浅谈太阳能的应用与发展

浅谈太阳能的应用与发展摘要 ： 面对世界能源的逐渐枯竭新能源的发展迫在眉睫， 太阳能成为我们关注的重中之重，利用太阳能发电， 极大地减轻了火力发电及水力发电的负担， 太阳能在所有放电方式中比例约占越大，在不久的以后氢能源必然可以取代化石燃料，引领新能源的发展 . 关键字：太阳能发电 太阳能电池 前景引言 ： 太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为 3.75 × 1026w）的 22亿分之一，但已高达 173,000tw ， 也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于 500万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能， 所以广义的太阳能所包括的范围非常大， 狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、 光电和光化学的直接转换。 太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。人类对太阳能的利用有着悠久的历史。 我国早在两千多年前的战国时期， 就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火； 利用太阳能来干燥农副产品。 发展到现代， 太阳能的利用已日益广泛， 它包括太阳能的光热利用， 太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。太阳能的利用有光化学反应 , 被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源利用方式。太阳能的优点1) 普遍。太阳光普照大地 www.cusdn.org.cn 没有限制，处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输。2) 无害。 开发利用太阳能不会污染环境， 它是最清洁的能源之一， 在环境污染越来越严重的今天，这一点极其宝贵。3) 巨大。每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于 130万亿吨标煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。4) 长久。根据目前太阳产生的核能速度估算，氢的储量足够维持上百亿年，而地球的寿命约为几十亿年， 从这个意义上讲， 可以说太阳的能量是用之不竭的[1] 。所以太阳能的开发利用也是必然的正文 ：太阳能发电原理：太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。 能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现以晶体硅为例描述光发电过程。 P 型晶体硅经过掺杂磷可得 N型硅，形成 P－ N结 [2]. 当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在 P－ N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。 利用太阳能发电有两大类型，一类是太阳光发电（亦称太阳能光发电） ，另一类是太阳热发电 （亦称太阳能热发电） 。 太阳能光发电是将太阳能直接转变成电能的一种发电方式。 它包括光伏发电、 光化学发电、 光感应发电和光生物发电四种形式，在光化学发电中有电化学光伏电池、光电解电池和光催化电池。 太阳能热发电是先将太阳能转化为热能， 再将热能转化成电能， 它有两种转化方式。 一种是将太阳热能直接转化成电能， 如半导体或金属材料的温差发电， 真空器件中的热电子和热电离子发电， 碱金属热电转换， 以及磁流体发电等。 另一种方式是将太阳热能通过热机（如汽轮机）带动发电机发电，与常规热力发电类似，只不过是其热能不是来自燃料，而是来自太阳能 [15] 。太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流 220V或 110V，还需要配置逆变器。 [3] 太阳能电池板太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分， 太阳能电池板的作用是将太阳的光能太阳能并网发电系统原理图转化为电能后， 输出直流电存入蓄电池中。 太阳能电池板是太阳能发电系统中最重要的部件之一， 其转换率和使用寿命是决定太阳电池是否具有使用价值的重要因素。 组件设计：按国际电工委员会 IEC： 1215： 1993标准要求进行设计，采用 36片或 72片多晶硅太阳能电池进行串联以形成 12V和 24V 各种类型的组件。该组件可用于各种户用光伏系统、独立光伏电站和并网光伏电站等。光伏发电白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵， 使得方阵电压达到系统输入电压的要求。 再通过充放电控制器对蓄电池进行充电， 将由光能转换而来的电能贮存起来。 晚上， 蓄电池组为逆变器提供输入电，通过逆变器的作用，将直流电转换成交流电，输送到配电柜，由配电柜的切换作用进行供电。 蓄电池组的放电情况由控制器进行控制， 保证蓄电池的正常使用。 光伏电站系统还应有限荷保护和防雷装置， 以保护系统设备的过负载运行及免遭雷击， 维护系统设备的安全使用。 太阳能→电能→化学能→电能→光能 [4] 。太阳能的小应用：太阳能路灯， 利用光电转化板将光能转换为电能， 进而供给路灯的使用， 最重要的部分就是蓄电池，常用的是铅酸蓄电池，镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池、 聚合物锂电池、 锌空电池、 燃料电池蓄电池容量 = 日负荷用电量×无日照天数；日平均放电深度 =日负荷用电量÷蓄电池容量；最大放电深度 =日平均放电深度×无日照天数；对以上值进行设计 日平均放电深度、最大放电深度的修正、温度系数的修正，得出蓄电池容量。 [5] 计算出蓄电池容量后， 应进行系统要求的蓄电池充电恢复时间、 气象条件、 蓄电池充放电效率等进行太阳电池方阵的修正。下面是按本方案设定的需求， 对蓄电池容量进行粗略计算 （具体需要应用第三方软件来计算） ：设备的功耗为（ 90w） ，设备每天消耗的电流为（ 24V供电） [6] ：太阳能热水器太阳能热水器把太阳光能转化为热能， 将水从低温度加热到高温度， 以满足人们在生活、 生产中的热水使用。 太阳能热水器是由集热管、 储水箱及相关附件组成，把太阳能转换成热能主要依靠集热管。 集热器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器 [7] 。除了阴雨天以外，太阳能热水器使用不需要其他费用（如燃气费、电费） 。在阴雨天气，消费者则要使用辅助电加热装置，这时就必须支付电费。 “其实在阴雨天， 太阳能热水器仍旧在工作， 只是产生的热水温度达不到用户洗澡的需要。 但是，其水箱中的水是温的，比普通的自来水温度高。因此，就算是阴雨天使用，它也比普通电热水器省电。太阳能使用前景：太阳能的使用主要分为几个方面：家庭用小型太阳能电站、大型并网电站、建筑一体化光伏玻璃幕墙 [8] 、宇翔太阳能路灯、风光互补路灯、风光互补供电系统等， 现在主要的应用方式为建筑一体化和风光互补系统。 近年世界太阳能电池市场高歌猛进， 一片大好， 但百年不遇的金融风暴带来的经济危机， 同样是压在太阳能电池市场头上的一片乌云，主要企业如德国 Q— Cells 的业绩应声下调， 预年今年世界太阳电地市场也会因需求疲软、 石油价格下降而竞争力反提升等不利因素而下挫。但与此同时，人们也看到美国．奥巴马上台后即将施行GreenNewDeal 政策，包括其内的绿色能源计划可有 1500亿美元的补助资金，日本也将推行补助金制度来继续普及太阳能电池的应用 [9] 。 当前， 中国太阳能电池企业之前约 90%的产量供应海外市场，主要面向欧洲国家及美国，但随着欧债危机持续发酵，美国商务部也于 2012年 3月份作出了对华太阳能电池产品反补贴调查的初裁， 认定中国涉案企业存在 2.9%-4.73%不等的补贴幅度， 并追溯 90天征税。 这些因素直接影响到了这些企业的业绩， 因此相关企业及时做出了经营战略调整，转投中国本土市场。又由于去年 7月，中国政府公布了太阳能光伏发电上网电价， 受此影响， 多家企业开始计划在国内兴建大规模太阳能发电站， 中国太阳能电池企业将重点转向开拓本土市场。目前，中国有 800多家太阳能电池企业，预计今后在本土市场的竞争将十分激烈 [10] 。我国一直致力于太阳能热能发电方向的研究， 2月 9日，中航通用公司槽式太阳能热发电专家媒体座谈会在 北京 举行， 会上企业、 专家、 媒体等各方人士就新能源发展等问题进行探讨。 图为中航空港通用设备有限公司董事长郑学实在介绍中航通用槽式太阳能热发电可工程化示范装置 [16]。据中国能源报：在多种再生资源利用上，太阳能的比例是最大的，是人类持续发展的主要动力。 近段时间， 在太阳能利用上， 太阳能热发电利用以其环保经济逐渐受到业内的关注。 近期， 太阳能热发电项目如塔式、 槽式等方式不同程度的在试验和工程化阶段。 2月 9日， 国务院参事、 国家能源专家咨询委员会主任徐锭明、 国务院参事、 中国可再生能源学会理事长石定寰、 中科院工程热物理研究所徐建中院士、 中国电力科学研究院、 副总工程师胡学浩、 北京太阳能研究所有限公司副总经理、 国家新能源工程技术研究中心主任朱敦智等专家学者聚集一堂， 对槽式太阳能热发电的前景和国内民营资本自主创新、 通过产学研一体化形成的技术上的突破， 给予中肯意见和宝贵建议， 催进我国新能源形式和种类不断可持续发展。据悉，引来能源业内驻足的项目是由北京中航空港通用设备有限公司自主研发、 自主涉及并具有全部自主知识产权的槽式太阳能热发电可工程化成套设备样机。 通过与中科院工程热物理研究所 合作 ， 实现了曲面聚光镜从技术到生产的完全国产化， 采用了成本低廉的太阳能对日跟踪驱动系统和具有强化换热功能的线聚焦强化集热管系统的重大突破， 大大降低了槽式太阳能热发电的成本。 中航通用公司副总经理张志明在接受采访时表示， 以利用国产设备建造一个 50MW规模大小的槽式太阳能热发电站，总的设备投资在 1.5万元 /KW 左右，此技术应用前景十分广阔乐观。 在此次由中航通用公司组织的专家媒体座谈会上， 众专家也对太阳能热发电前景十分看好。 国务院参事， 中国可再生能源会理事长石定寰预测， 热发电是未来太阳能发展的重要方向， 创新空间很大。 世界新一轮 科技 革命当中， 我们一定抢占制高点。 美国、 西班牙早在 70年代就开始做太阳能热发电方面的研究， 但至今未形成有一定规模的发电站。 这给我们留下一个创新的机会和空间。 自 2008年下半年起， 中航通用对槽式太阳能热发电集热设备技术可工程化进行了研究， 一年时间就完成了槽式太阳能热发电可工程化成套设备的设计和建造任务。 据中航通用负责人介绍， 这套装置是国内唯一全部实现国产化， 功能完整的聚光阵列， 并能够展示热发电功能的试验示范装置， 为我国独立建造槽式太阳能热发电站奠定了基础， 同时也为建立槽式太阳能热发电站装备制造产业化提供了有益探索。 下一步， 中航通用拟通过市场的检测， 将由试制逐步专项规模化生产，希望能获得政府的政策和资金支持，建立 3-5MW 槽式太阳能热发电中试电站， 为建立 50MW 以上规模电站做好技术准备。 今年 1月， 温家宝总理在 2009年度国家科学技术奖励大会上表示， 要紧密跟踪世界经济科技发展趋势， 大力发展战略性新兴产业。在新能源、新材料和高端制造、信息网络、生命科学、空天海洋地球科学等领域， 推动共性关键技术攻关， 加快科研成果向现实生产力转化，逐步使战略性新兴产业成为可持续发展的主导力量。 国务院参事、 国家能源专家咨询委员会主任徐锭明在座谈中提到到 2020年我国可再生能源比例要占总能源的 20%， 任务艰巨， 选择重点领域作为突破口， 力争短时间见到时效。 需要政府、企业、学术界一起推动。 目前我们做的这个热发电项目都是自筹资金，核心技术也完全实现了国产化。 我们希望付出的努力能引起政府的重视。 接下来我们希望政府有关部门能够了解到我们这个项目， 给予各方面的支持， 让太阳能热发电形成规模化发展。中航通用负责人表示。 北龙中网 *m26y16%og总结：晶体硅电池仍为主流 市场晶体硅电池，包括单晶硅（ sc-Si ）电池、多晶硅（ mc-Si）电池两种，它们占据约 93%的市场份额；薄膜电池，主要包括非晶体硅太阳能电池、硒光太阳能电池、化合物（砷化镓 GaAs、硫化镉 CdS、硒铟铜CuInSe、碲化镉 CdTe、铜铟镓硒 CIGS）太阳能电池，有机半导体太阳能电池等，这类电池占据 7%的市场份额 [11] 。太阳能市场巨 据世界能源组织（ IEA） 、欧洲联合研究中心、欧洲光伏工业协会预测， 2020年世界光伏发电将占总电力的 1%， 到 2040年光伏发电将占全球发电量的 20%，按此推算未来数十年，全球光伏产业的增长率将高达25%-30%[12]。可以预言，在 21世纪中叶，太阳能光伏发电成为人类的基础能源之一， 在世界能源构成中占有一定的地位。 中国地处温带和亚热带， 具有比较丰富的太阳能资源。 除四川盆地及其毗邻地区， 中国绝大部分地区的太阳能资源都相当于或超过外国同纬度的地区。约占全国总面积的 2/3 以上地区，具有利用太阳能的良好条件。太阳能主要发生在光—热、光—电、光—化学、光—生物质等几种转换方式。 太阳能光—热转换主要采用太阳集热器来实现。 主要分为平板集热器、 真空管集热器和聚焦集热器等三类。太阳能光—电转换主要采用太阳能电池来实现。太阳能电池是一种可以把光能直接转换为电能的半导体器件。 目前常用的半导体材料多为单晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜，此外还有硫化镉、砷化镓等。太阳能光—化学转换主要通过可逆的化学反应来实现太阳能转换成化学能的过程 [13] 。 吸热或放热可逆的化学反应所需要的温度较高， 所以也可以用于太阳能热发电， 未来利用太阳能制氢作为无污染的稳定能源 [] ，也是十分可取的。1 http://hi.baidu.com/zhd3955/blog/item/32c504126deaed50f919b8c2.html 2 http://hi.baidu.com/mtw200840/blog/item/b226563acb18fddbd5622509.html 3 太阳能之痛：为何城市居民总是望 “阳 “兴叹4 中国光伏设备发展机遇： http://www.dragonraja.com.cn/20093/1200936731.html 5《关于实施金太阳示范工程的通知》 ： http://www.gov.cn/zwgk/2009-07/21/content_1370811.htm 6 太中国光伏设备发展机遇： http://www.dragonraja.com.cn/20093/1200936731.html 7 阳能跟踪系统： http://www.huirong.cc/ProductView.asp?ID=154 8 .自动跟踪光伏发电系统： http://www.huirong.cc/ProductView.asp?ID=155 9 即热式快热式热水器，市场调查分析10.英国米能承压即热式太阳能热水器11. Photovoltaic technology will be applied to utilize solar energy in supporting facilities, including the road lamp of the venue, the lawn lighting facilities, lamp for public lavatory and irrigation 12 .Photovoltaic technology will be applied to utilize solar energy in supporting facilities, including the road lamp of the venue, the lawn lighting facilities, lamp for public lavatory and irrigation 13 太阳能发展前景14 .Photovoltaic technology will be applied to utilize solar energy in supporting facilities, including the road lamp of the venue, the lawn lighting facilities, lamp for public lavatory and irrigation 15 太阳能光伏发电原理16【慧聪太阳能网】