1、分析大規(guī)模高效率利用太陽能的途徑和技術(shù)難 點名目一、前言二、大規(guī)模高效率利用太陽能的途徑三、利用太陽能的技術(shù)難點 五、 結(jié)語當電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際 社會經(jīng)濟進展的瓶頸時，越來越多的國家開始實行“陽光打算”，開發(fā)太陽能資源， 尋求經(jīng)濟進展的新動力。太陽能作為一種可再生的新能源，越來越引起人們的關(guān) 注。 中國太陽能利用背景，中國蘊藏著豐富的太陽能資源，太陽能利用前景寬敞。目 前，我國已是全球太陽能熱水器生產(chǎn)量和使用量最大的國家以及重要的太陽能光 伏電池生產(chǎn)國。我國比較成熟的太陽能產(chǎn)品有兩項：太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和太陽 熱水系統(tǒng)。大規(guī)模高效率利用太陽能的途徑

2、我們依照將太陽能直截了當轉(zhuǎn)化成能量形式的不同，把太陽能利用分為光熱利 用、光電利用、光化學利用。一、光熱利用。要緊包括太陽能熱水器、太陽灶、太陽能干燥器、太陽能溫室、太陽房、太陽能制冷、太陽池、太陽能熱力發(fā)電、太陽能熱力機、海水淡化、太陽能制氫等。1、太陽能熱水器太陽能熱水器1、太陽能熱水器太陽能熱水器轉(zhuǎn)化為熱能，將水熱到高溫度，以滿活、生產(chǎn)中的熱水把太陽光能 從低溫度加 足人們在生 使用。太陽璃真空集熱能熱水器是由全玻璃真空集熱管、儲水箱、支架及相關(guān)附件組成，把太陽能轉(zhuǎn)換成熱能要緊依靠玻璃 真空集熱管。集熱管受陽光照耀面溫度高，集熱管背陽面溫度低，而管 內(nèi)水便產(chǎn)生溫差反應(yīng)，利用熱水上浮冷水下

3、沉的原理，使水產(chǎn)生微循環(huán) 而達到所需熱水。太陽能熱水器按結(jié)構(gòu)可分為燜曬式、管板式、聚光式、真空管式、熱管式。按照流體流淌的方式分為燜曬式、直流式和循環(huán)式。2、太陽灶太陽灶利用太陽的輻射，直截了當把太陽的輻射能轉(zhuǎn)換成人們炊事使 用的熱能。太陽灶種類繁多，按原理結(jié)構(gòu)分為燜曬式（箱式） 、聚光式和熱 管式三種。1）、燜曬式：它的工作方式是至于太陽光下長時刻燜曬，慢慢的積蓄熱量。 箱內(nèi)溫度一樣可達120150 攝氏度，適合于閃蒸食品或作為醫(yī)療器械的消毒。2）、聚光式：它是將較大面積的陽光進行聚焦，使焦點溫度達到較高的程 度，以滿足炊事要求。3）、熱管式：它分為兩部分：一是室外收集太陽能的集熱器，二是熱

4、管。 3、太陽能干燥器加熱空氣有兩種方法：一是直截了當加熱空氣，二是間接加熱空氣。目前國 內(nèi)外應(yīng)用的多為低溫型干燥器，它分為以下幾種：集熱器型干燥器、溫室型干燥 器、整體型干燥器。4、太陽能溫室常見的太陽能溫室專門多，如玻璃房和花房。隨著透亮塑料和玻璃纖維等新 材料的顯現(xiàn)，太陽能溫室越來越多樣化，進展成為田園工廠。溫室的結(jié)構(gòu)和型式可分為以下幾種：屋脊型棚、拱圓形大棚、大型塑料棚、管架大棚。5、 太陽房它是利用太陽能采溫順降溫的房子，可分為被動式和主動式。當前主動式利 用成熱門，進展迅速，朝著微排建筑或是 0 排建筑進展。6、太陽能制冷目前太陽能制冷的方法有多種，如壓縮式制冷、蒸汽噴射式制冷、吸

5、取式制 冷等。7、太陽池太陽池是一種收集和儲蓄太陽能并作為熱源用的水池。通常利用水中鹽濃度 成穩(wěn)固狀態(tài)而吸取太陽輻射熱，并隔絕熱在底層水中的對流缺失。8、太陽能熱力發(fā)電太陽能熱力發(fā)電是利用集熱器把太陽能轉(zhuǎn)變成熱能，然后通過汽輪機、發(fā)電 機來發(fā)電。按照太陽能采集方式劃分，太陽能熱力發(fā)電站要緊有塔式、槽式和盤 式三類。1、塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是在空曠平地上建立高大的塔，塔頂安裝固定一個接收器（相當于鍋爐），塔的周圍安置大量的定日鏡，將太陽光集合并反射到塔頂?shù)慕邮掌魃袭a(chǎn)生高溫，接收器內(nèi)生成的高溫蒸汽推動汽輪機來發(fā)電。2、槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是利用圓柱拋物面的槽式反射鏡將太陽聚焦到管狀的接收器上，并將

6、管內(nèi)傳熱工質(zhì)加熱。槽式系統(tǒng)商業(yè)化的典型代表是位于美國加州Mojave沙漠上的總裝機容量為354MW的9座槽式太陽能熱發(fā)電站，年發(fā)電總 量為8億kWh，從上世紀90年代初開始并網(wǎng)運行。3、碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是利用旋轉(zhuǎn)拋物面的碟式反射鏡將太陽聚焦到一個焦 點。和槽式一樣，碟式系統(tǒng)的太陽能接收器也不固定，隨著碟形反射鏡跟蹤太陽 的運動而運動，克服了塔式系統(tǒng)較大余弦效應(yīng)的缺失問題，光熱轉(zhuǎn)換效率大大提 高。和槽式不同的是，碟式接收器將太陽聚焦于旋轉(zhuǎn)拋物面的焦點上，而槽式接 收器則將太陽聚焦于圓柱拋物面的焦線上。9、太陽能熱力機太陽能熱力機是一種以太陽輻射熱作為動力的機械。它的種類專門多，用途 也各不相

7、同，有的直截了當提供動力，有的作太陽泵，也有作小型發(fā)電設(shè)備，然 而，他們的差不多原理不外乎郎肯循環(huán)和斯特林發(fā)動機。10、海水淡化地球上的水資源中含鹽的海水占 97%，隨著人口的增加和工業(yè)的進展，使 都市用水日趨緊張。為了解決日益嚴峻的缺水問題，海水淡化越來越受重視。11、太陽能制氫太陽能熱分解水制氫，需將水或水蒸氣加熱到 3000K 以上，水中的氫和氧 便能分解。這種方法制氫效率高，但需要高倍聚光器才能獲得如此高的溫度，一 樣不采納這種方法制氫。二、光電利用。光電，也稱作光伏發(fā)電，是利用太陽能電池半導體材料的光 伏作用，將太陽能直截了當轉(zhuǎn)換為電能。太陽能光伏發(fā)電有獨立運行和并網(wǎng)運行兩種方式。獨

8、立運行的光伏發(fā)電系統(tǒng) 需要有蓄電池作為儲能裝置，要緊適用于無電網(wǎng)的邊遠地區(qū)和人口分散地區(qū)，整 個系統(tǒng)造價相對較高；在有公共電網(wǎng)的地區(qū)，光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)連接并網(wǎng)運行， 省去蓄電池，不僅能夠大幅度降低造價，而且具有更高的發(fā)電效率和更好的環(huán)保 性能。目前，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)正在走向成熟，是最具可連續(xù)進展理想特點的可 再生能源技術(shù)之一。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2005 年，全球安裝的太陽能光伏系統(tǒng)容量 達 1700 兆瓦；同時，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)在最近五年的年均增長速度已逾 30%。太陽光照在半導體 p-n 結(jié)上，形成新的空穴-電子對，在 p-n 結(jié)電場的作用 下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后

9、就形成電流。這 確實是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理?，F(xiàn)有的太陽能電池中除了各種硅太陽能電池外，還有多元化合物薄膜太陽能 電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、 納米晶太陽能電池等。（1）硅太陽能電池 硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽 能電池三種。單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在實驗室里最高的轉(zhuǎn)換 效率為 23%,規(guī)模生產(chǎn)時的效率為 15%。在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導 地位，但由于單晶硅成本價格高，大幅度降低其成本專門困難，為了節(jié)約硅材料， 進展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做為單晶硅太陽能電池的替代產(chǎn)品。多晶硅薄膜太陽能電池與單晶硅比較,

10、成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電 池，事實上驗室最高轉(zhuǎn)換效率為 18%,工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為10%。因此， 多晶硅薄膜電池不久將會在太陽能電地市場上占據(jù)主導地位。非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕，轉(zhuǎn)換效率較高，便于大規(guī)模生產(chǎn)，有 極大的潛力。但受制于其材料引發(fā)的光電效率衰退效應(yīng)，穩(wěn)固性不高，直截了當 阻礙了它的實際應(yīng)用。假如能進一步解決穩(wěn)固性問題及提高轉(zhuǎn)換率問題，那么， 非晶硅大陽能電池無疑是太陽能電池的要緊進展產(chǎn)品之一。（2）多元化合物薄膜太陽能電池 多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機鹽，其要緊包括砷化鎵 III-V 族化合物、 硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電

11、池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本 較單晶硅電池低，同時也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會對環(huán)境造成嚴峻 的污染，因此，并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代產(chǎn)品。砷化鎵（GaAs ） III-V化合物電池的轉(zhuǎn)換效率可達28% , GaAs化合物材料 具有十分理想的光學帶隙以及較高的吸取效率,抗輻照能力強,對熱不敏銳，適合 于制造高效單結(jié)電池。然而 GaAs 材料的價格不菲,因而在專門大程度上限制了 用 GaAs 電池的普及。銅銦硒薄膜電池（簡稱CIS ）適合光電轉(zhuǎn)換，不存在光致衰退問題，轉(zhuǎn)換效 率和多晶硅一樣。具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優(yōu)點，將成為今后進展 太陽能電池的一個重要

12、方向。唯獨的問題是材料的來源，由于銦和硒差不多上比 較稀有的元素，因此，這類電池的進展又必定受到限制。（3）聚合物多層修飾電極型太陽能電池以有機聚合物代替無機材料是剛剛開始的一個太陽能電池制造的研究方向。 由于有機材料柔性好，制作容易，材料來源廣泛，成本底等優(yōu)勢，從而對大規(guī)模 利用太陽能，提供廉價電能具有重要意義。但以有機材料制備太陽能電池的研究 僅僅剛開始，不論是使用壽命，依舊電池效率都不能和無機材料專門是硅電池相 比。能否進展成為具有有用意義的產(chǎn)品，還有待于進一步研究探究。（4）納米晶太陽能電池納米TiO2晶體化學能太陽能電池是新近進展的，優(yōu)點在于它廉價的成本和簡單的工藝及穩(wěn)固的性能。其光

13、電效率穩(wěn)固在 10以上，制作成本僅為硅太陽 電池的1/51/10 壽命能達到2O年以上。三、光化學利用。要緊利用植物的光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)化微生物質(zhì)能，那 個地點不再做詳細介紹。利用太陽能的技術(shù)難點太陽能要緊缺點：一是能流密度低；二是其強度受季節(jié)、地點、氣候等各種因素的阻礙， 因此不能堅持常量，上述兩個缺點限制了太陽能的有效利用。針對光熱利用，要緊的技術(shù)難點在于如何高效率的集熱。如何更好收集太陽輻射能，設(shè) 計更好的集熱設(shè)備有待人們進一步開發(fā)探究。而關(guān)于太陽能熱力發(fā)電，上述幾種太陽能熱發(fā) 電技術(shù)，除碟式發(fā)電系統(tǒng)外，都屬于大規(guī)模發(fā)電系統(tǒng)，只有建設(shè)幾十到幾百兆瓦級的發(fā)電站， 成本才可能降下來。太陽能

14、塔熱氣流發(fā)電和太陽池發(fā)電占地面積大，利用效率只有 1%左右， 因此太陽能塔熱氣流發(fā)電適合于土地寬敞、人口稀少的沙漠地區(qū)；而太陽池發(fā)電適合日照條 件好、鹽資源比較豐富的地區(qū)?？傮w來看，槽式發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)上最為成熟，且跟蹤機構(gòu)比較簡單、易于實現(xiàn)，總體成本 最低。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)要實現(xiàn)的是低投資和高可靠性運行，這就要求以后要進行新型集熱 材料的研究和開發(fā)，快速提高跟蹤機構(gòu)的技術(shù)并降低成本。同時發(fā)電產(chǎn)業(yè)要實現(xiàn)規(guī)?；?立大規(guī)模的并網(wǎng)系統(tǒng)，既節(jié)約成本又保證系統(tǒng)平穩(wěn)安全運行。光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)尚處于起步時期，要緊是由于太陽能發(fā)電初期投資大，操縱成本高，而太 陽能轉(zhuǎn)化效率比較低，且容易受天氣等多種因素阻礙。依照目

15、前光伏發(fā)電進展狀況和技術(shù)難 點，以后的光伏發(fā)電研究需要重視以下幾個方面：（1）加快太陽能原材料晶體硅生產(chǎn)技術(shù)的研究和新型替代材料的開發(fā)，降低材料成本 并提高其轉(zhuǎn)化效率。（2）提高系統(tǒng)操縱技術(shù)，如實現(xiàn)光伏電池陣列的最優(yōu)化排列組合和太陽光最大功率跟3）研究光伏發(fā)電的并網(wǎng)技術(shù)，減少光伏電能對電網(wǎng)的沖擊。4）研究光伏發(fā)電與其他可再生能源發(fā)電技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，保證供電連續(xù)性。國內(nèi)進展現(xiàn)狀進展太陽能發(fā)電的需求要緊來自滿足農(nóng)村和邊遠地區(qū)的生產(chǎn)與生活用電及 我國電力事業(yè)連續(xù)進展兩個方面。在太陽能發(fā)電方面我國具有得天獨厚的有利條 件。（1豐富的太陽能資源。我國總面積2/3以上的地區(qū)年平均日照時數(shù)在2000h 以上

16、，年平均日輻射量在4000MJ/m2以上，要優(yōu)于歐洲和日本，與美國相近。如此豐富的太陽能資源能夠節(jié)約太陽能電池的用量，有利于太陽能發(fā)電在較低成 本下加以推廣。（2）我國太陽能電池的生產(chǎn)能力已超過日本、美國和歐洲，居世界第一位 2007年我國太陽能電池的產(chǎn)量約為1180MW。2007年在全球太陽能生產(chǎn)企業(yè) 16 強中，我國占據(jù)了 6 席。（3）逆變技術(shù)是太陽能發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)之一，由于我國在大功率開關(guān)器件 開發(fā)和逆變技術(shù)的應(yīng)用等方面已取得長足進步，生產(chǎn)出適用于光伏并網(wǎng)、高效率、 高可靠性、低污染、低成本的逆變器亦成為可能。然而，為了太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)能快速進展，還必須解決以下幾個問題： （1）我國生產(chǎn)

17、太陽能電池的原材料要緊依靠進口，而絕大多數(shù)太陽能電池 和切片用于出口，這種不利于產(chǎn)業(yè)進展的局面必須盡快扭轉(zhuǎn)。（2 ）太陽能發(fā)電的成本在3元/kWh以上，遠遠高于目前居民電網(wǎng)電價0.5 元/kWh,這也是進展太陽能發(fā)電的不利一面。（3）目前，太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率比較低，比如小尺寸（1cm2 ）多晶 硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為19.8%，而大尺寸（1000cm2 ）多晶硅太陽能電 池的光電轉(zhuǎn)換效率為 12%,為了降低太陽能發(fā)電的成本，必須提高太陽能電池的 光電轉(zhuǎn)換效率。（4 ）我國的太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)起步于獨立型太陽能發(fā)電設(shè)備（10kW以下）， 要緊用于解決太陽能資源豐富而又無電的邊遠地區(qū)的居民用電。而更大容量（MW級）的并網(wǎng)型太陽能發(fā)電設(shè)備的投產(chǎn)是降低成本的途徑之一。（5 ）截止到2005年，我國的風力發(fā)電總裝機容量為1500MW左右，是太 陽能發(fā)電總裝機容量的20倍，到2020年規(guī)劃總裝機容量為30000MW，也是規(guī) 劃太陽能發(fā)電總裝機容量的 15倍。但兩者特點各異。夏季日照足風速低，冬季日照弱風速強；同樣白天日照強 時風小，夜晚無光照時風大。因此，和諧太陽能發(fā)電與風力發(fā)電并網(wǎng)是提高電能 質(zhì)量和降低成本的另一途徑。結(jié)語太陽能發(fā)電對我國農(nóng)村與邊遠地區(qū)進展的意義重大，并已取得了