太阳能利用类型及原理分析探讨

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1、太阳能利用类型及原理分析探讨.txt 我的优点是：我很帅；但是我的缺点是：我帅的不明 显。什么是幸福？幸福就是猫吃鱼，狗吃肉，奥特曼打小怪兽！令堂可是令尊表姐？我是胖 人，不是粗人。 本文由 zhegan66 贡献pdf 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。太阳能太阳能应用 应用： 一 、 太阳能应用 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。目 前太阳能

2、发电、太阳热能越来越广发。二、三、珠海太阳能热水工程太阳能利用二 、 太阳能分类太阳能光伏光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电 直流电的发电装置，由几乎全部 直流 电 以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部 分，故可以长 时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及 计算机提供能源， 较复杂的光 伏系统可为房屋提供照明， 并为电网供电。 光 伏板组件可以制成不同形状，而组件又可 连接，以产生更多电力。近年， 天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、 天窗或遮蔽装 置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。 太阳热能 现代的太

3、阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。 除了运用适当的 科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能， 方法是在设计时加入合适的装备， 例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢 慢释放太阳热力的建筑材料。三 、 利弊分析优点 (1)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。 (2)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。 (3) 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。

4、(4)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。缺点(1)分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度 很低。平均说来， 北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时 太阳辐射的辐照度最大，在垂直于 太阳光方向 1 平方米面积上接收到的太 阳能平均有 1000W 左右；若按全年日夜平均，则 只有 200W 左右。而在冬季 大致只有一半， 阴天一般只有 15 左右， 这样的能流密度 是很低的。 因此， 在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一 套 收集和转换

5、设备，造价较高。 (2)不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高 度等自然条件 的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太 阳 辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了 难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能 源相竞争的替代能源，就必须很好 地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳 辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用，但 目前蓄能也是太阳能利 用中较为薄弱的环节之一。 (3)效率低和成本高：目前太阳能利用 的发展水平，有些方面在理论上 是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置， 因为效率偏低， 成本较高，总的来

6、说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段 时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。 四 、 技术原理 一） 太阳 能发电 太阳能发电，根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转 化为电能， 即电光伏发电，但利用太阳能发电还存在成本高 、 转换效 太阳能发电还存在成本高、 太 阳能发电还存在成本高 率低的问题。 率低 1、太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控 制器、蓄电池（组）组成。 如输出电源为交流 220V 或 110V，还需要配置逆变器。各部分 的作用为： 1）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太 阳 能发电系统中价值最高的部分。

7、 其作用是将太阳的辐射能力转换为电能， 或送往蓄电池中 存储起来，或推动负载工作；2） 太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对 蓄电池起 到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器 还应具备温度补偿 的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器 的可选项； 3）蓄电池：一 般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池 或锂电池。其作用是在有光照 时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要 的时候再释放出来。 5）逆变器：太阳 能的直接输出一般都是 12VDC、24VDC、48VDC。为能 向 220VAC 的电器提供电能，需要将

8、太阳能发电系统所发出的直流电能转换成 交流电能，因此需要使用 DC-AC 逆变器。 2、 太阳能发电系统的设计需要考虑的因素： 1）太阳能发电系统在哪里使用？该地日光辐射情 况如何？ 2） 系统的负载功率多大？ 3）系统的输出电压是多少，直流还是交流？ 4）系 统每天需要工作多少小时？ 5） 如遇到没有日光照射的阴雨天气，系统需连续供电多少天？6）负载的情况，纯电阻性、电容性还是电感性，启动电流多大？ 7）系统需求的数量？ 3、太阳能电池发电原理 制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础， 其工作原理是利用 光电材料 吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分 为： a、硅

9、太阳能电池；b 以无机盐如砷化镓 III-V 化合物、硫化镉、铜 铟硒等多元化合物为 材料的电池；c 功能高分子材料制备的大阳能电池； d 纳米晶太阳能电池等。3.1 硅太阳能电池硅太阳能电池工作原理与结构太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，太阳光照在半导体 p-n 结上， 形成 新的空穴-电子对，在 p-n 结电场的作用下，空穴由 n 区流向 p 区，电子由p 区流向 n 区， 接通电路后就形成电流。 这就是光电效应太阳能电池的工作原理。 一般的半导体主要结构如下图： 图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边 的四个电子。而黄 色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有 3

10、个电子，所以就会产生 入图所示 的蓝色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和， 形成 P（positive）型半导体。 同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就 会有一个电子变得 非常活跃，形成 N（negative）型半导体。黄色的为磷原子核，红色的 为多余的 电子。如下图。N 型半导体中含有较多的空穴，而 P 型半导体中含有较多的电子，这样，当 P 型和 N 型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是 PN 结。当 P 型和 N 型半导体结合在一起时， 在两种半导体的交界面区域里会形成一 个特殊 的薄层)，界面的 P 型一侧带负电，N 型一侧带正

11、电。这是由于 P 型半导 体多空穴，N 型 半导体多自由电子，出现了浓度差。N 区的电子会扩散到 P 区，P 区的空穴会扩散到 N 区，一旦扩散就形成了一个由 N 指向 P 的“内电场” ，从而 阻止扩散进行。达到平衡后，就形 成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是 PN 结。当晶片受光后，PN 结中，N 型半导体的空穴往 P 型区移动，而 P 型区中的电子往 N 型区移动，从而形成从 N 型区到 P 型区的电流。然后在 PN 结中形成电势差， 这就形成 了电源。 由于半导体不是电的良导体，电子在通过 pn 结后如果在半导体中流动， 电阻 非常大，损耗也就非常大。但如果在上层全部涂上金属，阳

12、光就不能通过， 电流就不能产 生，因此一般用金属网格覆盖 pn 结（如图梳状电极） ，以增加 金属网格覆盖 入射光的 面积。 另外硅表面非常光亮，会反射掉大量的太阳光，不能被电池利用。为此，科 学家们 给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜，将反射损失减小到 5甚至更 小。一个电池所 能提供的电流和电压毕竟有限，于是人们又将很多电池（通常是 36 个）并联或串联起来使 用，形成太阳能光电板。 硅太阳能电池的生产流程 通常的晶体硅太阳能电池是在厚度 350450m 的高质量硅片上制成的， 这 种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。上述方法实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，目前制备多晶硅薄膜电池 多

13、采用化 学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCVD）和等离子增强化学气 相沉积（PECVD）工 艺。此外，液相外延法（LPPE）和溅射沉积法也可用来制备 多晶硅薄膜电池。 化学气相沉 积主要是以 SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4 或 SiH4,为反应气体,在一定 的保护气氛下反应生成 硅原子并沉积在加热的衬底上，衬底材料一般选用 Si、 SiO2、Si3N4 等。但研究发现，在 非硅衬底上很难形成较大的晶粒，并且容易在晶 粒间形成空隙。解决这一问题办法是先用 LPCVD 在衬底上沉积一层较薄的非晶 硅层，再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，然 后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜，

14、因此，再结晶技术无疑是很重要的一个环节，目前采用的技术主要 有固 相结晶法和中区熔再结晶法。多晶硅薄膜电池除采用了再结晶工艺外，另外 采用了几乎所 有制备单晶硅太阳能电池的技术， 这样制得的太阳能电池转换效率 明显提高。纳米晶化学太阳能电池 在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是发展最成熟的， 但由于 成本居高不下， 远不能满足大规模推广应用的要求。为此，人们一直不断在工艺、新材料、 电池 薄膜化等方面进行探索，而这当中新近发展的纳米 TiO2 晶体化学能太阳能电池 受到 国内外科学家的重视。 以染料敏化纳米晶体太阳能电池（DSSCs）为例，这种电池主要包括 镀有透 明导电膜的玻璃基底，染料敏化的

15、半导体材料、对电极以及电解质等几部分。 二） 太阳热能 太阳-热能，热能最大好处可用保温技术来储备能量 储备能量。现代的太阳热能 科技将 储备能量 阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来 收集太 阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例 如 巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。太阳能热水器 1、太阳能热水器装置通常包括太阳能集热器、储水箱、管道及抽水泵其 他部件。另外在 冬天需要热交换器和膨胀槽。太阳能热水器太阳能热 水器热水器中，用于吸收太阳能的部 分称为集热器，使其可以比普通 的“玻璃建筑”构件组合吸收更多，同时散

16、失急剧减 少。热水器中 储存能量的物质是水热容大而易流动，可以高效率地储存能量并 方便地 输送到需要的部位。于是，更多能够有效利用的热能得以在建筑中流淌。更兼最近太阳能集热器已不局限于屋面，墙面、遮阳板、 阳台栏板，都是 可以生根的部位，从而使聚集的有效热能较之前多出 数倍。 其中， 只需很少一部分即可 满足洗浴热水需求， 而大部分热水， 可以通过在一种称为“辐射采暖地板”的系统中循环， 在冬季多晴好天 气的地区为建筑供暖。这种用途，充分消化了建筑太阳能热水系统的 “产 能” ，使太阳热能可以得到比通过前述的被动技术更加高效地利用。 依循环方式太阳能热水 系统可分两种： 2 、 依循环方式太阳能热水系统可分两种 ： 自然循环式 此种型式的储存箱置于收集器上方。水在收集器中接受太阳辐射 的加热，温度上升，造成收集器及储水 箱中水温不同而产生密度差， 因此引起浮力，此一热虹吸现像，促使水在除水箱及收集器 中自然 流动。由与密度差的关系，水流量于收集器的太阳能吸收量成正比。 此种型式因不 需循环水，维护甚为简单，故已被广泛采用。 强制循环式