太陽能 利用PPT課件

.,1,太陽能利用,太陽能的利用形式太陽熱能發(fā)電技術太陽能電池,.,2,能源危機,世紀年代以后，由于石油危機的爆發(fā)，對世界經濟造成巨大影響，國際輿論開始關注起世界“能源危機”問題。許多人甚至預言：世界石油資源將要枯竭，能源危機將是不可避免的。如果不作出重大努力去利用和開發(fā)各種能源資源，那么人類在不久的未來將會面臨能源短缺的嚴重問題。,.,3,世界能源的主要來源,.,4,20世紀非洲，美洲，歐洲，中東的石油儲量和年平均消耗量,請估算各地區(qū)石油可以使用多少年？,43年,22.5年,25.7年,100年,.,5,石油40年,天然氣61年,煤碳227年,化石能源是不可再生能源，科學家估計使用年限,.,6,能源危機,.,7,能源危機給人類社會帶來的影響是我們難以承受的，而且隨著現代的高速發(fā)展，人類對能源的需求量越來越大。因此，開發(fā)和利用清潔，高效的新能源已成為人類共同關注的重大課題！,討論,同學們知道哪些新能源呢？,.,8,風能,生物質能,太陽能,氫能,.,9,波浪能,地熱能,.,10,在新能源中，太陽能，生物質能，氫能和風能，海洋能，地熱能等都是可以再生能源。,其中太陽能是最誘人的,.,11,太陽能的利用,1.太陽能是地球上最基本的能源,.,12,太陽是一個巨大、久遠、無盡的能源。盡管太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量（約為3.751026W）的22億分之一，但已高達173,000TW，也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當于500萬噸煤。根據地球上的能流圖可以看出，地球上的風能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質能以及部分潮汐能都是來源于太陽；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然氣等）從根本上說也是遠古以來貯存下來的太陽能，所以廣義的太陽能所包括的范圍非常大，狹義的太陽能則限于太陽輻射能的光熱、光電和光化學的直接轉換。,.,13,地球上的能流圖（單位106MW）,.,14,討論：大家知道日常生活中有哪些利用太陽能的實例？,太陽能光熱轉換技術的產品最多。如熱水器、開水器、干燥器、采暖和制冷、溫室與太陽房、太陽灶和高溫爐、海水淡化裝置、水泵、熱力發(fā)電裝置及太陽能醫(yī)療器具。太陽能電池的應用范圍很廣。例如人造衛(wèi)星、無人氣象站、通訊站、電視中繼站、太陽鐘、電圍桿、航標燈、鐵路信號燈。,.,15,1、光熱能轉換,原理：利用太陽輻射加熱物體而獲得熱能,應用：太陽能熱水器反射式太陽灶高溫太陽爐地膜、大棚、溫室,二、太陽能的利用方式,.,16,光能熱能,太陽爐,太陽灶,熱水器,大棚,.,17,太陽能應用的例子,太陽能熱水器,.,18,太陽能集熱器原理,收集太陽輻射能，並轉換成熱能（熱水、熱空氣）輸出,太陽輻射能,集熱器,熱能輸出,工作流體輸入,.,19,太陽能集熱器的種類,低、中溫應用儲置式太陽能集熱器金屬平板集熱器（板管式、鰭管式）非金屬平板集熱器（高分子材質）真空管集熱器（全玻璃式、銅管/鰭片式）真空管熱管集熱器高溫應用聚焦式集熱器集中塔式(集熱器反射器)拋物線槽體碟型,.,20,太陽能熱水系統(tǒng)家用系統(tǒng),利用熱虹吸原理,冷水補充,輔助電熱器,熱水供應,.,21,平板集熱器的結構,玻璃面蓋(透明材質)：高強度、低反射率、高透射率。單層或多層低鐵玻璃太陽能安全玻璃合成透明板或薄膜(PE,Teflon)吸熱板(黑色材質)：高吸熱性材質，製程-烤漆、電鍍或鍍選擇性吸收膜(高吸收率、低放射率)。金屬(銅、鋁、鋼)合成材料(PP,PE,EPDM)外框：鋁、鍍鋅鋼板、合成材料、木材保溫材：玻璃棉、礦物棉、聚氨酯(PUR)熱媒：水、空氣,.,22,.,23,金屬平板集熱器,板管式、管式,.,24,真空管集熱器,（銅管/片式）,.,25,真空管集熱器,全玻璃式,.,26,其他元件,儲水槽：分內外桶，隔層充滿保溫材料，如：PU發(fā)泡、保麗龍；國內水壓低。輔助加熱器：家用型多使用電熱棒，放置於最後一個桶或另外一個獨立小桶內，亦可用瓦斯。大型系統(tǒng)則用鍋爐，燒重油或用電力。需另裝定時器與溫控裝置。管路：小系統(tǒng)常用銅管與PB管。中大型系統(tǒng)常用鍍鋅鋼管或不銹鋼管。熱水管皆越短越好，一定要有保溫外覆材。其它：循環(huán)泵、溫差控制器和水垢防制裝置。,.,27,太陽能熱水系統(tǒng)的應用架構,依循環(huán)系統(tǒng)分類自然循環(huán)式系統(tǒng)強制循環(huán)式系統(tǒng),自然循環(huán)式系統(tǒng),強制循環(huán)式系統(tǒng),.,28,太陽能熱水系統(tǒng)的應用架構,依工作流體之加熱循環(huán)形式直接循環(huán)加熱間接循環(huán)加熱,直接循環(huán)加熱,間接循環(huán)加熱,.,29,太陽能集熱器原理,提高效能之基本作法：如何提高吸熱能力吸熱板導熱特性（熱傳導材質）選擇性吸收膜（熱輻射吸收率）面蓋光學性質（透射率、折射度）管路導熱特性（熱傳導、熱對流、材質、接合）,.,30,太陽能熱水器安裝實例,安裝注意事項：集熱板之方位角及傾斜角、無遮蔭、水質狀況、熱水管保溫、輔助加熱器。保養(yǎng)注意事項：板面清洗、黃水排放、定溫定時輔助加熱、注意漏水。,.,31,太陽能熱水器之優(yōu)點,具有以下特色節(jié)能再生(綠色)能源，可減少化石燃料能源使用環(huán)保可抑制溫室氣體二氧化碳產生及環(huán)境污染安全無爆炸災害貨瓦斯中毒等潛在危險經濟效益使用壽命在十年以上，甚至可達二十年可節(jié)省可觀的電費支出,.,32,2、光電轉換,原理：根據光電效應，利用太陽能直接轉化為電能,應用：為無電場所提供電池，包括移動電源和備用電源、太陽能日用電子產品,.,33,光能電能,.,34,太陽能發(fā)電,.,35,美國軍用太陽能發(fā)電帳篷,.,36,利用太陽能的電燈,.,37,利用太陽能的任天堂Wii游戲平臺,.,38,SolarJKT是全球首款豪華茄克系列，可利用太陽能為移動電話、iPod或手提通訊裝置充電。安裝在氯丁橡膠衣領下的太陽能電池可直接將太陽光轉化為持續(xù)的可再生能源。而電子織物線可將電能分配到充電電池，或直接為您的移動電話或其它裝置供電。電池將隱藏在茄克內襯或置于獨立氯丁橡膠容器中，僅需4至5小時日照即可完全將電池充滿。茄克中的電池元件和太陽能面板衣領均可拆卸，因此即使不穿茄克，也可作為獨立裝置實現充電功能。,.,39,西藏那曲縣古露鎮(zhèn)牧民在利用太陽能光伏發(fā)電。,.,40,沙漠中的一個太陽能電廠,.,41,3、光化學能轉化,應用：選擇芒硝晶體(十水合硫酸鈉晶體)白天吸收熱量溶解,晚上放出熱量結晶.相變儲能材料,.,42,原理:光能熱能化學能,.,43,5、光生物質能轉換,原理：通過地球上眾多植物的光合作用，將太陽輻射轉化為生物質能,原理:光能化學能,.,44,(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6,淀粉、纖維素,葡萄糖,.,45,西藏普蘭縣農民歐珠在海拔3800多米的太陽能溫室種出新鮮的瓜果。,.,46,太陽能的利用,3.太陽能的利用方式,光能化學能,光能熱能,光能電能,光能生物質能,.,47,.,48,太陽熱能發(fā)電技術,太陽熱能發(fā)電原理不同於太陽能光電系統(tǒng)(Photovoltic)，太陽熱能發(fā)電主要為收集熱能加熱工作流體，再利用高潛能的流體驅動發(fā)電機。太陽熱能發(fā)電系統(tǒng)通常由集熱器以及發(fā)電機組成。集熱器發(fā)電用集熱器通常為集中式的集熱板，並搭配追日系統(tǒng)，其角度會隨著太陽移動而跟著改變。發(fā)電機熱能發(fā)電通常使用工作流體帶動的發(fā)電機，如利用蒸氣驅動渦輪發(fā)電機等。,.,49,太陽熱能發(fā)電技術,ParabolicTrough,ParabolicDish,大面積單槽式太陽能追蹤集光板發(fā)電系統(tǒng)，使熱傳導液受熱汽化，通常搭配蒸汽渦輪發(fā)電機。,碟型太陽能追蹤集光板發(fā)電系統(tǒng)，為目前發(fā)電效率最高的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，可搭配史特靈引擎。,.,50,太陽熱能發(fā)電技術,SolarTower,SolarChimney,塔式太陽熱能發(fā)電系統(tǒng)，利用獨立追日定鏡群，將陽光聚集於塔頂接收器，產生高溫氣體驅動發(fā)電機。,煙囪式太陽熱能發(fā)電系統(tǒng)，利用大面積的玻璃製造類似溫室效應產生高熱氣體，進入煙囪成為一股上升氣流，推動渦爐發(fā)電機。,.,51,太陽熱能發(fā)電技術,.,52,熱能驅動製冷技術(太陽能空調),優(yōu)點環(huán)境溫度越熱時越需要空調，製冷能力也越強降低室內溫度及環(huán)境溫度，減緩熱島效應臺灣太陽能製冷技術發(fā)展狀況主要有吸收式、吸附式、噴射式三種技術工研院已完成製冷供熱雙功能固體吸附式技術示範系統(tǒng)臺大新能源中心開發(fā)無機械動力噴射式製冷機可搭配太陽能集熱器進行製冷與供熱,.,53,工研院開發(fā)固體吸附式製冷系統(tǒng),.,54,太陽能電池,1、地球每天接收的太陽能，相當于整個世界一年所消耗的總能量的200倍。太陽每秒發(fā)出的能量就大約相當于1.3億億噸標準煤完全燃燒時所釋放出的全部熱量。2、包括風能、海洋能等，都是太陽能的子孫、都是太陽能轉換而成。3、太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生清潔能源。,.,55,太陽能電池的發(fā)展歷史,1954年世界第一塊實用化太陽能電池在美國貝爾實驗室問世，幷首先應用于空間技術。當時太陽能電池的轉換效率為8。1973年世界爆發(fā)石油危機，從此之后，人們普遍對于太陽能電池關注。隨著世界能源短缺和環(huán)境污染等問題日趨嚴重，太陽能電池的清潔性、安全性、長壽命，免維護以及資源可再生性等優(yōu)點更加顯現。一些發(fā)達國家制定了一系列鼓舞光伏發(fā)電的優(yōu)惠政策，幷實施龐大的光伏工程計劃，為太陽能電池產業(yè)創(chuàng)造了良好的發(fā)展機遇和巨大的市場空間。,.,56,世界太陽能電池發(fā)展的主要節(jié)點1954美國貝爾實驗室發(fā)明單晶硅太陽能電池，效率為61955第一個光伏航標燈問世，美國RCA發(fā)明GaAs太陽能電池1958太陽能電池首次裝備于美國先鋒1號衛(wèi)星，轉換效率為8。1959第一個單晶硅太陽能電池問世。1960太陽能電池首次實現并網運行。1974突破反射絨面技術，硅太陽能電池效率達到18。1975非晶硅及帶硅太陽能電池問世,.,57,1978美國建成100KW光伏電站1980單晶硅太陽能電池效率達到20多晶硅為14.5，GaAs為22.51986美國建成6.5KW光伏電站1990德國提出“2000光伏屋頂計劃”1995高效聚光GaAs太陽能電池問世，效率達32。1997美國提出“克林頓總統(tǒng)百萬太陽能屋頂計劃，日本提出“新陽光計劃”1998單晶硅太陽能電池效率達到24.7，荷蘭提出“百萬光伏屋頂計劃”2000世界太陽能電池總產量達287MW，歐洲計劃2010年生產60億瓦光伏電池,.,58,太陽能電池定義和分類,太陽能電池，又稱光伏器件，是一種利用光生伏特效應把光能轉變?yōu)殡娔艿钠骷Ｋ翘柲芄夥l(fā)電的基礎和核心。,.,59,1、太陽光能轉換成電能的裝置，采用半導體產生PN結來獲得電位。2、太陽能電池是物理電池之一。,.,60,太陽能電池發(fā)電的原理主要是半導體的光電效應，一般的半導體主要結構：圖中，正電荷表示硅原子，負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。,.,61,當硅晶體中摻入其他的雜質，如硼、磷等，當摻入硼時，硅晶體中就會存在著一個空穴，當晶片受光后，PN結中，N型半導體的空穴往P型區(qū)移動，而P型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動，從而形成從N型區(qū)到P型區(qū)的電流。然后在PN結中形成電勢差，這就形成了電源。,.,62,利用太陽光直接發(fā)電。此類的薄片只要照到光，短時間內便可輸出電壓及電流。太陽能電池的主要物料是半導體，半導體可以導電，但它們的電阻遠比導體(例如金屬)為高。在半導體工業(yè)中常用的半導體有硅和鍺。半導體的電阻值隨溫度改變，極少量雜質原子的存在亦會對它們的電阻值有很大的影響?？茖W家可以在半導體內加入不同種類和數量的雜質原子，以控制半導體的各種特性。,.,63,.,64,.,65,太陽能電池發(fā)電原理,.,66,.,67,.,68,太陽能電池的分類,1、硅系太陽能電池2、多元化合物薄膜太陽能電池3、聚合物多層修飾電極型電池4、納米晶化學太陽能電池,據所用材料分,砷化鎵III-V化合物硫化鎘銅銦硒,單晶硅太陽能電池多晶硅薄膜太陽能電池非晶硅薄膜太陽能電池,.,69,太陽能電池對材料的要求,半導體材料的禁帶不能太寬要有較高的光電轉換效率材料本身對環(huán)境不造成污染材料便于工業(yè)化生產且材料性能穩(wěn)定,.,70,太陽能電池的生產工藝,導電玻璃膜切割清洗檢測鍍鋁電極沉積PN結老化檢測封裝成品檢測,.,71,各類太陽能電池的比較,.,72,.,73,太陽能電池發(fā)電的應用,優(yōu)點：屬于可再生能源，不必擔心能源枯竭太陽能本身并不會給地球增加熱負荷運行過程中低污染、平穩(wěn)無噪音發(fā)電裝置需要極少的維護,壽命可達20年所產生的電力既可供家庭單獨使用也可并入電網用途廣泛,.,74,缺點：受地域及天氣影響較大由于太陽能分散、密度低，發(fā)電裝置會占去較大的面積光電轉化效率低致使發(fā)電成本較傳統(tǒng)方式偏高,.,75,.,76,用戶太陽能電源1.小型電源10-100W不等，用于邊遠無電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機等太陽能電源太陽能逆變器,.,77,2.3-5KW家庭屋頂并網發(fā)電系統(tǒng)；,.,78,.,79,3.光伏水泵：解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉,.,80,交通領域如航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標志燈、路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。,.,81,通訊/通信領域太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng)；農村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機、士兵GPS供電等。,.,82,石油、海洋、氣象領域石油管道和水庫閘門陰極保護太陽能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺生活及應急電源、海洋檢測設備、氣象/水文觀測設備等風云三號氣象衛(wèi)星的太陽能電池,.,83,海洋氣象監(jiān)測標,.,84,家庭燈具電源如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。,.,85,.,86,光伏電站1