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太阳能技太阳能技术应用用第1页，本讲稿共20页一、太阳能能量转换（概述）一、太阳能能量转换（概述）太阳能是一种辐射能，具有即时太阳能是一种辐射能，具有即时太阳能是一种辐射能，具有即时太阳能是一种辐射能，具有即时性，必须即时转换成其它形式能量性，必须即时转换成其它形式能量性，必须即时转换成其它形式能量性，必须即时转换成其它形式能量才能利用和贮存。将太阳能转换成才能利用和贮存。将太阳能转换成才能利用和贮存。将太阳能转换成才能利用和贮存。将太阳能转换成不同形式的能量需要不同的能量转不同形式的能量需要不同的能量转不同形式的能量需要不同的能量转不同形式的能量需要不同的能量转换器，集热器通过吸收面可以将太换器，集热器通过吸收面可以将太换器，集热器通过吸收面可以将太换器，集热器通过吸收面可以将太阳能转换成热能，利用光伏效应太阳能转换成热能，利用光伏效应太阳能转换成热能，利用光伏效应太阳能转换成热能，利用光伏效应太阳电池可以将太阳能转换成电能，阳电池可以将太阳能转换成电能，阳电池可以将太阳能转换成电能，阳电池可以将太阳能转换成电能，通过光合作用植物可以将太阳能转通过光合作用植物可以将太阳能转通过光合作用植物可以将太阳能转通过光合作用植物可以将太阳能转换成生物质能，还有转化成氢能和换成生物质能，还有转化成氢能和换成生物质能，还有转化成氢能和换成生物质能，还有转化成氢能和各种机械能等等。原则上，太阳能各种机械能等等。原则上，太阳能各种机械能等等。原则上，太阳能各种机械能等等。原则上，太阳能可以直接或间接转换成任何形式的可以直接或间接转换成任何形式的可以直接或间接转换成任何形式的可以直接或间接转换成任何形式的能量，但转换次数越多，最终太阳能量，但转换次数越多，最终太阳能量，但转换次数越多，最终太阳能量，但转换次数越多，最终太阳能转换的效率便越低。能转换的效率便越低。能转换的效率便越低。能转换的效率便越低。第2页，本讲稿共20页一、太阳能能量转换（章节）一、太阳能能量转换（章节）太阳能太阳能太阳能太阳能-热能转换热能转换热能转换热能转换1 1太阳能太阳能太阳能太阳能-电能转换电能转换电能转换电能转换2 2太阳能太阳能太阳能太阳能-氢能转换氢能转换氢能转换氢能转换3 3太阳能太阳能太阳能太阳能-生物质能转换生物质能转换生物质能转换生物质能转换4 4太阳能太阳能太阳能太阳能-机械能转换机械能转换机械能转换机械能转换 5 5第3页，本讲稿共20页1 1、太阳能太阳能-热能转换热能转换太阳辐射的能流密度低，在利用太阳能时为了获太阳辐射的能流密度低，在利用太阳能时为了获太阳辐射的能流密度低，在利用太阳能时为了获太阳辐射的能流密度低，在利用太阳能时为了获得足够的能量，或者为了提高温度，必须采用一定的得足够的能量，或者为了提高温度，必须采用一定的得足够的能量，或者为了提高温度，必须采用一定的得足够的能量，或者为了提高温度，必须采用一定的技术和装置（集热器），对太阳能进行采集技术和装置（集热器），对太阳能进行采集技术和装置（集热器），对太阳能进行采集技术和装置（集热器），对太阳能进行采集太阳能集热器是吸取太阳辐射能并向物质太阳能集热器是吸取太阳辐射能并向物质太阳能集热器是吸取太阳辐射能并向物质太阳能集热器是吸取太阳辐射能并向物质（水或空气）传递热量的装置，是太阳能热水器（水或空气）传递热量的装置，是太阳能热水器（水或空气）传递热量的装置，是太阳能热水器（水或空气）传递热量的装置，是太阳能热水器最重要的组成部分，其性能与成本对太阳能热水最重要的组成部分，其性能与成本对太阳能热水最重要的组成部分，其性能与成本对太阳能热水最重要的组成部分，其性能与成本对太阳能热水器的优劣起决定性作用。器的优劣起决定性作用。器的优劣起决定性作用。器的优劣起决定性作用。目前，太阳能集热器主要有平板、全玻璃真空目前，太阳能集热器主要有平板、全玻璃真空目前，太阳能集热器主要有平板、全玻璃真空目前，太阳能集热器主要有平板、全玻璃真空管、热管式真空管三种。管、热管式真空管三种。管、热管式真空管三种。管、热管式真空管三种。返回返回第4页，本讲稿共20页1 1、太阳能太阳能-热能转换热能转换(平板集平板集热器器)平板集热器是在平板集热器是在17世纪后世纪后期发明的，但直至期发明的，但直至1960年年以后才真正进行深入研究和以后才真正进行深入研究和规模化应用。在太阳能低温规模化应用。在太阳能低温利用领域，平板集热器的技利用领域，平板集热器的技术经济性能远比聚光集热器术经济性能远比聚光集热器好。好。第5页，本讲稿共20页1、太阳能太阳能-热能能转换(真空管集真空管集热器器)真空集热管大体可分为：真空集热管大体可分为：全玻璃真空集热管，玻璃全玻璃真空集热管，玻璃-U型管真空集热管，玻璃。型管真空集热管，玻璃。金属热管真空集热管，直通金属热管真空集热管，直通式真空集热管和贮热式真空式真空集热管和贮热式真空集热管。集热管。第6页，本讲稿共20页1、太阳能太阳能-热能能转换(聚光集热器聚光集热器)聚光集热器主要由：聚光聚光集热器主要由：聚光器、吸收器和跟踪系统三大部器、吸收器和跟踪系统三大部分组成。分组成。第7页，本讲稿共20页2、太阳能太阳能-电能能转换 电能是一种高品位能量，电能是一种高品位能量，利用、传输和分配都比较方利用、传输和分配都比较方便。将太阳能转换为电能是便。将太阳能转换为电能是大规模利用太阳能的重要技大规模利用太阳能的重要技术基础，世界各国都十分重术基础，世界各国都十分重视，其转换途径很多，有光视，其转换途径很多，有光电直接转换，有光热电间接电直接转换，有光热电间接转换等转换等.这里简单介绍光电这里简单介绍光电直接转换器件直接转换器件-太阳电池。太阳电池。返回返回第8页，本讲稿共20页2、太阳能太阳能-电能能转换举例举例第9页，本讲稿共20页2、太阳能太阳能-电能能转换目前，世界上太阳电池的实验室效率最高水平为：目前，世界上太阳电池的实验室效率最高水平为：目前，世界上太阳电池的实验室效率最高水平为：目前，世界上太阳电池的实验室效率最高水平为：单晶硅电池单晶硅电池单晶硅电池单晶硅电池2424（4cm2)4cm2)，多晶硅电池多晶硅电池多晶硅电池多晶硅电池18.618.6（4cm24cm2），），），），InGaPInGaPGaAsGaAs双结电池双结电池双结电池双结电池30302828（AM1AM1），），），），非晶硅电池非晶硅电池非晶硅电池非晶硅电池14145 5（初始）、（初始）、（初始）、（初始）、12128 8（稳定），（稳定），（稳定），（稳定），碲化镉电池碲化镉电池碲化镉电池碲化镉电池15158 8，硅带电池硅带电池硅带电池硅带电池14146 6，二氧化钛有机纳米电池二氧化钛有机纳米电池二氧化钛有机纳米电池二氧化钛有机纳米电池10109696。我国于我国于我国于我国于19581958年开始太阳电池的研究，年开始太阳电池的研究，年开始太阳电池的研究，年开始太阳电池的研究，4040多年来取得不少成果。目多年来取得不少成果。目多年来取得不少成果。目多年来取得不少成果。目前，我国太阳电池的实验室效率最高水平为：前，我国太阳电池的实验室效率最高水平为：前，我国太阳电池的实验室效率最高水平为：前，我国太阳电池的实验室效率最高水平为：单晶硅电池单晶硅电池单晶硅电池单晶硅电池20204 4（2cm2cm2cm2cm），），），），多晶硅电池多晶硅电池多晶硅电池多晶硅电池14145 5（2cm2cm2cm2cm）、）、）、）、1212（10cm10cm10cm10cm），），），），GaAsGaAs电池电池电池电池 20201 1（lcmcmlcmcm），），），），GaAsGaAsGeGe电池电池电池电池19195 5（AM0AM0），），），），CulnSeCulnSe电池电池电池电池9 9（lcm1cmlcm1cm），），），），多晶硅薄膜电池多晶硅薄膜电池多晶硅薄膜电池多晶硅薄膜电池13136 6（lcm1cmlcm1cm，非活性硅衬底），非活性硅衬底），非活性硅衬底），非活性硅衬底），非晶硅电池非晶硅电池非晶硅电池非晶硅电池8 86 6（10cm10cm10cm10cm）、）、）、）、779 9（20cm20cm20cm20cm）、）、）、）、662 2（30cm30cm30cm30cm），），），），二氧化钛纳米有机电池二氧化钛纳米有机电池二氧化钛纳米有机电池二氧化钛纳米有机电池1010（1cm1cm1cm1cm）。）。）。）。第10页，本讲稿共20页3、太阳能太阳能-氢能能转换氢能是一种高品位能源。太阳能可以通过分解水或氢能是一种高品位能源。太阳能可以通过分解水或氢能是一种高品位能源。太阳能可以通过分解水或氢能是一种高品位能源。太阳能可以通过分解水或其它途径转换成氢能，即太阳能制氢，其主要方法如其它途径转换成氢能，即太阳能制氢，其主要方法如其它途径转换成氢能，即太阳能制氢，其主要方法如其它途径转换成氢能，即太阳能制氢，其主要方法如下：下：下：下：1 1、太阳能电解水制氢。、太阳能电解水制氢。、太阳能电解水制氢。、太阳能电解水制氢。2 2、太阳能热分解水制氢。、太阳能热分解水制氢。、太阳能热分解水制氢。、太阳能热分解水制氢。3 3、太阳能热化学循环制氢。、太阳能热化学循环制氢。、太阳能热化学循环制氢。、太阳能热化学循环制氢。4 4、太阳能光化学分解水制氢。、太阳能光化学分解水制氢。、太阳能光化学分解水制氢。、太阳能光化学分解水制氢。55、太阳能光电化学电池分解水制氢。、太阳能光电化学电池分解水制氢。、太阳能光电化学电池分解水制氢。、太阳能光电化学电池分解水制氢。6 6、太阳光络合催化分解水制氢。、太阳光络合催化分解水制氢。、太阳光络合催化分解水制氢。、太阳光络合催化分解水制氢。7 7、生物光合作用制氢。、生物光合作用制氢。、生物光合作用制氢。、生物光合作用制氢。返回返回第11页，本讲稿共20页3、太阳能太阳能-氢能能转换举例举例第12页，本讲稿共20页4、太阳能、太阳能-生物生物质能能转换通过植物的光合作用，通过植物的光合作用，通过植物的光合作用，通过植物的光合作用，太阳能把二氧化碳和水合成太阳能把二氧化碳和水合成太阳能把二氧化碳和水合成太阳能把二氧化碳和水合成有机物（生物质能）并放出有机物（生物质能）并放出有机物（生物质能）并放出有机物（生物质能）并放出氧气。氧气。氧气。氧气。光合作用是地球上最大规模光合作用是地球上最大规模光合作用是地球上最大规模光合作用是地球上最大规模转换太阳能的过程，现代人类所转换太阳能的过程，现代人类所转换太阳能的过程，现代人类所转换太阳能的过程，现代人类所用燃料是远古和当今光合作用固用燃料是远古和当今光合作用固用燃料是远古和当今光合作用固用燃料是远古和当今光合作用固定的太阳能，目前，光合作用机定的太阳能，目前，光合作用机定的太阳能，目前，光合作用机定的太阳能，目前，光合作用机理尚不完全清楚，能量转换效率理尚不完全清楚，能量转换效率理尚不完全清楚，能量转换效率理尚不完全清楚，能量转换效率一般只有百分之几，今后对其机一般只有百分之几，今后对其机一般只有百分之几，今后对其机一般只有百分之几，今后对其机理的研究具有重大的理论意义和理的研究具有重大的理论意义和理的研究具有重大的理论意义和理的研究具有重大的理论意义和实际意义。实际意义。实际意义。实际意义。返回返回第13页，本讲稿共20页4、太阳能、太阳能-生物生物质能能转换举例举例第14页，本讲稿共20页5、太阳能太阳能-机械能机械能转换2020世纪初，俄国物理学家实验证明：光具有压力。世纪初，俄国物理学家实验证明：光具有压力。世纪初，俄国物理学家实验证明：光具有压力。世纪初，俄国物理学家实验证明：光具有压力。2020年代，前年代，前年代，前年代，前苏联物理学家提出，利用在宇宙空间中巨大的太阳帆，在阳光的压力苏联物理学家提出，利用在宇宙空间中巨大的太阳帆，在阳光的压力苏联物理学家提出，利用在宇宙空间中巨大的太阳帆，在阳光的压力苏联物理学家提出，利用在宇宙空间中巨大的太阳帆，在阳光的压力作用下可推动宇宙飞船前进，将太阳能直接转换成机械能。作用下可推动宇宙飞船前进，将太阳能直接转换成机械能。作用下可推动宇宙飞船前进，将太阳能直接转换成机械能。作用下可推动宇宙飞船前进，将太阳能直接转换成机械能。科学家估计：在未来科学家估计：在未来科学家估计：在未来科学家估计：在未来10102020年内，太阳帆设想可以实现。通常，年内，太阳帆设想可以实现。通常，年内，太阳帆设想可以实现。通常，年内，太阳帆设想可以实现。通常，太阳能转换为机械能，需要通过中间过程进行间接转换。太阳能转换为机械能，需要通过中间过程进行间接转换。太阳能转换为机械能，需要通过中间过程进行间接转换。太阳能转换为机械能，需要通过中间过程进行间接转换。返回返回第15页，本讲稿共20页二、太阳能技术的应用二、太阳能技术的应用(硅太阳能电池板硅太阳能电池板)据据Dataquest的的统统计计内内容容显显示示：现现在在全全世世界界共共有有136个个国国家家投投入入普普及及运运用用太太阳阳能能电电池池的的热热潮潮中中,其其中中有有95个个国国家家正正在在大大规规模模地地进进行行太太阳阳能能电电池池的的研研制制开开发发,积积极极生生产产各各种种相相关关的的节节能能新新产产品品。以以后后几几年年里里,全全球球有有将将近近上上万万厂厂商商向向市市面面给给予予光光电电池池和和以以光光电电池池为为电电源源的的产产品品。第16页，本讲稿共20页（附）（附）1硅太阳能硅太阳能电池工作原理与池工作原理与结构构图 右右图中，正电荷表示硅原子，图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边得负电荷表示围绕在硅原子旁边得四个电子。四个电子。当硅晶体中掺入其他得杂质，如硼、当硅晶体中掺入其他得杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就能存磷等，当掺入硼时，硅晶体中就能存在着一个空穴，它得形成可以参照下在着一个空穴，它得形成可以参照下面的图片。面的图片。左左图中，正电荷表示硅原子，负图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边得四个电电荷表示围绕在硅原子旁边得四个电子。而黄色得表示掺入得硼原子，这子。而黄色得表示掺入得硼原子，这原因是硼原子附近必须原因是硼原子附近必须3个电子，因个电子，因 此就能导此就能导 致入图所示得蓝色得空穴，致入图所示得蓝色得空穴，这空穴这原因是没有电子而变得非常这空穴这原因是没有电子而变得非常不稳定，容易吸收电子而中和，形成不稳定，容易吸收电子而中和，形成P（positive）型半导体。）型半导体。第17页，本讲稿共20页（附）（附）1硅太阳能硅太阳能电池工作原理与池工作原理与结构构图当晶片受光后，当晶片受光后，当晶片受光后，当晶片受光后，PNPN结中，结中，结中，结中，NN型半导体得空穴往型半导体得空穴往型半导体得空穴往型半导体得空穴往P P型区移动，而型区移动，而型区移动，而型区移动，而P P型区中得电子往型区中得电子往型区中得电子往型区中得电子往NN型区移动，以此形成从型区移动，以此形成从型区移动，以此形成从型区移动，以此形成从NN型区到型区到型区到型区到P P型区得电流。接着型区得电流。接着型区得电流。接着型区得电流。接着在在在在PNPN结中形成电势差，这就形成了电源。结中形成电势差，这就形成了电源。结中形成电势差，这就形成了电源。结中形成电势差，这就形成了电源。(如下面的图片所示）如下面的图片所示）如下面的图片所示）如下面的图片所示）第18页，本讲稿共20页（附）（附）2硅太阳能硅太阳能电池的生池的生产步步骤第19页，本讲稿共20页谢谢观看，再见！第20页，本讲稿共20页
