太阳能的转换利用途径
太阳能的开发和利用
太阳能开发利用概述——39055217 王占鳌摘要：能源是人类生存和发展的物质基础，随着矿物能源的逐渐匮乏和环境污染的日益严重，新能源的开发利用越来越引起人们的重视。
太阳能是一种清洁的自然再生能源，取之不尽，用之不竭。
开发和利用太阳能，既不会出现大气的污染，也不会影响自然界的生态平衡，而且只要阳光所及的地方，都有太阳能可以利用，太阳能以其长久性、再生性、无污染等优点备受人们的青睐。
可以预见，在未来的发展中，太阳能将会成为最重要的能源之一。
本文将介绍太阳能的特点及其利用技术当前的现状，以及我国对太阳能的开发和利用。
关键词：太阳能；利用；发展前景；社会意义一．引言新能源是21世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术之一，人类将面临现实社会经济和社会可持续发展的重大挑战。
世界经济的快速发展，对能源需求逐年增长，而地球上以石油和煤炭为主的矿物资源日渐枯竭，能源已成为制约各国经济社会发展的瓶颈。
因为能源争抢，本世纪已爆发多次地区冲突或大规模战争。
同时，化石燃料的燃烧，致使每年有数十万吨硫的碳、氮、硫及其化合物的有害气体排放到大气环境中，使部分地区的环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量；形成的酸雨对土地资源和水资源都造成了极大的破坏。
矿石燃料燃烧所产生的二氧化碳排放至大气中，造成温室效应，引起全球气候变化，致使臭氧层出现大面积的空洞。
随着人类社会的发展，人类对生活品质的要求日益增高，改善生态环境的呼声也越来越高，开发利用无污染的新能源，对促进社会文明与进步，发展经济以及改善人民生活具有重大的意义。
由此不难看出，太阳能作为一种清洁、高效和永不衰竭的新能源，如何实现其全面利用正必将成为世界各国可持续发展战略的重要内容。
二．太阳能的特点第一，总量巨大。
据估算，地球每年接收的太阳能总量为181010kW·h，相当于14桶原油，是探明原油储量的近千倍，是世界年耗总能量的510一万余倍。
第二，容易获取和利用。
太阳能利用技术
太阳能利用技术太阳能利用技术及其发展趋势摘要：本文根据太阳能分散型资源特征，论述了太阳能的三种利用方式及几种利用技术，以分布式能源体系的战略视角审视太阳能利用的发展趋势与前景，认集光伏和太阳低温热利用于一体的太阳能建筑将是太阳能利用发展的主流趋势,并指出光伏屋顶有可能成为未就地的分布式能源系统的主要成分之一。
文章强调各国政府现行的政策支持,对启动和扩大太阳能市场使之未来能与化石能源竞争,将发挥极为重要的作用。
引言:太阳能是一种没有污染、取之不尽、用之不竭的洁净能源,随着太阳能热技术的日趋成熟,太阳能的开发和利用正在融入人们的生产、生活之中。
讨论太阳能利用技术及其发展趋势,无论对于太阳能利用的理论研究还是对太阳能利用的实践研究都具有重要的意义。
一、太阳能的利用太阳能利用主要包括光-热转换、光-电转换和光-化学转换三种方式。
1.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[1]，太阳能热利用的本质在于将太阳辐射能转化为热能。
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。
1.1太阳能热水器太阳能热水器也称太阳热水装置或太阳热水系统。
太阳能热水器的关键技术在于集热(集热器)和保温(贮热水箱)。
为了提高集热器的性能,各研究所和厂家都积极依附先进技术开发新型集热器、加工工艺以及应用于集热器上的吸收和透过涂料等。
如:(1)西安交通大学对窄缝高真空平面玻璃用于太阳能集热器盖板的实验研究[2];(2)新加坡国立大学机械工程系的研究人员完成了以温度为材料和冷剂特性变量的平板集热器;(3)慕尼黑大学Scholkopt采用e-Beam电子束蒸发的方法在金属条带上连续沉积TiNO选择性吸收涂层;(4)美国明尼苏达大学R.Raman等人介绍了利用高分子聚碳酸酯材料应用于集热器盖板;(5)美国雷诺金属制品公司正在研究铝板间的流道内存热聚酯薄膜防腐新工艺,可使吸热板芯的成本降低1/4[3]。
太阳能发电原理
太阳能发电原理1、原理概述太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池板将太阳能转换成电能的一种可再生清洁发电机制。
当光线照射到太阳能电池表面时，一部分光子被太阳电池板反射掉，另一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给硅原子，使电子发生越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成电位差。
当外部接通电路时，在该电压的作用下，则会有直流电流流过外部电路产生一定的输出功率。
通常每块太阳能电池组件输出的直流电压较低，一般为35V。
为了提高电压，达到逆变器最佳工作状态的额定输入直流电压，将一定数量的太阳能电池串联到一起形成回路，然后接入逆变器中，逆变器将输入的直流电转换成交流电。
逆变后得到的交流电通过站内的升压变压器升至指定电压后并入电网。
图1 太阳能发电系统原理2、系统部件2.1 太阳电池在太阳能光伏发电系统中，太阳能电池板占据着举足轻重的地位，它是将太阳能转换成电能核心部件。
太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的，这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应”，因此太阳能电池又称为“光伏电池”。
用于制造太阳能电池的半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质，和任何物质的原子一样，半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成，半导体硅原子的外层有4个电子，按固定轨道围绕原子核转动。
当受到外来能量的作用时，这些电子就会脱离轨道而成为自由电子，并在原来的位置上留下一个“空穴”，在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。
如果在硅晶体中掺入硼、镓等元素，由于这些元素能够俘获电子，它就成了空穴型半导体，通常用符号P表示；如果掺入能够释放电子的磷、砷等元素，它就成了电子型半导体，以符号N代表。
若把这两种半导体结合，交界面便形成一个P－N结。
太阳能电池的核心技术就在这个“结”上，P －N结就像一堵墙，阻碍着电子和空穴的移动。
当太阳能电池受到阳光照射时，电子接受光子的能量，向N型区移动，使N型区带负电，同时空穴向P型区移动，使P型区带正电。
太阳能电池工作时的能量转换
太阳能电池工作时的能量转换
太阳能电池是一种利用光能转换为电能的设备。
它的工作原理
涉及能量的多个转换过程，从光能到电能的转换包括以下几个步骤：
1. 吸收光能，太阳能电池通常由硅等半导体材料制成，这些材
料具有光电效应，当光线照射到太阳能电池表面时，光子会激发半
导体中的电子，使其跃迁到导带中，从而产生电荷对。
2. 分离电荷，光激发的电子和空穴被分离，电子被推向电池的
一个电极，而空穴被推向另一个电极。
这种分离产生了电压，使得
电子在电路中流动。
3. 电子流动，分离的电子在电路中形成电流，这就是光能被转
换成电能的过程。
当太阳能电池连接到外部电路时，流动的电子会
产生电流，可以用来做功或者充电。
总的来说，太阳能电池的工作过程涉及光能的吸收、电子和空
穴的分离以及电子的流动，最终实现了光能到电能的高效转换。
这
种能量转换的过程是基于半导体材料的特性和光电效应的物理原理，
是一种清洁、可再生的能源转换方式，对环境友好，具有重要的应用前景。
光能转变成化学能的主要途经
.荧光现象和磷光现象
荧 光 某些物质受光或其它射线照射时所发出的可见光.
荧光现象
叶绿素溶液在透射光下呈绿色，在反射光下呈红色 的现象.
磷 光 某些物质受摩擦、振动、光、热或电波的作用后， 所发出的光.
磷光现象 去掉光源后，叶绿素溶液继续放出微弱红光的现象.
* 荧光和磷光的产生都是由于叶绿素分子吸收光能后，重新以 光能的形式释放出来的能量.
能并贮存在葡萄糖和其他有机分子中的过程.
. 光合作用的重要性 植物生长发育的物质和能量来源. 自然界有机物质的唯一来源. 光能转变成化学能的主要途经. 是降低温室气体的有效途经.
. 光合自养生物是生物圈的生产者
能利用太阳能和C02和H20制造食物供 光合自养生物 自我代谢需要，并为其它生命直接或
.光合作用过程
一.原初反应 包括光能的吸收、传递和转换过程. 二.电子传递 电能转变为活跃的化学能的过程，氧的
释放和光合磷酸化. 三.碳同化 活跃的化学能转变为稳定的化学能的过
程.
.光合作用过程
是光合作用的起点，是光合色素吸收日光能所 一.原初反应 引起的光物理及光化学过程，是光合作用过程
第四章 光合作用
植物是自然界的炼金术士，将水、二氧化碳和阳光改造为一 系列珍贵物质的专家，它们中的许多都超越了人类的想象能 力，人类的生产力比它们低的多。
光合作用 photosynthesis
植 物 捕 获 和 利 用 太 阳 能 ， 将 无 机 物 （ C02 和 H20）合成为有机物，即将太阳能转化为化学
中直接与光能利用相联系的反应.反应过程为:
天线色素吸收光能成为激发态
光能吸收
原
初
激发态的天线色素将能量传递
太阳能发电简介
环保
太阳能发电不产生温室气体排 放，减少对环境的污染。
资源丰富
太阳光照射地球的能量巨大， 只需利用一小部分即可满足人 类能源需求。
低维护成本
太阳能发电系统运行稳定，维 护成本相对较低。
02
太阳能电池板
类型与构造
01
02
03
04
单晶硅电池板
由单晶硅片制成的电池板，效 率较高，但制造成本也较高。
多晶硅电池板
土地资源限制
总结词
土地资源限制是太阳能发电面临的另一 个挑战，需要寻找有效的土地利用方式 。
VS
详细描述
太阳能发电需要大面积的土地资源，尤其 是在光伏发电领域。然而，随着城市化的 进程和土地资源的日益紧张，可用的土地 资源越来越有限。为了解决这个问题，需 要发展高效率的太阳能电池板和优化土地 利用方式，例如发展屋顶光伏和农业光伏 等模式，以减少对土地资源的依赖。
工作原理
光生伏打效应
当太阳光照射在太阳能电池板上时， 光能转换为电能，产生直流电。
储能与逆变器
通过储能装置（如蓄电池）储存电能 ，再通过逆变器将直流电转换为交流 电供家庭或商业使用。
太阳能发电的优势
可再生
太阳光是无限可再生的能源， 长期使用不会枯竭。
长期回报
太阳能发电系统的投资回报期 长，长期运营可获得稳定的收 益。
政策与法规
要点一
总结词
政策与法规是影响太阳能发电发展的重要因素，需要制定 合理的政策和法规来促进其发展。
要点二
详细描述
政府在太阳能发电的发展中起着重要的作用，通过制定合 理的政策和法规可以促进其发展。例如，政府可以提供税 收优惠、补贴和贷款等政策来降低太阳能发电的成本；同 时，政府还可以制定相关法规来规范行业的发展，例如制 定能效标准和并网标准等。此外，政府还可以通过宣传和 教育等途径来提高公众对太阳能发电的认识和接受程度。
能源转换与利用期末复习资料
（2）进行节能诊断，找出主要损失部位和节能潜力。 （3）根据测试效率与统计效率的差异，分析产生管理损失的原因，提出改进生产 管理及能源管理的具体措施。 （4）提出具体的节能整改措施，方法要有先进性和技术可行性。 （5）对节能措施运行技术经济分析，定量计算节能改造投资、节能效果、投资回 收周期等技术经济指标。 （6）根据节能效果的大小以及先后的原则，制定实施规划。 （7）修订能耗定额及其他的节能指标，完善能源管理制度。 7、采用热电联产有哪几种方式，各有什么优缺点？ （1）有背压式热电联产和抽气式热电联产两种方式。 （2）背压式热电联产优、缺点：冷凝热量供给热用户使用，不排向环境，循环效 率高，要求热、电负荷相匹配，通常以热定电，供电负荷难以调节，适用于具有稳定热 负荷的热电厂。 （3）抽气式热电联产优、缺点：通过调节抽气量可满足热用户的热负荷变化，只 有抽气供热部分的蒸汽才是热电联产，其余部分蒸汽仍然将冷凝热排向环境，节能效益 低于背压式热电联产。 8、什么是再热循环、再热循环的好处有哪些？ 再热循环是将高温、 高压蒸汽首先在高压透平内膨胀到某一中间压力温度也同时有 所降低，然后又将蒸汽送回锅炉内再一次加热，使得蒸汽温度又升高到初始温度，再送 至低压透平内膨胀做功。 再热循环的好处： ①防止膨胀后的蒸汽度过大 ②蒸汽再热后提高了蒸汽的做功能力 ③提高了蒸汽吸热平均温度，从而提高了锅炉的火用效率 9、简述回热式换热器的传热原理以及适用场合 （1）回转式换热器是一种蓄热式换热器，转子是构成换热器的本体，转子由马达 通过减速装置带动，转子内装有金属板或多孔陶瓷材料组成的蓄热体。蓄热体既能使气 体流以较小的阻力通过，有要求在单位体积内尽可能大的传热面积和蓄热能力，转子的 一部分扇形区域与空气通道相连，另一部分扇形区域与烟气通道相连。两个通道之间留
(完整版)太阳能热发电原理
美国亚利桑那州电力负荷曲线
提高效率
聚光比、吸热器温度 集热效率*透平效率 马鞍点
途径——聚光比与吸热温度的协同提高
提高聚光比： 塔式和碟式，其聚光比分别300-1000和1000-3000之间； 槽式和菲涅尔式，其聚光比分别在70-80和25-100之间； 二次聚光：第一次聚光比*第二次聚光比 （10，000） 提高吸热器的工作温度： 传热介质(水、油、熔融盐、空气、离子液体、液态金属、固体材料)
聚光太阳能热发电（CSP）是目前已经商业化大规模应用的技术形式。 CSP是通过“光-热-功”的转化过程实现发电的一种技术形式，其在原理上和传统的
化石燃料电站类似。二者最大的区别在于输入的能源不同，太阳能热发电采用的是太 阳能：聚光器将低密度的太阳能转换成高密度的能量，经由传热介质将太阳能转化为 热能，通过热力循环做功，实现到电能的转换。
CSP的技术形式
塔式 碟式/斯特林
槽式 线性菲涅尔
（1）塔式
点聚焦技术：定日镜自动跟踪太阳， 聚焦的阳光反射到位于塔顶的吸热器 内。吸热器加热管内的传热介质，将 太阳光能转变成热能，再通过热力循 环实现发电。
聚光比300-1000。系统综合效率高。
吸热器类型：水/蒸气、熔盐、空气等 。商业化初期的电站多使用水/蒸气作 为工作介质（主要考虑到技术风险较 小、结构相对简单）
聚光比25-100；系统效率较低。
镜场可布置非常紧凑，土地利 用率高，初投资相对较低。
目前在建最大规模为30MW电 站，其中关键部件集热管由皇明 公司出口供应。
集热管
反射镜
皇明公司2.5MW示范系统
7
各种CSP技术方式的性能
聚光比
槽式 70-80
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太阳能的转换利用途径
太阳能是一种无限的可再生能源，利用太阳能可以进行多种转换和利用途径，下面将详细介绍太阳能的转换利用途径。
1. 太阳能光电转换利用：太阳能光电转换利用是最常见和广泛应用的太阳能利用方式。
光电转换利用通过太阳能电池板将太阳光转化为电能。
太阳能电池板中的太阳能电池能够将光能直接转化为电能，电能可以直接供电使用或储存起来以备不时之需。
太阳能光电转换利用是目前应用最广泛的太阳能利用方式，它可以为城市和农村的电力供应提供有效的解决方案。
2. 太阳能热能转换利用：太阳能热能转换利用是另一种常见的太阳能利用方式。
太阳能热能转换利用通过太阳能热水器、太阳能热泵、太阳能蒸发器等设备利用太阳能将光能转化为热能。
太阳能热水器将太阳光转化为热能来加热水，提供家庭、工业等领域的热水供应；太阳能热泵通过太阳能采暖系统将太阳能转化为热能，用于采暖、供暖和空调等用途；太阳能蒸发器则利用太阳能将水转化为水蒸气来实现海水淡化等目的。
太阳能热能转换利用可以为人们提供绿色、清洁的能源供应，减少对传统能源的依赖。
3. 太阳能化学转换利用：太阳能化学转换利用是一种将太阳能转化为化学能的利用方式。
太阳能化学转换利用通过光合作用，将太阳能转化为化学能。
光合作用是指植物利用太阳能将二氧化碳和水转化为有机物和氧气的化学过程。
太阳能化学转换利用在农业、生物学、医学等领域有着重要的应用，例如农作物的光合
作用、草地的光合作用对环境的正向影响等。
4. 太阳能光热联合转换利用：太阳能光热联合转换利用是一种将太阳能光电转换和太阳能热能转换相结合的利用方式。
太阳能光热联合转换利用通过太阳能光电板将太阳光转化为电能，并将剩余的太阳能利用为热能。
利用太阳能光热联合转换可以实现光电池板的高效利用，同时充分利用太阳能的热能，提高能源的利用效率。
太阳能光热联合转换利用在高温热处理、太阳能农业、集中供暖等方面有着广泛的应用。
5. 太阳能光化学转换利用：太阳能光化学转换利用是一种将太阳能转化为化学能的利用方式。
太阳能光化学转换利用通过自然或人工光合作用，利用太阳光将二氧化碳和水转化为有机物的化学过程。
太阳能光化学转换利用可以用于光化学合成、环境修复以及人工光合作用等领域。
总体而言，太阳能的转换利用途径丰富多样，可以通过光电转换、热能转换、化学转换以及它们之间的相互结合来实现能源的转换和利用。
太阳能作为一种清洁、可再生的能源，能够为人们提供可持续的能源供应，减少环境污染，保护地球环境。
随着太阳能技术的不断发展和成熟，太阳能的应用前景将变得更加广阔。