2024年王宗龙江苏太仓电大奥鹏学习中心.doc

大连理工大学网络教育学院
《新能源发电》课 程 设 计

题 目： 太阳能的利用综述
学习中心： 江苏太仓奥鹏学习中心
层 次： 专科起点本科
专 业： 电气工程及其自动化
年 级： /秋季
学 号：
学 生： 王宗龙
辅导教师： 康永红
完成日期： 10 月 21 日

太阳能利用现实状况

电的创造使人类社会的发展进入了一个划时代的文明阶段，在上世纪的中、后期，人们在航天、交通、通讯等领域的技术发展使人类更多地了解了自然和宇宙的神秘，更快地促进了人类文明的发展，同时，人类对能源的需求也越来越大。直到目前为止，人类重要依赖煤、石油和天然气等化石燃料而生存。伴随经济的迅速发展和人们生活水平的不停提升，人们对能源的需求不停扩大，于是给现实社会带来两大问题：能源危机——煤和石油的储备量相称有限，取之有尽；环境污染——以煤、石油的大量燃烧而排放的废气（CO2和SO2）所产生的环境污染和温室效应使人类的生存环境不停恶化。上述两大问题迫使人们将眼光投向新的绿色能源的开发和利用。能源问题关系我国经济发展、社会稳定和国家安全，以能源的可连续发展支持经济社会的可连续发展，是我国当代化建设中一项长期的重大战略任务。党的十七届五中全会，在对我国“第十二个五年规划”提议中，提出了三个重大转型，其中第二个转型，就是从高碳向低碳转型。通过几十年的努力，尤其是通过“十一五”，开发利用再生能源、清洁能源，已在我国形成相称的产业规模，其中太阳能的利用，可谓方兴未艾。从世界范围来看，太阳能的利用技术已是当今世界各国索取新能源和利用新能源，进行节能、环境保护的重要研究项目之一。
太阳能是清洁、便宜的可再生能源，取之不尽用之不竭。太阳内部进行着由氢聚变成氦的原子核反应,其每秒钟所释放的能量,相称于爆炸几百亿颗百万吨级的氢弹所放出的能量,这些能量不停向宇宙空间辐射,它比全世界利用的各种能源所产生的总能量还多一万多倍。其中每年抵达地球表面的太阳能辐射能约为目前全世界所消耗的各种能量的1万多倍。我国有较丰富的太阳能资源，约有2/3的国土年辐射时间超出2200小时，年辐射总量超出5000MJ/m2 。整年照射到我国广大面积的太阳能相称于目前整年的煤、石油、天然气和各种柴草等所有常规能源所提供能量的多倍。全国各地太阳年辐射总量为3340～8 400MJ／m2，中值为5 852MJ／m2。从我国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、宁夏南部、甘肃、内蒙古南部、山西北部、陕西北部、辽宁、河北东南部、山东东南部、河南东南部、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大，尤其是青藏高原地区最大。全国以四川和贵州两省及重庆市的太阳年辐射总量最小，尤其是四川盆地最低。
太阳能利用的基本原理，就是将太阳辐射能通过一定的伎俩（措施）将其转换成热能或电能，加以利用。我国太阳能利用从整体来看，起步比较晚，上个世纪七、八十年代开始研发，但工业化发展速度很快。

太阳能利用技术的形式

1、太阳能光热技术
太阳能光热技术是指将太阳辐射能转化为热能进行利用的技术。太阳能光热技术的利用一般可分直接利用和间接利用两种形式。太阳能采暖技术是太阳能利用领域最成熟、最实用、最环境保护并能产生巨大经济效益和社会效益的实用技术之一。它的基本原理是将太阳辐射能搜集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能搜集装置，重要有平板型集热器、真空管集热器、陶瓷太阳能集热器和聚焦集热器等4种。一般依照所能达成的温度和用途的不一样，而把太阳能光热利用分为低温利用（<200℃）、中温利用（200～800℃）和高温利用（>800℃）。目前低温利用重要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用重要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用重要有高温太阳炉等。例如利用太阳能空气集热器进行供暖或物料干燥的应用：太阳能干燥比较适于农副产品的干燥，一般温度在60℃如下，不会破坏食品的营养价值，木材采取太阳能预干不但节能，还能够预防因为干燥温度过高，而使木材开裂、变形。
近十年来因为能源、环境形式的影响，我国太阳能干燥技术的应用有了较大的发展，除了开展如谷物杂粮类、果品类、蔬菜类以及木材的太阳能干燥试验和应用研究外，还进行了如中草药、茶叶、鲜花、植物叶片、食品（如鱼、腊肠等）、天然橡胶、污泥、唐三彩等物质的干燥工艺的研究和干燥的设备开发与研制，并取得了某些科研成果，有的已经将这些新技术投放市场，进入了技术应用的推广阶段。通过与老式的干燥措施（如阳光下晾晒、用常规能源加热烘烤等）的干燥质量相比能够很明显的看出，用太阳能干燥器干燥的物料质量高，成品率高，颜色美观，如采取大阳能干燥操房与地垄大坑复合干燥后的人参不脱皮，内芯棕红，外表呈花生皮色，整体形象完美，块体含水率达成18%。与采取以往措施干燥的白枝须参相比，外销验等高出1个等级。干燥质量的提升使中草药的价格直线攀升，并且扩大了出口的份额，增强了国际竞争能力。太阳能干燥技术设备应用于食品和植物的深加工中，能够有效地预防菌虫对物料的侵害和变质变色现象的发生，有效地保持了物料原有的优良品质，也防止了因为干燥加工而导致的二次污染（如灰尘等污染物的污染）。
2、太阳能光电技术
太阳能之因此引起全世界的关注，一个重要原因是：因为这些年来人们对太阳能光电池所做的努力，已经使多晶硅光电池转化率达成15%，单晶硅光电池转化率是20%，砷化镓光电池是25%，在试验室中特制的砷化镓光电池甚至已高达35%-36%！
新能源--太阳能将来的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多个。目前已实用的重要有如下两种。
①光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸取的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。
②光—电转换。其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。
太阳能光电技术是指利用太阳能电池将白天的太阳能转化为电能由蓄电池储存起来，晚上在放电控制器的控制下释放出来，供室内照明和其他需要。
太阳能光电转换系统重要由太阳能电池、充放电控制器、蓄电池、负荷等部分组成。其中，光电池组件由多个单晶硅或多晶硅单体电池通过串并联组成，其重要作用是把光能转化为电能；充放电控制器重要用来控制蓄电池的充电和放电，并具备反向放电保护功效和极性反接电路保护功效，还能够实现对系统的监控和数据采集；蓄电池为系统的储能设备，它的重要作用是将太阳能电池所产生的电能储存起来，在用户需要时提供能源。
在既有太阳能光电池的发电模式中，多数采取方位固定的大面积的平板式光电转化模式。这一模式的广泛利用，有赖于有大规模的便宜的并有一定转化率的光电池的供应。不过，假如能有高转化率的聚光光电池供应，亦即这一光电池不但在一般太阳光的辐照下能维持25%至35%的光转化率，并且能在聚光条件下，如将太阳光聚光300至700倍，仍能维持较高转化效率和较长工作寿命的话，（当然，这一聚光光电池必须伴有一效率较高的散热系统，否则会被太阳烧蚀，将能期望用较少许的聚光电池，取得较大的光伏电能。
我国西部沙漠地区将能集中地提供丰富的太阳能。我国既有沙漠约52万平方公里，有沙漠化土地17.6万平方公里，潜在沙漠化土地15.8万平方公里，三者共计为85.4万平方公里。大部分集中在内蒙古地区和新疆地区。
假如太阳能转化为电的效率是15%，每平方米的面积将能提供约0.036千瓦的电能，其日平均将能提供约0.41千瓦小时的电能。假如沙漠地区每年有360天的日照时间，那么每平方米面积的沙漠，将能年提供约360×0.41=150千瓦小时的电能。85.4万平方公里的沙漠将能年提供85.4×150×1010=1.28×1014度电。以火力发电的年运转时为6400小时来计算，上述太阳能供电将等价于2×1010千瓦的电力装机。如以每标准核电站能提供106千瓦的电功率来计算，那么85万平方公里的沙漠地区将能提供约0座核电站的电功率。某些人估量，到2050年，也许约需2500×106千瓦的电力。因此，仅由沙漠地区的12.5%的面积，亦即约为10万平方公里的面积，就能提供所需要的电力。内蒙古自治区的面积约110万平方公里，其中沙漠和沙漠化面积约为20～30万平方公里，因此，仅内蒙古自治区的沙漠地区的太阳能就能为中国在2050年以及此后的发展提供所需要的足够的电力。
3、光化学转换技术
光化学转换技术亦称光化学制氢转换技术，就是将太阳辐射能转化为氢的化学自由能，通称太阳能制氢，属于另一类太阳能利用途径。是目前太阳能应用的三种重要技术方式之一。这是一个利用太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。它包括光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应。
光化转换就是因吸取光辐射导致化学反应而转换为化学能的过程。其基本形式有植物的光合作用和利用物质化学变化贮存太阳能的光化反应。
植物靠叶绿素把光能转化成化学能，实现自身的生长与繁衍，若能揭示光化转换的奥秘，便可实现人造叶绿素发电。目前，太阳能光化转换正在积极探索、研究中。

太阳能的应用

1、太阳能在工业中的应用
（1）太阳能—电（煤、气、油、热泵）锅炉联用系统
太阳能—电（煤、气、油、热泵）锅炉联用系统能够在工业的许多领域得到广泛的应用，如食品罐头生产的食物洗涤、杀菌、煮料;制药行业的高温消毒、洗涤、烘干、药物煮制; 电镀行业电镀液恒温;纺织行业生产车间的恒温恒湿； 烟草行业中烟叶烤制及烟丝烘炒； 学校、宾馆、医院等办公场所的供热、食堂用汽、洗澡用水等。
联用系统在晴好天气以太阳能为重要能源,以常规能源（电、煤、气、油）为辅助能源，在需要供应高温热水、蒸气的场所，太阳能可用于补给水的预加热，以达成节约能源的效果。
这种双能源热水系统一般采取微电脑自控技术实现系统智能化,自动运行,无人值守;系统双能源自动切换,确保用户二十四小时连续热水（气）供应。
（2）太阳能海水淡化
伴随太阳能热利用技术的不停发展，我国在利用太阳能进行海水淡化技术方面取得突破性进展，使海水淡化成本大幅度下降。在较为偏远且电力等能源不可抵达的地方，只要有海水（或者其他非纯净的水资源），有取之不尽的太阳能,不需电力,不需运输，太阳能蒸馏器即能够提供可饮用的纯净水。在海岛、偏远及缺水地区，太阳能蒸馏器具备很好的前景，值得推广应用。
（3）太阳能裂解水制氢
老式的制氢措施，需要消耗巨大的常规能源，使氢能身价昂贵，大大限制了氢能的推广应用。但能够利用太阳能作为氢能形成过程中的一次能源，以光催化材料为“媒介”把水裂解为燃料电池所必需的氧和氢。目前光催化材料已接近实用阶段，伴随太阳能裂解水制氢技术的迅猛发展和巨大突破，在很快的将来有望实现产业化。该技术的应用将带来明显的经济、环境和社会效益，是人类使用能源的一次革命性变革。
（4）太阳能发电
太阳能发电有二种形式，一个是利用光电池将太阳能转换为电能，另一个是利用聚光集热器将太阳能集聚起来，将某种工质加热到几百度高温，经热互换器产生高温高压过热蒸气，驱动气轮机带动发电机发电。
（5）太阳能光催化降解有机污染物
近几年，利用半导体催化剂进行太阳能光催化降解有机污染物的研究取得明显进展，厦门大学科研人员目前也开展这方面的研究。其核心技术是半导体催化剂的制备及光催化氧化器的设计。该项技术作为环境保护新材料，能大大减少能源消耗，减少污染治理成本。
2、太阳能在农业中的应用
（1）太阳能干燥技术
目前农村一般都用燃煤烘干机烘干农产品。这种老式加工措施,不但耗煤,并且煤烟常常混入烘干机中使加工质量下降。采取太阳能干燥器不但节约成本、减少污染，并且因为干燥温度较自然干燥高,还具备杀虫、灭菌的作用，使产品在色泽上有很大的改观。目前，国内已经有许多单位把该项技术用于木材、茶叶、烟叶、肉类制品、药材等农副产品的烘干。
太阳能干燥器由太阳能集热器阵列和辐射型干燥器组成，配有蒸汽换热器以满足全天候运行。物料在干燥器中同时以对流和辐射传热方式得到热量，受热升温，不停蒸发水份，达成干燥目标。系统干燥温度、湿度、通风量均可按物料的干燥工艺随意调整，以适应工业性生产。在需要更高烘干温度的场所（如木材），可采取聚光集热器提升温度。
（2）太阳能养殖业
需要温水养殖的池体，都能够采取太阳能-锅炉联用热水工程进行池体恒温，浙江省已成功地应用太阳能于甲鱼养殖生产中，这不但减少了企业的生产成本,并且减少对大气、水质、土壤和周围的环境污染。
（3）太阳能浇灌
利用太阳能浇灌农作物的措施有二种，一个是利用光电池把太阳能转换为电能，再驱动抽水机运转。另一个采取抛物线型随动太阳能搜集器把水加热使液体制冷剂取得热能，液体制冷剂再气化推进涡轮机带动抽水机工作。
（4）太阳能温室
利用储热技术能够把白天太阳热能储存，同时利用鼓风机把一部分热能储存在地下，夜间二部分储存的热能分别向温室内空气和土壤散热，达成温室效应。
（5）太阳灶
太阳灶及太阳能微型锅炉都是利用聚光原理把低密度的太阳能量转换为高密度能量加热水体，其造价低，携带以便，适合在广大农村、偏远地区及旅游使用。
3、太阳能在建筑业中的应用
（1）太阳能生活热水供应
太阳能用于生活热水供应是太阳能利用最成功的范例，目前，中国的太阳能热水器已经商品化、产业化。无论是产量、拥有量都居世界第一。
（2）太阳能采暖
太阳能热泵采暖系统是利用集热器进行太阳能低温集热，然后通过热泵，将热量传递到温度为35℃～50℃的采暖热媒中去。冬季太阳辐射量较小，环境温度很低，使用热泵则能够直接搜集太阳能进行采暖。将太阳能集热器作为热泵系统中的蒸发器，换热器作为冷凝器，这么就能够得到较高温度的采暖热媒。
太阳能热泵采暖系统重要特点是花费少许电能就能够得到几倍于电能的热量，同时能够有效地利用低温热源，减少集热面积，这是太阳能采暖的一个有效伎俩。若与夏季制冷相结合，应用于空调，它的优点更为突出。
（3）太阳能制冷
目前，太阳能制冷技术日趋完善。在夏季，被太阳能集热器加热的热水首先进入储水箱，当热水温度达成一定值时，由储水箱向制冷机提供热媒水；从制冷机流出并已降温的热水流回储水箱，再由集热器加热成高温热水；制冷机产生的冷媒水通向空调箱，以达成制冷空调的目标。当太阳能不足以提供高温热媒水时，可由辅助锅炉补充热量。
（4）太阳能幕墙
太阳能建筑玻璃幕墙可分为光热玻璃幕墙和光电玻璃幕墙。光热玻璃幕墙实际上是平板式太阳能集热器的变形，可用来提供生活热水。光电玻璃幕墙用透明封装的晶体硅制作，与光电池类似，可用来提供生活用电。
（5）家庭发电系统
发达国家已在建筑屋顶、墙体采取太阳能电池组成家庭太阳能发电系统。该系统包括一个计量、转换箱体，箱体实际上是一个逆变器和电度表，它将太阳能电池产生的直流电转换为交流电，并与电网联接，同时计量太阳能系统的发电量，用户能够把用不完的电量卖给本地电力部门。
（6）太阳能游泳池
太阳能游泳池在国内外取得广泛使用，目前比较成熟的是采取太阳能—热泵联用系统，晴好天气以太阳能为重要能源，热泵为辅助能源，阴天以热泵为重要能源，太阳能为辅助能源。

太阳能利用的发展趋势

我们相信伴随科技水平的逐渐提升，我国太阳能利用也将在更多的领域得到有效、合理、大规模的应用。
1、太阳能的利用到了高层建筑应合理利用太阳能光热及光电技术，不但能有效缓解电力供应的压力，也愈加节能环境保护，在我国具备宽广的应用前景。我们在大力倡导使用太阳能的同时，也要强调要在工程设计中建筑的整体美、造型新以及技术的先进性，注意设计中屋顶墙面所用的太阳能电池板的设置位置，面积大小与建筑立面的造型与环境是否协调等多方面的原因。
2、在太阳能干燥技术的应用方面也会有一定的发展，尤其是某些小型、简易的太阳能干燥室，在太阳日照条件好，而经济又欠发达的偏远地区，有很好的应用前景。
3、在太阳能发电方面，国际光伏产业的发展已向集团化、规模化发展，产量增幅稳定，生产成本和市场售价平稳下降，在我国，“绿色奥运”、“西部大开发”、“乡乡通”等工程的实行，将使光伏发电的应用前景日益宽广。
4、在太阳能光化学转换方面，我国也应加大基础研发的支持力度，争取在此领域内走在国际先进行列。详细实行方案如下：
1）尽快出台针对太阳能光伏发电的《上网电价法》，就光伏发电市场份额作出强制性要求，就光伏发电并网、上网电价及费用分摊等作出更详细要求。同时，应逐渐制定投资、价格、补贴、加速折旧等方面的经济激励政策和税收优惠政策。以政策杠杆指引和引导光伏电池产业减少生产成本，朝实现与老式电力等价的方向努力。
2）依照国家发改委《有关可再生能源发电有关管理要求》和电监会《电网企业全额收购可再生能源电量监管措施》的要求，推进电网建设和经营企业与光伏发电实体一起，尽快共同探讨和处理大型光伏并网所产生的各类技术问题，为光伏电力并网创造技术条件。
3）以国家发改委和国家能源局牵头，建立国家和省级能源和技术主管部门、行业协会、光伏技术研究机构、光伏电池生产商、大型光伏电站投资与运行商间的沟通和互动机制，做好光伏并网电力的中长期发展规划和实行方案。
4）加快大型和特大型光伏电站的建设步伐，尤其是优先支持在内蒙古、青海、甘肃、新疆、宁夏、西藏等地选择荒漠、戈壁、荒滩等空闲土地，建设大型和特大型光伏电站项目，加大光伏发电的并网应用工程。提议有关部门制定专门的支持政策。
5）华能、大唐、国电、华电、中电投等国有电力投资和运行主体，应加深对光伏发电行业的了解，从变化电力供应结构，实现电力企业和社会可连续发展的高度，加速大型和特大型光伏电站的布局和建设。
5、太阳能利用技术的几点提议：
1）、太阳能利用技术应引起政府部门、大专院校及全国人民足够的重视。
2）、增加科研投入，不停提升太阳能利用的效率，减少利用成本。
3）、希望我国政府对太阳能利用技术予以政策上的充足激励与扶持，增加科研、生产等方面的经费投入并加大宣传力度。

总 结

伴随我国经济建设规模的不停扩大，环境问题越来越引起全社会的广泛关注，老式的能源结构已经不能适应经济、社会和环境的可连续发展要求，因此促进可再生能源的开发利用已经成为我国能源建设的一项紧迫任务，目前中国政府已经着手签订《中华人民共和国可再生能源促进法》，以激励和支持中国可再生能源行业的健康有序发展。其中太阳能、风能、生物质能、地热能等再生洁净能源的大规模利用就显得尤为重要, 这又以太阳能利用的优势最为明显,它具备如下几个特点:
1） 储量的“无限性” 相对于常规能源和其他可再生能源的有限性,太阳能具备储量的“无限性” ，取之不尽,用之不竭。
2） 存在的普遍性相对于其他能源来说, 太阳能对于地球上绝大多数地区具备存在的普遍性,可就地取用。
3） 利用的清净性和经济性太阳能的开发利用几乎不产生任何污染;同时因为其储量无限,利用技术代价不高,具备良好的经济性。
太阳能也必将由此在世界能源的将来结构转换中担当重担, 成为理想的替代能源。不过,太阳能也存在单位能量强度不高、分布不均、 转化利用效率较低等问题,这就要求我们太阳能工作者积极探索,研究出更为科学的集能方式和设备,加快太阳能技术的开发和推广应用。伴随化石能源的减少,太阳能利用的百分比将大幅度提升。相信中国的太阳能产业能借着这股东风，在激烈的国际市场竞争中健康发展，也使太阳能利用这种具备可连续发展理想特性的能源技术进入中国的能源结构并成为能源主体的组成之一，将极大地推进中国“绿色工程”的迅速发展。我们相信，人类的将来将是一个太阳能时代的将来！