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1、新能源科普知识太阳能简介 太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1367kw/m2。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达173,000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kw/m2，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/m2，相当于有102,000TW 的能量，人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外）虽然太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍，但太阳能的能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系
2、中的作用受到一定的限制。 太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.751026W）的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。下图是地球上的能流图。从图上可以看出，地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。 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
3、需运输，对环境无任何污染。但太阳能也有两个主要缺点：一是能流密度低；二是其强度受各种因素（季节、地点、气候等）的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。 人类对太阳能的利用有着悠久的历史。我国早在两千多年前的战国时期就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火；利用太阳能来干燥农副产品。发展到现代，太阳能的利用已日益广泛，它包括太阳能的光热利用，太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。光的性质与充分利用光是由波长范围很广的电磁波组成的，主要波长范围是1504000纳米（nm），其中人眼可见光的波长在380760纳米之间，可见光谱中根据波长的不同又可分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色
4、的光。波长小于380纳米的是紫外光，波长大于760纳米的是红外光，红外光和紫外光都是不可见光。在全部太阳辐射中，红外光约占5060，紫外光约占1，其余的是可见光部分。由于波长越长，增热效应越大，所以红外光可以产生大量的热，地表热量基本上就是由红外光能所产生的。紫外光对生物和人有杀伤和致癌作用，但它在穿过大气层时，波长短于290纳米的部分将被臭氧层中的臭氧吸收，只有波长在290380纳米之间的紫外光才能到达地球表面。在高山和高原地区，紫外光的作用比较强烈。那么,在全部太阳辐射中，红外光约占5060，紫外光约占1，,其余的是可见光部分如果利用起来热量不是更大.太阳能光伏发电产业 太阳能发电分光热发
5、电和光伏发电，光热发电前已阐述。不论产销量、发展速度和发展前景、光热发电都赶不上光伏发电。可能因光伏发电普及较广而接触光热发电较少，通常民间所说的太阳能发电往往指的就是太阳能光伏发电，简称光电。光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源可以无处不在。目前，光伏发电产品
6、主要用于三大方面：一是为无电场合提供电源，主要为广大无电地区居民生活生产提供电力，还有微波中继电源等，另外，还包括一些移动电源和备用电源；二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草地厂各种灯具等；三是并网发电，这在发达国家己经大面积推广实施。我国并网发电还未起步，不过，2008年北京绿色奥运部分用电将会由太阳能发电和风力发电提供。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。目前，单晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。国产晶体硅电池效率在1013左右，国外同类产品效率约1214。由一个或多个太阳电池片组成的太
7、阳能电池板称为光伏组件。2002年全球太阳电池和光伏组件产量约600MW，其中日本占45，美国25，欧洲约22。日本是光伏产业发展最快的因家，在不到10年的时间里超过了美国，2001年世界10大太阳电池生产厂，日本就有4家，分别是夏普。京都陶瓷、三洋和三菱。欧美发达国家大都制订了阳光计划，并采取措施鼓励居民安装太阳能发电系统，比如部分赠款、无息贷款和种子基金等，并以高出普通电价几倍的价格购买居民家中多余的太阳能电量。我国太阳能光伏发电产业近几年发展较快，但总体规模较小，2002年太阳电池产量约SMW，累计装机容量达25MW，不到世界的1，为配合西部大开发，我国政府实施了阳光计划、乘风计划和光明
8、工程等，利用太阳能发电和风力发电为解决西部广大无电地区农牧民生活生产用电，这一工程配套资金20多亿人民币。我国光伏发电产品的市场主要在西部，另有部分产品出日，如组件、小系统和日用太阳能电子产品等。由于国内太阳能电池晶片产量远远不能满足需求，许多厂家进日大量电池片封装组件。在光伏产业方面，深圳占有部分江山，产品加工能力、产品质量和销量在国内外都有一定的影响。政府应加大扶持力度，使之扩大规模发展成为产业群，进而成为深圳的一个经济增长点。太阳能光伏发电产业增长迅速，不仅因为它是具有许多优点的清洁能源，一个更诱人的动因是，在太阳能与建筑一体化的过程中，太阳电池组件比太阳能热水器与建筑更有亲合力。太阳电
9、池组件不仅可以作为能源设备，还可作为屋面和墙面材料，既供电节能，又节省了建材，国外己有非常好的案例。因此，太阳能光伏发电技术与建筑结合方面，将具有良好的经济效益，前途无限。【 风 能 】风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2转化为风能，但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为2.74X109MW，其中可利用的风能为2X107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。 人类利用风能的历史可以追溯到公元前，但数千年来，风能技术发展缓慢，没有引起人们足够的重视。但自
10、1973年世界石油危机以来，在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风能作为新能源的一部分才重新有了长足的发展。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力，特别是对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有着十分重要的意义。 即使在发达国家，风能作为一种高效清洁的新能源也日益受到重视。我国风能利用现状1.风力提水机 (1)行业现状。我国东南沿海地区风能资源较丰富，年平均风速为4m/s。这些地区乡镇工业发展迅速，用电量较大，常规能源贫乏，部分电网通达的地方缺电也较严重。为满足农田灌溉、
11、水产养殖和盐场制盐等低扬程大流量提水作业的需要，当地用户已在使用一些低扬程风力提水装置。如福建省莆田地区利用风力提水制盐，天津市郊区利用风能排咸和育苗，山东省新泰市的风力-空气泵农田灌溉等，都取得了一定的经济效益。在上述地区推广应用风力提水机组，对农业、渔业和副业生产的发展具有重要的意义。另一方面，我国内陆风能资源较好的区域，如内蒙古北部、甘肃和青海等地的年平均风速为46 m/s，320 m/s的风速累计40005000h/年。这里是广大的草原特区，人口分散，难通电网。利用深井风力提水机组为牧民和牲畜提供饮水或进行小面积草场灌溉，对于改善当地牧民的生活、生产条件具有明显的社会效益。此外，甘肃、
12、新疆北部及松花江下游也属于风能丰富区，适合发展风力提水。 (2)产品类型。在风力提水机组的产品品种上，我国已基本形成南方型低扬程大流量风力提水机组和北方型高扬程小流量风力提水机组两大系列，约有十几种产品型号。经过严格的生产考核运行和多年的实际应用，这些机组的产品质量基本可靠，有些机组的水平达到或处于国际领先地位。近年来，我国低扬程风力提水机组已出口到斯里兰卡和马来西亚等国家。因此，我国现有的风力提水机产品可以在国内外逐步推广使用。 (3)发展趋势。今后我国对风力提水机的需求仍将逐步增加，预测发展趋势如下。黑龙江三江平原旱田改水田需要扬程5m、流量大于30m3/h的风力提水机组，根据市场需求预测
13、，如果该机型2005年研制成功，到2010年可发展1500台。河北和山东等省的平原地区需要扬程1530m的小型户用风力提水机组，到2010年可发展1500台。东南沿海地区盐场制盐、农田排灌和水产养殖需要低扬程大流量风力提水机组，到2010年可发展1500台。内蒙古、青海和甘肃等省区需要高扬程小流量的风力提水机组为草原特区提供人畜饮用水和小面积草场灌溉用水，到2010年可发展1500台。从风力提水机组分类上讲，主要产品和技术的发展趋势：低扬程大流量风力提水机多采用旋转式水泵，用于提取地表水和浅层地下水。高扬程小流量风力提水机多采用往复式水泵，用于提取深层地下水。风力提水机-微滴灌系统。风力机-空
14、气泵提水机组。风力发展机-电泵提水系统。 2.小型风力发电机 (1)行业现状。我国从20世纪80年代初就把小型风力发电作为实现农村电气化的措施之一，主要研制、开发和示范应用小型充电用风力发电机，供农民一家一户使用。目前，1 kw以下的机组技术已经成熟并进行大量的推广，形成了年产1万台的生产能力。近10年来，每年国内销售50008000台，100余台出口国外。目前可批量生产100、150、200、300和500w及1、2、5和10 kw的小型风力发电机，年生产能力为3万台以上，销售量最大的是100300w的产品。在电网不能通达的偏远地区，约60万居民利用风能实现电气化。截至1999年，我国累计生
15、产小型风力发电机组18 .57万台，居世界第一。(2)发展趋势。功率由小变大。户用机组从50、100w增大到300、500w，以满足彩电、冰箱和洗衣机等用电器的需要。由一户一台扩大到联网供电。采用功率较大的机组或几台小型机组并联为几户或一个村庄供电。由单一风力发电发展到多能互补，即风力-光伏互补、风力机-柴油机互补和风力-光伏-柴油互补。应用范围逐步扩大，由家庭用电扩大到通讯和气象部门、部队边防哨所、公路及铁路等。 3.大型风力发电机组及国外机组国产化 (1)大型风力发电机组。我国大型风力发电机组的研究制造工作正在加快发展。中国一拖集团有限公司与西班牙电力公司美德(made)再生能源公司成立的
16、一拖-美德(made)风电设备有限公司，西安航空发动机公司与德国恩德(nordex)公司成立的西安维德风电设备有限公司分别生产了1台660 kw600 kw的主发电机组，并已经安装在辽宁营口风电场并网发电运行。这两台机组的国产化率达到40%。另外，浙江运达风力发电设备厂在生产200 kw风力发电机组的基础上又生产出了4台250 kw风力发电机组，安装在广东南澳风场运行，这是我国具有自主知识产权、运行状况最好的机组。 (2)国外机组国产化。在我国风电场建设的投资中，机组设备约占70%，实现设备国产化、降低工程造价是风电场大规模发展的需要。但样机的研制及形成产品需要很大的投入，有关部门曾经研制过两种型号
