研究性學(xué)習(xí)報(bào)告

1、研究性學(xué)習(xí)報(bào)告太陽(yáng)能歷史及應(yīng)用組員:劉揚(yáng)德符策竿李見(jiàn)波林和潘華城譚博文許潤(rùn)博張勝存王柏程范輝探究目的:了解太陽(yáng)能的開(kāi)始及現(xiàn)代運(yùn)用報(bào)告結(jié)論:一.太陽(yáng)能的定義太陽(yáng)能是太陽(yáng)內(nèi)部發(fā)生劇烈核聚變產(chǎn)生的能量,這種能量以輻射的方式散發(fā)到宇宙空間。二.太陽(yáng)能的發(fā)展太陽(yáng)能一直是地球生物生長(zhǎng)的重要來(lái)源，而人類對(duì)與太陽(yáng)能的運(yùn)用至今已有3000多年的歷史了。近代太陽(yáng)能利用歷史可以從1615年法國(guó)工程師所羅門?德?考克斯在世界上發(fā)明第一臺(tái)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)幾算起。該發(fā)明是一臺(tái)利用太陽(yáng)能加熱空氣使其膨脹做功而抽水的機(jī)器，此后到1900年有許多以聚光產(chǎn)生熱量蒸發(fā)水汽的動(dòng)力裝置。但由于這類機(jī)器成本昂貴，效率低，是少部分人的愛(ài)好

2、。1900-1920年太陽(yáng)能裝置有了一些改善，雖然還是用聚光方式產(chǎn)生能量但工質(zhì)從水變成了一些沸點(diǎn)更低的物質(zhì)?？墒浅杀疽廊桓甙海什桓?。19201945年由于太陽(yáng)能的利用效率低和礦物燃料的大量開(kāi)發(fā)使用，太陽(yáng)能的發(fā)展進(jìn)入低潮。19451965年一些有遠(yuǎn)見(jiàn)的人士已經(jīng)注意到石油和天然氣資源正在迅速減少，呼吁人們重視這一問(wèn)題，從而逐漸推動(dòng)了太陽(yáng)能研究工作的恢復(fù)和開(kāi)展，并且成立太陽(yáng)能學(xué)術(shù)組織，舉辦學(xué)術(shù)交流和展覽會(huì)，再次興起太陽(yáng)能研究熱潮。在這一時(shí)期太陽(yáng)能的發(fā)展和研究有了重大進(jìn)展，1945年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成實(shí)用型硅太陽(yáng)電池，為光伏發(fā)電大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ);1955年，以色列泰伯等在第一次國(guó)際太陽(yáng)熱科

3、學(xué)會(huì)議上提出選擇性涂層的基礎(chǔ)理論，并研制成實(shí)用的黑鎳等選擇性涂層，為高效集熱器的發(fā)展創(chuàng)造了條件。此外，在這一階段里還有其它一些重要成果，比較突出的有:1952年，法國(guó)國(guó)家研究中心在比利牛斯山東部建成一座功率為50kW的太陽(yáng)爐。1960年，在美國(guó)佛羅里達(dá)建成世界上第一套用平板集熱器供熱的氨水吸收式空調(diào)系統(tǒng)，制冷能力為5冷噸。19651973年太陽(yáng)能的研究工作停滯不前，主要原因是太陽(yáng)能利用技術(shù)處于成長(zhǎng)階段，尚不成熟，并且投資大，效果不理想，難以與常規(guī)能源競(jìng)爭(zhēng)，因而得不到公眾、企業(yè)和政府的重視和支持。19731980年由于中東戰(zhàn)爭(zhēng)國(guó)際油價(jià)上漲,從而使許多國(guó)家，尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，重新加強(qiáng)了對(duì)太陽(yáng)能及

4、其它可再生能源技術(shù)發(fā)展的支持，在世界上再次興起了開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能熱潮。19801992年由于石油價(jià)格回落，而太陽(yáng)能產(chǎn)品價(jià)格居高不下，缺乏競(jìng)爭(zhēng)力;太陽(yáng)能技術(shù)沒(méi)有重大突破，提高效率和降低成本的目標(biāo)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，以致動(dòng)搖了一些人開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的信心;核電發(fā)展較快，對(duì)太陽(yáng)能的發(fā)展起到了一定的抑制作用。但研究工作并未中斷，有的項(xiàng)目還進(jìn)展較大，而且促使人們認(rèn)真地去審視以往的計(jì)劃和制定的目標(biāo)，調(diào)整研究工作重點(diǎn)，爭(zhēng)取以較少的投入取得較大的成果。1992年至今由于大量燃燒礦物燃料，造成了全球性的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，對(duì)人類的生存和發(fā)展構(gòu)成威脅。1992年聯(lián)合國(guó)在巴西召開(kāi)“世界環(huán)境與發(fā)展大會(huì)”，會(huì)議通過(guò)了里約熱內(nèi)盧環(huán)境與

5、發(fā)展宣言，21世紀(jì)議程和聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約等一系列重要文件，把環(huán)境與發(fā)展納入統(tǒng)一的框架，確立了可持續(xù)發(fā)展的模式。這次會(huì)議之后，世界各國(guó)加強(qiáng)了清潔能源技術(shù)的開(kāi)發(fā)，將利用太陽(yáng)能與環(huán)境保護(hù)結(jié)合在一起，使太陽(yáng)能利用工作走出低谷，逐漸得到加強(qiáng)。三（太陽(yáng)能發(fā)展的意義首先，世界上越來(lái)越多的國(guó)家認(rèn)識(shí)到一個(gè)能夠持續(xù)發(fā)展的社會(huì)應(yīng)該是一個(gè)既能滿足社會(huì)需要，而又不危及后代人前途的社會(huì)。因此，盡可能多地用潔凈能源代替高含碳量的礦物能源，是能源建設(shè)應(yīng)該遵循的原則。而太陽(yáng)能的利用就是主要發(fā)展方向之一。其次，大力開(kāi)發(fā)新能源和可再生能源的利用技術(shù)將成為減少環(huán)境污染的重要措施。能源問(wèn)題是世界性的，向新能源過(guò)渡的時(shí)期遲早要到來(lái)

6、。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，太陽(yáng)能利用技術(shù)和裝置的大量應(yīng)用，也必然可以制約礦物能源價(jià)格的上漲。四(太陽(yáng)能的利用對(duì)于太陽(yáng)能熱的利用，主要有太陽(yáng)能集熱、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、太陽(yáng)能暖房等方式。太陽(yáng)能集熱器是主要利用太陽(yáng)能的工具，太陽(yáng)能集熱器(solarcollector)在太陽(yáng)能熱系統(tǒng)中，接受太陽(yáng)輻射并向傳熱工質(zhì)傳遞熱量的裝置。按傳熱工質(zhì)可分為液體集熱器和空氣集熱器。按采光方式可分為聚光型集熱器和吸熱型集熱器兩種，集熱器是太陽(yáng)能供暖機(jī)器的主力。太陽(yáng)能熱還可以用來(lái)發(fā)電，太陽(yáng)能熱發(fā)電是采用聚焦技術(shù)，將數(shù)平米甚至數(shù)千平米范圍上的陽(yáng)光集中到一條線狀或點(diǎn)狀，由于高溫將介質(zhì)加熱并產(chǎn)生蒸汽，從而推動(dòng)汽輪機(jī)工作并產(chǎn)生電力的過(guò)程。這個(gè)太

7、陽(yáng)能光伏發(fā)電是兩種不同的太陽(yáng)能發(fā)電形式。目前，太陽(yáng)能熱發(fā)電通常有三種形式，槽式，塔式和碟式。其中槽式是公認(rèn)的最經(jīng)濟(jì)最成熟的技術(shù)?？臻g太陽(yáng)能電源是人類對(duì)太陽(yáng)能利用的另一種方式，第一個(gè)空間太陽(yáng)電池載于1958年發(fā)射的VangtuardI,體裝式結(jié)構(gòu)，單晶Si襯底，效率約10%(28?)。到了1970年代，人們改善了電池結(jié)構(gòu)，采用BSF、光刻技術(shù)及更好減反射膜等技術(shù)，使電池的效率增加到14%。在70年代和80年代，地面太陽(yáng)電池大約每5.5年全球產(chǎn)量翻番;而空間太陽(yáng)電池在空間環(huán)境下的性能，如抗輻射性能等得到了較大改善。由于80年代太陽(yáng)電池的理論得到迅速發(fā)展，極大地促進(jìn)了地面和空間太陽(yáng)電池性能的改善。到

8、了90年代，薄膜電池和?-?電池的研究發(fā)展很快，而且聚光陣結(jié)構(gòu)也變得更經(jīng)濟(jì)，空間太陽(yáng)電池市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。在繼續(xù)研究更高性能的太陽(yáng)電池，主要有兩種途徑:研究聚光電池和多帶隙電池。空間太陽(yáng)電池通常具有較高的效率，以便在空間發(fā)射的重量、體積受限制的條件下，能獲得特定的功率輸出。特別在一些特定的發(fā)射任務(wù)中，如微小衛(wèi)星（重量在50,100公斤）上應(yīng)用，要求單位面積或單位重量的比功率更高。空間太陽(yáng)電池在地球大氣層外工作，必然會(huì)受到高能帶電粒子的輻照，引起電池性能的衰減，主要原因是由于電子或質(zhì)子輻射使少數(shù)載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度減小。其光電參數(shù)衰減的程度取決于太陽(yáng)電池的材料和結(jié)構(gòu)。還有反向偏壓、低溫和熱效應(yīng)等因素也是電池性能衰減的重要原因，尤其對(duì)疊層太陽(yáng)電池，由于熱脹系數(shù)顯著不同，電池性能衰減可能更嚴(yán)重。太陽(yáng)能電池的發(fā)電原理:太陽(yáng)能電池是一對(duì)光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體為例描述光發(fā)電過(guò)程。P型晶體硅經(jīng)過(guò)摻雜磷可得N型硅，形成P,N