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1、分析大规模高效率利用太阳能的途径和技术难点目录一、 前言二、 大规模高效效率利用用太阳能能的途径径三、 利用太阳能能的技术术难点四、 国内发展现现状五、 结语前言当电力、煤煤炭、石石油等不不可再生生能源频频频告急急，能源源问题日日益成为为制约国国际社会会经济发发展的瓶瓶颈时，越越来越多多的国家家开始实实行“阳光计计划”，开发发太阳能能资源，寻寻求经济济发展的的新动力力。太阳阳能作为为一种可可再生的的新能源源，越来来越引起起人们的的关注。中国太阳能能利用背背景，中中国蕴藏藏着丰富富的太阳阳能资源源，太阳阳能利用用前景广广阔。目目前，我我国已是是全球太太阳能热热水器生生产量和和使用量量最大的的国家
2、以以及重要要的太阳阳能光伏伏电池生生产国。我我国比较较成熟的的太阳能能产品有有两项：太阳能能光伏发发电系统统和太阳阳热水系系统。大规模高效效率利用用太阳能能的途径径 我们根据据将太阳阳能直接接转化成成能量形形式的不不同，把把太阳能能利用分分为光热热利用、光光电利用用、光化化学利用用。 一、光热热利用。主要包包括太阳阳能热水水器、太太阳灶、太太阳能干干燥器、太太阳能温温室、太太阳房、太太阳能制制冷、太太阳池、太太阳能热热力发电电、太阳阳能热力力机、海海水淡化化、太阳阳能制氢氢等。1、 太阳能热水水器太阳能热水水器把太太阳光能能转化为为热能，将将水从低低温度加加热到高高温度，以以满足人人们在生生活
3、、生生产中的的热水使使用。太太阳能热热水器是是由全玻玻璃真空空集热管管、储水水箱、支支架及相相关附件件组成，把把太阳能能转换成成热能主主要依靠靠玻璃真真空集热热管。集集热管受受阳光照照射面温温度高，集集热管背背阳面温温度低，而而管内水水便产生生温差反反应，利利用热水水上浮冷冷水下沉沉的原理理，使水水产生微微循环而而达到所所需热水水。太阳能热水水器按结结构可分分为焖晒晒式、管管板式、聚聚光式、真真空管式式、热管管式。按按照流体体流动的的方式分分为焖晒晒式、直直流式和和循环式式。2、 太阳灶 太太阳灶利利用太阳阳的辐射射，直接接把太阳阳的辐射射能转换换成人们们炊事使使用的热热能。太太阳灶种种类繁多
4、多，按原原理结构构分为焖焖晒式（箱箱式）、聚聚光式和和热管式式三种。1）、焖晒晒式：它它的工作作方式是是至于太太阳光下下长时间间焖晒，慢慢慢的积积蓄热量量。箱内内温度一一般可达达12001500摄氏度度，适合合于闪蒸蒸食品或或作为医医疗器械械的消毒毒。2）、聚光光式：它它是将较较大面积积的阳光光进行聚聚焦，使使焦点温温度达到到较高的的程度，以以满足炊炊事要求求。3）、热管管式：它它分为两两部分：一是室室外收集集太阳能能的集热热器，二二是热管管。3、太阳能能干燥器器 加热热空气有有两种方方法：一一是直接接加热空空气，二二是间接接加热空空气。目目前国内内外应用用的多为为低温型型干燥器器，它分分为以
5、下下几种：集热器器型干燥燥器、温温室型干干燥器、整整体型干干燥器。4、 太阳能温室室常见的太阳阳能温室室很多，如如玻璃房房和花房房。随着着透明塑塑料和玻玻璃纤维维等新材材料的出出现，太太阳能温温室越来来越多样样化，发发展成为为田园工工厂。温温室的结结构和型型式可分分为以下下几种：屋脊型型棚、拱拱圆形大大棚、大大型塑料料棚、管管架大棚棚。5、 太阳房它是利用太太阳能采采暖和降降温的房房子，可可分为被被动式和和主动式式。当前前主动式式利用成成热门，发发展迅速速，朝着着微排建建筑或是是0排建建筑发展展。6、 太阳能制冷冷目前太阳能能制冷的的方法有有多种，如如压缩式式制冷、蒸蒸汽喷射射式制冷冷、吸收收
6、式制冷冷等。7、太阳池池 太阳阳池是一一种收集集和储蓄蓄太阳能能并作为为热源用用的水池池。通常常利用水水中盐浓浓度成稳稳定状态态而吸收收太阳辐辐射热，并并隔绝热热在底层层水中的的对流损损失。8、 太阳能热力力发电太阳能热力力发电是是利用集集热器把把太阳能能转变成成热能，然然后通过过汽轮机机、发电电机来发发电。按按照太阳阳能采集集方式划划分，太太阳能热热力发电电站主要要有塔式式、槽式式和盘式式三类。1、塔式太太阳能热热发电系系统是在在空旷平平地上建建立高大大的塔，塔塔顶安装装固定一一个接收收器（相相当于锅锅炉），塔塔的周围围安置大大量的定定日镜，将将太阳光光聚集并并反射到到塔顶的的接收器器上产生
7、生高温，接接收器内内生成的的高温蒸蒸汽推动动汽轮机机来发电电。2、槽式太太阳能热热发电系系统是利利用圆柱柱抛物面面的槽式式反射镜镜将太阳阳聚焦到到管状的的接收器器上，并并将管内内传热工工质加热热。槽式式系统商商业化的的典型代代表是位位于美国国加州MMojaave沙沙漠上的的总装机机容量为为3544MW的的9座槽槽式太阳阳能热发发电站，年年发电总总量为88亿kWWh，从从上世纪纪90年年代初开开始并网网运行。3、碟式式太阳能能热发电电系统是是利用旋旋转抛物物面的碟碟式反射射镜将太太阳聚焦焦到一个个焦点。和和槽式一一样，碟碟式系统统的太阳阳能接收收器也不不固定，随随着碟形形反射镜镜跟踪太太阳的运运
8、动而运运动，克克服了塔塔式系统统较大余余弦效应应的损失失问题，光光热转换换效率大大大提高高。和槽槽式不同同的是，碟碟式接收收器将太太阳聚焦焦于旋转转抛物面面的焦点点上，而而槽式接接收器则则将太阳阳聚焦于于圆柱抛抛物面的的焦线上上。9、太阳能能热力机机 太阳阳能热力力机是一一种以太太阳辐射射热作为为动力的的机械。它它的种类类很多，用用途也各各不相同同，有的的直接提提供动力力，有的的作太阳阳泵，也也有作小小型发电电设备，但但是，他他们的基基本原理理不外乎乎郎肯循循环和斯斯特林发发动机。10、海水水淡化地球上的水水资源中中含盐的的海水占占97%，随着着人口的的增加和和工业的的发展，使使城市用用水日趋
9、趋紧张。为为了解决决日益严严重的缺缺水问题题，海水水淡化越越来越受受重视。11、太阳阳能制氢氢太阳能热分分解水制制氢，需需将水或或水蒸气气加热到到30000K以以上，水水中的氢氢和氧便便能分解解。这种种方法制制氢效率率高，但但需要高高倍聚光光器才能能获得如如此高的的温度，一一般不采采用这种种方法制制氢。二、光电利利用。光光电，也也称作光光伏发电电，是利利用太阳阳能电池池半导体体材料的的光伏作作用，将将太阳能能直接转转换为电电能。太阳能光伏伏发电有有独立运运行和并并网运行行两种方方式。独独立运行行的光伏伏发电系系统需要要有蓄电电池作为为储能装装置，主主要适用用于无电电网的边边远地区区和人口口分散
10、地地区，整整个系统统造价相相对较高高；在有有公共电电网的地地区，光光伏发电电系统与与电网连连接并网网运行，省省去蓄电电池，不不仅可以以大幅度度降低造造价，而而且具有有更高的的发电效效率和更更好的环环保性能能。目前，太阳阳能光伏伏发电技技术正在在走向成成熟，是是最具可可持续发发展理想想特征的的可再生生能源技技术之一一。相关关数据显显示，220055年，全全球安装装的太阳阳能光伏伏系统容容量达117000兆瓦；同时，光光伏发电电产业在在最近五五年的年年均增长长速度已已逾300%。太阳光照在在半导体体p-nn结上，形形成新的的空穴-电子对对，在pp-n结结电场的的作用下下，空穴穴由n区区流向pp区，
11、电电子由pp区流向向n区，接接通电路路后就形形成电流流。这就就是光电电效应太太阳能电电池的工工作原理理。现有的太阳阳能电池池中除了了各种硅硅太阳能能电池外外，还有有多元化化合物薄薄膜太阳阳能电池池、聚合物物多层修修饰电极极型太阳阳能电池池、纳米晶晶太阳能能电池等等。（1）硅硅太阳能能电池 硅太阳阳能电池池分为单单晶硅太太阳能电电池、多多晶硅薄薄膜太阳阳能电池池和非晶晶硅薄膜膜太阳能能电池三三种。 单晶晶硅太阳阳能电池池转换效效率最高高，技术术也最为为成熟。在在实验室室里最高高的转换换效率为为23%,规模模生产时时的效率率为155%。在在大规模模应用和和工业生生产中仍仍占据主主导地位位，但由由于
12、单晶晶硅成本本价格高高，大幅幅度降低低其成本本很困难难，为了了节省硅硅材料，发发展了多多晶硅薄薄膜和非非晶硅薄薄膜做为为单晶硅硅太阳能能电池的的替代产产品。 多晶晶硅薄膜膜太阳能能电池与与单晶硅硅比较,成本低低廉，而而效率高高于非晶晶硅薄膜膜电池，其其实验室室最高转转换效率率为188%,工工业规模模生产的的转换效效率为110%。因因此，多多晶硅薄薄膜电池池不久将将会在太太阳能电电地市场场上占据据主导地地位。 非晶晶硅薄膜膜太阳能能电池成成本低重重量轻，转转换效率率较高，便便于大规规模生产产，有极极大的潜潜力。但但受制于于其材料料引发的的光电效效率衰退退效应，稳稳定性不不高，直直接影响响了它的的
13、实际应应用。如如果能进进一步解解决稳定定性问题题及提高高转换率率问题，那那么，非非晶硅大大阳能电电池无疑疑是太阳阳能电池池的主要要发展产产品之一一。 （2）多元化化合物薄薄膜太阳阳能电池池 多元化化合物薄薄膜太阳阳能电池池材料为为无机盐盐，其主主要包括括砷化镓镓IIII-V族族化合物物、硫化化镉、硫硫化镉及及铜锢硒硒薄膜电电池等。 硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。 砷化镓（GaAs）III-V化合物电池的转换效率可达28%，GaAs化合物
14、材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率,抗辐照能力强,对热不敏感，适合于制造高效单结电池。但是GaAs材料的价格不菲,因而在很大程度上限制了用GaAs电池的普及。 铜铟硒薄膜电池（简称CIS）适合光电转换，不存在光致衰退问题，转换效率和多晶硅一样。具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。 （3）聚合物多层修饰电极型太阳能电池 以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，从而对大规模
15、利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。 （4）纳米晶太阳能电池 纳米TiO2晶体化学能太阳能电池是新近发展的，优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/51/10寿命能达到2O年以上。三、光化学学利用。主要利利用植物物的光合合作用，将将太阳能能转化微微生物质质能，这这里不再再做详细细介绍。利用太阳能能的技术术难点太阳能主要要缺点：一是能能流密度度低；二二是其强强度受季季节、地地点、气气候等各各种因素素的影响响，因此此不能维维持常量量，上述述两个缺缺点限制制了太阳阳能的有有效利用用。针对光热利利用，主主要的技技术难点点在于如如何高效效率的集集热。如如何更好好收集太太阳辐射射能，设设计更好好的集热热设备有有待人们们进一步步开发探探索。而而对于太太阳能热热力发电电，上述述几种太太阳能热热发电技技术，除除碟式发发电系统统外，都都属于大大规模发发电系统统，只有有建设几几十到几几百兆瓦瓦级的发发电站，成成本才可可能降下下来。太太阳能塔塔热气流流发电和和太阳池池发电占占地面积积大，利利用效率率只有11%
