电气工程新技术讲座专题报告

电气工程新技术讲座专题报告

电气工程及其自动化专业

《电气工程新技术讲座》课程结业专题报告

题目名称开发太阳能，保障能源安全

学生姓名cc

年级电气工程及其自动化2009级

学号0905020216

主讲教师王洪诚蒋林李红伟张安安

完成日期2013 年 3 月27 日

能源现状

如今能源短缺和环境污染成为影响人类发展的重大问题.那么什么是能源呢？通过对我们电气工程自动化专业开设的新技术讲座的学习告诉我,能源简单讲就是能量的源泉。确切说能源是自然界中能够能为人类提供某种形式的能量的物质资源。是指可以产生如热量、电能、光能、机械能等或者可以做功的一类物质的统称。能源包括煤炭、天然气、煤层气、水能、核能、风能、太阳能、地热能、生物质能等一次能源和电力、热力、各种成品燃油、沼气等二次能源，以及新能源和其他可再生能源。根据能源使用类型我们把能源分为常规能源(煤炭、石油及各种成品油、天然气、水能、电力、木材（薪柴等.）和新型能源(太阳能、风能、核能、地热能、海洋能、生物质能、天然气水合物、燃料电池、氢能、煤层气能等)常规能源已经或正在被我们使用，新能源还处于开发研究阶段,但它们大多具有再生性质而且资源丰富，分布广阔，是未来的主要能源之一。

能源是我们国民经济的基础，对经济的持续快速、健康发展和人民生活起着十分重要的促进与支撑作用，关系到国家的安全与人类的生存和进步。保持能源的可持续发展是人类和各个国家面临的一个十分重大的战略性课题，在当今世界能源问题已经不再仅仅是一个经济的问题，而且是国家生存与发展的政治问题

随着全球经济发展对能源需求的日益增加和环境要求，发达国家都更加重视对可再生能源、环保能源和新型能源的开发与研究，同时我们相信随着人类科学技术

的进步，一定会不断地开发研究出更多的新能源品种，我们也预言地球上还有很多尚未被人类发现的新能源正等待我们去开发利用。所谓新能源是相对于传统常规能源而言的，它普遍具有污染少、储量大、可再生的特点，对于解决当今世界严重的环境污染和资源枯竭具有十分重要的意义。同时，由于许多新能源分布均匀，对于解决因能源争夺而引发的战争也有重要作用。据世界研究断言，石油煤矿等资源将加速减少，太阳能将成为主要能源。因此加大对太阳能等新能

源的研发投入是国家持续健康发展的明智选择.

什么是太阳能?

太阳能（So lar En erg y），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,它是新能源的主流品种之一。太阳能的主要利用形式有光热转换、光电转换、光化学转换三种方式。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能、化学能、水能等都可以追朔到是由太阳能导致或转化成的能量形式，但通常意义下的太阳能是指通过太阳光直接转换而得到的能源。

优点

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。

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。

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。

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。太阳能利用形式

太阳能发电的形式主要包括:光热转换、光电转换、光化学转换三种方式由于太阳热能包括了其中的热量辐射.我们可以将阳光中的热能收集聚合并利用。例如使用太阳热能生产热水、产生蒸汽并用蒸汽发电进而产生电力。这方面的应用已经比较普遍，技术要求相对较容易，除了运用适当的手段来收集太阳能外，建筑物本身也可以利用太阳的光和热能，在设计时加入合适的装置和材料，如巨型向南开的窗户或使用能吸收光和热的建筑材料做墙面，就可以实现房屋供热。如果将太阳能和风能结合，可以互相弥补其不足，风能可以解决太阳能的昼夜之间的光照剧烈变化给发电带来的影响，太阳能又可以弥补风能因风向、风力变化所引起的波动。

由于绿色植物具有叶绿体,太阳能照射在植物上，植物利用太阳光进行光合作用，合成有机物，人类再使用这些有机物，因此，人类可以人为地模拟植物的光合作用，使用太阳光大量合成人类所需要的各种有机物，提高太阳能利用效率。例如利用太阳能的光合能生产无土壤蔬菜、粮食、水果，利用太阳能的光合能治疗疾病等等。此外科学家们正在设计利用太阳能建造太空发电站。在地球以外的空间没有大气层的干扰，太阳的辐射更强。如果在太空中安装一块大型集光板把太阳能转换为电能，然后再把电能不断地输送到地球上，这将有取之不尽的电力。预计很快第一座太空发电站即可建成，计划每年发电1千万千瓦，相当于10座大型核电站，可以连续发电30年以上。

太阳能光伏工程（发电）：这是太阳能利用的最重要的形式。光伏板组件是一种直接暴露在阳光下、受太阳光照射就会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄片固体光伏电池组成，这些组件采用一定的方式连接和组合，就可以成为容量较大的太阳能发电站。光伏发电系统因没有运动部分，可以长时间操作不会有任何损耗。光伏板组件可以制成不同形状，组件之间可以方便地互相连接产生更多电力。光伏发电系统可以独立供电（户用），也可以并网使用，

房屋楼顶和建筑物墙面都可以安装光伏板组件，甚至可将光伏板作为窗户天窗或遮蔽装置，称为建筑物光伏系统，例如在上海世博园的建筑中就被大量采用。

需要解决的关键技术

太阳能发电的需要解决的关键技术：第一是光电转换效率；第二是在转换中实现光热分离，即在实现光电转换的同时不吸收太阳的辐射热，这样不仅可以大大提高光伏板的使用寿命，而且可以减小光伏板的体积，方便安装和减少土地占用；第三是转换能量的储存与控制。其中一二主要是材料科学研究与解决的范畴，第三则是电力电子技术要支撑和解决的问题。众所周知，电流是自由电子在金属类导体中作定向移动所形成的，光伏效应就是利用半导体材料在受到光的照射以后其中的自由电子受到激发而产生定向运动来产生电流的，所以光伏工程的关键技术之一就是如何能够研制开发出高效、经济耐用和转换容量更大的半导体材料，一旦在这方面取得重大突破，太阳能的大量利用将成为现实。其次是光热转换分离，2009年6月中央电视台曾经报道了以色列女科学家在这方面有了重大突破，它解决了光伏板在进行光电转换中只吸收太阳光而不吸收太阳热的问题。这样就解决了光伏板的使用寿命、安装和大量占用土地的的问题，这是一个很大的成就，目前已经进入实验室工作状态，相信离实际工程应用不会太远。

由于太阳能发电因受天气和昼夜日照剧烈变化影响，电能必须首先经过储存、调整与分配，才能得到稳定的供电电源。电能的储存、调整、控制与分配需要特殊的大容量高储能设备和特殊的控制设备，这种设备和装置的核心技术就是电力电子技术，研究开发出具有特殊性能的电力电子设备是大力开发应用太阳能光伏发电的另一个关键技术。

另外太阳能光伏电源是半导体光伏板通过光电作用产生的定向直流电流，要供给交流负载，必须首先通过储存、控制与变换才能供给交流负载使用或者连网，其中变换常用的设备就是电力电子逆变器，这虽

然已经是电力电子的成熟技术，但是对于太阳能光伏电源这种新能源，还有许多新的问题需要研究和解决，例如逆变的直流电源电压波动、电压过低等

问题。

太阳能发电的实现和风向标

首先我们可以直接将日光转换为电流（光→电）．

近5年来，中国光伏电池产量年增长速度为1-3倍，光伏电池产量占全球产量的比例也由2002年 1.07%增长到2008年的近15%。商业化晶体硅太阳能电池的效率也从3年前的13%-14%提高到16%-17%。总体来看，中国太阳能电池的国际市场份额和技术竞争力大幅提高。在产业布局上，中国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。由此可以看出，太阳能电池市场前景广阔。

其次我们可以用太阳光照射产生蒸汽推动发电机发电（热→汽→电）．

此外,我们还可以利用日光分解水，然后使用氢作为燃料发电（光→氢（水分解）→热→电）。

2009年，麻省理工大学教授丹尼尔·诺瑟雷（D ani el Noc era）创立了一家公司，该公司的目的是为了将一项“水分解”和太阳能存储技术进行商业推广。诺瑟雷表示：“我们的思路是要利用太阳能电池板为电解槽提供电力，用以生产能够存储在燃料罐里的氢气，当人们需要电

能的时候，存储的氢气就能驱动燃料电池产生电能。”

太阳能发电无论采用那种方法，都必须要有稳定的日照和广大可供安装的土地空间。因此有的发达国家也在研究空间太阳能技术,如日本目前正在研发一种巨大的空间太阳能发电装置。在未来30年内，该装置有望在距地球 3.6万公里的太

空中轨道中将太阳能传送到地球上。日本政府将斥资210亿以支持这项计划，该计划主要包括建造一个拥有4平方公里太阳能面板的太阳能发电站。届时这座发电站预计能产生10亿瓦的电力，足够东京近30万家庭使用。

学习心得

通过对电气工程新技术讲座的学习,我了解到了太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。太阳能的开发利用有着非常广阔的前景，是未来能源中极具潜力的主流品种，虽然目前还有很多关键技术需要进一步研究和解决，但是人类大量开发使用太阳能的进程正在加快，我相信在不久的将来取之不尽,用之不竭的太阳能一定会在传统能源日益紧张的局面下取得了飞速的发展,将来太阳能必将成为世界的重要能源.为世界经济的发展提供源源不断的能量.但是面临中国的光伏产业核心技术“空心化”，关键设备依赖进口，又再次显现沦为“制造大国”、“加工车间”境地的危险。明白这点之后，我们就会特别眼红“科教兴国”，特别愿意让专家教授们把精力用在攻关上，而不是写论文评职称上。因此,我国必须着眼能源的长远大局,加大对太阳能新技术领域科研研发投入,抢占太阳能新技术领域发展的制高点!为保证源源不断的太阳能利用不受制于人,保障能源安全,提供我国经济社会发展的强劲动力而不懈努力吧!

-全文完-