《能源科学之问课程报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《能源科学之问课程报告（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、能源科学之问课程报告太阳能能源转化过程分析Analysis of solar energy energy conversion process哈尔滨工业大学2017 年 5 月- 2 -摘 要太阳能一般指太阳光的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式。我们现今所使用的能源，有些直接来自太阳，有些是太阳能转化的能源，像水能、风能、生物能，有些是早期由太阳能转化来的一直储存在地球上的能源，像煤炭、石油这样的化石燃料。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换器，集热器通过吸收
2、面可以将太阳能转换成热能，利用光伏效应太阳电池可以将太阳能转换成电能，通过光合作用植物可以将太阳能转换成生物质能，等等。原则上，太阳能可以直接或间接转换成任何形式的能量，但转换次数越多，最终太阳能转换的效率便越低。关键词：太阳能；利用；转化；技术；科学问题- 3 -目 录摘 要 .2第 1 章 绪 论 .41.1 能源的重要意义 .41.2 中国的能源需求与供给分析 .41.2.1 中国能源需求分析 .41.2.2 中国能源供给分析 .6第 2 章 太阳能能源转化过程分析 .82.1 引言 .82.2 光-热转化 .82.3 光-电转化 .82.4 光-化学转化 .92.5 光生物利用 .9第
3、 3 章 太阳能利用关键技术分析 .103.1 引言 .103.2 太阳能光电利用技术 .103.3 太阳能热利用技术 .113.4 太阳能光化学利用技术 .10第 4 章 太阳能利用科学问题分析 .144.1 引言 .144.2 太阳能电池的物理基础 .144.2.1 本征半导体 .144.2.2 光生伏打效应 .164.3 半导体光催化机理 .17结 论 .20参考文献 .20- 4 -第 1 章 绪 论1.1 能源的重要意义 能源是人类活动的物质基础。在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。纵观人类文明的发展史，火的使用，改变了远古人类茹毛饮血的生活方式；
4、而对生物质能的充分利用，尤其是在中国，创造出了一个辉煌的农业文明；近代以来，煤的使用，为第一次工业革命提供了强有力的动力，紧接着石油又成为了工业的血液，经济的命脉，甚至为了争夺石油资源而不惜发动战争。近几十年来，随着科技的进步和人类观念的变化，在继续大量开采使用化石能源的同时，人们认识到了化石能源的种种问题，如对环境和生态的影响、对其经济性的质疑以及可持续性的担忧，于是太阳能、核能、潮汐能、地热能、风能等新的能源形式，开始逐步走进人类的视野。在本文中，将针对太阳能展开论述，分析其原理、利用方式、关键技术等问题。1.2 中国的能源需求与供给分析中国目前正处于经济快速发展的时期，对能源的需求急速增
5、长，能源供需矛盾日益突出。1.2.1 中国能源需求分析对能源需求进行分析，需要从能源消费总量、构成及其变化三个方面入手。表 1 （数据来源：中国国家统计局）- 5 -6.03_ 7.67_9.87_ 13.12_14.55_23.60_32.49_43.00_1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 20200.00_10.00_20.00_30.00_40.00_50.00_图1 中 国 能 源 消 费 总 量年 份亿吨标准煤1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 20150.0_10.0_20.0_30.0_40
6、.0_50.0_60.0_70.0_80.0_原 煤 原 油 天 然 气 水 电 、 核 电 、 风 电 、 太 阳 能图2 中 国 能 源 结 构年 份占比%从图表可以看出如下结论：（1）1980 年以来，中国能源消费总量持续增长，基本按指数形式增长，但2005 年以来，增速有所放缓。（2）煤炭一直是中国消费的最主要的能源，其占比长期在 70%以上，虽然消耗燃煤的总量不断增加，但 1990 年以来，其所占比重呈下降趋势。这也反映了我国能源消费结构的优化，但由于我国的煤炭储量丰富，价格相对低廉，且拥有比较完善的煤炭工业体系和先进的利用技术，因此可以预见的是，未来相当长的时间里，煤炭仍将在我国能
7、源消费结构中占据主要地位。（3）原油的占比起伏比较大，呈现先减少，后增大，再减少的态势，这与我国的石油资源匮乏，长期依赖进口有关，因此受国际原油市场变化的影响比较大。（4）天然气作为一种相对清洁的化石燃料，其占比在 1995 年以前下降明显，随后逐渐上升，增速加快。- 6 -（5）与化石能源不同，水电、核电、风电、太阳能等能源所占比重一直在增加，且增速明显加快，发展潜力巨大。水能是传统的可再生能源，核能凭借其清洁和高效的优点，而风能和太阳能作为新型可再生能源的代表，这些优点受到了人们越来越多的关注。1.2.2 中国能源供给分析（1）化石能源煤炭、石油、天然气是主要的能源， “富煤，贫油，少气”
8、是我国能源资源的鲜明特点。我国煤炭资源总量 5.9 万亿吨，占一次能源资源总量的 94%，而石油、天然气资源仅占 6%，且其增产难度大，对外依存度高。纵然在 2000 年以后中国加大了对于石油资源勘探的投资且不断发现新油田，但是中国煤炭的储量还是远远大于中国已探明的石油储量，从图 3 和表 2 中可以看出，煤炭产量也远远大于石油产量，并且中国煤炭产量与石油产量的差距近年来逐渐拉大。从下面的表 2 可以看出，2000 以来，我国原油产量的增加值和增长率都远低于原油的加工量，这也决定了我国每年都需要进口大量的原油，以满足国内需求，且进口量不断加大。图 3 - 7 -表 2 全国原油产量及加工量统计表（2）以太阳能为代表的非化石能源。相比于化石能源在地域上分布不均、污染严重、排放大量温室气体的缺点，太阳能在地球上的分布则是比较均匀的，能量转化过程清洁无污染。在太阳能的利用方面，中国目前走在世界前列，以光伏发电为例，中国已经是全球最大的太阳能发电国。据国家能源局网站 2 月 4 日消息，截至 2016 年底，中国光伏发电新增装机容量 34.54GW，累计装机容量 77.
