嫩和原材料第四章太阳能电池材料

集
热器
玻璃-金属热管真空集热管
直通式真空集热管
储热式真空集热管
太
阳能 集 是否 热器 聚光
非聚光集热器
平板式集热器 真空管式集热器
聚光集热器
聚光器 吸收器 跟踪系统
太
阳能 集 是否 热器 聚光
非聚光集热器
平板式集热器 真空管式集热器
反射聚光
聚光 聚光集热器 原理
折射聚光
太
阳能 集 是否 热器 聚光
密度很小而温度很高（106K）。
• 太阳辐射以3×108m/s的速度传播，从太阳到地球大约需要8分钟。
• 太阳辐射能在穿越大气层时，一方面被大气中的氧气、臭氧9、水蒸气、二氧化碳等有 选择性（只吸收一定波长范围，比如臭氧对紫外有吸收）的吸收，同时被空气分子、 水蒸气以及粉尘等散射，因此到达地面的的太阳辐射比到达大气层的要低，即在大气 层中有衰减。
水稻
谷 子
一，太阳能
太阳每小时辐射到地球的 能量约为18万兆瓦，相当于燃 烧90兆吨优质煤的热量。
与太阳相关的一些物理量
• 地球半径 Re=6371 km • 太阳半径 Rs=6.96×105 km • 地 日 距 AU=1.496×108 km≈200Rs • 太阳质量 Ms=1.989×1030 kg
美国军用太阳能发电帐篷
太阳能发电
太阳能光热利用基本原理
• 将太阳辐射能收集起来，通过与工质（主要是水或者空气）的相互作用转换成热能加 以利用。
• 目前主要有三种收集器：平板型集热器、真空管集热器和聚焦型集热器。
太阳光热利用分类
• 根据所能达到的温度和用途可以分为三种：1）低温利用（＜200℃） 主要有：太阳能 热水器、太阳能干燥、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统
不锈钢板 碳钢板 塑料、玻璃钢
真空管集热器
• 为了减少平板集热器的热损，提高集热温度，国际上20世纪70年代研制成功真空集热 器，其吸热体被封闭在高真空的玻璃真空管内，大大提高了热性能。
• 所谓真空集热器就是将吸收体与透明盖板之间的空间抽成真空的集热器。
全玻璃真空集热管
真 空
玻璃-U形管真空集热管
我国太阳能的分布
• 我国是世界上太阳能资源丰富的国家之一，全国总面积 2/3以上地区年日照时数大于2200h(约91.6天),具备利用 太阳能的良好条件。
• 我国陆地表面接受的太阳辐射能约为50×1018kJ,全国各 地太阳年辐射总量达335-837kJ/(cm2·年)。
• 西藏10、青海、新疆10、内蒙古南部、山西、陕西北部 、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西北部、 广东东南部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太 阳能辐射总量很大。尤其是青藏高原地区最大。例如被 人们称为“日光城”的拉萨市，1961-1970年的平均值 ，年平均日照时间为3005.7h, 相对日照为68%。全国以 四川和贵州两省的太阳年辐射总量最小，其中尤以四川 盆地为最，例如素有“雾都”之称的成都市，年平均日 照时数仅为1152.2h，相对日照为26%。
太阳能热水、供暖和制冷
热
利
太阳能干燥农副产品、药材和木材
用
应
用
太阳能淡化海水
太阳能热动力发电
一种有前途的太阳能热动力发电技术是太阳能烟囱发电。它是在一大片圆形土地上盖 满玻璃，圆中心建一高大的烟囱，烟囱底部装有风力透平机。透明玻璃盖板下被太阳加 热的空气通过烟囱被抽走，驱动风力透平机发电。这种发电装置简单可靠，在西班牙已 建有一座容量为100kW的试验电站。显然这种发电方式非常适合于我国广大的西部地区 。
讨论：太阳能在人类生活中应 用的实例？
太阳能应用领域
太空方面
太阳能灯
太阳能车和游艇
领域
交通设施方面
通信方面
家电方面
太阳能的利用
太
太阳能光热利用
阳
太阳能光电利用利分解用水太制阳氢能
能
利
太阳能光化学利用
用 太阳能光生物利用
太阳能的利用
太
太阳能光热利用
阳
太阳能光电利用利太用阳生光物通吸过收光
能
合作用把太阳
太
阳能 集 是否 热器 聚光
非聚光集热器
平板式集热器 真空管式集热器
聚光集热器
平板式集热器
• 17世纪后期发明的，但直到1960年以后才真正进行深入研究和规模化应用。是太阳能 低温利用的基本部件，也一直是世界太阳能市场上的主导产品。在低温利用领域，技 术经济性能优于聚光集热器。
• 国内外使用比较普遍的是全铜集热器和铜铝复合集热器。
平板式热水器
• 采用平板集热器，集热器和水箱结合紧密，上下循环管很短，不仅省材料而且又减少 了管道的热损失。有利于提高热效率。
真空管太阳热水器
• 关键部件真空管集热器。
太阳能制冷
• 太阳能制冷的效率比较低，难以与其他形式的制冷相比。因此，商业化利用仍有较大 的差距。
太阳能与建筑节能
• 利用太阳能供电、供热、供冷、照明，建成太阳能综合利用建筑物，是国际太阳能学 术界的热门研究课题，是太阳能利用一个新的发展方向。美国、德国、日本、意大利 等国家已建成这种全部依靠太阳能的示范建筑物。
吸热体
作 吸收太阳能并将 用 其内的流体加热
平 板 集 热
透明盖板
作 用
减少集热板与环境之间 的对流和辐射散热，保 护集热板不受雨、雪、
灰尘的侵蚀
器
隔热体
壳体
吸热体
作 吸收太阳能并将 用 其内的流体加热
平
平板玻璃
板 集
透明盖板
钢化玻璃
热
器
隔热体
作 防止集热器的侧面 用 和背面向周围散热
壳体
铝合金板
利
太阳能光化学利能能用转的过换程为化学
用
太阳能光生物利用
太阳能的利用7
太
太阳能光热利用
阳
太阳能光电利用
能
利
太阳能光化学利用
用 太阳能光生物利用
二，太阳能光热利用
太阳能热水器
太阳能热水、供暖和制冷
太阳能热暖器 光
热 利
太阳能太空阳调能器干燥农副产品、药材和木材
用
应
用
太阳能淡化海水
太阳能热动力发电
太阳能光热利用
类型
地区
年日照时数/h
一 西藏西部、新疆东南部、青海西部、甘肃西 2800-3300 部
二 西藏东南部、新疆南部、青海东部、宁夏南 3000-3200 部、甘肃中部、内蒙古、山西北部、河北西 北部
三 新疆北部、甘肃东南部、山西南部、陕西北 2200-3000 部、河北东南部、山东、河南、吉林、辽宁、 云南、广东南部、福建南部、江苏北部、安 徽北部
四 湖南、广西、江西、浙江、湖北、福建北部、 1400-2200 广东北部、陕西南部、江苏南部、安徽南部、 黑龙江
五 四川、贵州
1000-1400
自古以来，人们就注意利用太阳能。 早在几千年前，我们的祖先就曾用“阳燧”这种简单的器具 向太阳“取火”，开辟了人类利用太阳能的新纪元。 古希腊著名物理学家阿基米德曾用巨大的镜子聚集太阳光， 一举烧毁了敌人的帆船队。然而，人们对太阳能的深刻认识和开 发利用，直到最近才真正开始。 1945 年，美国贝尔电话实验室制造出了世界上第一块实用的 硅太阳能电池，开创了现代人类利用太阳能的新时代。 英国研制成功一种太阳能冰箱有九块吸热板，晴天时它可以 向冰箱的蓄电池充电，一天的充电量足够电冰箱使用五天。瑞士 发明了一种太阳能热水瓶，仅重400 克，通过装在瓶底部的像镜 子似的折叠铝叶板吸收太阳能，用来烧开水。有阳光时，烧一瓶 水仅需要半小时左右。太阳能的利用已扩展到科学研究、航空航 天、国防建设和人们日常生活的各个方面。 1990年第11届亚运会火炬的火种，就是于8月7日下午，在距 拉萨市以北100多公里的念青唐古拉峰下，由15岁的藏族少女达 娃央宗用木柴从抛物面聚光太阳灶上获得的。原理与古代阳燧差 不多，唯聚光所用的材料有较大的差别。
太阳能的独特优点：
1. 最清洁——它没有一般煤炭、石油等 矿物燃料产生的有害气体和废渣，因 而不污染环境，被称作“干净能源” ；
2. 分布最广——到处都可以得到太阳能，
使用方便、安全；
3. 总量最大——取之不尽，用之不竭, 成
本低廉，可以再生。
就全球而言，美国西南部、非洲、 澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全 年总辐射量或日照总时数最大，为世界 太阳能资源最丰富的地区。
闷晒式热水器
• 将集热器与储热水箱合为一体，机构简单、使用可靠、易于推广，但是保温性能差、 热损失大。冬季室外温度低于零度时，要注意防冻问题。
• 所使用的集热器有塑料袋式（质量轻、便于携带、价格低廉，但使用寿命短）、池式 （结构简单、便于制造和安装，成本低廉，但在高纬度地区不能充分利用太阳能，玻 璃内表面往往有水蒸气凝结，减低了玻璃的透光率，长期使用时池内水质难以保证） 、筒式（比上两种效果好）等。
• 由于太阳内部持续进行着氢聚合成氦的核聚
变反应，所以不断地释放出巨大的能量，并以辐 射和对流的方式由核心向表面传递热量，温度也 从中心向表面逐渐降低。
•
由核聚变可知，氢聚合成氦在释放巨大能量
的同时，每1g质量将亏损0.0072g。根据目前太阳
产生核能的速率估算，其氢的储量足够维持600
亿年，因此太阳能可以说是用之不竭的。
太阳房
• 是太阳能建筑的主要形式，基本上可以分为被动式太阳房、主动式太阳房和热泵式太 阳房。
• 被动式太阳房不需要专门的集热器、热交换器、水泵（或风机）等设备，只是依靠建 筑方位的合理布置，通过窗、墙、屋顶等建筑物本身的构造和材料的热工性能，以自 然交换的方式（辐射、对流、传导）使建筑物在冬季尽可能多的吸收和存储热量，以 达到采暖的目的。
＝地球质量（5.98×1024 kg）的332,946倍 ＝全部太阳系行星质量的700倍
太阳的构造
• 太阳是一个炽热的气态球体，它的直径 约为1.39× 106 km，质量约为地球质量的3.3 2× 105 倍，体积则比地球大1.3× 106 倍，平 均密度为地球的l/4。其主要组成气体为氢 (约80%)和氦6(约19%)。
• 2）中温利用（200-800 ℃ ）主要有：太阳灶、太阳能热发电、聚光集热装置 • 3）高温利用（ >800 ℃）主要有高温太阳能炉
太阳能集热器
• 太阳辐射的能流密度低，在利用太阳能时为了获得足够的能量，或者为了提高温度， 必须采用一定的技术和装置（集热器），对太阳能进行采集。
• 太阳能集热器是组成各种太阳能热利用系统的关键部件，是用于吸收太阳辐射并将产 生的热能传递到传热工质。
太阳的内部构造
太阳内部有“里三层”，从中心向外依次是 • 核反应区—是太阳热能产生的基地 • 辐 射 区—太阳能先通过这里传播出去 • 对 流 区—太阳能经过这里向太阳表层
传播，它们是“输送带”。
• 太阳外部有“外三层”。依次为光球层、色球 层和日冕层8。人们肉眼可见的明亮表面就是光球 层，我们所见到太阳的可见光，几乎全是由光球 层发出的。光球层厚约500千米，温度为5762K， 密度为10-6g/cm3，厚约500km, 它是由强烈电离的 气体组成，太阳能绝大部分辐射都是由此向太空 发射的。 光球外面分布着能发光且几乎透明的太 阳大气，有非常稀薄的气体组成，厚度为几百千 米，成为反变层。它的外面是色球层，厚度约10 000-15000km,大部分由氢和氦组成，温度大约50 00K, 密度大约10-8g/cm3。最外面一层是日冕，其
非聚光集热器
平板式集热器 真空管式集热器
主要 聚光集热器 应用
太阳灶
聚光型太阳 能干燥器
太阳能热 发电系统
高温太阳炉
太阳能热水器
• 是太阳能热利用的主要产品之一。 主要利用温室原理，将太阳能转变 为热能，并向水传递热量，从而获 得热水的一种装置。
太
阳 能
集热器
热水 器
闷晒型热水器 平板热水器 真空管热水器
太阳能热水、供暖和制冷
光
热
太阳能干燥农副产品、药材和木材
利
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应 用
太阳能淡化海水
太阳能海 水蒸馏器
太阳能热动力发电
世界上第一座太阳能海水蒸馏器是 由瑞典工程师威尔逊设计，1872年在北 智利建立的，面积为44504m2，日产淡 水17.7t。这座太阳能蒸馏海水淡化装置 一直工作到1910年 。
太阳能光热利用
第四章 太阳能电池材料
介绍内容
1. 太阳能 2. 太阳能的利用 3. 太阳能的光热利用 4. 太阳能的光电利用—太阳能电池 5. 最新进展
一，太阳能
太阳是一种炽热的气体球，蕴藏着无比 巨大的能量。地球上除了地热能和核能以 外，所有的能源都来源于太阳能，因此可 以说太阳能是人类的 “能源之母”。
小麦
三个阶段
• 第一阶段：被动式太阳房，完全通过建筑物结构、朝向、布置以及相关材料的应用进 行集取、储存和分配太阳能的建筑。
• 第二阶段：主动式太阳房，以太阳能集热器与风机、泵、散热器等组成的太阳能采暖 系统或者与吸收式制冷机组成的太阳能空调及供热系统的建筑。
• 第三阶段：加上太阳能电池应用，为建筑物提高采暖、空调、照明和用电，完全能满 足这些要求的“零能房屋”。