可再生能源发电技术4-太阳能发电
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——光伏发电，是利用某些物质的光电效应（光生伏打效应）， 将太阳光辐射能直接转变成电能的发电方式。
可再生能源发电技术
第四讲 太阳能发电
要点
太阳能利用的历史 太阳能资源 太阳能的利用方式 太阳能热发电 太阳能光伏发电 我国光伏发电的现状和前景
1 太阳能利用的历史
太阳能是地球生命存在的源泉，利用历史悠久
3000 多年前，《周礼》有用“夫燧”向太阳取明火的记载 早期的应用主要是在白天接受太阳的烘晒和取暖 从世界范围来看，将太阳能作为一种能源动力加以利用， 不到400 年的历史 1615年，法国工程师发明了第一台利用太阳能抽水的机器。 这可能是世界上第一个以太阳能为动力的设备
9
我国的太阳能全年总辐射量分布图
10
根据20世纪末期的太阳能分布数据，我国划分为4个太阳能 资源带，由大气云量以及山脉分布的影响造成，太阳能分布 规律随纬度变化的规律并不一致 前3类地区覆盖大面积国土，有利用太阳能的良好条件。IV 类地区太阳能资源较差，有的地方也有太阳能可开发利用
11
太阳能资源的特点
5
1992年在巴西召开的联合国“世界环境与发展大会”，通 过了一系列重要文件
1996年“世界太阳能高峰会议”，发表了《太阳能与持续 发展宣言》,并讨论了《世界太阳能10年行动计划》，《国际 太阳能公约》,《世界太阳能战略规划》等重要文件 我国也提出10年对策和措施，明确要因地制宜的开发和推 广太阳能等清洁能源，并制定了《中国21世纪议程》，进一 步明确了太阳能重点发展目标
太阳能热发电有两种类型： ——蒸汽热动力发电，先利用太阳能提供的热量产生蒸汽，再 利用蒸汽驱动发电机。 ——热电直接转换，即利用太阳能提供的热量直接发电（多是 依靠特殊的物理现象或化学反应，如光热离子、光热温差、光 热化学、热光伏等）。这类发电方式的优点是发电装置本体没 有活动部件，但一般发电量都很小，有的方法尚处于原理性试 验阶段。相对成熟一些的，主要是半导体温差发电。
太阳能利用的主要形式，包括太阳能供热、太阳能热发电、 太阳能光伏发电。其中以太阳能供热技术最为成熟。
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2 太阳能资源
太阳是一个发光发热的巨型气态星体
太阳内部不停地发生着由氢聚变成氦 的热核反应，并向宇宙释放出巨大的能 量
射到地球的阳光，向地球输送了大量 的光和热，成为地球上万物生长的源泉
广义的太阳能，包括所能利用的绝大部分能源 本课程所讲的太阳能指直接照射到地球表面的太阳辐射能 （包括光和热）；通常所说的太阳能利用，是指太阳辐射能 的直接转化和利用
太阳能的主要优点： （1）储量丰富 （2）维持长久 （3）分布广泛 （4）维护方便，运行成本低 （5）清洁，无污染 太阳能的主要缺点： （1）能量的分散性（能量密度低） （2）能量的不稳定性 （3）能量的间歇性，不连续
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在理想的空气透明条件下，阳光垂直地面照射时，地面上的 辐照度大约为1000W/m2。当阳光倾斜或大气层加厚时ห้องสมุดไป่ตู้当空气 中水分子与尘埃较多时辐照度就要明显下降。 热能传递有传导、对流、辐射三种基本形式
此后到十九世纪末，世界上又研制出多台太阳能装置。其中， 比较成熟的产品是太阳灶 1901年以后，美国、埃及先后建成了太阳能抽水装置
3
1952年法国建成一座功率为50kW 的太阳炉 1954年美国研制成实用型硅太阳电池，为光伏发电大规模 应用奠定了基础
1973年中东战争爆发，引发了“能源危机”。许多工业发 达国家，重新加强了对太阳能等可再生能源技术发展的支持 1973年美国制定了政府的阳光发电计划。1974年日本政府 制定了“阳光计划”。我国也于1975年在河南安阳召开“全 国第一次太阳能利用工作经验交流大会” 20世纪80年代以后，石油价格大幅度回落，使尚未取得重 大进展的太阳能利用技术再度受到冷落。直到全球性的环境 污染和生态破坏，对人类的生存和发展构成威胁，才又得到 人们的重视。
8
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 地区
我国陆地大部分处于北温带，太阳能资源十分丰富，每年 陆地接收的太阳辐射总量，大约是1.9×1016 kWh。 全国各地太阳年辐射总量基本都在3000～8500 MJ/m2 之间， 平均值超过5000MJ/ m2。而且大部分国土面积年日照时间都超 过2200小时。
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（3）太阳能光发电是指不通过热过程而直接将光能转变为电 能的发电方式。
广义的光发电，包括: ——光化学发电和光生物转换，主要通过光化学转换过程实现。 利用浸泡在溶液中的半导体电极受到光照后，电极上有电流输 出的现象制作光化学电池，叶绿素在光合作用下能产生电流的 现象能否制作叶绿素电池？
——光感应发电，是利用某些有机高分子团吸收太阳的光能后 变成光极化偶极子的现象。
中温利用（200~800℃） 太阳灶、太阳能热发电等
低温利用（<200℃） 太阳能热水器、太阳能干燥器、海水淡化 、太阳能空调制冷、太阳房、太阳能温室 （暖棚）、太阳池等
（2）太阳能热发电就是利用太阳辐射所产生的热能发电，是 在太阳能热利用的基础上实现的。 一般需要先将太阳辐射能转变为热能，然后再将热能转变为 电能，实际上是“光－热－电”的转换过程。
7
因距离遥远，太阳释放的能量只有22亿分之一投射到地球。 到达大气层上界的太阳辐射功率，经过大气层的反射和吸 收，能够投射到地面的只有47%左右。 尽管如此，每年到达地球表面的太阳能仍高达全球能耗的 上万倍。
太阳大约还可以持续100亿年。相对于人类发展历史而言， 可以说是“无穷无尽”了。 太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，其分布最 广，也最容易获取。 如果能有效地利用太阳提供的能量，那么人类未来就不会 为能源的枯竭问题担忧了。
3 太阳能的利用方式
（1）直接把太阳能转换为热能供人类使用（例如：加热和取 暖），称为太阳能的热利用，或者叫光热利用。 直接热利用是最古老的应用方式，也是目前技术最成熟、成 本最低、应用最广泛的太阳能利用模式。如太阳灶、太阳能热 水器等
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太阳能热利用
高温利用（>800℃） 高温太阳炉、熔炼金属等
可再生能源发电技术
第四讲 太阳能发电
要点
太阳能利用的历史 太阳能资源 太阳能的利用方式 太阳能热发电 太阳能光伏发电 我国光伏发电的现状和前景
1 太阳能利用的历史
太阳能是地球生命存在的源泉，利用历史悠久
3000 多年前，《周礼》有用“夫燧”向太阳取明火的记载 早期的应用主要是在白天接受太阳的烘晒和取暖 从世界范围来看，将太阳能作为一种能源动力加以利用， 不到400 年的历史 1615年，法国工程师发明了第一台利用太阳能抽水的机器。 这可能是世界上第一个以太阳能为动力的设备
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我国的太阳能全年总辐射量分布图
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根据20世纪末期的太阳能分布数据，我国划分为4个太阳能 资源带，由大气云量以及山脉分布的影响造成，太阳能分布 规律随纬度变化的规律并不一致 前3类地区覆盖大面积国土，有利用太阳能的良好条件。IV 类地区太阳能资源较差，有的地方也有太阳能可开发利用
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太阳能资源的特点
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1992年在巴西召开的联合国“世界环境与发展大会”，通 过了一系列重要文件
1996年“世界太阳能高峰会议”，发表了《太阳能与持续 发展宣言》,并讨论了《世界太阳能10年行动计划》，《国际 太阳能公约》,《世界太阳能战略规划》等重要文件 我国也提出10年对策和措施，明确要因地制宜的开发和推 广太阳能等清洁能源，并制定了《中国21世纪议程》，进一 步明确了太阳能重点发展目标
太阳能热发电有两种类型： ——蒸汽热动力发电，先利用太阳能提供的热量产生蒸汽，再 利用蒸汽驱动发电机。 ——热电直接转换，即利用太阳能提供的热量直接发电（多是 依靠特殊的物理现象或化学反应，如光热离子、光热温差、光 热化学、热光伏等）。这类发电方式的优点是发电装置本体没 有活动部件，但一般发电量都很小，有的方法尚处于原理性试 验阶段。相对成熟一些的，主要是半导体温差发电。
太阳能利用的主要形式，包括太阳能供热、太阳能热发电、 太阳能光伏发电。其中以太阳能供热技术最为成熟。
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2 太阳能资源
太阳是一个发光发热的巨型气态星体
太阳内部不停地发生着由氢聚变成氦 的热核反应，并向宇宙释放出巨大的能 量
射到地球的阳光，向地球输送了大量 的光和热，成为地球上万物生长的源泉
广义的太阳能，包括所能利用的绝大部分能源 本课程所讲的太阳能指直接照射到地球表面的太阳辐射能 （包括光和热）；通常所说的太阳能利用，是指太阳辐射能 的直接转化和利用
太阳能的主要优点： （1）储量丰富 （2）维持长久 （3）分布广泛 （4）维护方便，运行成本低 （5）清洁，无污染 太阳能的主要缺点： （1）能量的分散性（能量密度低） （2）能量的不稳定性 （3）能量的间歇性，不连续
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在理想的空气透明条件下，阳光垂直地面照射时，地面上的 辐照度大约为1000W/m2。当阳光倾斜或大气层加厚时ห้องสมุดไป่ตู้当空气 中水分子与尘埃较多时辐照度就要明显下降。 热能传递有传导、对流、辐射三种基本形式
此后到十九世纪末，世界上又研制出多台太阳能装置。其中， 比较成熟的产品是太阳灶 1901年以后，美国、埃及先后建成了太阳能抽水装置
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1952年法国建成一座功率为50kW 的太阳炉 1954年美国研制成实用型硅太阳电池，为光伏发电大规模 应用奠定了基础
1973年中东战争爆发，引发了“能源危机”。许多工业发 达国家，重新加强了对太阳能等可再生能源技术发展的支持 1973年美国制定了政府的阳光发电计划。1974年日本政府 制定了“阳光计划”。我国也于1975年在河南安阳召开“全 国第一次太阳能利用工作经验交流大会” 20世纪80年代以后，石油价格大幅度回落，使尚未取得重 大进展的太阳能利用技术再度受到冷落。直到全球性的环境 污染和生态破坏，对人类的生存和发展构成威胁，才又得到 人们的重视。
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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 地区
我国陆地大部分处于北温带，太阳能资源十分丰富，每年 陆地接收的太阳辐射总量，大约是1.9×1016 kWh。 全国各地太阳年辐射总量基本都在3000～8500 MJ/m2 之间， 平均值超过5000MJ/ m2。而且大部分国土面积年日照时间都超 过2200小时。
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（3）太阳能光发电是指不通过热过程而直接将光能转变为电 能的发电方式。
广义的光发电，包括: ——光化学发电和光生物转换，主要通过光化学转换过程实现。 利用浸泡在溶液中的半导体电极受到光照后，电极上有电流输 出的现象制作光化学电池，叶绿素在光合作用下能产生电流的 现象能否制作叶绿素电池？
——光感应发电，是利用某些有机高分子团吸收太阳的光能后 变成光极化偶极子的现象。
中温利用（200~800℃） 太阳灶、太阳能热发电等
低温利用（<200℃） 太阳能热水器、太阳能干燥器、海水淡化 、太阳能空调制冷、太阳房、太阳能温室 （暖棚）、太阳池等
（2）太阳能热发电就是利用太阳辐射所产生的热能发电，是 在太阳能热利用的基础上实现的。 一般需要先将太阳辐射能转变为热能，然后再将热能转变为 电能，实际上是“光－热－电”的转换过程。
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因距离遥远，太阳释放的能量只有22亿分之一投射到地球。 到达大气层上界的太阳辐射功率，经过大气层的反射和吸 收，能够投射到地面的只有47%左右。 尽管如此，每年到达地球表面的太阳能仍高达全球能耗的 上万倍。
太阳大约还可以持续100亿年。相对于人类发展历史而言， 可以说是“无穷无尽”了。 太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，其分布最 广，也最容易获取。 如果能有效地利用太阳提供的能量，那么人类未来就不会 为能源的枯竭问题担忧了。
3 太阳能的利用方式
（1）直接把太阳能转换为热能供人类使用（例如：加热和取 暖），称为太阳能的热利用，或者叫光热利用。 直接热利用是最古老的应用方式，也是目前技术最成熟、成 本最低、应用最广泛的太阳能利用模式。如太阳灶、太阳能热 水器等
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太阳能热利用
高温利用（>800℃） 高温太阳炉、熔炼金属等