新能源概论新能源及其材料

1.3 能源问题
随着技术和经济的发展以 及人口的增长，人们对能源的 需求越来越大，能源问题也越 来越突出。
➢环境污染 —— 化石燃料的使用带来了 严重的环境污染, 导致了温室效应的产生 和酸雨的形成。2005年2月16日，旨在减 排室温气体的《京都协议书》已经正式生 效。 ➢能源危机 ——石油、天然气和煤炭这三 种人类使用的主要能源可开采年限，分别 只有40 年、50 年和240 年。目前我国已 经有超过31%的石油需要进口，而到2010 年，这一数字将会增长到45-55%。
1.2 能源的分类
按能源的使用性质划分
➢含能体能源 ——指能够提供能量的物质能源，其特点是 可以保存且可储存运输，如煤炭、石油等。
➢过程性能源 ——指能够提供能量的物质运动形式，它不 能保存、难于储存运输，如太阳能，电能等。
1.2 能源的分类
按能源可否再生划分
➢不可再生能源 ——指随人类的使用而减少的能源，如煤 炭、原油、天然气等化石能源
正在开采的油井
1.3 能源问题
▲1、我国和世界的能源消耗 20%的能源消耗生产了约5%的GPD
▲2、我国的能源结构
新能源技术
——新能源和可再生能源
2 新能源的几种形式
太阳能 风能
生物质能
氢 能
地热能
小水电 天然气水合物
海洋能
2.1 太阳能
太阳能是各种可再生能源中最重要的 基本能源，也是人类可利用的最丰富的能 源。太阳每年投射到地面上的辐射能高达 1.05×1018千瓦时（3.78×1024J），相当 于1.3×106亿吨标准煤。
2.1.4 太阳能的利用方式——光热转化
☆平板太阳能热水器 产水量大，利于清洁，热 效率高，是与建筑物相结合的首选产品。但不抗 冻，环境温度0℃时则不能工作，广泛运用于非 结冰地区，国外90%以上的用户使用本产品（通 过改造的平板热水器可抗严寒）。
☆真空管太阳能热水器 高硼硅玻璃真空管具有一 定的抗冻能力，可在－15℃的环境中照常工作。管 内走水，易炸裂，时间长了会有水垢积存，影响热 效率，
➢可再生能源 ——不随着人类使用而逐渐减少的能源 ，如 水能、风能、太阳能、地热能、海洋能、生物质能等非化石 能源
1.2 能源的分类
按现阶段使用的成熟程度划分
➢常规能源 ——指人类已长期使用，巳在技术上也比较成 熟的能源。
➢新能源 ——指虽已开发并少量使用，不过技术上还未成 熟而没有被普遍使用，但却具有潜在应用价值的能源。
1.1 能源的概念 能源是指一切能量比较集中的含能体和提
供能量的物质运动形式
电
煤 天然气
石油
Βιβλιοθήκη Baidu.2 能源的分类
按能源的形成方式划分
➢一次能源——直接来自自然界的未经加工转换的能源，如 柴草、煤炭、原油、天然气、核燃料、水力、风力、太阳能、 地热能、海洋能等。
➢二次能源——把一次能源直接或间接转化来的能源称二次 能源，如蒸汽、焦炭、洗煤、煤气、电力、汽、煤、柴、油、 氢能等。
按目前太阳的质量消耗速率计， 可维持6×1010年。所以可以说它是 “取之不尽，用之不竭”的能源。
2.1.1 太阳能特点
1) 总量最大——取之不尽，用之不竭（应对能源危机） 2) 分布最广——遍布世界各地（应对传统能源的区域差 异和贸易壁垒） 3) 最清洁——利用过程中不会产生任何污染，也不会产 生废弃物（应对环境恶化） 4) 能源品位低——需要一定的面积保证（通常认为在不 考虑地球大气吸收的情况下，功率是1.39KW/m2 ） 5) 不稳定因素多——多数利用方式受天气状况影响
光——热转化
光——化学转化
光——电转化
2.1.4 太阳能的利用方式——光热转化
光热转化：就是把太阳辐射能通 过各种集热装置（集热器）转变 成热能。主要包括热水器、干燥 器、采暖和制冷、太阳房、太阳 灶和高温炉、海水淡化装置、水 泵、热力发电装置及太阳能医疗 器具；
北京2008奥运会的示范工程， 中国太阳能第一楼
（元） 15年需总费用（元）
3000 15 0 3000
1000(含钢瓶)
6 810 15150
600 5 675 11925
2.1.4 太阳能的利用方式——光电转化
光电转化：就是通过太阳 能电池（光电池、光伏电 池）将太阳辐射能直接转 变成电能。各种规格类型 的太阳电池板和供电系统 均属这一类。
新能源概论新能源及其材料
新能源概论
➢能源的概念及分类 ➢新能源和可再生能源 ➢氢能经济及燃料电池技术 ➢氢能技术研发在重庆大学 ➢几点感想
新能源及其材料
➢能源现状 ➢新能源及其发展现状
新能源概论
目录
一、能源的概念及分类 二、新能源和可再生能源 三、氢能经济及燃料电池技术 四、氢能技术研发在重庆大学 五、几点感想
2.1.4 太阳能的利用方式——光电转化
工作原理：光伏发电是 根据光生伏打效应，将 太阳光直接转化为电能。
2.1.4 太阳能的利用方式——光电转化
在光伏发电中，半导体材料起着关键的作用，目前主要的光伏材料有：
光伏材料
特点
结晶硅材料
非晶硅材料
铜铟硒光伏材料
碲化鎘材料 有机半导体 光伏材料 染料敏化纳米晶 TiO2材料
2.1.2全球太阳能资源分布情况
2.1.3 我国太阳能资源分布特点
我国太阳能分布： 太阳能的高值中心和低 值中心都处在北纬 22°-35°这一带，青 藏高原是高值中心，四 川盆地是低值中心；太 阳年辐射总量，西部地 区高于东部地区，而且 除西藏和新疆两个自治 区外，基本上是南部低 于北部。
2.1.4 太阳能的利用方式
保持着目前最高的光电转化效率（实验室24.4%，商业12%~16% ），纳米晶硅 薄膜光伏电池发展较快，光吸收系数较低，当样品厚度小于100μm时，几乎不 能吸收hv>Eg的全部光子。 目前较高的多晶硅电池转换效率为19%(德国费莱堡太阳能研究所)，实为硅氢合 金材料，其光学禁带宽度为1.12-1.7eV。到目前为止该类光伏电池的光电转化效 率还比较低，存在光致退化效应。 最高转换效率已经达到18.8%(NREL)，三元化合物半导体，禁带宽度覆盖了最主 要的太阳光谱部分。
☆热管太阳能热水器 在普通真空太阳集热管中
加上传热导管即可，因为增加了传热介质，热效率 有一定损耗。优点是管内无水，永不结垢，适用严 寒地区使用。
2.1.4 太阳能的利用方式——光热转化
太阳能热水器与其它热水器使用效益比较表
热水器装置类别 太阳能热水器 燃气热水器 电热水器
装置投资（元）
装置寿命（年） 每年燃料动力费