2.太阳能的利用现状及未来发展趋势

2012年5月23日，江苏连云港市首批14个节能环保太阳 能公交候车亭完成安装调试并投入使用。每个候车亭安 装的太阳能单晶硅蓄电板，足够为候车亭LED显示器和 广告牌提供充足电能。
• 进入21 世纪以来, 世界各国都十分重视太阳能利 用技术的开发, 而我国由于得天独厚的地理位置而 具有丰富的太阳能资源, 我国的年太阳能辐射能量, 据估计能达到3 340 ~ 8 400MJ/ m2 。 • 由此可见,充分开发利用太阳能资源是节省和替代 常规能源的有效措施, 是实现能源可持续发展战略 的必由之路。而根据有关部门的预测, 到2050 年 左右, 太阳能将超过石油天然气等其他常规能源的 使用规模而成为新能源的典型代表, 进而在人类的 生产、生活和社会发展中扮演重要的角色。
• 太阳能电池应用范围非常广阔。
• 太阳能电池应用范围非常广阔目前已广泛应用于 在人造卫星、宇宙飞船和空间站等,作为通信、电 视差转、机场灯标、航标灯、公路铁路信号灯、 水泵、电围栏、灭虫灯等方面的电源和日常生活 器具住宅供电,以及太阳能汽车、飞机、轮船,光伏 电站发电等方面,同时,功率也越来越大。 • 世界太阳能电池发电量以10%一25%的年增长率 发展。
太阳能的利用现状及未来发展趋势
小组成员：王烨 郭冠华
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太阳能简介 太阳能主要利用方式和利用现状 太阳能利用未来的发展趋势
太阳能简介
• 太阳能能源是来自地球外部天体的能源 （主要是太阳）人类所需能量的绝大部分 都直接或间接地来自太阳。
走近太阳
太阳是一个炽热的气态球体，它的 直径约为1.39×106km，质量约为 2.2×l027t，为地球质量的3.32×105 倍，体积则比地球大1.3×106倍，平 均密度为地球的1/4。 其主要组成气体为氢（约80％）和氦 （约19％）。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0.00729。 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。
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光- 热转换
• 光- 热转换就是通过太阳光加热水箱中的水以备利用, 这是 光热转换最常见的、最基本的形式,。 • 太阳集热器主要包括平板集热器和聚光集热器。 • 平板集热器是一种不聚光的集热器, 它吸收太阳辐射的面 积与采集太阳辐射的面积相等, 它主要用于太阳能热水、 采暖和制冷等方面的应用; 平板集热器提供的温度一般来 说比较低, 这就限制了它的使用范围。 • 为了在较高温度条件下利用太阳能, 聚光式集热器就应运 而生, 它可将太阳光聚集在比较小的吸热面上, 散热损失少, 吸热效率高, 可以达到较高的温度。它还有利用廉价反射 器代替昂贵集热器以降低造价的优点。
太阳能建筑
• 太阳能建筑是指能满足人类居住要求,符合热力学 第二定律,采用一定措施利用太阳能替代部分常规 能源,使建筑物达到一定温度环境的一种建筑物。 太阳能建筑是由集热部件、储热部件、分配系统 和辅助热源4部分组成。按工作方式的不同可分为 主动式和被动式两种。 • 主动式太阳房是由集热器、贮热装置、散热器、 风机或泵通过管道将它们连接起来组成强制循环 太阳能采暖系统。由于该系统造价高,维护管理工 作量大,在我国目前经济条件下推广难度大。
• 美国、日本、澳大利亚和西欧一些国家也 先后利用太阳能电池板为动力,研制成功了 太阳能船、太阳能汽车、太阳能游艇等新 型的太阳能运载工具,替代常规的飞机、汽 车、轮船等运载工具。这些国家先后多次 举办太阳能车赛,各种奇形怪状的太阳能电 池为动力的车辆,行车速度不亚于普通汽车, 有的时速可高达150km,最高行程达到 3000km。
太阳能运载工具的开发
• 太阳能电池从研制成功起,首先作为强大的动力应 用于人造卫星、宇宙飞船和空间站等领域。 • 近几年来,一些经济发达国家相继研制开发成功了 依靠太阳能提供动力的新型运载工具。美国 Vionment航空公司在美国国家航空航天局的帮助 下已研制开发出“百夫长”太阳能遥控飞艇进行 了试飞。它可作为现在广泛用于商业、军事、环 保、科研,尤其是远程通信太空卫星的取代品。它 的造价只有发射一颗卫星的5%一10%的费用,而 且一位领航员能同时遥控好几架飞艇,其有效荷载 可以升级。
水能
风能
煤炭
石油
太阳能是其他能源的基础
• 正是各种植物通过光合作用把太阳能转变 成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石 油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地 下的动植物经过漫长的地质年代形成的。 它们实质上是由古代生物固定下来的太阳 能。此外，水能、风能等也都是由太阳能 转换来的。
•广义太阳能包括:地球上的风能、水能、海洋温差能、 波浪能和生物质能以及部分潮汐能,化石燃料（如煤、 石油、天然气等）。 •狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光 化学的直接转换。
宿舍中的小创造
• 在其他宿舍熄灯后用电筒照明时，西南大学桃园六 舍的7名大一新生用的却是自制的太阳能发电机。 这些技术宅男利用课本上的知识，自己手工打造了 一台太阳能发电机。 • 设计者之一、西南大学物理学院12级立惠创新实验 班学生甑伟立介绍，这台太阳能发电机最大能提供 500瓦的电量。“基本上可以满足寝室里的平时生 活用电。” 一台笔记本电脑大约用电30瓦、风扇 30瓦、灯管10瓦、台灯5瓦。即使这些用电设备全 部打开，这台发电机最少也可以为3个寝室提供用 电。如蓄电池充足了电的话，还可以让笔记本电脑 或电视同时运转5小时。
我国太阳能的概况与分布
• 我国属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2000h， 我国西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内 蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国 最高，属太阳能资源丰富地区；除四川盆 地、贵州资源稍差外，东部、南部及东北 等其它地区为资源较富和中等区。
我国太阳能源的分布图
德国推出太阳能汽车car2go
• 智能型car2go的太阳 能板车顶能够提供100 瓦力，供车载通信系 统及汽车电池使用,当 car2go停在太阳光下， 太阳能为空调系统提 供能量，可使车内温 度降至18摄氏度。
XOF1太阳能汽车是一台电动汽车，由893块太阳 能电池供电。
太阳水手
• “太阳水手”可以 综合使用太阳、风、 电池和柴油等4种 动力形式。船背上 那4块像帆一样的 东西被称为“太阳 翼”，其实就是玻 璃纤维制成的太阳 能电池板。
• 在太阳能应用的各种方式中, 太阳能热利用 技术是最为成熟的。当前, 技术成熟的、能 够被广泛应用的太阳能热利用技术包括太 阳能热水器、太阳灶、太阳房等,其中应用 最广泛的当属太阳能热水器。
太阳能热水器
太阳能炉灶
太 阳 能 房 屋
光- 电转换
• 原理：光生伏特效应。即光照条件下, 半导体p-n结两端产 生电位差的现象。 • 光生伏特效应的实际应用导致太阳能电池的出现, 太阳能 电池应用范围和规模近来都得到了较大的发展。 • 半导体太阳能电池按材料分类可分为单晶硅太阳能电池、 多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、化合物半导体太 阳能电池和有机半导体太阳能电池等。
太阳能景观灯
光- 化学转换
• 光- 化学转换尚处于研究开发阶段, 这种转换技术 包括半导体电极产生电而电解水产生氢, 利用氢氧 化钙或金属氢化物热分解储能等形式。 • 随着光电化学及光伏技术和各种半导体电极实验 技术的发展,使得太阳能制氢成为氢能产业的最佳 选择。氢能具有热值高、爆发力强、品质纯净、 贮存便捷等许多优点。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ谢
• 被动式太阳房是通过建筑物朝向、周围环境和合 理布置,内部空间和外部体形的巧妙处理,以及建筑 材料、节点构造的恰当选择,以自然热交换方式,在 冬季集取、保持、贮存、分布太阳能,解决建筑物 的采暖问题。同时在夏季又能取得使建筑物降温 的目的。达到冬暖夏凉的效果。 • 太阳能建筑与普通建筑比较,一般造价增加10%一 2 0%,太阳能热水系统的造价约占建筑造价的1% 一3%但可节约常规能源80%左右，可减少环境污 染,保护良好的居住环境。 • 我国发展太阳能建筑有许多有利条件,一是政府高 度重视,二是太阳能资源丰富,三是技术制备成熟, 四是可应用于各种建筑物,应用领域十分广泛。
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叶绿素太阳能电池
• 实际上，自然界一直有一套太阳光捕捉系统，从第一个绿 色生命诞生算起，这套系统已经运转了27亿年。这就是光 合作用。 • 近些年，科学家们开始尝试利用光合作用原理研制电池。 比如将植物里的叶绿素提取出来，放到人工制备的膜里， 光照时就会产生电。这就是叶绿素电池。 • 2004年，有报道说美国科学家已利用菠菜提取的蛋白质造 出了叶绿素电池。他们从菠菜中分离出能够捕捉光的蛋白 质，并且把它们放人两层导电材料之间。当有光照射到这 个微型装置的时候，电流就产生了。 • 实际上，真正的叶绿素太阳能电池，因为“人造绿叶”的 难度，目前仍处于研究阶段，但模仿光合作用原理的电池 已经制造出来，这就是染料敏化电池。自从1991年瑞士洛 桑高工(EPFL)M. Gratzel(迈克尔· 格兰泽尔)教授领导的研 究小组在该技术上取得突破以来，欧、美、日等发达国家 已投人大量资金研发。