太阳能利用现状

太阳能利用现状

化学三班张全全41507120 李静涵41512087 赵杰男41507119

一、太阳能技术的历史

现代世界太阳能利用的发展过程大致可划分为 8 个阶段。从1615 年法国工程师所罗门·德·考克斯发明世界上第一台利用太阳能驱动的抽水泵算起;1901 ～ 1920 年这一阶段世界太阳能研究的重点仍然是太阳能动力装置。1921 ～ 1945 年由于化石燃料的大量开采应用及爆发了第二次世界大战，此阶段太阳能利用的研究开发处于低潮 , 参加研究工作的人数和研究项目及研究资金大为减少;1946 ～ 1965 年这一阶段 , 太阳能利用的研究开始复苏 ,加强了太阳能基础理论和基础材料的研究,在太阳能利用的各个方面都有较大进展;1966 ～1973 年此阶段由于太阳能利用技术还不成熟, 尚处于成长阶段 ,世界太阳能利用工作停滞不前,发展缓慢 ;1973 ～ 1980 年这一时期爆发的中东战争引发了西方国家的“石油危机”，大家开始重视太阳能的利用,向新的能源结构过渡,客观上使这一阶段成了太阳能利用前所未有的大发展时期;1981～ 1991 年由于世界石油价格大幅度回落 ,而太阳能产品价格居高不下 ,缺乏竞争力 ,太阳能利用技术无重大突破;1992 年至今为第八阶段 , 1992 年 6月联合国“世界环境与发展大会”在巴西召开之后,世界各国加强了对清洁能源技术的研究开发,使太阳能的开发利用工作走出低谷, 得到越来越多国家的重视和加强。

二、太阳能技术现状

截至到2015年底，中国以累计光伏发电量4318万千瓦，一跃成为全球光伏发电装机容量的最大国家，其中分布式光伏606万千瓦（占比14.03%）。但根据最新《电力发展“十三五”规划》的公布，分布式光伏将达到6000万千瓦以上，达到占比将近50%。

这一信号，可以看出在未来中国光伏市场，分布式光伏将重点发展。2016年国内光伏装机仍有望表现强劲，预计2016年国内光伏装机将突破19GW，将再度成为最大的太阳能光伏市场。随着我国西北部地区地面电站的逐渐饱和，以及光伏平价上网的条件达成，未来国内分布式光伏将迎来发展高潮阶段，配合储能技术的成熟，东部及南部地区将兴起建分布式电站的热潮。

无论从世界还是从中国来看，常规能源都是很有限的。中国的一次能源储量远远低于世界的平均水平，大约只有世界总储量的10%。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。

三、太阳能技术

太阳能利用技术指太阳能的直接转化和利用技术。

把太阳辐射能转换成热能并加以利用属于太阳能热利用技术 ;

利用半导体器件的光伏效应原理把太阳能能转换成电能称为太阳能光伏技术。

1.光热技术

现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。

目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳能采暖（太阳房）、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等。

1.1太阳能热水器

太阳能热水器把太阳光能转化为热能，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用。太阳能热水器是由集热管、储水箱及相关附件组成，把太阳能转换成热能主要依靠集热管。

原理：阳光穿过吸热管的第一层玻璃照到第二层玻璃的黑色吸热层上，将太阳光能的热量吸收，由于两层玻璃之间是真空隔热的，传热将大大减小（辐射传热仍然存在，但没有了热传导和热对流），绝大部分热量只能传给玻璃管里面的水，使玻璃管内的水加热，加热的水便轻沿着玻璃管受热面往上进入保温储水桶，桶内温度相对较低的水沿着玻璃管背光面进入玻璃管补充，如此不断循环，使保温储水桶内的水不断加热，从而达到热水的目的。

1.2太阳能空调

新型太阳能复合超导冷暖空调，制热时以太阳能和可再生的生物质燃料为主要能源，是真正绿色的取暖方式。制冷时借助少量的电能利用地源低温，采用超导能量输送系统直接制冷，达到最合理的节能的制冷效果。

2.光伏技术

光伏技术是指可直接将太阳的光能转换为电能的技术。

2.1光伏电池

光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料（例如硅）制成的固体光伏电池组成。简单的光伏电池可为手表以及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明以及交通信号灯和监控系统，并入电网供电。光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电能。天台及建筑物表面均可使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。

原理：半导体材料分为P型半导体和N型半导体。

硅原子是一种半导体材料，每一个Si原子与相邻的四个原子结合。如果在硅或者锗的晶体中掺入磷（或者其他五价元素），由于磷原子的最外层有五个价电子，而掺入的磷原子较少，整个晶体结构基本上不变，导致某些位置上的硅原子被磷原子取代，磷原子参加共价键结构只需要四个价电子，多余的第五个价电

子很容易挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子，于是自由电子成了这种半导体的主要导电方式，我们称这种半导体为N型半导体。

如果在硅或者锗的晶体中掺入三价元素，则每个三价元素周围会多出一个空穴，而空穴则成为这种半导体的主要导电方式，我们称这种半导体为P型半导体。如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子－空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。通过界面层的电荷分离，将在P区和N 区之间产生一个向外的可测试的电压。

四、太阳能技术发展

太阳能建筑有望得到普及。

太阳能建筑集成已成为国际新的技术领域,将有无限广阔的前景。太阳能建筑不仅要求有高性能的太阳能部件, 同时要求高效的功能材料和专用部件。如隔热材料、透光材料、储能材料、智能窗(变色玻璃)、透明隔热材料等 ,这些都是未来技术开发的内容。

空间太阳能电站显示出良好的发展前景。随着人类航天技术以及微波输电技术的进一步发展, 空间太阳能电站的设想可望得到实现。

由于空间太阳能电站不受天气、气候条件的制约,其发展显示出美好的前