太阳能论文2.doc

太阳能（Solar Energy），一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。
　　火电需要燃烧煤、石油等化石燃料。一方面化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险。据估计，全世界石油资源再有30年便将枯竭。另一方面燃烧燃料将排出CO2和硫的氧化物，因此会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。
　　水电要淹没大量土地，有可能导致生态环境破坏，而且大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。另外，一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。
　　核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样是可怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故，已使900万人受到了不同程度的损害，而且这一影响并未终止。
这些都迫使人们去寻找新能源。新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。目前找到的新能源主要有两种，一是太阳能，二是燃料电池。另外，风力发电也可算是辅助性的新能源。其中，最理想的新能源是大阳能。
太阳能电池发电的主要原理是半导体的光电效应。硅原子有4个电子，如果在纯硅中掺入有5个电子的原子如磷原子，就成为带负电的N型半导体；若在纯硅中掺入有3个电子的原子如硼原子，形成带正电的P型半导体。当P型和N型结合在一起时，接触面就会形成电势差，成为太阳能电池。当太阳光照射到P-N结后，空穴由N极区往P极区移动，电子由P极区向N极区移动，形成电流。 制作时，多晶硅经过铸锭、破锭、切片等程序后，制作成待加工的硅片。在硅片上掺杂和扩散微量的硼、磷等，就形成P-N结。然后采用丝网印刷，将精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂一层防反射涂层，电池片就至此制成。电池片排列组合成电池组件，就组成了大的电路板。一般在组件四周包铝框，正面覆盖玻璃，反面安装电极。有了电池组件和其他辅助设备，就可以组成发电系统。为了将直流电转化交流电，需要安装电流转换器。发电后可用蓄电池存储，也可输入公共电网。发电系统成本中，电池组件约占50%，电流转换器、安装费、其他辅助部件以及其他费用占另外50%。
太阳能发电是最理想的新能源
　　照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。
此图根据蒲提斯的太阳系形成理论，太阳向宇宙空间辐射出巨的光热能量。
　　从太阳能获得电力，需通过大阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：①无枯竭危险；②绝对干净（无公害）；③不受资源分布地域的限制；④可在用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥使用者从感情上容易接受；⑦获取能源花费的时间短。不足之处是：①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积；②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。
　　要使太阳能发电真正达到实用水平，一是要提高太阳能光电变换效率并降低其成本，二是要实现太阳能发电同现在的电网联网。
　　目前，太阳电地主要有单晶硅多晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳电池变换效率最高，已达20％以上，但价格也最贵。非晶态硅太阳电池变换效率最低，但价格最便宜，今后最有希望用于一般发电的将是这种电池。一旦它的大面积组件光电变换效率达到10％，每瓦发电设备价格降到1－2美元时，便足以同现在的发电方式竟争。估计本世纪末便可达到这一水平。
　　当然，特殊用途和实验室中用的太阳电池效率要高得多，如美国波音公司开发的由砷化镓半导体同锑化镓半导体重叠而成的太阳电地，光电变换效率可达36％，快赶上了燃煤发电的效率。但由于它太贵，目前只能限于在卫星上使用。
太阳能发电的应用
　　太阳能发电虽受昼夜、晴雨、季节的影响，但可以分散地进行，所以它适于各家各户分激进行发电，而且要联接到供电网络上，使得各个家庭在电力富裕时可将其卖给电力公司，不足时又可从电力公司买入。实现这一点的技术不难解决，关键在于要有相应的法律保障。现在美国、日本等发达国家都已制定了相应法律，保证进行太阳能发电的家庭利益，鼓励家庭进行太阳能发电。
　　日本已于1992年4月实现了太阳能发电系统同电力公司电网的联网，已有一些家庭开始安装太阳能发电设备。日本通产省从1994年开始以个人住宅为对象，实行对购买太阳能发电设备的费用补助三分之二的制度。要求第一年有1000户家庭、2000年时有7万户家庭装上太阳能发电设备。
　　据日本有关部门估计日本2100万户个人住宅中如果有80％装上太阳能发电设备，便可满足全国总电力需要的14％，如果工厂及办公楼等单位用房也进行太阳能发电，则太阳能发电将占全国电力的30％－40％。当前阻碍太阳能发电普及的最主要因素是费用昂贵。为了满足一般家庭电力需要的3千瓦发电系统，需600万至700万日元，还未包括安装的工钱。有关专家认为，至少要降到100万到200万日元时，太阳能发电才能够真正普及。降低费用的关键在于太阳电池提高变换效率和降低成本。
　　不久前，美国德州仪器公司和SCE公司宣布，它们开发出一种新的太阳电池，每一单元是直径不到1毫米的小珠，它们密密麻麻规则地分布在柔软的铝箔上，就像许多蚕卵紧贴在纸上一样。在大约50平方厘米的面积上便分布有1，700个这样的单元。这种新电池的特点是，虽然变换效率只有8％—10%，但价格便宜。而且铝箔底衬柔软结实，可以像布帛一样随意折叠且经久耐用，挂在向阳处便可发电，非常方便。据称，使用这种新太阳电池，每瓦发电能力的设备只要15至2美元，而且每发一度电的费用也可降到14美分左右，完全可以同普通电厂产生的电力相竞争。每个家庭将这种电池挂在向阳的屋顶、墙壁上，每年就可获得一二千度的电力。
太阳能发电的前景
　　太阳能发电有更加激动人心的计划。一是日本提出的创世纪计划。准备利用地面上沙漠和海洋面积进行发电，并通过超导电缆将全球太阳能发电站联成统一电网以便向全球供电。据测算，到2000年、2050年、2100年，即使全用太阳能发电供给全球能源，占地也不过为 65.11万平方公里、 186.79万平方公里、829.19万平方公里。829.19万平方公里才占全部海洋面积 2.3％或全部沙漠的 51.4％，甚至才是撒哈拉沙漠的 91.5％ 。因此这一方案是有可能实现的。
　　另一是天上发电方案。早在1980年美国宇航局和能源部就提出在空间建设太阳能发电站设想，准备在同步轨道上放一个长10公里、宽5公里的大平板，上面布满太阳电池，这样便可提供500万千瓦电力。但这需要解决向地面无线输电问题。现已提出用微波束、激光束等各种方案。目前虽已用模型飞机实现了短距离、短时间、小功率的微波无线输电，但离真正实用还有漫长的路程。

太阳能电池片(晶体硅\非晶硅)
太阳能电池的分类和性能。太阳能电池片经过加工后的产品就是光伏组件,太阳能电池按基本材料分为:晶体硅太阳能电池,非晶硅太阳能电池,微晶硅太阳能电池。硒光电池,化合物太阳能电池,有机半导体太阳能电池等,目前在建筑物使用的主要是晶体硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池,晶体硅电池又分为单晶硅和多晶硅电池,非晶硅电池又分为单结、双结和多结电池。性能方面晶体硅电池电能转换率可达12-17%,但品种和颜色单一,可加工性差,弱光下不能发电,低纬度地区不适宜选择:非晶硅电池转换率较差,只有7-10%,但可加工性好,对弱光和散射光适应度高,适宜在低纬度地区和阴湿天气较多地区选用(如湖南、湖北、江西等地区)。晶体硅太阳能电池与非晶硅太阳能电池的性能比较如表1。
　　非晶硅电池主要特点如下:
　　经过美国的Uni-soIar system LLC,EnergyphotovoItaic corp,日本的kanekt corp,荷能源研究所等权威机构证实,同样功率的晶体硅和非晶硅太阳能电池阵列,非晶硅太阳电池比主要硅电池发电量多约10%,如(图1)所示更强的弱光响应:非晶硅电池在低光照射条件下,如阳光不太强的早晨、傍晚、阴天以及临近建筑物遮挡,也能有稳定电力输出。吸收光谱可见光范围广,如(图2)所示。
　　更优异的高温性能:当电池的工作温度升高时,两种电池都会出现Pm下降的情况,但下降幅度是不同的。它们都可以用下面公式进行计算:
　　Pmeffec=Pmx[1+a(T-25℃)]
　　其中:Pmeffec,--为电池组件在T温度工作时(AM).5,1000W/m2l的最大输出功率;Pm——为电池组件在25℃,标准测试条件下(AM).5。1000W/m2)的最大输出功率;a——为电池组件的功率温度系数(非晶硅太阳电池最佳输出功率Pm的温度系数约为-0.19%,单晶硅、多晶硅电池最佳输出功率Pm的温度系数约为-0.5%)。
　　举例说明:如果两种电池的Pm都是1000W,都在60~C的温度下工作,这时晶硅电池的Pm降到825W,非晶硅电池的Pm降到933.5W。非晶硅电池多发电108.SW。相当于多发电13.2%。
　　视觉效果好:颜色均匀,投影柔和(图3,左图为晶硅电池,右图为非晶硅电池)由于晶体硅电池板成块状且不透光,影响着室内的采光和室外的立面视觉,很难在建筑物外立面广泛推广,目前在采光顶上有些应用,但从上图可以看出非晶硅电池板有着视觉效果好用于大楼的立面也容易让建筑师和人们所接受,相信大面积推广应用有着广泛的市场。遮挡会降低太阳能电池发电功率:太阳能电池与建筑相结合,有时不可避免的会受到遮挡·遮挡对于晶体硅太阳能电池发电量影响很大,对于非晶硅的影响会小得多。一块晶体硅太阳能电池组件被遮挡了1/10的面积,功率损失将达到50%;而非晶硅受到同样的遮挡,功率损失只有10%。因此,如果太阳电池不可避免的会被遮挡,应当尽量选用非晶硅电池。非晶硅电池更经济:非晶硅组件的厚度为3um,轻便和节省,适合未来建筑一体化发展的需要:晶体硅电池的厚度为300um,制作加工成幕墙组件比较困难,不易封装,成品率低,还有非晶硅太阳能电池原料丰富,使用量少,价格只有晶体硅一半左右。
　　太阳能光伏组件按太阳能电池的类型可分为晶体硅太阳能光伏组件和非晶硅太阳能光伏组件,晶体硅太阳能光伏组件(见图5),主要应用电站屋顶和不需要采光的外墙面,由于晶体硅电池片不透光,颜色单一,为了采光将电池片呈方阵排列,电池片之间留一定间隙。就像立面上打了很多小补丁。从建筑美观角度来说,晶体硅的光线不柔和,影像也不太美观,见图6所示。
　　但晶体硅光伏组件用于采光顶(图7),是有它的独特优势,既可遮阳,而且电池片发电转换率高。
　　非晶硅太阳能光伏组件,由于非晶硅电池片具有可多样性加工,可通过激光加工成点状、布纹状等,还可根据透光率高低,来确定点状密度、布纹状疏稀度等,另外非晶硅电池片具有可切片的优点,可将非晶硅电池片裁成一条条窄片,通过加工嵌入中空玻璃内腔中,形成百叶窗状, 百叶片状能阻止太阳光直射而产生的辐射热,进步一步达到节能效果,又不影响室内采光。
　　 自制小型的家用太阳能发电机
建议买太阳能电池板+蓄电池+逆变器来做
自己能做光热发电，
1. 在一块铝板上涂黑，下面压住温差发电片，温差发电片下面是一块铝板，并把下面的铝板浸泡在水里。不过发的电少得可怜。
2、用太阳能热水器的热水+温差片：做一个热交换器，用热水加热上面的板，用冷水冷却下面的板，温差片是两面有温差就有电。
3、用热管+温差片
4、热管+氟利昂工质+热机+发电机（太阳能电厂的配置，个人做不了）
太阳能利用利弊分析
优点
　　(1)普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输。
　　(2)无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。
　　(3)巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。
　　(4)长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。
缺点
　　(1)分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射的辐照度最大，在垂直于太阳光方向1平方米面积上接收到的太阳能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，则只有200W左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1/5左右，这样的能流密度是很低的。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。
　　(2)不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用，但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。
　　(3)效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。