太阳能的利用综述.doc

1、 网络教育学院新能源发电课 程 设 计 总则：古代人对太阳非常崇拜，世界上许多历史悠久的国家，如埃及、希腊和中国，都有过很多关于太阳的传说。例如，古代希腊有普罗米修斯盗取天火给予人间的神话故事，古代中国有夸父逐日的神话传说。世界上最早利用太阳能的国家可能就是中国。儒家典籍周礼秋官司寇有用“夫燧”向太阳取明火的记载。说明至少在3000多年前的周代，我们的祖先就已经开始利用太阳能了。虽然早在3000多年前人类就开始了对太阳能的利用，但早期的应用主要是在白天接受太阳的烘晒和取暖。从世界范围来看，将太阳能作为一种能源动力加以利用，还不到400年的历史。中国蕴藏着丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔。目

2、前，我国太阳能产业规模已位居世界第一，是全球太阳能热水器生产量和使用量最大的国家和重要的太阳能光伏电池生产国。我国比较成熟的太阳能产品有两项：太阳能光伏发电系统和太阳热水系统。一、太阳能利用现状新能源是二十一世纪世界经济发展中最具有决定力的五大技术领域之一。太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。在新实际中，各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。而光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点，在我国西部广袤严寒、地形多样和居住分散的现实条件下，有着非常独特的作用。1、国内外太阳能利用概况1.1国外现状常规能源资源的有限性和环境压力的增加，使世界

3、上许多国家重新加强了对新能源和可再生能源技术发展的支持。近几年，国际光伏发电迅猛发展。1973年，美国制定了政府级阳光发电计划；1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划，累计投资达8亿多美元；1994年度的财政预算中，光伏发电的预算达7800美元，比1993年增加了23.4%；1997年美国和欧洲相继宣布“百万屋顶光伏计划”，美国计划到2010年安装10003000MW太阳电池。日本不甘落后，1997年补贴“屋顶光伏计划”的经费高达9200万美元，安装目标是760MW印度计划1998-2002年太阳电池总产量为150MW,其中2002年为50MW。国际光伏发电正在由边远农村和特殊应用向并网发

4、电和与建筑结合供电的方向发展，光伏发电已由补充能源向率提高到15%以上，系统造价和发电成本已分别降至4美元/峰瓦和25美分/度电；在太阳热利用方面，由于技术日趋成熟，应用规模越来越大，仅美国太阳能热水器年销售额就逾10亿美元。太阳能热发电在技术上也有所突破，目前已有20余座大型太阳能热发电站正在运行或建设。1.2国内现状煤炭巨量消费已成为我国大气污染的主要来源。我国具有丰富的太阳能、风能、生物质能、地热能和海洋能等新能源和可再生能源资源，开放利用前景广阔。太阳能光伏发电应用始于70年代，真正快速发了七条太阳电池生产线，使我国太阳电池的生产能力从1984年以前生产200千瓦跃到1988年的4.5

5、兆瓦。目前太阳电池主要应用于通信系统和边远无电县、无电乡村、无电岛屿等边远偏僻无电地区，年销售约1.1兆瓦，成效显著。（1）建成了40多座县、乡级小型光伏电站，光伏电池总装机容量约600kw，其中西藏最多达450kw；1998年10月建成我国最大的西藏那曲安多县光伏电站的光伏电池装机容量达100kw。（2）家用光伏电源在青海、内蒙古、新疆、甘肃、宁夏、西藏以及辽宁、吉林、河北、海南、四川等地广泛应用。据不完全统计，至今全国已累计推广家用光伏电源约15万台，光伏电池总功率约达2.9MW。（3）1995年，63个国家重点援藏项目-西藏广播电视发射接收工程采用光伏电池供电，建成216套卫视接收站和多

6、套调频发射站光伏电池供电系统，总功率为300多kw。（4）1996年建成了塔中4轮南输油输气管道阴极保护光伏电源系统，总功率为40kw，系统横贯环境恶劣复杂的塔克拉玛干沙漠，总长达300km。2、西部太阳能应用概况2.1自然资源我国西部地区是世界上最大、地势较高的自然地理单元。也是世界上最丰富的太阳能资源地区之一，尤其是西藏地区，空气稀薄，透明度高，年日照时间长达1600-3400小时之间，每天日照6小时以上年平均天数在275-330天之间，辐射强度大，年均辐射总量7000兆焦耳/平方米，地域呈东向西递增分布，年变化呈峰型，资源优势得天独厚，应用前景十分广阔。二、 太阳能的利用方式太阳能利用包

7、括太阳能光伏发电、太阳能热发电，以及太阳能热水器和太阳房、太阳能空调等利用方式。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。经过几十年的努力，特别是经过“十一五”，开发利用再生能源、清洁能源，已在我国形成相当的产业规模，其中太阳能的利用，可谓方兴未艾。为使房地产建筑更好地应用太阳能，去年下半年，我对太阳能主要生产厂家（公司）进行了考察，并参观了一些“国际太阳能、风能展览会”，实地看了生产线和实物，听了各方面介绍，将有关情况和信息加以汇总整理，作为学习再生能源知识，利用太阳能的参考。太阳能利用的基本原理，就是将太阳辐射能通过一

8、定的手段（措施）将其转换成热能或电能，加以利用。目前主要应用在太阳能热水器和光热、光伏发电两大领域。我国太阳能利用从整体来看，起步比较晚，上个世纪七、八十年代开始研发，但工业化发展速度很快。目前，我国已成为世界上最大的太阳能光热市场，也是世界上最大的太阳能集热器制造中心。到2009年，我国太阳能集热亿平方米，占世界总量的76%左右；太阳能集热器年产量4000万平方米，接近世界总产量的60%；太阳能热水器销售额约579亿元，同比增长35%；出口额近2亿美元，同比增长67%。在我国“光热”快速发展的同时，围绕“光电”配套的产业发展也很快。据2009年统计，中国占全球生产的比例为：多晶硅25%；硅片

9、65%；太阳能电池51%；配套组件61%。世界太阳能电池企业10强中，中国占据4席。为“光伏”发电的服务企业有580余家。“光伏”产品90%以上出口国全球的2%。“光电产业”在我国研发起步亦比较晚，有些核心技术，我们尚未掌握。我国太阳能“光伏”配套产业快速发展的背后，隐藏着原材料依赖进口、核心技术与设备缺失、产品主要出口等“三头在外”的严峻现实。据2009年统计，光电建筑应用装机容量为420.9兆瓦。目前，“光热电”和“光伏电”均有试验项目。据报道，国家科技部在北京延庆县安排了“光电”项目，年发电能力100兆瓦；在山东济宁华瀚建设了亚洲已并网发电。年发电量3833万千瓦时，总投资9亿元。另外，

10、中美合资42亿，在沈阳建设多晶硅生产项目，采用国际先进的硅烷法生产多晶硅，生产成本较其他方法降低1/3，预计2012年可竣工投产。在现代技术条件下，太阳能在多种再生能源利用上比例最大，是人类今后持续发展的重要能源和动力。这是因为：一是太阳能能源取之不尽，用之不竭；二是太阳能比其他再生能源，如风能、水能、潮汐能、地下浅层能源（冬热、夏冷）、生物质能等受自然条件限制较少；三是太阳能利用所需的投资与成本相对其他再生能源也低一些。据有关材料介绍，我国太阳能资源十分丰富，但各个区域差别也比较大，全国太阳能资源分为四级：一级，青藏高原一带，特别是西藏南部，每年有6700多兆瓦；二级，全国大部分地区（平原地

11、区），每年有5400多兆瓦；三级，沿海一带，每年有2400-4200多兆瓦；四级，比较少，从云贵高原到四川盆地，每年少于4200兆瓦。目前，已有十二个省、市、区规定十二层以下的建筑，要上太阳能装置，并出台了相关的鼓励与扶持政策。太阳能集热器有几种形式，用的比较多的有全玻璃真空管集热器，热管真空管集热器，U型管集热器，平板型集热器，等等。几种形式的集热器各有优势，也有其不足。在我国，北方用“管式”的比较多；南方用“平板式”的比较多。全玻璃真空管集热器价格比较低，但集热效率也低一些；热管与U形管集热器造价比较高，但集热效率也高一些。一般家庭解决生活热水问题，采用全玻璃真空管集热器的比较多，造价低，

12、安装简便，使用寿命也能达到十几年。1、太阳能热利用直接把太阳能转换为热能供人类使用（如加热和取暖），称为太阳能的热利用，或者称为光热作用。直接热利用是最古老的利用方式，也是目前技术最成熟、成本最低、应用最广泛的太阳能利用模式。1.1太阳能发电1）太阳能热发电太阳能热发电就是利用太阳辐射所产生的热能发电，是在太阳能热利用的基础上实现的。一般需要先将太阳辐射能转变为热能，然后再将热能转变为电能，实际上是“光=热-电”的转换过程。太阳能热发电有两种类型：一类是蒸汽热动力发电，一类是热电直接转换。蒸汽热动力发电是先利用太阳能提供的热量产生蒸汽，再利用高温高压蒸汽的热动力驱动发电机发电。目前，实际应用中

13、的太阳能热发电技术，主要是这种形式，技术上已经比较成熟，规模也较大。热电直接转换，即利用太阳能提供的热量电子和热离子发电，碱金属热发电转换和磁流体发电，等等。这类发电方式的优点是发电装置本体没有活动部件，但一般发电量都很小，有的方法尚处于原理性试验阶段。相对成熟一些的，主要是太阳能半导体温差发电。2）太阳能光发电太阳能光发电是指不通过热过程而直接将光能转变为电能的发电方式。广义的光发电，包括光伏发电、光化学发电、光生物发电和光感应发电等。光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼，

14、可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源可以无处不在。3）光化学转换太阳能光化学转换，是指将太阳的光辐射能转换为化学能储存，或者利用太阳光照的作用实现某些特定的化学反应过程。太阳能怎样分解水制氢？ 由于世界的飞速发展，大自然留给我们的能源越来越短缺，这就激发了各国的科学家对光合作用及其模拟的研究，只能从能源上考虑，光解水制造氢是太阳能光化学转化与储存的最好途径。因为氢燃的光合作用就是通过叶绿素吸收太阳光，把光能转化为电能借助电子转移过程将水分解的。从太阳能利用角度看，光解水制氢过程主要是利用太阳

15、能而不是它的热能 太阳能分解水制氢 太阳能分解水制氢可以通过三种途径来进行。一、光电化学池 二、光助络合催化 三、半导体催化 光电化学池 即通过光阳板吸收太阳能并将光能转化为电能。光阳板通常为光半导体材料，受光激发可以产生电子空穴对，光阳极和对极（阴极）组成光电化学池，在电解质存在下光阳极吸光后在半导体带上产生的电子通过外电路流向对极，水中的质子从对极上接受电子产生氢气。 光助络合催化 即人工模拟光合作用分解水的过程。 只从太阳能的光化学转化与储存角度考虑，无疑光合作用过程是十分理想的。因为它不但通过光化学反应储存了氢，同时也储存了碳。但对于太阳能分解水制氢，所需要的是氢而不是氧，则不必从结构

16、上和功能上去模拟光合作用的全过程，而只需从原理上去模拟光合作用的吸光，电荷转移，储能和氧化还原反应等基本物理化学过程。 半导体催化 即将或等光半导体微粒直接悬浮在水中进行光解水反应。半导体光催化在原理上类似于光电化学池，细小的光半导体颗粒可以被看做是一个个微电极悬浮在水中，它们像太阳极一样在起作用，所不同的是它们之间没有像光电化学池那样被隔开，甚至对级也被设想是在同一粒子上。1.2 家庭太阳能发电系统家庭太阳能发电系统与传统的太阳能系统的不同之处是引进了一个与传统太阳能系统相连接的测量系统，我们称之为计量箱。计量箱包括一个将太阳能模块发出的直流电转换为交流电再与电网联接的逆变器。测量装置测出太

17、阳能系统的发电量，电力部门从用户消耗的总电量中扣除太阳能系统的发电量，电力部门也可以买进用户未用完的多余电量。1.3 太阳能在通讯中的利用1993年，郑州济南数字微波通信工程中，个别中继站供电采用农用电供电，供电极不正常，经常停电，造成微波干线中断。为了解决个别站点的供电问题，他们在河南境内的渠村站实验安装了太阳能供电系统。根据该站的环境条件和微波设备耗电情况，考虑到渠村也不是完全没有市电供电，因此在设计时供电以太阳能电池为主，市电为辅。该系统具有防反充、防过充、过放告警、输出电压自动调节以及自动切换功能等特点。1.4 太阳能在其他方面的应用曾提到利用太阳能，黑夜变白昼、烈日造冰。俄罗斯科学家

18、使北极的黑夜变得阳光灿烂的试验过程是：利用一艘叫“进步号”的无人驾驶小飞船从已处于太空的“和平号”空间站上脱离，并以每秒钟570度的速度旋转，产生离心力，使上面的一度降低到每秒84度，这个速度足够使反射阳光的伞处于绷紧状态。这时，反射镜把阳光反射到北极，照亮了处于黑暗之中的地面。这次试验成功后，俄罗斯的空间科学家开始制定规模更大的计划，准备在围绕地球的15505530千米的高空中，布置100个这样的太阳反射镜。它们既可以使地球的黑夜变白昼，还能把阳光聚焦成光束，射到飞船的太阳能电池帆板上作为能源来投进飞船，或者用光束的热能烧毁留在空间的各种太空垃圾，以保证正在运行中的宇宙飞船的安全。法国一家船

19、舶公司的科学家研制出了太阳能冰箱，这种太阳能自动制冰机，外形就像一个恒温箱，仅靠一个太阳能接收器。在接收器里装活性炭颗粒，向这些活性炭的孔中“灌进”甲醇。夜晚因气温下的甲醇流到制冰箱的冷凝器变成液体，夜晚时又被活性碳吸进小孔内，每天就这样日夜循环制冰。这种制冰机有一个缺点，就是在阴天时因活性炭中的甲醇不能气化吸热，不能制造冰块。光机电信息1/2002(No.35)11还介绍了太阳能水池的利用。俄罗斯国立敖德萨理工大学的研究人员提了一项新设想，用水池吸收并储备太阳能，然后再加以利用。在一个深水池中，如果没有对流和层流，那么在阳光照射下，水面和底层之间会存在相当大的温差，有时候会高达数十度。三、太

20、阳能的利用发展趋势现在太阳能的利用已得到世界各国的普遍重视，太阳能的利用也到了一个新的发展阶段，称为建筑一体化设计，即不再采用屋顶上安装一个笨重的装置来收集太阳能，而是用那些能把阳光转换成电能美国太阳能协会创始人施蒂文?斯特朗20年前所倡导的，由于当时太阳能电池过于昂贵，无法实施。如今太阳能电池的价格只有80年代的三分之一，所以现在推广的可能性大大增加。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置位置，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。四、总结绿色能源和可持续发展问题是本世纪人类面临的重大课题，开发新能源，对现有能源的充分合理利用已经得到各国政府的极大重视。太阳能发电作为一种取之不尽，用之不竭的清洁环保能源将得到前所未有的发展。随着太阳能产业化进程和技术开发的深化，它的效率、性价比将得到提高，它在包括BIPV在内的各个领域都将得到广泛的应用，也将极大地推动中国绿色照明工程的快速发展。.忽略此处.