航天领域。1971年，中国成功研制出第一块硅太阳能电池并应用于卫星“实践一号”。2000年前后，我国开始了光伏的规模化生产和应用。2007年，我国成为全球最大的光伏组件生产国。目前，我国光伏组件产量占全球的80%以上。同时，我国连续多年新增和累计光伏装机容量位居全球第一。2023年，我国光伏装机容量已超过500GW，已超过全球总量的40%。太阳能光伏发电历史光伏产业与案例潮光互补光伏产业与案例渔光互补光伏产业与案例屋顶光伏太阳能光热发电太阳能光热发电通常利用聚光集热系统先将太阳辐射聚光收集并直接或间接加热工质，再通过热功转化装置将热能转化为电能。太阳能光热发电机组与传统火电机组在热功转化方面原理相似，但前者通过太阳能加热循环工质，后者通过燃料加热循环工质。太阳能光热发电(a)塔式太阳能热发电(b)槽式太阳能热发电(c)线式菲涅尔式太阳能热发电(d)碟式太阳能热发电太阳能光热发电发展历史1866年，法国工程师奥古斯丁·穆肖（AugustinMouchot）发明了第一台太阳能蒸汽机，并在巴黎世界博览会上展示。1950年，前苏联设计了世界上第一座小型塔式太阳能热发电试验电站，对太阳能热发电进行了基础性探索与研究。1968年，意大利科学家乔瓦尼·弗朗西亚（GiovanniFrancia）设计了第一座塔式太阳能热发电系统。2011年，全球首座24h发电的熔盐塔式太阳能光热电站Gemasolar投入商业化运营。2014年，美国建成Ivanpah塔式太阳能光热电站，装机容量392MW，成为当时世界上最大的光热电站。截至2024年，全球太阳能光热电站装机容量约为7.90GW。太阳能光热发电发展历史2005年10月，在南京江宁建成了我国首座70kW塔式太阳能热发电试验系统。2006年，在国家“863”计划支持下，国内第一个MW级塔式光热发电项目大汉电站启动建设。该电站选址于北京市延庆区，于2012年首次成功发电。2016年9月，国家发改委和能源局发布《关于建设太阳能热发电示范项目的通知》，确定了首批太阳能光热发电示范项目名单。太阳能光热发电发展历史2018年以后，中广核德令哈50MW槽式光热发电项目、首航高科敦煌100MW熔盐塔式光热发电项目、兰州大成敦煌50MW线性菲涅尔光热发电项目等多个项目相继并网发电。其中，兰州大成敦煌50MW线性菲涅尔光热发电项目是全球首座熔融盐线性菲涅尔太阳能光热电站。截至2024年底，我国太阳能光热发电装机容量已达838.2MW，占全球的10.6%。其中，塔式太阳能热发电装机容量为481MW，槽式太阳能热发电装机容量为191MW，线性菲涅尔式太阳能热发电装机容量为166MW。2025年1月1日，《中华人民共和国能源法》正式施行。其第二十五条明确提出“积极发展光热发电”，这是我国首次在法律层面明确太阳能光热发电的地位。其他太阳能发电形式热光伏发电：先将太阳辐射能转化为热辐射，再将热辐射通过太阳能光伏电池转化为电能。与太阳能光热发电相比，该技术无需热功转化装置；与太阳能光伏发电相比，该技术可通过对热能的存储减小太阳辐照波动性的影响。其他太阳能发电形式热电子发电：当金属被加热到一定温度时，金属中的电子获得足够的动能，能够克服金属表面的势垒逸出到外部空间。如果在金属电极之间施加适当的电场，逸出的电子可以被收集电极捕获，从而形成电流。太阳能热电子发电需要先将太阳能转化为高温热能，电子在高温条件下从金属表面逸出并产生电能。其他太阳能发电形式太阳能热电发电：利用太阳能收集器将太阳辐射能转化为热能，然后利用热电材料（通常为半导体材料）的塞贝克效应（SeebeckEffect）将热能直接转化为电能。塞贝克效应是指当两种不同的导体或半导体材料连接成回路且两端存在温度差时，回路中会产生电动势。人类太阳能热利用的历史记录公元前214年，阿基米德让数百名士兵手持磨亮的盾牌作为反光镜，对准攻打西西里岛拉修斯港的古罗马帝国的木制战船，使得入侵舰队被烧沉而溃散。我国公元前11世纪（西周时代）“阳燧取火”：“司烜氏，掌以夫遂取明火於日，以鉴取明水於月，以共祭祀之明齍、明烛，共