太陽能學習總結與體會

1、學習總結及體會隨著礦物能源匱乏和環(huán)境污染日益嚴重，人類越來越重視可再生能源的開發(fā)和利用。太陽能作為一種可再生的新能源，具有活潔、環(huán)保、持續(xù)、長久的優(yōu)勢，成為人們應對能源短缺、氣候變化與節(jié)能減排的重要選擇之一,越來越受到世人的強烈關注。當人類開始利用土地，進行農耕畜牧，繁衍生息時，就開始得益丁太陽能的利用。太陽能利用的現代科學技術研究始丁1845年，到目前為止，人們還在不斷的探索太陽能利用技術，使其能更好的融入生產和生活中。太陽能利用包括光伏發(fā)電、光熱發(fā)電、太陽能光化學制氫轉換以及太陽熱水器、太陽房等利用方式，其中太陽熱水器已經實現大規(guī)模商業(yè)化。一、太陽能利用的方式太陽能的轉換和利用方式目前有：

2、光一熱轉換，光一電轉換，光一化學轉換三種。光一熱轉換是太陽能熱利用的基本方式。它是利用太陽能將水加熱儲丁水箱中，以便利用的方式，這種熱能可以廣泛應用丁采暖制冷干燥溫室烹飪以及工農業(yè)生產等各個領域。光熱產品則是直接把太陽能轉化為熱能如太陽熱水器等。我們知道，太陽主要以電磁輻射的形式給地球帶來光與熱。太陽輻射波長主要分布在0.25一2.5Pm范圍內。從光熱效應來講，太陽光譜中的紅外波段直接產生熱效應，而絕大部份光能不能直接產生熱量。我們感覺在強烈的陽光下的溫暖和炎熱，主要是我們的衣服和皮膚吸收太陽光線，從而產生光熱轉換的緣故。從物理角度來講，黑色意味著光線的幾乎全部的吸收，被吸收的光能即轉化為熱能

3、。因此為了最大限度地實現太陽能的光熱轉換，似乎用黑色的涂層材料就可滿足了，但實際情況并非如此。這主要是材料本身還有一個熱輻射問題。從量子物理的理論可知,黑體輻射的波長范圍大約在2100Pm之間，黑體輻射的強度分布只與溫度和波長有關,輻射強度的峰值對應的波長在10Pm附近。由此可見，太陽光譜的波長分布范圍基本上與熱輻射不重疊。因此要實現最佳的太陽能熱轉換，所采用的材料必須滿足以下兩個條件：在太陽光譜內吸收光線程度高，即有盡量高的吸收率a;在熱輻射波長范圍內有盡可能低的輻射損失，即有盡可能低的發(fā)射率巳。一般來說，對同一波長而言，材料的吸收率和發(fā)射率有同樣的數值，即吸收率高則相應的發(fā)射率也高。但吸收

4、率與反射率丫及透射率t滿足如下關系：+Y+t=1。對丁不透明材料由丁t=。，則a+=1。而對丁黑色物體來說=0,則口=1。根據以上討論，可知最有效的太陽能光熱轉換材料是在太陽光譜范圍內，即舄2.5Pm，有a.1（即Y陌0）;而在乳2Pm，即熱輻射波長范圍內，有60（即丫出1或a由0）。一般將具備這一特性的涂層材料稱為選擇性吸收材料。如不完全滿足以上條件，如在熱輻射波長范圍內&有較大的值，則盡管在太陽光譜-1,仍有很大的熱輻射損失。這類材料通常稱為非選擇性涂層材料。所有選擇性吸收涂層的構造基本上分為兩個部份：紅外反射底層（銅、鋁等高紅外反射比金屆）和太陽光譜吸收層（金屆化合物或金屆復合材料）。吸

5、收涂層在太陽光波峰值波長（0.5Pm）附近產生強烈的吸收，在紅外波段則自由透過，并借助丁底層的高紅外反射特性構成選擇性涂層。實際上利用的選擇性涂層材料，多是將超細金屆顆粒分散在金屆氧化物的基體上形成黑色吸收涂層。這通常采用電化學，真空蒸發(fā)和磁控濺射等工藝來.專業(yè).整理.實現。在太陽能熱水器上得到廣泛應用的太陽能吸熱涂層主要有：磁控濺射涂層，選擇性陽極氧化涂層等。從使用和經濟角度考慮，對光熱轉換材料的基本要求,除了吸熱性能外，還要求使用壽命要長，生長成本要低等。我國從80年代開始加快了在太陽能吸熱材料方面的研究，像活華大學，北京太陽能研究所等單位先后研制出一系列優(yōu)良的選擇性涂層材料。所研制的黑鉆

6、選擇性吸收涂層具有良好的光譜選擇性，適合應用在工作溫度較高的真空集熱管上。研制成功的用丁全玻璃真空管上鋁一氮/鋁太陽光譜選擇性吸收涂層也具有很好的性能參數。近來國內外在制備工藝上主要利用電化學和磁控濺射方法，所研制的選擇性吸收涂層材料向多層化，梯度化發(fā)展。如倍受重視的氮化鋁選擇性吸收涂層是新一代的吸熱涂層的代表。從目前已達到的水平來看，光熱轉換材料的性能還可進一步提高，這不僅需要人們不斷探索新的材料體系和制備工藝，還可在涂層的玻璃蓋板表面上做文章。如德國某研究所，利用全息照相技術，在平板蓋板表面上進行納米結構處理，以增加太陽光透射率，減少太陽能的反射損失，從而使太陽能的熱利用效率得到了進一步提

7、高。太陽能光伏發(fā)電可直接將太陽光能轉換成電能，是一種不需燃料、無污染獲取電能的高新技術，具有許多優(yōu)點，如:安全可靠、無噪聲，能量隨處可得，不受地域限制，無機械轉動部件，故障率低，維護簡便，可以無人值守，建站周期短,規(guī)模大小隨意，無需架設輸電線路，可以方便地與建筑物相結合等。因此，在太陽能的有效利用中，光伏發(fā)電是近些年來太陽能眾多利用方式中發(fā)展最快、最具活力的研究領域。光伏發(fā)電是利用半導體材料光伏效應直接將太陽能轉換為電能的一種發(fā)電形式。早在1839年，法國科學家貝克勒爾就發(fā)現光照能使半導體材料的不同部位之間產生電位差。這種現象后來被稱為光生伏打效應(PhotovoltaicEffect)”簡稱

8、光伏效應”。然而，第一個實用單晶硅光伏電池(SolarCell)直到1954年才在美國貝爾實驗室研制成功，從此誕生了太陽能轉換為電能的實用光伏發(fā)電技術。太陽能光伏轉換主要是以半導體材料為基礎，利用光照產生電子一空穴對,在附結上可以產生光電流和光電壓的現象(光伏效應)，從而實現太陽能光電轉換的目的。通常所用的半導體材料為硅、錯和m-v化合物等。一般對太陽能電池材料有如下一些要求：要充分利用太陽能輻射，即半導體材料的禁帶不能太寬否則太陽能輻射利用率太低；有較高的光電轉換效率；材料本身對環(huán)境不造成污染；材料便丁工業(yè)化生產且材料性能穩(wěn)定。能達到這幾條要求的主要有錯、硅、砰化稼、硫化銅、錦化錫等。特別像

9、錯、硅、砰化稼等的禁帶寬度相當丁近紅外線的光子，對這樣的半導體，太陽光譜的大部分，包括各種可見光都可以用來產生電子一空穴對。但考慮到只有禁帶寬度在0.51.5電子伏特的半導體才有較高的光電轉換效率，因此硅、不申化稼等是理想的電池材料。而錦化錫由丁錫是有蠹元素，其應用受到一定限制。再從原料資源、生產工藝和性能穩(wěn)定性等方面綜合考慮，硅是最合適最理想的太陽能電池材料，這也是為什么太陽能電池主要以硅材料為主的原因。太陽能電池按材料可分為品體硅太陽電池、硅基薄膜太陽電池、化合物半導體薄膜太陽電池和光電化學太陽電池等幾大類。開發(fā)太陽能電池的兩個關鍵問題就是：提高效率和降低成本。1、體硅太陽電池晶體硅太陽電

10、池是PV(Photovoltaic)市場上的主導產品，優(yōu)點是技術、工藝最成熟，電池轉換效率局，性能穩(wěn)定，是過去20多年太陽電池研究、開發(fā)和生產主體材料。缺點是生產成本高。2、硅基薄膜太陽電池多晶硅（ploy-Si）薄膜和非晶硅（a-Si）薄膜太陽電池可以大幅度降低太陽電池價格。多晶硅薄膜電池優(yōu)點是可在廉價的襯底材料上制備，其成本遠低丁晶體硅電池，效率相對較高，不久將會在PV市場上占據主導地位。晶硅是硅和氫（約10%）的一種合金，具有以下優(yōu)點：它對陽光的吸收系數高，活性層只有iPm厚，材料的需求量大大減少，沉積溫度低，可直接沉積在玻璃、不銹鋼和塑料膜等廉價的襯底材料上，生產成本低，單片電池面積大

11、,便丁工業(yè)化大規(guī)模生產。點是由丁非晶硅材料光學禁帶寬度為1.7eV,對太陽輻射光譜的長波區(qū)域不敏感，限制了非晶硅電池的效率，且其效率會隨著光照時間的延續(xù)而衰減（即光致衰退），使電池性能不穩(wěn)定。3、合物半導體薄膜太陽電池主要有銅錮硒（CIS）和銅錮稼硒（CIGS）、CdTe,GaAs等，它們都是直接帶隙材料，帶隙寬度Eg在1-1.6eV之問，具有很好大范圍太陽光譜響應特性。所需材料只要幾個微米厚就能吸收陽光的絕大部分，是制作薄膜太陽電池的優(yōu)選活性材料。GaAs帶隙寬度1.45eV,是非常理想直接遷移型半導體PV材料，在GaAs單晶襯底上生長單結電池效率超過25%,但價格也高，用丁空間。4、染料敏

12、化TIO2納米薄膜太陽電池以納米多孔TiO2為半導體電極，以Ru絡合物作敏化染料，并選用I2/I3一氧化還原電解質，發(fā)展了一種新型的染料敏化TiO2納米薄膜太陽電池(簡稱DSC)。DSC具有理論轉換效率高，透明性高，廉價成本和簡單工藝等優(yōu)點，實驗室光電效率穩(wěn)定在10%以上。缺點是使用液體電解質，帶來使用不便以及對環(huán)境影響。在硅系太陽能電池中，單晶硅大陽能電池轉換效率最高，技術最成熟。UNSW大學在2000年以前就已經實現25%的單晶硅材料的轉換效率。多晶硅太陽電池的出現主要是為了降低成本，其優(yōu)點是能直接制備出適丁規(guī)?；a的大尺寸方型硅錠，制造過程簡單、省電、節(jié)約硅材料，對材質要求也較低。弗勞

13、恩霍夫研究所的太陽能系統(tǒng)在2005年前發(fā)表的最高的多晶硅轉換效率為20.4%。在實規(guī)?；瘧弥校酁閱尉Ч璁a品，其效率在13%16%左右。太陽能取之不盡，但分布不均勻，隨時間和空間變化差異較大，而且儲存和傳輸難以實現。因此,將其轉化為其他更方便利用的能源，已經成為當前研究太陽能利用的熱點。氫能被認為是活潔的二次能源，并被視為未來最有希望替代傳統(tǒng)的化石能源的新能源之一，且沒有上述直接應用太陽能所存在的缺點。因此,太陽能制氫技術可以說具有很好的市場前景。太陽能制氫主要有以下多種方法。太陽能電解水制氫太陽能電解水制氫是一種目前較為成熟的制氫方法，轉化效率可以達到70%75%。但是，電解水過程中耗電量

14、較大,成本也就較局0太陽能光化學制氫通過在水中添加某種光敏物質作催化劑，用它幫助水吸收陽光中的長波光能，從而達到連續(xù)高效利用太陽能制氫的目的。該技.專業(yè).整理.術已較為成熟，但效率僅為4%5%。太陽能光電化學池分解水制氫光電化學池是利用半導體材料作為光陽極，受光激發(fā)產生電子，鉗合金作為陰極，光陽極和陰極組成光電化學池。這個過程只能吸收太陽光中的紫外光，所以制氫效率很低，僅為0.4%,而且還存在光電極電化學腐蝕的問題。生物制氫許多藻類能利用太陽光和水作原料，在厭氧條件下，利用氫作為電子供體用丁釋放氫氣。但是目前由丁對藻類放氫機理還不夠了解，太陽能轉化效率較低。太陽能熱解水制氫這種方法是將水或水蒸

15、氣加熱到2500C以上，使水分解成為氫氣和氧氣，其制氫效率較高。但是由丁氫氧兩種氣體一起產生，要想將這兩者徹底分離十分困難，而且存在爆炸的危險。此外還需要使用高倍聚光器才能獲得反應所需要的高溫,而這類聚光器的價格較高,所以制氫的成本自然也就高。太陽能熱化學反應循環(huán)制氫熱化學循環(huán)制氫方法，即在水中加入一種或幾種中間物，然后加熱到較低溫度，經歷不同的反應階段，最終將水分解成氫和氧，而中問物不消耗，可循環(huán)使用。二、太陽能利用用太陽能加熱低丁100C低溫熱水的太陽熱水系統(tǒng)，是當前太陽能熱利用中技術最成熟、最具競爭力、產業(yè)化發(fā)展最快的領域,我國太陽熱水器的使用量和年產量均居世界第一。我國由丁太陽熱水器的

16、使用，一年即可節(jié)約原煤832萬t,減排二氧化碳374萬t,減排二氧化硫17萬t,減排粉塵12萬t,如果按每年15%左右的增長速度計，到2010年我國太陽熱水器的年銷售量將達到2000萬肘保有量將從目前的5200萬nf上升到約1.4億肘可節(jié)約420560億kW高峰電力。太陽能房在我國東北和西北地區(qū)應用較早，目前已達1050萬肘每年節(jié)約25萬tce。太陽能低溫地板采暖所需溫度為30C40C,適用丁6層以下的板樓住宅、辦公樓、學校和別墅。對丁廣大郊區(qū)農村冬季采暖，夏季降溫非常實用，在農村推廣其經濟效益會更加理想。太陽能干燥技術成熟，干燥溫度在0C65C之間，用丁干燥中草藥，農副產品，水產品及工業(yè)品時

17、與自然干燥相比，縮短時間2.56倍，提高了干燥質量和營養(yǎng)成份，干燥1t紅棗和農副產品可省煤lt。太陽灶可節(jié)省常規(guī)能源、減少環(huán)境污染、提高和改善農、牧民的生活水平。我國大部份地區(qū)太陽灶年利用天數為150200天左右,年節(jié)約柴草約1000kg/臺，12年即可回收成本。二、太陽能貯熱太陽能雖然取之不竭，用之不盡，但是地面上接受到的太陽能，受氣候、晝夜、季節(jié)的影響，具有問斷性和不穩(wěn)定性，所以，太陽能如何貯存十分必要，尤其對丁大規(guī)模利用太陽能更為必要。目前，太陽能貯熱有以下：1、顯熱貯存。利用材料的顯熱貯能是最簡單的貯能方法。在實際應用中，水、沙、石子、土壤等都可作為貯能材料，其中水的比熱容最大，應用較

18、多。七八十年代曾有利用水和土壤進行跨季節(jié)貯存太陽能的報道。但材料顯熱較小，貯能量受到一定限制。2、潛熱貯存。利用材料在相變時放出和吸入的潛熱貯能，其貯能量大，且在溫度不變情況下放熱。在太陽能低溫貯存中常用含結晶水的鹽類貯能，如10.專業(yè).整理.水硫酸鈉/水氯化鈣、12水磷酸氫鈉等。但在使用中要解決過冷和分層問題，以保證工作溫度和使用壽命。太陽能中溫貯存溫度一般在100C以上、500C以下，通常在300C左右。適宜丁中溫貯存的材料有：高壓熱水、有機流體、共晶鹽等。太陽能高溫貯存溫度一般在500C以上，目前正在試驗的材料有：金屆鈉、熔融鹽等。1000C以上極高溫貯存,可以采用氧化鋁和氧化錯耐火球。

19、3、化學貯熱。利用化學反應貯熱，貯熱量大，體積小，重量輕，化學反應產物可分離貯存，需要時才發(fā)生放熱反應，貯存時間長。真正能用丁貯熱的化學反應必須滿足以下條件：反應可逆性好，無副反應；反應迅速；反應生成物易分離且能穩(wěn)定貯存；反應物和生成物無蠹、無腐蝕、無可燃性；反應熱大，反應物價格低等，目前已篩選出一些化學吸熱反應能基本滿足上述條件，如Ca(OH)2的熱分解反應，利用上述吸熱反應貯存熱能，用熱時則通過放熱反應釋放熱能。但是，Ca(OH)2在大氣壓脫水反應溫度高丁500C,利用太陽能在這一溫度下實現脫水十分困難，加入催化劑可降低反應溫度，但仍相當高。所以，對化學反應貯存熱能尚需進行深入研究，一時難以實用。其它可用丁貯熱的化學反應還有金屆氫化物的熱分解反應、硫酸氫鉉循環(huán)反應等。4、塑晶貯熱。1984年，