08七月2025第三章

太陽能及其利用1第一節(jié)

太陽能概述一、太陽和太陽輻射能1、太陽輻射能：又稱太陽輻射熱，是地球外部的全球性能源，屬于可再生能源的一種，具有儲量大、清潔無污染、可就地利用等特點。2、太陽能輻射量單位（1）焦耳（J）：描述做功和能量的單位，相當于1N的力，其作用點在力的方向上移動1m的距離所做的功稱為1焦耳。（2）卡（cal）：標準大氣壓下，將1g的水加熱或冷卻，其溫度升高或降低1℃時，所吸收或釋放的熱量稱為1卡。1cal=4.1868J；1kcal=4186.75J≈4200J=0.0042MJ（3）度（kW·h）：為1kW的用電器工作1h的耗電量。1kW·h=3.6×106J=3.6MJ3、峰值日照時數(shù)（1）峰值日照：指太陽輻射量為1kW/m2的照度。（2）峰值日照時數(shù)：是描述太陽輻射量的單位（h），其表示一段時間內(nèi)太陽輻射總量相當于峰值日照所用的時間。例如：我國某太陽能豐富地區(qū)年輻射量為8400MJ/m2，其相當于年接收2333.3kW·h/m2，即年峰值日照時數(shù)為2333.3h，平均日峰值日照時數(shù)6.4h。4、太陽常數(shù)：是指在平均日地距離，垂直于太陽輻射的大氣外層平面上，單位時間、單位面積上所接收的太陽輻射能，可用符號Isc表示，其單位為W/m2。5、太陽輻射可分為：直接太陽輻射、天空散射輻射、地表反射輻射、地面長波輻射、大氣長波輻射。6、太陽光譜：太陽輻射的波長范圍很廣，但其能量絕大部分集中在0.15~4μm之間，占全部輻射能的99%以上。7、我國太陽能資源分布（1）中國地處北半球歐亞大陸的東部，主要處于溫帶和亞熱帶，太陽能資源十分豐富，每年陸地接收的太陽輻照總量大約是1.9×1016kW·h，全國各地太陽年輻照總量在3000~8500MJ/m2之間，平均值約為5860MJ/m2。而且大部分國土面積的年峰值日照時數(shù)超過2200h。（2）根據(jù)各地接收太陽總輻射量的多少，可將全國劃分為五類地區(qū)：①一類地區(qū)：年輻射總量為6680～8400MJ/m2，包括寧夏北部、甘肅北部、新疆東部、青海西部、西藏西部等；②二類地區(qū)：年輻射總量為5850～6680MJ/m2，包括河北西北部、山西北部、內(nèi)蒙古南部、寧夏南部、甘肅中部、青海東部、新疆南部等；③三類地區(qū)：年輻射總量為5000～5850MJ/m2，包括山東、河南、河北東南部、山西南部、新疆北部、吉林、遼寧、云南、陜西北部等；④四類地區(qū)：年輻射總量為4200～5000MJ/m2，包括湖南、湖北、廣西、江西、浙江、福建北部、廣東北部、陜西南部、江蘇南部等；⑤五類地區(qū)：年輻射總量為3350～4200MJ/m2，包括四川、貴州兩省，是我國太陽能資源最少的地區(qū)。二、影響地球表面太陽能輻射度的因素1、太陽高度角太陽高度角：是指在地球上某個點太陽光入射方向和地平面之間的夾角，即太陽光線與該地作垂直于地心的地標切線的夾角。2、大氣質(zhì)量大氣質(zhì)量：就是太陽輻射通過大氣層的無量綱路程。將其定義為太陽光通過大氣層的路徑與太陽光在天頂方向時射向地面的路徑之比。3、大氣透明度大氣透明度：是表征大氣對于太陽光線透過程度的一個參數(shù)。在晴朗無云的天氣，大氣透明度高，到達地面的太陽輻射能就多。天空云霧多或風沙灰塵很大時，大氣透明度很低，到達地面的太陽輻射能就較少。太陽高度角90o60o45o30o10o5o大氣質(zhì)量1.0001.1551.4142.0005.75811.480大氣質(zhì)量與太陽高度角的關(guān)系4、地球緯度太陽輻射量是由低緯度向高緯度逐漸減弱的。5、日照時間日照時間越長，地面所獲得的太陽總輻射量就越多。6、海拔高度海拔越高，大氣透明度越好，太陽的直接輻射量也就越高。同時，日地距離、地形、地勢等對太陽輻射度也有一定影響。例如：在同一緯度上，盆地氣溫要比平原高，陽坡氣溫要比陰坡高。三、太陽輻射在大氣中的衰減太陽輻射通過大氣層后到達地球表面。由于大氣對太陽輻射有一定的吸收、散射和反射作用，使投射到大氣上界的輻射不能完全到達地面。直接輻射、散射輻射（包括逆輻射）四、直散分離原理大地表面（包括水平面）和太陽能電池方陣面（傾斜面）上接收到的輻射量均符合直散分離原理，即總輻射量等于直接輻射、散射輻射和地面反射輻射之和。只不過大地表面接收到的輻射量沒有地面反射分量，而太陽能電池方陣面上所接收到的輻射量包括地面反射分量。即：其中：QT為傾斜面接收到的總輻射量；

ST為傾斜面接收到的直接輻射量；

DT為傾斜面接收到的散射輻射量；

RT為傾斜面接收到的地面反射量。五、太陽能的特點1、太陽能的優(yōu)點（1）普遍（2）無污染（3）蘊含量高：每年到達地球表面的太陽輻射能約相當于130萬億噸

標準煤；（4）持續(xù)時間長2、太陽能缺點（1）分散性：到達地球表面的太陽輻射能總量很大，但能流密度很低（2）不穩(wěn)定性：容易受到晝夜、季節(jié)、地理緯度、海拔高度以及天氣等隨機因素的影響；（3）效率低和成本高：太陽能利用裝置，效率偏低、成本較高，其經(jīng)濟性還不能與常規(guī)能源相競爭。思考題3-1、根據(jù)各地接收太陽總輻射量的多少，我國可分為幾個太陽能資源帶？其劃分標準是什么？3-2、影響地球表面太陽能輻射度的因素有哪些？第二節(jié)

太陽能的利用形式一、利用形式1、利用形式：光熱利用和光伏發(fā)電兩個方面。2、光熱利用：直接把太陽能轉(zhuǎn)換為熱能供人類使用，其基本原理是利用集熱裝置將太陽輻射能收集起來，再通過與介質(zhì)的相互作用轉(zhuǎn)換成熱能，進行直接或間接利用。3、光伏發(fā)電：直接將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能。二、太陽能集熱器1、太陽能集熱器：吸收太陽輻射能并將產(chǎn)生的熱能傳遞到傳熱介質(zhì)的裝置。（1）它是一種裝置；（2）可以吸收太陽輻射能；（3）吸收的太陽輻射能被轉(zhuǎn)化為熱能；（4）可以將熱能傳遞到傳熱介質(zhì)；（5）高效集熱器由收集和吸收裝置組成；（6）按工作方式可分為：吸收型和聚能型。2、應用領(lǐng)域：太陽能熱水器、太陽灶、主動式太陽房及太陽能溫室、太陽能干燥、太陽能工業(yè)加熱、太陽能熱發(fā)電等。3、常見集熱器類型：（1）平板型太陽能集熱器平板型太陽能集熱器是太陽能集熱器中一種最基本的類型，其結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、成本適宜,還具有承壓能力強、吸熱面積大等特點，是太陽能與建筑物結(jié)合最佳選擇的集熱器類型之一。圖1平板電陽能集熱器（2）真空管太陽能集熱器平板型太陽能集熱器雖然采用了選擇性吸收表面，但熱損系數(shù)還是很大，這就限制了平板型太陽能集熱器在較高的工作溫度下獲取的有用收益，只有在真空條件下才能充分發(fā)揮選擇性吸收涂層的低發(fā)射率及降低熱損的作用。真空管太陽能集熱器就是將吸熱體與透明蓋層之間的空間抽成真空的太陽能集熱器。圖2真空管電陽能集熱器（3）聚焦型太陽能集熱器聚焦型太陽能集熱器是利用光學系統(tǒng)的反射器或折射器增加能量，吸收集熱器表面上的太陽輻射能。對于一給定的總能量，集熱器表面上能流越高，意味著集熱面積越小，并對應集熱器的熱損失越少。利用聚焦型太陽能集熱器雖然減少了熱損失，但又產(chǎn)生了兩種額外的損失：①大多數(shù)聚焦型太陽能集熱器只能收集直射輻射，散射輻射損失掉了②額外的光學損失圖3聚焦型電陽能集熱器菲尼爾反射式線聚焦系統(tǒng)反射鏡集熱管和集熱器塔式點聚焦系統(tǒng)定日鏡蝶式點聚焦系統(tǒng)槽形線聚焦系統(tǒng)反射器反射器吸熱管太陽能發(fā)電廠管道菲尼爾反射式線聚焦系統(tǒng)塔式點聚焦系統(tǒng)蝶式點聚焦系統(tǒng)槽形線聚焦系統(tǒng)思考題3-3、平板型太陽能集熱器的技術(shù)優(yōu)勢和缺點有哪些？08七月2025第三章

太陽能及其利用2三、太陽能供暖技術(shù)太陽能采暖是指將分散的太陽能集熱單體通過集熱器（如平板型太陽能集熱器、真空管太陽能集熱器等）轉(zhuǎn)換成方便使用的熱能，以熱水儲熱的形式輸送到散熱末端（如地板采暖系統(tǒng)、風機盤管系統(tǒng)等），以滿足房間采暖的需求，這樣的系統(tǒng)稱為太陽能供暖系統(tǒng)。利用太陽能供暖的方式可以分為直接利用和間接利用兩種。直接利用又分為主動式太陽能供暖和被動式太陽能供暖；而間接利用是通過熱泵將低位熱能進行有效的利用。1、主動式太陽能供暖主動式太陽能供暖系統(tǒng)由太陽能集熱器、供熱管道、散熱設備、貯熱器和輔助熱源等組成。2、供熱管道1、太陽能集熱器3、散熱4、貯熱器5、輔助熱源2、被動式太陽能供暖被動式太陽能供暖的特點是不需要專門的太陽能集熱器、熱交換器及水泵（風機）等部件，而是通過建筑物的朝向和周圍環(huán)境的合理布置、內(nèi)部空間和外部形體的巧妙處理，以及建筑材料和結(jié)構(gòu)構(gòu)造的恰當選擇，使建筑物在冬季能充分地收集、存儲和分配太陽輻射能，因而可以使建筑物內(nèi)維持一定的溫度，達到取暖的效果。將這種與建筑物相結(jié)合、利用太陽輻射能供暖的建筑稱為被動式太陽能采暖房。由于它可以較一般節(jié)能建筑物獲得更多的太陽輻射熱，所以，他能夠進一步節(jié)約建筑物對常規(guī)能源的消耗。被動式太陽能供暖技術(shù)的三大要素為：集熱、蓄熱、保溫。（1）直接受益式直接受益式太陽房是被動式采暖技術(shù)中最簡單的一種形式，也是最接近普通房屋的形式。（2）集熱蓄熱墻式（特朗勃墻）（3）附加陽光間式及組合式附加陽光間實際上就是在房屋主體南面附加的一個玻璃溫室。從某種意義上說，附加陽光間被動式太陽房是直接受益式（南向的溫室）和集熱蓄熱墻式（后面帶集熱蓄熱墻的房間）的組合形式。四、太陽能制冷技術(shù)太陽能空調(diào)制冷的最大優(yōu)點在于它有很好的季節(jié)匹配性，天氣越熱、越需要制冷的時候，太陽輻射條件越好，太陽能制冷系統(tǒng)的制冷量也越大，即太陽能空調(diào)的能量需求和太陽能的供應比較一致，是最合理的太陽能應用方案之一。1、太陽能吸收式制冷吸收式制冷，是利用相同壓強下沸點不同的兩種物質(zhì)組成的二元溶液為工質(zhì)，高沸點的物質(zhì)為吸收劑，低沸點的物質(zhì)為制冷劑，比較成熟的是“溴化鋰﹣水溶液”（通常適用于大中型中央空調(diào)）、“氨﹣水”吸收制冷（通常適用于小型家用空調(diào)）。工作介質(zhì)優(yōu)點缺點氨-水蒸發(fā)溫度低于0℃有一定毒性，對人體有害；需要整流器工作壓力較高溴化鋰-水制冷機的性能系數(shù)（COP）較高；工作壓力較低；環(huán)境友好型介質(zhì)，無毒；制冷介質(zhì)潛熱大。溴化鋰相對價格較高；溴化鋰水溶液容易形成結(jié)晶。吸收式制冷是液體氣化制冷的一種，它和蒸汽壓縮式制冷一樣，是利用液態(tài)制冷劑在低壓低溫下氣化來達到制冷目的的。所不同的是蒸汽壓縮式制冷是靠消耗機械功率使熱量從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移，而吸收式制冷則靠消耗熱能來完成這種非自發(fā)過程。按驅(qū)動熱源的利用方式的不同，吸收式制冷可分為：單效式、雙效式、多效式、多級循環(huán)系統(tǒng)。（1）吸收式制冷機組成：發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器節(jié)流裝置溶液泵高溫高壓氣體（水）低溫高壓液體（水）低溫低壓氣體（水）低溫低壓液體（水）放熱吸熱濃溴化鋰溶液（3）工作原理及功能①發(fā)生器：通過加熱析出制冷劑的設備。②冷凝器：轉(zhuǎn)移熱量，使高壓、高溫制冷劑蒸汽能向高溫環(huán)境自由放熱。③節(jié)流裝置：高壓制冷劑流過節(jié)流裝置時流動截面突然收縮，流體流速加快，壓力下降。④蒸發(fā)器：蒸發(fā)吸熱獲得制冷效果，使低壓制冷劑液體在較低環(huán)境溫度下吸收熱量蒸發(fā)為氣體，從而獲得制冷效果。⑤吸收器：通過濃溶液吸收劑在其中噴霧以吸收來自蒸發(fā)器的制冷劑蒸氣的設備。節(jié)流裝置溶液泵熱交換器冷水出水用冷需求蒸發(fā)器冷水回水吸收器燃料發(fā)生器冷凝器冷卻水27吸收式制冷機工作原理荏原吸收式制冷機原理圖節(jié)流裝置思考題3-4、吸收式制冷過程中吸收劑與制冷劑的區(qū)別是什么？3-5、簡述太陽能溴化鋰﹣水溶液吸收式制冷機的工作過程？（4）溴化鋰吸收式制冷機的主要優(yōu)點①利用熱能為動力，特別是可利用低勢熱能；②整個機組除功率較小的屏蔽泵外，無其他運動部件，運轉(zhuǎn)安靜；③以溴化鋰水溶液為工質(zhì)，有利于滿足環(huán)保的要求；④制冷機在真空狀態(tài)下運行，無高壓爆炸危險，安全可靠；⑤制冷量調(diào)節(jié)范圍廣，可在較寬的負荷內(nèi)進行制冷量的無級調(diào)節(jié)；⑥對外界條件變化的適應性強，可在一定的熱媒水進口溫度、冷媒水出口溫度和冷卻水溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。（5）溴化鋰吸收式制冷機的主要缺點①溴化鋰水溶液對一般金屬有較強的腐蝕性，會影響機組的正常運行和使用壽命。②溴化鋰吸收式制冷機的氣密性要求高，即使漏入微量的空氣也會影響機組的性能，這就對機組制造提出嚴格的要求。③濃度過高或溫度過低時，溴化鋰水溶液均易形成結(jié)晶，防止結(jié)晶是溴化鋰吸收式制冷機設計和運行中必須注意的重要問題。（6）主要附加措施①防腐蝕措施：在溴化鋰水溶液中加入緩蝕劑是一種有效的防腐措施；②抽氣措施：由于機組內(nèi)的工作壓力遠低于大氣壓力，難免有少量空氣滲入，制冷機必須設有抽氣設備；③防結(jié)晶措施：一般在發(fā)生器中設有濃溶液溢流管，它不經(jīng)過換熱器而與吸收器的稀溶液相通。08七月2025第三章

太陽能及其利用32、太陽能吸附式制冷太陽能吸附式制冷實際上是利用物質(zhì)的物態(tài)變化來達到制冷的目的。即以太陽能為熱源，用一定的固體吸附劑對某種制冷劑氣體進行吸附。吸附制冷的工作介質(zhì)是吸附劑﹣制冷劑工質(zhì)對，采用的工質(zhì)對通常為活性炭﹣甲醇、硅膠﹣水、氯化鈣﹣氨、分子篩﹣水等。這些物質(zhì)均無毒、無害，也不會破壞大氣臭氧層。太陽能吸附式制冷系統(tǒng)主要由：太陽能吸附集熱器、冷凝器、蒸發(fā)儲液器、冷媒水泵等部分組成。閥門2閥門1蒸發(fā)器冷凝器吸附集熱器（1）脫附過程吸附床內(nèi)充滿了吸附劑，吸附有制冷劑，冷凝器與冷卻系統(tǒng)相連，一般冷卻介質(zhì)為水。工作時，太陽能集熱器對吸附床加熱，制冷劑獲得能量克服吸附劑的吸引力從吸附劑表面脫附，進入右邊管道，系統(tǒng)壓力增加，C1導通，C2截止。當壓力與冷凝器中對應溫度下的飽和壓力相等時，制冷劑開始液化冷凝，最終制冷劑凝結(jié)在冷凝器中，脫附過程結(jié)束。在這個過程中，太陽能集熱器提供熱能Q1，冷凝器放出熱量Q4由冷卻水排出到系統(tǒng)之外。閥門2閥門1蒸發(fā)器冷凝器吸附集熱器（2）吸附過程冷卻系統(tǒng)對吸附床進行冷卻，溫度下降，吸附劑開始吸附制冷劑，管道內(nèi)壓力降低,C2導通，C1截止。蒸發(fā)器中的制冷劑因壓力瞬間降低而蒸發(fā)吸熱，達到制冷效果，制冷劑達到吸附床，吸附過程結(jié)束。在此過程中，吸附床放熱Q2被冷卻水排出到系統(tǒng)之外，蒸發(fā)器吸收環(huán)境熱量Q3。由此可見，單個吸附器的吸附式制冷機是間歇式的，而不是連續(xù)的。但是，若采用兩個吸附器，其中一個處于受熱脫附過程，另一個處于吸附制冷過程，則吸附式制冷循環(huán)就是連續(xù)的了。由于單個吸附器的吸附式制冷是間歇性的，而太陽能也是間歇性的，因此，吸附式制冷機特別適宜以太陽能作為能源，兩者相結(jié)合就是太陽能吸附式制冷機。閥門2閥門1蒸發(fā)器冷凝器吸附集熱器3、太陽能半導體制冷系統(tǒng)太陽能半導體制冷系統(tǒng)隨著太陽能電池產(chǎn)業(yè)及半導體工業(yè)的快速發(fā)展，熱電材料的傳熱性能有了很大提高，并出現(xiàn)了一系列新型熱電材料。隨著熱電材料價格的逐年下降，太陽能半導體制冷系統(tǒng)的制作成本也隨之下降，而性能卻有明顯的提高，這為太陽能半導體制冷系統(tǒng)的推廣應用奠定了基礎。（1）半導體制冷與光﹣熱轉(zhuǎn)換直接利用不同，半導體制冷是利用熱電制冷效應的一種制冷方式，因此又稱為熱電制冷或溫差電制冷。（2）珀爾帖效應電流流過兩種不同導體的界面時，將從外界吸收熱量（或向外界放出熱量）。這就是珀爾帖效應。（3）物理原理對珀爾帖效應的物理解釋是：電荷載體在導體中運動形成電流。由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級，當它從高能級向低能級運動時，便釋放出多余的能量；相反，從低能級向高能級運動時，從外界吸收能量。能量在兩材料的交界面處以熱的形式吸收或放出。（4）半導體制冷原理圖能級：N型半導體>銅>P型半導體絕緣陶瓷（散熱不導電）（5）太陽能半導體制冷系統(tǒng)太陽能半導體制冷系統(tǒng)由太陽能光伏轉(zhuǎn)換器、數(shù)控匹配器、儲能設備、半導體制冷裝置4部分組成。思考題3-6、將圖中電源極性反置后其制冷過程有何變化？絕緣陶瓷（散熱不導電）五、太陽能熱水系統(tǒng)太陽能熱水系統(tǒng)是利用太陽能集熱器收集太陽輻射能，然后把水加熱的一種裝置，是目前太陽能應用發(fā)展中最具經(jīng)濟價值、技術(shù)最成熟且已商業(yè)化的一項應用產(chǎn)品。1、太陽能熱水系統(tǒng)的主要部件太陽能熱水系統(tǒng)主要由太陽能集熱器、保溫水箱、連接管路、控制系統(tǒng)等組成。與電水器、燃氣熱水器相比，太陽能熱水系統(tǒng)無論在實用性、節(jié)能性，還是與整體居室搭配上都遠勝傳統(tǒng)家庭熱水系統(tǒng)，但太陽能熱水系統(tǒng)更為復雜，它更多是以系統(tǒng)的形式出現(xiàn)。（1）太陽能集熱器是系統(tǒng)中的集熱元件，其功能相當于電熱水器中的加熱管。和電熱水器、燃氣熱水器不同的是，太陽能集熱器利用的是太陽的輻射熱量，故而加熱時間只能在有太陽照射的白晝，所以有時需要輔助加熱，如鍋爐、電加熱等。（2）保溫水箱和電熱水器的保溫水箱一樣，是儲存熱水的容器。因為太陽能熱水器只能白天工作，而人們一般在晚上才使用熱水，所以必須通過保溫水箱把集熱器在白天產(chǎn)出的熱水儲存起來。保溫水箱的容積是每天晚上使用熱水量的總和。采用搪瓷內(nèi)膽承壓保溫水箱，保溫效果好、耐腐蝕、水質(zhì)清潔，使用壽命可長達20年以上。（3）連接管路是將熱水從集熱器輸送到保溫水箱、將冷水從保溫水箱輸送到集熱器的通道，使整套系統(tǒng)形成一個閉合的環(huán)路。設計合理、連接正確的循環(huán)管道對太陽能系統(tǒng)是否能達到最佳工作狀態(tài)至關(guān)重要。熱水管道必須進行保溫處理。管道必須有很高的質(zhì)量，保證有20年以上的使用壽命。（4）控制系統(tǒng)是太陽能熱水系統(tǒng)與普通太陽能熱水器的區(qū)別所在。作為一個系統(tǒng)，控制系統(tǒng)負責整個系統(tǒng)的監(jiān)控、運行及調(diào)節(jié)等功能，現(xiàn)在的技術(shù)已經(jīng)可以通過互聯(lián)網(wǎng)遠程控制整個系統(tǒng)的正常運行。太陽能熱水系統(tǒng)控制中心主要由計算機軟件、變電箱及循環(huán)泵組成。2、太陽能熱水系統(tǒng)的分類（1）按供熱水范圍分類①集中供熱水系統(tǒng)：是一種采用集中太陽能集熱器和集中貯水箱供給一幢或幾幢建筑物所需熱水的系統(tǒng)。②集中﹣分散供熱水系統(tǒng)：是一種采用集中太陽能集熱器和分散貯水箱供給一幢建筑物所需熱水的系統(tǒng)。③

分散供熱水系統(tǒng)：是一種采用分散太陽能集熱器和分散貯水箱供給各個用戶所需熱水的小型系統(tǒng)。分散供熱水系統(tǒng)的優(yōu)點是：各住戶的太陽能熱水系統(tǒng)相互獨立，互不影響；不存在收費管理問題；太陽能造價低廉。分散供熱水系統(tǒng)也有一定的缺陷：受供水壓力影響，低層住戶無法安裝太陽能熱水系統(tǒng)；因獨立系統(tǒng)多，上樓維修頻率高；太陽能熱水系統(tǒng)不易與建筑物協(xié)調(diào)；各用戶的太陽能熱水系統(tǒng)不能實現(xiàn)熱水資源共享。分散供熱水系統(tǒng)因低層用戶不能安裝，因此適合多層住宅，不適合高層住宅。（2）按系統(tǒng)運行方式分類①自然循環(huán)系統(tǒng)：即僅利用傳熱工質(zhì)內(nèi)部的密度變化來實現(xiàn)集熱器與貯水箱之間或集熱器與換熱器之間進行循環(huán)的太陽能熱水系統(tǒng)。②強制循環(huán)系統(tǒng)：即利用泵迫使傳熱工質(zhì)通過集熱器（或換熱器）進行循環(huán)的太陽能熱水系統(tǒng)。③直流式系統(tǒng)：即傳熱工質(zhì)一次通過集熱器加熱后，進入貯水箱或用熱水處的非循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)。（3）按生活熱水與集熱器內(nèi)傳熱工質(zhì)的關(guān)系分類①直接系統(tǒng)：即在太陽能集熱器中直接將水加熱后供給用戶的太陽能熱水系統(tǒng)。②間接系統(tǒng)：即在太陽能集熱器中加熱某種傳熱工質(zhì)，再由該傳熱工質(zhì)通過換熱器將水加熱后供給用戶的太陽能熱水系統(tǒng)。六、其他太陽能的熱利用技術(shù)1、太陽能海水淡化2、太陽能海水淡化存在的問題3、太陽能海水淡化的未來發(fā)展方向08七月2025第三章

太陽能及其利用4第三節(jié)

太陽能熱發(fā)電技術(shù)一、太陽能熱發(fā)電太陽能熱發(fā)電技術(shù)，通常稱為聚光式太陽能發(fā)電，就是利用光學系統(tǒng)聚集太陽輻射能，用以加熱工質(zhì)，產(chǎn)生高溫蒸汽，驅(qū)動汽輪機組發(fā)電，實現(xiàn)熱能→機械能→電能的轉(zhuǎn)換。1、優(yōu)勢（1）避免了昂貴的硅晶體光電轉(zhuǎn)換工藝，可以大大降低太陽能發(fā)電的成本。（2）太陽能所燒熱水可以貯存在容器中，在太陽落山后幾個小時仍然能夠帶動汽輪發(fā)電。（3）與光伏發(fā)電相比，具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、運行成本低等優(yōu)點。2、發(fā)電方式：槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)、碟式太陽能熱發(fā)電技術(shù)、塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)。3、基本結(jié)構(gòu)：太陽能集熱系統(tǒng)、跟蹤系統(tǒng)、儲能裝置、熱傳輸和交換系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、電力變換裝置、蓄電池、補充能源、交流穩(wěn)壓裝置。二、儲熱裝置1、儲熱系統(tǒng)的作用能夠調(diào)節(jié)負荷、降低設備容量和投資成本，進一步提高太陽能利用效率和設備利用率，提高太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性。是影響熱發(fā)電效率的重要因素，也是太陽能熱發(fā)電的關(guān)鍵部分。2、儲熱系統(tǒng)構(gòu)成蓄熱材料、高溫導熱流體、圓管式換熱器。（1）這種傳熱流體與蓄熱材料之間有換熱器的布置方式稱為間接蓄熱（2）蓄熱階段：熱流體沿著換熱管流動把高溫熱能傳遞到蓄能材料中（3）放熱階段：冷流體沿著相反方向流動把蓄熱材料中的熱能吸收到流體中用來發(fā)電。3、儲熱方式按照熱能存儲方式不同，目前主要蓄熱技術(shù)與方法可分為：顯熱蓄熱、潛熱蓄熱、化學反應蓄熱三種方式。（1）顯熱蓄熱：通過某種材料溫度的上升或下降而存儲熱能。是三種熱能存儲方式中原理最簡單、技術(shù)最成熟、材料來源最豐富、成本最低廉的一種。常用的蓄熱介質(zhì)有固體（高溫混凝土、花崗巖等）和液體（水、熔鹽、礦物油、合成油、液態(tài)金屬等）。①礦物油/砂：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，效率低。②混凝土：對其內(nèi)部換熱管要求高，占整個蓄熱系統(tǒng)成本的45～55％③導熱油：一般用于400℃以下的場合，但高溫時的蒸汽壓力非常大，需要特殊的壓力閥等設備，易發(fā)火災，且價格昂貴。④液態(tài)金屬：可應用于較高的溫度，且金屬材料密度大、導熱率高、整體溫度分布均勻，具有良好的吸熱和放熱性能。但比熱容小，熱負荷高時溫度波動大，而且高溫下易燃易爆。⑤水/蒸汽作為傳熱蓄熱介質(zhì)：可用于幾乎所有的熱發(fā)電站。導熱率高、無毒無腐蝕、易于運輸。但是在高溫高壓下需增加管壁厚度，導致導熱降低、成本增加。⑥熔鹽做熱發(fā)電的傳熱或蓄熱介質(zhì)：可將蒸汽輪機的工作溫度由導熱油的393℃提高到450～500℃（硝酸鹽），提高了吸熱器的溫度，在發(fā)電容量不變的情況下，可以減少蓄能系統(tǒng)的體積和重量；與導熱油相比，價格低且不易燃燒、無毒；可根據(jù)不同的溫度要求選擇不同的鹽。（2）潛熱蓄熱：通過蓄熱材料發(fā)生相變時吸收或放出熱量來實現(xiàn)能量的儲存，具有蓄熱密度大，充、放熱過程溫度波動范圍小等優(yōu)點。（3）化學反應蓄熱：用化學反應過程中的反應熱來進行蓄熱。具有儲能密度高、可以長期儲存等優(yōu)點。在蓄熱過程中，熱能驅(qū)動吸熱反應，由氫氧化鈣產(chǎn)生氧化鈣和水；在放熱過程中，只要將水蒸氣加熱氧化鈣，兩者生成氫氧化鈣并釋放熱能。三、太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)1、槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)（1）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式①單回路系統(tǒng)：傳熱工質(zhì)在各個分散的聚光集熱器中被加熱形成蒸汽匯聚到汽輪機。②雙回路系統(tǒng)：傳熱工質(zhì)在各個分散的聚光集熱器中被加熱匯聚到熱交換器，經(jīng)換熱器再把熱量傳遞給汽輪機回路。（2）集熱系統(tǒng)：一般采用真空式玻璃集熱管（3）角度控制系統(tǒng)：適應一天中太陽角度變化（4）（5）導熱流體：（6）不足之處：油、水蒸氣等390~550℃，1.0MPa~12MPa太陽能熱發(fā)電原理（以槽式為例）聚光集熱系統(tǒng)熱-功-電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)蓄熱系統(tǒng)太陽能發(fā)電廠熱交換器熱鹽貯藏罐550℃冷鹽貯藏罐150℃蒸汽發(fā)生器冷卻塔蒸汽輪機發(fā)電機熱交換器白天工作模式1—直接發(fā)電晚上白天聚光集熱系統(tǒng)熱-功-電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)蓄熱系統(tǒng)熱鹽冷鹽熱蒸汽冷水聚光集熱系統(tǒng)熱-功-電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)蓄熱系統(tǒng)白天工作模式2—蓄熱+直接發(fā)電晚上白天熱蒸汽冷水熱鹽冷鹽晚上白天聚光集熱系統(tǒng)熱-功-電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)蓄熱系統(tǒng)夜間工作模式2—利用蓄熱發(fā)電2、碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)（1）系統(tǒng)組成：碟式聚光器、接收器、熱機、支架、跟蹤控制系統(tǒng)以及儲能和補充能源等組成。2）聚光比可達到500～1000，運行溫度能夠達到750℃~1500℃，可以實現(xiàn)很高的熱機效率。（3）熱發(fā)電系統(tǒng)的熱電轉(zhuǎn)化裝置主要采用斯特林發(fā)動機作為原動機，熱電轉(zhuǎn)換效率可達40%。（4）處于初期發(fā)展階段，沒有投入到大規(guī)模商業(yè)應用中?？諝饣蚝?50~1500℃，5~12MPa3、塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)（1）系統(tǒng)組成：定日鏡群、接收器、蓄熱槽、主控系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)等（2）根據(jù)導熱工質(zhì)的不同，接收器可分為外部受光型和空腔型兩種。（3）聚光比一般在200～1000。（4）與槽式集熱器不同的是塔式集熱器的管路短，工作溫度高，接收器的工作介質(zhì)通常采用熔鹽鹽液在接收器中加熱到600℃輸送到高溫儲熱裝置，在熱交換裝置中將水加熱成高溫蒸汽后進入低溫熱儲裝置保存（約280℃）。溶液泵再把低溫的熔鹽液送入接收器中加熱。水蒸汽、熔融鹽、空氣、液態(tài)金屬等250~1200℃，0.1MPa~5MPa4、三種光熱發(fā)電方式的比較（1）槽式發(fā)電系統(tǒng)①換熱和發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)最成熟、代價較低，已達到商業(yè)化應用；②跟蹤機構(gòu)比較簡單，易于實現(xiàn)；③總成本最低，基本接近火力發(fā)電成本；④幾何聚光比低，集熱溫度不高，熱轉(zhuǎn)功效率低（35%左右）。（2）碟式發(fā)電系統(tǒng)①系統(tǒng)復雜，集熱器分散布置，但控制代價相對較低；②接收器結(jié)構(gòu)復雜，單機規(guī)模受到限制，投資較高；③目前系統(tǒng)規(guī)模較小要實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應用比較困難。（3）塔式發(fā)電系統(tǒng)①通過熔鹽儲熱方式，具有聚光比和工作溫度高的特點；②熱傳遞路程短，熱損耗少，系統(tǒng)綜合效率高；③可實現(xiàn)高精度、大容量、連續(xù)發(fā)電；④控制系統(tǒng)和機械裝置復雜，建設費用較高。太陽熱發(fā)電技術(shù)比較槽式塔式碟式線性菲涅爾功率15～200MW15～200MW9～25kW15～200MW溫度390℃575℃750℃390℃峰值效率(太陽能-電能)20%23%30%18%年效率11～16%7～20%12～25%13%商業(yè)化進程商業(yè)化商業(yè)化示范商業(yè)化技術(shù)風險低中等高中等是否可蓄熱是是是是聯(lián)合設計是是是是四、太陽能熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及主要問題太陽能熱發(fā)電在商業(yè)上沒有得到大規(guī)模應用，根本原因是目前太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電成本高。造成太陽能熱發(fā)電成本高的主要原因有以下三個方面：（1）太陽能能流密度低，需要大面積的光學反射裝置和昂貴的接收裝置將太陽能直接轉(zhuǎn)換為熱能，這一過程的投資成本占整個電站投資的一半左右。（2）太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率低，年太陽能凈發(fā)電效率不超過15％。在相同的裝機容量下，較低的發(fā)電效率需要更多的聚光集熱裝置，增加了投資成本。（3）由于太陽能供應不連續(xù)、不穩(wěn)定，需要在系統(tǒng)中增加蓄熱裝置，大容量的電站需要龐大的蓄熱裝置和管路系統(tǒng)，造成整個電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，增加了成本。因此，建立高效率、大容量、高聚光比的太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)是降低發(fā)電成本的主要研究方向。為推動太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的商業(yè)化必須考慮太陽輻照的不連續(xù)性?？刹扇∨c化石燃料互補的聯(lián)合發(fā)電途徑。五、太陽能熱發(fā)電技術(shù)展望利用太陽能發(fā)電是解決當前能源、資源和環(huán)境等問題的有效途徑和方法。太陽能熱電開發(fā)所占土地面積并不比某些常規(guī)能源大，并且可在太陽能資源豐富的荒漠地區(qū)建設，這是常規(guī)能源所不能達到的，太陽能熱力發(fā)電與火力發(fā)電相比不會消耗資源；也不會產(chǎn)生廢氣廢渣而污染空氣、土壤和水；也不會像核電產(chǎn)生核泄漏，對較大范圍造成嚴重而深遠的放射性環(huán)境影響。太陽能熱發(fā)電應向低成本、高效率的系統(tǒng)方向發(fā)展，不斷提高系統(tǒng)中關(guān)鍵部件的性能，將太陽能與常規(guī)的能源系統(tǒng)進行合理互補，實現(xiàn)系統(tǒng)的有機集成，實現(xiàn)太陽能向電能的高效轉(zhuǎn)化，進而加快太陽能熱發(fā)電的商業(yè)化發(fā)展。思考題3-7、太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)包括哪些組成部分？其中電力變換裝置所起的作用是什么？3-8、簡述塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)目前存在的主要問題有哪些。08七月2025第三章

太陽能及其利用5第四節(jié)

太陽能光伏發(fā)電一、光伏發(fā)電的應用1、通信領(lǐng)域：包括無人值守微波中繼站、光纜通信系統(tǒng)及維護站、移動通信基站、廣播、通信以及無線尋呼電源系統(tǒng)等。2、公路、鐵路、航運等交通領(lǐng)域：鐵路和公路信號系統(tǒng)、太陽能路燈、高速公路監(jiān)控系統(tǒng)、航標燈電源等。3、石油、海洋、氣象領(lǐng)域：石油鉆井平臺、海洋檢測設備、氣象和水文觀測設備等。4、農(nóng)村和邊遠無電地區(qū)：高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所、小型風光互補發(fā)電系統(tǒng)等。5、大型光伏發(fā)電站：10kW～200MW的地面獨立或并網(wǎng)光伏電站、風光互補電站等。6、太陽能光伏建筑一體化并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)：將太陽能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，充分利用建筑的屋頂和外立面，使得大型建筑能實現(xiàn)電力自給、并網(wǎng)發(fā)電。7、太陽能電子商品及玩具：太陽能收音機、太陽能時鐘、太陽能充電器、太陽能手表、太陽能玩具等。8、其他領(lǐng)域：太陽能汽車、太陽能游艇、太陽能制氫與燃料電池相結(jié)合的再生發(fā)電系統(tǒng)、海水淡化設備的太陽能供電系統(tǒng)、衛(wèi)星及航天器、空間太陽能電站等。二、光伏發(fā)電的特點1、發(fā)電過程簡單，沒有機械轉(zhuǎn)動部件；2、不消耗燃料，無排放物、無噪聲、無污染；3、分布廣泛，儲量巨大；4、能量密度低、占地面積大、轉(zhuǎn)換效率低；5、間歇性工作，受氣候、環(huán)境、地域因素影響大；6、晶體硅電池的制造過程高能耗，系統(tǒng)成本高。三、光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1、按系統(tǒng)應用結(jié)構(gòu)可分為：離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)2、離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)包括：光伏電池、光伏控制器、蓄電池、離網(wǎng)逆變器、負載；（1）光伏電池：也叫太陽能電池板，作用是將太陽輻射能量直接轉(zhuǎn)換為電能。當發(fā)電容量較大時，需要多塊光伏電池串、并聯(lián)后構(gòu)成電池陣列光伏電池光伏控制器蓄電池離網(wǎng)逆變器直流負載交流負載離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)示意圖（2）光伏控制器：是離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，主要控制整個光伏系統(tǒng)的工作狀態(tài)，可分為小功率、中功率、大功率、風光互補等類型。①防止蓄電池防過充電和過放電，延長蓄電池壽命；②防止光伏電池組件或電池方陣、蓄電池極性接反；③防止負載、控制器、逆變器和其他設備內(nèi)部短路；④具有防雷擊引起的擊穿保護；⑤具有溫度補償?shù)墓δ埽虎揎@示光伏發(fā)電系統(tǒng)的各種工作狀態(tài)，包括：蓄電池（組）電壓、負載狀態(tài)、電池方陣工作狀態(tài)、輔助電源狀態(tài)、環(huán)境溫度狀態(tài)、故障報警等；⑦耐沖擊電壓和沖擊電流保護。（3）蓄電池：存儲太陽能電池發(fā)出的電能，并可隨時向負載供電。①自放電率低、使用壽命長、充電效率高、深放電能力強、工作溫度范圍寬、少維護或免維護、價格低廉；②目前光伏系統(tǒng)配套使用的主要是免維護鉛酸電池，在小、微型系統(tǒng)中，也可使用鎳氫電池、鎳鉻電池、鋰電池、超級電容器；③需要大容量電能存儲時，可將多個蓄電池進行串、并聯(lián)，構(gòu)成大容量蓄電池組。（4）離網(wǎng)逆變器：其作用是把光伏電池組或者蓄電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電供應給交流負載使用。3、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)：光伏電池產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電能后接入公共電網(wǎng)。（1）集中式大型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)：一般都是國家級電站，主要特點是將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配向用戶供電。這種電站投資大、建設周期長、占地面積大。（2）分布式小型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)：特別是光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，由于投資小、建設快、占地面積小、政策支持力度大等優(yōu)點，是目前并網(wǎng)光伏發(fā)電的主流。（3）常見并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)一般有以下兩種形式：①有逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)當光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能充裕時，可將剩余電能饋入公共電網(wǎng)，向電網(wǎng)供電（賣電）；當光伏發(fā)電系統(tǒng)提供的電力不足時，由電網(wǎng)向負載供電（買電）。②無逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)即使發(fā)電充裕也不向公共電網(wǎng)供電，但當光伏發(fā)電系統(tǒng)供電不足時，則由公共電網(wǎng)向負載供電。單向電表思考題3-9、離網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的作用是什么？3-10、簡述有逆流和無逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作模式。第五節(jié)

光伏電池組件一、光伏電池發(fā)電原理1、光伏電池：又稱太陽能電池，是一種利用太陽光直接發(fā)電的光電半導體薄片。它只要被滿足一定照度條件的光照射到，瞬間就可形成電壓，在閉合回路中產(chǎn)生電流。這種光電現(xiàn)象稱為光伏。2、本征半導體、N型半導體、P型半導體（1）施主能級：一個能級被電子占據(jù)時呈中性，不被電子占據(jù)時帶正電，則被稱為施主能級。（2）受主能級：一個能級不被電子占據(jù)時呈中性，被電子占據(jù)時帶負電，則被稱為受主能級。（3）本征半導體：不含雜質(zhì)且無晶格缺陷的純凈半導體。（4）雜質(zhì)半導體：半導體摻入施主或受主雜質(zhì)時會在禁止帶內(nèi)引入雜質(zhì)能級，施主雜質(zhì)引入施主能級，受主雜質(zhì)引入受主能級。①N型半導體：施主的總量占多數(shù)，則這類半導體稱為N型半導體。②P型半導體：受主的總量占多數(shù)，則這類半導體稱為P型半導體。3、光傳導現(xiàn)象半導體材料受到光照射時，吸收入射光子能量，若光子能量hw大于或等于半導體材料的禁帶寬度能量Eg，就激發(fā)出電子﹣空穴對，使載流子濃度增加，半導體的導電性增加，阻值降低，這種光電效應稱光導效應。（1）導帶：自由電子存在的能帶（2）價帶：自由空穴存在的能帶（3）禁帶寬度：被束縛的電子要成為自由電子或者空穴，就必須獲得足夠的能量從價帶躍遷到導帶，這個能量的最小值就是禁帶寬度。（決定物質(zhì)導電特性）N型半導體P型半導體價電子帶傳導帶Eghw4、半導體的光電特性（1）本征半導體：光子能量hy(eV)

>禁帶寬度Eg(eV)，電子由價帶越過禁帶躍遷到導帶，成為自由電子，致使純半導體中導帶的電子和價帶的空穴濃度增大，半導體電阻率減小。如圖(a)所示。電子和空穴統(tǒng)稱為載流子。它們在端電壓作用下均可形成光電流。當光照停止后，自由電子被失去電子的原子俘獲，電阻又恢復原值。（2）N型半導體：當光子能量hy(eV)大于施主能級和導帶底能級差Ei(eV)，如圖(b)所示，光能即被吸收，激發(fā)出能參與導電的光生電子。（3）P型半導體：當光子能量hy(eV)大于受主能級和價帶頂能級差Ei(eV)，如圖(c)所示，光能即被吸收，激發(fā)出能參與導電的光生空穴。施主能級受主能級5、光伏電池發(fā)電原理（1）N區(qū)的空穴向P區(qū)運動，P區(qū)的電子向N區(qū)運動，使光伏電池的前電極有大量的電子積累，電池的背電極有大量的空穴積累。若在電池兩端接上負載形成回路，則負載上就有電流通過。（2）標準光照下，額定輸出電壓為0.48V，要想獲得更高輸出電壓和功率，可把多片光伏電池連在一起使用。（3）光伏電池輸出功率是隨機的，不同時間、不同地點、不同安裝方式下，同一塊光伏電池的輸出功率是不同的。二、光伏電池的種類3、硅系光伏電池（1）單晶硅太陽能電池它是以高純的單晶硅棒為原料的太陽能電池，是當前開發(fā)得最快的一種太陽能電池，產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面。單晶硅太陽電池的硅原子排列非常規(guī)則，在硅太陽電池中轉(zhuǎn)換效率最高，目前實驗室最高效率為25%；市場實際產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率為18～20%；高效單晶硅太陽電池的效率目前達到了22%。根據(jù)行業(yè)標準要求，電池片的使用壽命要求25年以上。典型的單晶硅片制造工藝:單晶硅棒的純度要求為99.999％。為了降低生產(chǎn)成本，地面應用的光伏電池采用單晶硅棒，材料性能指標有所放寬。有的可使用半導體器件加工產(chǎn)生的頭尾料和廢次單晶硅材料，經(jīng)過復拉制成光伏電池專用的單晶硅棒。將單晶硅棒切成厚約為0.3mm的硅片。硅片經(jīng)過成形、拋磨、清洗等工序后，制成待加工的原料硅片。單晶硅片經(jīng)過硅片清洗、制絨、擴散、等離子刻蝕、去磷硅玻璃、PECVD鍍氮化硅膜、絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)、測試、包裝工序等系列太陽電池的制造工藝，制造成單晶硅太陽電池。（2）多晶硅太陽能電池多晶硅硅片由單晶硅顆粒聚集而成。與單晶硅片相比，少了拉晶工藝，因此晶體方向存在無規(guī)則性，正負電荷對不能全部被PN結(jié)電場所分離。所以與單晶硅在性能上的差異，導致多晶硅太陽電池的效率低于單晶硅太陽電池。多晶硅太陽能電池用鑄造的方法生產(chǎn)，所以成本比單晶硅太陽能電池低。多晶硅片的生產(chǎn)流程包括：多晶原料清洗、檢測→坩堝噴涂→多晶鑄錠→硅錠剖方→硅塊檢驗→去頭尾→磨面、倒角→粘膠→切片→硅片脫膠→硅片清洗→硅片檢驗→硅片包裝→硅片入庫。（3）非晶硅太陽能電池非晶硅太陽電池是目前市場上比較成熟的一種薄膜太陽能電池。1976年美國RCA實驗室的D.E.Conlson和C.R.Wronski在Spear形成和控制PN結(jié)工作的基礎上制成了世界上第一個a-Si太陽電池。非晶硅原子排列呈無規(guī)則狀態(tài)，理論轉(zhuǎn)換效率18%；實際轉(zhuǎn)換效率7～9%。非晶硅電池是在玻璃基板上使用蒸鍍非晶硅層的方法，薄膜層厚度數(shù)微米；節(jié)約原材料，批量生產(chǎn)時成本低。非晶硅薄膜電池的薄膜可附著在廉價的基片介體如玻璃、活性塑料或不銹鋼等之上，不僅可節(jié)省大量材料成本，也可制作大面積、專供建筑使用的透明玻璃光電磚。非晶硅太陽電池有各種不同的結(jié)構(gòu)。其中PiN結(jié)構(gòu)電池是在玻璃襯底上先沉積一層透明氧化物導電膜，然后沉積一層摻硼的P型非晶硅，再沉積一層未摻雜的i層，其次是摻磷的N型非晶硅，最后用電子束蒸發(fā)一層減反射膜，并蒸鍍銀電極。該工藝可以采用一連串沉積室，在生產(chǎn)中構(gòu)成連續(xù)程序，以實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。同時，非晶硅太陽電池很薄，可以制成疊層式，或采用集成電路的方法制造，在一個平面上，用適當?shù)难谀９に?，一次制作多個串聯(lián)電池，以獲得較高的電壓。i層思考題3-11、簡述施主能級和受主能級的含義。3-12、簡述本征半導體、N型半導體、P型半導體的含義。08七月2025第三章

太陽能及其利用6第六節(jié)

儲能技術(shù)一、儲能1、儲能：從廣義上講，儲能即能量儲存，是指通過一種介質(zhì)或者設備，把一種能量形式用同一種或者轉(zhuǎn)換成另一種能量形式存儲起來，基于未來應用需要以特定能量形式釋放出來的循環(huán)過程。2、儲能的意義：由于太陽光變化無常，導致光伏系統(tǒng)的功率輸出也變化無常，因此需要儲能系統(tǒng)對光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能進行儲存和調(diào)節(jié)。在實際光伏發(fā)電系統(tǒng)，特別是在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，儲能是主要的部件之一，它能夠顯著改善負荷的可用性，而且對電力系統(tǒng)的能量管理、安全穩(wěn)定運行、電能質(zhì)量控制等均有重要意義。3、儲能的分類：二、鉛酸蓄電池1、蓄電池主流產(chǎn)品有4類：鉛酸蓄電池、堿性蓄電池、鋰離子蓄電池、鎳氫蓄電池。其工作原理都是將電能以化學能的形式儲存起來。2、鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)：正極板、負極板、接線端子、隔板、安全閥、電解溶液、跨橋、電池蓋、接頭密封材料、附件等。分類名稱特點物理儲能抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能采用水、空氣等作為儲能介質(zhì)；儲能介質(zhì)不發(fā)生化學變化化學儲能鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池、熔融鹽電池、鎳氫電池、電化學電容器利用化學元素做儲能介質(zhì)，充放電過程伴隨儲能介質(zhì)的化學反應或者變價其他儲能超導儲能、燃料電池、金屬-空氣電池（1）正、負極板：蓄電池的充電過程是依靠極板上的活性物質(zhì)和電解液中硫酸的化學反應來實現(xiàn)的。正極板上的活性物質(zhì)是深棕色的二氧化鉛（PbO2），負極板上的活性物質(zhì)是海綿狀、青灰色的純鉛（Pb）。（2）隔板：為了減少蓄電池的內(nèi)阻和體積，正、負極板應盡量靠近但彼此又不能接觸而短路，所以在相鄰正負極板間加有絕緣隔板。隔板應具有多孔性，以便電解液滲透，而且應具有良好的耐酸性和抗堿性。隔板材料有木質(zhì)、微孔橡膠、微孔塑料等。近年來，還有將微孔塑料隔板做成袋狀，緊包在正極板的外部，防止活性物質(zhì)脫落。（3）電池槽和電池蓋：蓄電池的外殼是用來盛放電解液和極板組的，外殼應耐酸、耐熱、耐震，以前多用硬橡膠制成。現(xiàn)在國內(nèi)已開始生產(chǎn)聚丙稀塑料外殼。這種殼體不但耐酸、耐熱、耐震，而且強度高，殼體壁較薄（一般為3.5mm，而硬橡膠殼體壁厚為10mm）、重量輕、外型美觀、透明。殼體底部的凸筋是用來支持極板組的，并可使脫落的活性物質(zhì)掉入凹槽中，以免正、負極板短路，若采用袋式隔板，則可取消凸筋以降低殼體高度。（4）電解液：電解液的作用是使極板上的活性物質(zhì)發(fā)生溶解和電離，產(chǎn)生電化學反應，傳導溶液正負離子。它由純凈的硫酸與蒸餾水按一定的比例配制而成，電解液的相對密度一般為1.24～1.30（15℃）。（5）正、負接線端子：蓄電池各單格電池串聯(lián)后，兩端單格的正負極樁穿出蓄電池蓋，形成蓄電池正負接線柱，實現(xiàn)電池與外界的連接，接線柱的材質(zhì)一般是鋼材鍍銀，正極標“+”號或涂紅色，負極標“-”號或涂藍色、綠色。（6）安全閥：一般由塑料材料制成，對電池起密封作用，阻止空氣進入，防止極板氧化。同時可以將充電時電池內(nèi)產(chǎn)生的氣體排出電池，避免電池產(chǎn)生危險。使用必須將排氣栓上的盲孔用鐵絲刺穿、以保證氣體溢出通暢。3、鉛酸蓄電池的基本工作原理蓄電池通過充電過程將電能轉(zhuǎn)化為化學能，使用時通過放電過程將化學能轉(zhuǎn)化為電能。鉛酸蓄電池充放電反應原理化學反應式為：（1）當鉛酸蓄電池接通外電路負載放電時，正極板上的PbO2和負極板的Pb都變成了PbSO4，電解液的硫酸變成了水；（2）充電時，正負極板上的PbSO4分別恢復原來的PbO2和Pb，電解液中的水變成了硫酸。4、鉛酸蓄電池的相關(guān)術(shù)語（1）蓄電池充電蓄電池充電是指通過外電路給蓄電池供電，使電池內(nèi)發(fā)生化學反應，從而把電能轉(zhuǎn)化成化學能而存儲起來的操作過程。（2）過充電過充電的意思是指對已經(jīng)充滿電的蓄電池或蓄電池組繼續(xù)充電。（3）放電放電是指在規(guī)定的條件下，蓄電池向外電路輸出電能的過程。（4）自放電蓄電池的能量未通過外電路放電而自行減少，這種能量損失的現(xiàn)象叫自放電。（5）活性物質(zhì)在蓄電池放電時發(fā)生化學反應從而產(chǎn)生電能的物質(zhì)，或者說是正極和負極存儲電能的物質(zhì)統(tǒng)稱為活性物質(zhì)。（6）放電深度。放電深度是指蓄電池在某一放電速率下，電池放電到終止電壓時實際放出的有效容量與電池在該放電速率的額定容量的百分比。放電深度和電池循環(huán)使用次數(shù)關(guān)系很大，放電深度越大，循環(huán)使用次數(shù)越少，放電深度越小，循環(huán)使用次數(shù)越多。經(jīng)常使電池深度放電，會縮短電池的使用壽命。（7）極板硫化在使用鉛酸蓄電池時要特別注意的是：電池放電后要及時充電，如果蓄電池長時期處于虧電狀態(tài)，極板就會形成PbSO4晶體，這種大塊晶體很難溶解，無法恢復原來的狀態(tài)，將會導致極板硫化無法充電。（8）相對密度相對密度是指電解液與水的密度的比值。相對密度與溫度變化有關(guān)，25℃時，充滿電的電池電解液相對密度值為1.265g/cm3，完全放電后降至1.120g/cm3。每個電池的電解液密度都不相同，同一個電池在不同的季節(jié)，電解液密度也不一樣。大部分鉛酸蓄電池的密度在1.1～1.3g/cm3范圍內(nèi)，充滿電之后一般為1.24～1.3g/cm3。5、鉛酸蓄電池技術(shù)參數(shù)（1）蓄電池的容量處于完全充電狀態(tài)下的鉛酸蓄電池在一定的放電條件下，放電到規(guī)定的終止電壓時所能給出的電量稱為電池容量，以符號C表示。常用單位是安時(A·h)。例如：電池容量為12A·h。電池容量分為實際容量和額定容量。實際容量是指電池在一定放電條件下所能輸出的電量。額定容量（標稱容量）是按照國家或有關(guān)部門頒布的標準，在電池設計時要求電池在一定的放電條件下（如在25℃環(huán)境下以10小時率電流放電到終止電壓），應該放出的最低限度的電量值。（2）放電率①時率：以放電時間表示的放電速率。通常在C的下角處標明放電時率，例如：某電池20小時率的容量為12A·h，則可表示為C20=12A·h，其代表電池以12/20=0.6A的電流放電，應能夠連讀放電20h。②倍率：以放電電流相對額定容量大小的比率來表示的放電速率。例如：額定容量為100A·h的電池以10A放電時，其放電倍率為0.1C。思考題1、某電池C10時的放電電流為12A，則電池的容量為C10=（

）A·h。2、某電池C20時的放電電流為3A，若恒流工作24小時，電池放電深度正好到達80%，其放電電流為（

）A。3、容量為150A·h的電池，放電電流為30A，其放電倍率為（）。4、對于24A·h的電池來說，其2C的放電電流為（）A，其0.5C的放電電流為（）A。（3）終止電壓終止電壓是指在蓄電池放電過程中，電壓下降到不宜再放電時（非損傷放電）的最低工作電壓。為了防止電池不被過放電而損害極板，在各種標準中都規(guī)定了在不同放電倍率和溫度下放電時電池的終止電壓。單體電池，一般10小時率和3小時率放電的終止電壓為每單體1.8V，1小時率的終止電壓為每單體1.75V。由于鉛酸蓄電池本身的特性，即使放電的終止電壓繼續(xù)降低，電池也不會放出太多的容量，但終止電壓過低對電池的損傷極大，尤其當放電達到0V而又不能及時充電時將大大縮短蓄電池的壽命。對于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)用的蓄電池，針對不同型號和用途，放電終止電壓設計也不一樣。終止電壓視放電速率和需要而規(guī)定。通常，小于l0h的小電流放電，終止電壓取值稍高一些；大于10h的大電流放電，終止電壓取值稍低一些。（4）電池電動勢蓄電池的電動勢在數(shù)值上等于蓄電池達到穩(wěn)定時的開路電壓。電池的開路電壓是無電流狀態(tài)時的電池電壓。當有電流通過電池時所測量的電池端電壓的大小將是變化的，其電壓值既與電池的電流有關(guān)，又與電池的內(nèi)阻有關(guān)。（5）浮充壽命蓄電池的浮充壽命是指蓄電池在規(guī)定的浮充電壓和環(huán)境溫度下，蓄電池壽命終止時浮充運行的總時間。（6）循環(huán)壽命蓄電池經(jīng)歷一次充電和放電，稱為一個循環(huán)（一個周期）。在一定的放電條件下，電池使用至某一容量規(guī)定值之前，電池所能承受的循環(huán)次數(shù)，稱為循環(huán)壽命。影響蓄電池循環(huán)壽命的因素是綜合因素，不僅與產(chǎn)品的性能和質(zhì)量有關(guān)，而且還與放電倍率和深度、使用環(huán)境和溫度及使用維護狀況等外在因素有關(guān)。（7）過充電壽命過充電壽命是指采用一定的充電電流對蓄電池進行連續(xù)過充電，一直到蓄電池壽命終止時所能承受的過充電時間。其壽命終止條件一般設定在容量低于10小時率額定容量的80%。（8）自放電率蓄電池在開路狀態(tài)下的儲存期內(nèi)，由于自放電而引起活性物質(zhì)損耗，每天或每月容量降低的百分數(shù)稱為自放電率。自放電率指標可衡量蓄電池的儲存性能。（9）電池內(nèi)阻電池的內(nèi)阻不是常數(shù)，而是一個變化的量，它在充放電的過程中隨著時間不斷的變化，這是因為活性物質(zhì)的組成、電解液的濃度和溫度都在不斷變化。鉛酸蓄電池的內(nèi)阻很小，在小電流放電時可以忽略，但在大電流放電時，將會有數(shù)百毫伏的電壓降損失，必須引起重視。。蓄電池的內(nèi)阻分為歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻兩部分。歐姆內(nèi)阻主要由電極材料、隔膜、電解液、接線柱等構(gòu)成，也與電池尺寸、結(jié)構(gòu)及裝配因素有關(guān)。極化內(nèi)阻是由電化學極化和濃差極化引起的，是電池放電或充電過程中兩電極進行化學反應時極化產(chǎn)生的內(nèi)阻。極化電阻除與電池制造工藝、電極結(jié)構(gòu)及活性物質(zhì)的活性有關(guān)外，還與電池工作電流大小和溫度等因素有關(guān)。電池內(nèi)阻嚴重影響電池工作電壓、工作電流和輸出能量，因而內(nèi)阻越小的電池性能越好。（10）比能量比能量是指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的電能，單位分別是Wh/kg或Wh/L。比能量有理論比能量和實際比能量之分，前者指lkg電池反應物質(zhì)完全放電時理論上所能輸出的能量，實際比能量為lkg電池反應物質(zhì)所能輸出的實際能量，由于各種因素的影響，電池的實際比能量遠小于理論比能量。比能量是綜合性指標，它反映了蓄電池的質(zhì)量水平，表明生產(chǎn)廠家的技術(shù)和管理水平，常用比能量來比較不同廠家生產(chǎn)的蓄電池，該參數(shù)對于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計非常重要。思考題3-13、簡述放電深度的概念，它與蓄電池的循環(huán)次數(shù)有什么關(guān)系？08七月2025第三章

太陽能及其利用7三、鉛酸蓄電池充電1、充電方法分類（2）三階段理想充電法我國常規(guī)充電制度，是在缺乏對于充電規(guī)律認識的情況下，被迫采用的不合理的充電方法。常規(guī)充電方法的缺點就是充電時間長、效率低、出氣量大、蓄電池的利用周轉(zhuǎn)率低、充電管理制度繁雜等。這種充電制度的落后性與蓄電池應用的廣泛性是存在著一定的矛盾的。為此，在充電領(lǐng)域內(nèi)，必須加強對充電規(guī)律的認識和研究，逐步探討一套既快又好的充電制度。航空蓄電池均采用階段恒流充電法進行充電。一般酸性航空蓄電池采用恒流兩階段充電法。堿性航空蓄電池采用恒流兩階段充電法或恒流一階段充電法。但這種充電法在充電中間階段遠離了充電電流接受率曲線，所以三階段充電法更好一點。恒壓四、蓄電池組容量設計1、蓄電池種類選擇（1）光伏發(fā)電儲能專用鉛酸電池為適應光伏電站對蓄電池的要求，我國進行了光伏專用鉛酸蓄電池的研制，并取得了一定進展。國內(nèi)尚無光伏發(fā)電儲能專用鉛酸蓄電池技術(shù)標準和檢測標準，一些廠家雖在開發(fā)、試制專用儲能鉛酸蓄電池方面進行了努力，但技術(shù)不夠成熟且品種較少。因此，目前選用完全適合于光伏發(fā)電的儲能鉛酸蓄電池，仍受到一定限制。（2）固定型鉛酸蓄電池固定型鉛酸蓄電池的優(yōu)點是：容量大、單位容量價格便宜、使用壽命長和輕度硫酸化可恢復。與啟動用蓄電池相比，固定型蓄電池的性能更貼近光伏系統(tǒng)的要求。目前在功率較大的光伏電站多數(shù)采用固定型（開口式）鉛酸蓄電池。開口型鉛酸蓄電池的主要缺點是：需要維護，在干燥氣候地區(qū)需要經(jīng)常添加蒸餾水、檢查和調(diào)整電解液的相對密度。此外，開口式蓄電池帶液運輸時，電解液有溢出的危險，運輸時作好防護措施。（3）密封型鉛酸蓄電池近年來我國開發(fā)了蓄電池的密封和免維修技術(shù)，引進了密封型鉛酸蓄電池生產(chǎn)線。因此，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中也開始選用專門的密封型鉛酸蓄電池，即使傾倒電解液也不會溢出，不向空氣中排放氫氣和酸霧，安全性能好；缺點是對過充電敏感，因此對過充電保護器件性能要求高，當長時間反復過充電后，電極板易變形，且間隔較普通開口鉛酸蓄電池高。近年來，國內(nèi)小功率光伏電池已選用密封型鉛酸蓄電池。10KW級以上的光伏電站也開始采用密封型鉛酸蓄電池，隨著工藝技術(shù)的不斷提高和生產(chǎn)成本的降低，密封型鉛酸蓄電池在光伏發(fā)電領(lǐng)域的應用將不斷擴大。（4）堿性蓄電池目前常見的堿性蓄電池有鎘鎳電池和鐵鎳電池。堿性蓄電池（指鎘鎳電池）與鉛酸蓄電池相比，主要優(yōu)點是對過充電、過放電的耐受能力強，反復深放電對蓄電池壽命無大的影響，在高負荷和高溫條件下，仍具較高的效率，維護簡便，循環(huán)壽命長；缺點是內(nèi)電阻大，電動勢小，輸出電壓較低，價格高（約為鉛酸蓄電池的2～3倍）。2、蓄電池容量主要影響因素（1）蓄電池單獨工作的天數(shù)在特殊氣候條件下，蓄電池允許放電達到蓄電池所剩容量占正常額定容量的20%（放電深度80%）所經(jīng)過的天數(shù)。（2）蓄電池每天放電容量對于日負載穩(wěn)定且要求不高的場合，日放電周期深度可限制在蓄電池所剩容量占額定容量的80%（放電深度20%）。（3）蓄電池要有足夠的容量來保證不會由于過充電所造成的失水一般在選擇電池容量時，只要蓄電池容量大于太陽能電池方陣峰值電流的25倍，則蓄電池在充電時不會造成失水。（4）蓄電池的自放電隨著電池使用時間的增長及電池溫度的升高，自放電率會增加。對于新的自放電率通常小于容量的5%；但對于舊的、質(zhì)量不好的電池，自放電率可增至10%-15%。在水情遙測光伏系統(tǒng)中，連續(xù)陰雨天的長短決定蓄電池的容量。由遙測設備在連續(xù)陰雨天中所消耗能量的安時數(shù)加上20%的因素，再加上10%電池自放電安時數(shù)，便可計算出蓄電池所需額定容量。3、光伏電站蓄電池容量的計算【例題】按寧波太陽能電源有限公司提供的晶體電池組件，對浙江南都電源動力股份有限公司的閥控式密封鉛酸蓄電池進行選型?；疽鬄椋嚎蔀?00W的負載連續(xù)5天陰雨天的情況下供電；蓄電池（24V），放電深度為75%-80%，逆變器效率為0.75，并保證具有5年使用壽命。浙江南都電源動力股份有限公司AMG（1）所需實際功率：400W/0.75=533W（2）系統(tǒng)工作電壓為24V，則工作電流I=533W/24V=22.2A（3）如果連續(xù)工作5天（即120h）

則放電容量為：22.2A×120h=2664A·h（4）若放電深度選擇80%，則電池容量C=2664/0.8=3330A·h電池類型10h放電容量/AH3h放電容量/AH1h放電容量/AHGFM-800870~900620~673.3403~469.3GFM-10001060~1090825~900625~675GFM-15001700~17201216~1237800~850（5）方案1：用2組GFM-1500電池并聯(lián)使用。上述測試數(shù)據(jù)可以看出GFM-1500的電池容量比較富余，其10h容量平均可以達到1700Ah，如果采用2組并聯(lián)，容量可以達到3330Ah以上，可以滿足要求。這一方面的優(yōu)點是容量可以達到要求并有點富余，同時只需要2組電池，維護相應較少，電池占的空間要少。（6）方案2：用4組GMF-800電池并聯(lián)使用。GMF-800電池10h的放電平均容量為880Ah，如果采用4組并聯(lián)，其容量可以達到3500Ah，足以達到3330Ah，容量比較富余。這一方案優(yōu)點是使用4組為800Ah的電池并聯(lián)，容量更充分、富余；其缺點是要并聯(lián)使用4組電池，相對于1500Ah的電池，成本要增加，所占用的場地或則體積和空間要增加，維護工作也要大些。五、超級電容器的容量設計1、超級電容器概述（1）超級電容器：是一種電荷的儲存器，但在其儲能的過程中并不發(fā)生化學反應，而且是可逆的。因此，這種超級電容器可以反復充放電數(shù)十萬次。它可以被視為懸浮在電解質(zhì)中的兩個無反應活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質(zhì)中的負離子，負極板吸引正離子，實際上形成兩個容性存儲層，被分離開的正離子在負極板附近，負離子在正極板附近，故又稱雙層電容器。2、電容器工作原理電容器是由兩個彼此絕緣的平板形金屬電容板組成，在兩塊電容板之間用絕緣材料隔開。電容器極板上所儲集的電量q與電壓成正比。電容器的計量單位為“法拉”（F）。當電容充上1V的電壓，如果極板上儲存1C的電荷量，則該電容器的電容量就是1F。電容器的電容量計算公式為：C=KA/D（F）K為電介質(zhì)的介電常數(shù)，單位為F/m；A為電極表面積，單位為m2；D為電容器間隙的距離，單位為m。電容器的容量只取決于電容板的面積，與面積的大小成正比，而與電容板的厚度無關(guān)。另外，電容器的電容量還與電容板之間的間隙大小成反比。當電容元件進行充電，電容元件上的電壓增高，電場能量增大，電容器從電源上獲得電能，電容器中儲存的電量E為：E=0.5CU2（J）U為外加電壓，單位為V。當電容器進行放電時，電容器上的電壓降低，電場能量減小，電容器從電源上釋放能量，釋放的最大電量為E。3、超級電容器的技術(shù)指標超級電容器的主要性能指標有：容量、內(nèi)阻、漏電流、能量密度、功率密度、循環(huán)壽命、高低溫特性等。（1）容量：電容器存儲的容量，單位為F。（2）內(nèi)阻：分為直流內(nèi)阻和交流內(nèi)阻，單位為mΩ。（3）漏電流：恒定電壓下一定時間后測得的電流，單位為mA。（4）能量密度：是指單位重量或單位體積的電容器所給出的能量，單位為Wh/Kg或Wh/L。（5）功率密度：單位重量或單位體積的超級電容器所給出的功率，表征超級電容器所承受電流的大小，單位為W/kg或W/L。（6）循環(huán)壽命：超級電容器經(jīng)歷一次充電和放電，稱為一次循環(huán)?？沙^數(shù)十萬次。4、超級電容器的特點（1）使用壽命長充放電可達10~50萬次，是鋰離子（Li-Ion）電池的500倍，是鎳氫（Ni-MH）和鎳鎘（Ni-Cd）電池的1000倍，如果對超級電容每天充放電20次，連續(xù)使用可達50年以上。超級電容器與蓄電池主要性能比較（2）充電速度快充電10秒～10分鐘可達到其額定容量的95％以上。超級電容器在其額定電壓范圍內(nèi)可以被充電至任意電位，且可以完全放出。而電池則受自身化學反應限制工作在較窄的電壓范圍，如果過放可能造成永久性破壞。性能蓄電池（鋰電池）超級電容器額定電壓/V3.0~3.71.2~1.5充電時間（充滿）5~6h單體數(shù)秒功率密度（W/kg）低，50~200高，1000~2000循環(huán)壽命（可充放電次數(shù)）500~1000次>10萬次（3）產(chǎn)品原材料構(gòu)成、生產(chǎn)、使用、儲存以及拆解過程均沒有污染，是理想的綠色環(huán)保電源。（4）在很小的體積下達到法拉級的電容量，無須特別的充電電路和控制放電電路，和電池相比過充、過放都不對其壽命構(gòu)成負面影響。（5）保存使用不當會造成電解質(zhì)泄漏等現(xiàn)象。它內(nèi)阻較大，因而不可以用于交流電路使用。（6）超級電容器與傳統(tǒng)電容器不同，超級電容器在分離出的電荷中存儲能量，用于存儲電荷的面積越大、分離出的電荷越密集，其電容量越大。傳統(tǒng)電容器的面積是導體的平板面積，為了獲得較大的容量，導體材料卷制得很長，有時用特殊的組織結(jié)構(gòu)來增加它的表面積。傳統(tǒng)電容器是用絕緣材料分離它的兩極板，一般為塑料薄膜、紙等，這些材料通常要求盡可能的薄。超級電容器的面積是基于多孔碳材料，該材料的多孔結(jié)構(gòu)允許其面積達到2000m2/g，通過一些措施可實現(xiàn)更大的表面積。超級電容器電荷分離開的距離是由被吸引到帶電電極的電解質(zhì)離子尺寸決定的。該距離比傳統(tǒng)電容器薄膜材料所能實現(xiàn)的距離更小。這種龐大的表面積再加上非常小的電荷分離距離，使得超級電容器較傳統(tǒng)電容器而言有大得驚人的靜電容量，這也是其所謂“超級”的原因。5、超級電容器容量設計方法（1）各計算單位含義C(