太陽(yáng)能利用技術(shù)論文利用技術(shù)論文

1、太陽(yáng)能利用技術(shù)論文利用技術(shù)論文太陽(yáng)能利用技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)摘要：本文根據(jù)太陽(yáng)能分散型資源特征，論述了太陽(yáng)能的三種利用方式及幾種利用技術(shù)，以分布式能源體系的戰(zhàn)略視角審視太陽(yáng)能利用的發(fā)展趨勢(shì)與前景，認(rèn)集光伏和太陽(yáng)低溫?zé)崂糜谝惑w的太陽(yáng)能建筑將是太陽(yáng)能利用發(fā)展的主流趨勢(shì),并指出光伏屋頂有可能成為未就地的分布式能源系統(tǒng)的主要成分之一。文章強(qiáng)調(diào)各國(guó)政府現(xiàn)行的政策支持,對(duì)啟動(dòng)和擴(kuò)大太陽(yáng)能市場(chǎng)使之未來(lái)能與化石能源競(jìng)爭(zhēng),將發(fā)揮極為重要的作用。關(guān)鍵詞：分布式能源太陽(yáng)集熱器光伏組件太陽(yáng)能建筑激勵(lì)政策引言太陽(yáng)能是一種沒(méi)有污染、取之不盡、用之不竭的潔凈能源,隨著太陽(yáng)能熱技術(shù)的日趨成熟,太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)和利用正在融入人們的生

2、產(chǎn)、生活之中。討論太陽(yáng)能利用技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì),無(wú)論對(duì)于太陽(yáng)能利用的理論研究還是對(duì)太陽(yáng)能利用的實(shí)踐研究都具有重要的意義。一、太陽(yáng)能的利用太陽(yáng)能利用主要包括光-熱轉(zhuǎn)換、光-電轉(zhuǎn)換和光-化學(xué)轉(zhuǎn)換三種方式。1.光-熱轉(zhuǎn)換光-熱轉(zhuǎn)換就是通過(guò)太陽(yáng)光加熱水箱中的水以備利用,這是光熱轉(zhuǎn)換最常見(jiàn)的、最基本的形式1，太陽(yáng)能熱利用的本質(zhì)在于將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為熱能。太陽(yáng)集熱器主要包括平板集熱器和聚光集熱器,平板集熱器是一種不聚光的集熱器,它吸收太陽(yáng)輻射的面積與采集太陽(yáng)輻射的面積相等,它主要用于太陽(yáng)能熱水、采暖和制冷等方面的應(yīng)用;平板集熱器提供的溫度一般來(lái)說(shuō)比較低,這就限制了它的使用范圍。為了在較高溫度條件下利用太陽(yáng)能

3、,聚光式集熱器就應(yīng)運(yùn)而生,它可將太陽(yáng)光聚集在比較小的吸熱面上,散熱損失少,吸熱效率高,可以達(dá)到較高的溫度。它還有利用廉價(jià)反射器代替昂貴集熱器以降低造價(jià)的優(yōu)點(diǎn)。1.1太陽(yáng)能熱水器太陽(yáng)能熱水器也稱(chēng)太陽(yáng)熱水裝置或太陽(yáng)熱水系統(tǒng)。太陽(yáng)能熱水器的關(guān)鍵技術(shù)在于集熱(集熱器)和保溫(貯熱水箱)。為了提高集熱器的性能,各研究所和廠家都積極依附先進(jìn)技術(shù)開(kāi)發(fā)新型集熱器、加工工藝以及應(yīng)用于集熱器上的吸收和透過(guò)涂料等。如:(1)西安交通大學(xué)對(duì)窄縫高真空平面玻璃用于太陽(yáng)能集熱器蓋板的實(shí)驗(yàn)研究2;(2)新加坡國(guó)立大學(xué)機(jī)械工程系的研究人員完成了以溫度為材料和冷劑特性變量的平板集熱器;(3)慕尼黑大學(xué)Scholkopt采用e-

4、Beam電子束蒸發(fā)的方法在金屬條帶上連續(xù)沉積TiNO選擇性吸收涂層;美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)R.Raman等人介紹了利用高分子聚碳酸酯材料應(yīng)用于集熱器蓋板;(5)美國(guó)雷諾金屬制品公司正在研究鋁板間的流道內(nèi)存熱聚酯薄膜防腐新工藝,可使吸熱板芯的成本降低1/43。此外還出現(xiàn)了蜂窩熱管平板式太陽(yáng)能集熱器;帶透明蜂窩蓋板和輔助反射面的整體式太陽(yáng)能集熱器4;采用減反射低鐵玻璃生產(chǎn)高性能的平板集熱器;北京市太陽(yáng)能研究所研制了不銹鋼氮化物和不銹鋼碳化物耐氣候性涂層;將透明隔熱材料應(yīng)用于集熱器的蓋板與吸熱間的隔層,以減少熱量損失的技術(shù)等5;貯熱水箱的保溫材料一般為用一氟三氯甲烷發(fā)泡劑制備硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料,目前對(duì)其材

5、料組成及工藝的研究取得了很大成就。但由于F-11對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重,現(xiàn)在對(duì)F-11替代物的研究很多，替代F-11的主要有141b、環(huán)戊烷、CO2等6。1.2太陽(yáng)能空調(diào)制冷技術(shù)太陽(yáng)能空調(diào)系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能集熱裝置、熱驅(qū)動(dòng)制冷裝置和輔助熱源組成。其工作方式主要有2類(lèi):先實(shí)現(xiàn)光一電轉(zhuǎn)換，再用電力驅(qū)動(dòng)常規(guī)壓縮式制冷機(jī)進(jìn)行制冷這種方式原理簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)但成本高。利用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換的熱能驅(qū)動(dòng)進(jìn)行制冷這種制冷方式技術(shù)要求高,但成本低、無(wú)噪音、無(wú)污染。目前,可以將目前的研究熱點(diǎn)分為4類(lèi):太陽(yáng)能壓縮式制冷與空調(diào)技術(shù)、太陽(yáng)能吸收式制冷與空調(diào)技術(shù)、太陽(yáng)能吸附式制冷與空調(diào)技術(shù)、太陽(yáng)能?chē)娚涫街评渑c空調(diào)技術(shù)。其中太陽(yáng)能吸附式制冷與

6、空調(diào)技術(shù)的研究最接近于實(shí)用化,而且已經(jīng)有了很多成功的實(shí)例。除了以上4類(lèi)主流研究外,目前還出現(xiàn)了一些新型的太陽(yáng)能制冷與空調(diào)系統(tǒng):(1)吸附、吸收與蒸汽噴射之間的混合系統(tǒng),它在吸收循環(huán)基礎(chǔ)上,增加吸附器和氣、液噴射器,打破了吸收循環(huán)的制約關(guān)系,使發(fā)生器濃度和吸收器濃度成為2個(gè)可以選擇的參量。此系統(tǒng)既保持單效吸收式制冷系統(tǒng)流程簡(jiǎn)單的特點(diǎn),又彌補(bǔ)了噴射式制冷效率低的缺點(diǎn),同時(shí)還利用了吸附制冷和噴射制冷對(duì)太陽(yáng)能需求的時(shí)間差而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的連續(xù)制冷,并且對(duì)吸附熱的有效回收和制冷系數(shù)的提高有一定作用7。(2)太陽(yáng)能毛細(xì)驅(qū)動(dòng)噴射式空調(diào)器,即太陽(yáng)能集熱器獲得的熱水通過(guò)發(fā)生器傳熱給液體工質(zhì),工質(zhì)吸熱后形成高壓蒸汽,通

7、過(guò)噴射器中的噴嘴成為高速氣流,吸引來(lái)自蒸發(fā)段的蒸汽,混合后經(jīng)過(guò)擴(kuò)壓到冷凝器,冷凝液一部分通過(guò)毛細(xì)作用流向發(fā)生器,一部分通過(guò)節(jié)流閥到蒸發(fā)器,工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)吸熱達(dá)到制冷效果8。(3)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的1.X級(jí)溴化鋰吸收式循環(huán)制冷系統(tǒng),采用真空管太陽(yáng)能集熱器和無(wú)泵型1.X級(jí)溴化鋰吸收式制冷機(jī)相結(jié)合的技術(shù)得到了比單效、雙效循環(huán)更優(yōu)越的性能9。2.光-電轉(zhuǎn)換在光照條件下,半導(dǎo)體p-n結(jié)的兩端產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象稱(chēng)為光生伏特效應(yīng)。其過(guò)程是半導(dǎo)體吸收光子后,產(chǎn)生了附加的電子和空穴,這些自由載流子在半導(dǎo)體內(nèi)的局部電場(chǎng)作用下,各自運(yùn)動(dòng)到界面層兩側(cè)積累起來(lái),形成凈空間電荷而產(chǎn)生電位差。光生伏特效應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用導(dǎo)致太陽(yáng)能電

8、池的出現(xiàn),太陽(yáng)能電池應(yīng)用范圍和規(guī)模近來(lái)都得到了較大的發(fā)展10。太陽(yáng)能電池產(chǎn)生電力與火力、水力、風(fēng)力、核能等的發(fā)電原理存在著本質(zhì)的差別,其工作原理主要基于“光生伏打效應(yīng)”,這種效應(yīng)在固體、液體和氣體中均可產(chǎn)生。半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池按材料分類(lèi)可分為單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)能電池、非晶硅太陽(yáng)能電池、化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池和有機(jī)半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池等11。3.光-化學(xué)轉(zhuǎn)換光-化學(xué)轉(zhuǎn)換尚處于研究開(kāi)發(fā)階段,這種轉(zhuǎn)換技術(shù)包括半導(dǎo)體電極產(chǎn)生電而電解水產(chǎn)生氫,利用氫氧化鈣或金屬氫化物熱分解儲(chǔ)能等形式。太陽(yáng)能制氫問(wèn)題解決了,才能有真正意義上的氫能利用(包括燃料電池),這將引起時(shí)代的變革。二、5個(gè)改變太陽(yáng)能利用的技術(shù)1

9、. 后接點(diǎn)的硅光電電池板這種獨(dú)特的高效太陽(yáng)能電池板由硅谷企業(yè)SunPowe公司制造，SunPower公司的太陽(yáng)能硅光電電池實(shí)現(xiàn)了高達(dá)23.4%的轉(zhuǎn)換效率一創(chuàng)了大型批量生產(chǎn)電池的效率記錄。SunPower公司采用了所謂的“后接點(diǎn)”設(shè)計(jì)，這意味著所有電子接觸點(diǎn)都在電池背面，這樣為暴露在陽(yáng)光下的電池正面留出了更大的空間。這樣的設(shè)計(jì)一向以來(lái)比較高效，但是直到最近幾年生產(chǎn)成本才具備競(jìng)爭(zhēng)力。這種后接點(diǎn)光電電池板設(shè)計(jì)由斯坦福大學(xué)在20世紀(jì)80年代初開(kāi)發(fā)出來(lái)。該公司擁有令人自豪的太陽(yáng)能光電電池板，比傳統(tǒng)晶體硅電池板效率高50%以上。2. 微型轉(zhuǎn)換器對(duì)于在屋頂上安裝太陽(yáng)能光電電池板來(lái)說(shuō)，會(huì)碰到一個(gè)非?；镜碾姎?/p>

10、工程問(wèn)題：太陽(yáng)能電池板只能產(chǎn)生直流電，而我們使用的電器插口則要求交流電。解決辦法是安裝一種叫做“微型轉(zhuǎn)換器”的新型小型裝置。這種微型轉(zhuǎn)換器直接同每個(gè)太陽(yáng)能電池板相連，使得每個(gè)電池板產(chǎn)生交流電，而非直流電。它們還能夠同無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)相連，這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每塊電池板工作狀況的跟蹤監(jiān)控?！斑@種轉(zhuǎn)換器和監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)合將推動(dòng)大量與電網(wǎng)相連的太陽(yáng)能項(xiàng)目，”SmartSpark能源公司說(shuō)，SmartSpark公司是眾多趕著發(fā)布微型轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)公司中的一家。3.聚焦型光電太陽(yáng)能電池板大部分大型太陽(yáng)能公司在公開(kāi)技術(shù)開(kāi)發(fā)費(fèi)用的具體數(shù)字時(shí)都非常謹(jǐn)慎主要是由于同其他選擇相比（例如燃燒煤炭），太陽(yáng)能還太昂貴。所以當(dāng)Sunrg

11、i公司信心十足地預(yù)測(cè)他們所生產(chǎn)的XCPV（極限聚焦光電）太陽(yáng)能電池板很快能夠以每千瓦小時(shí)僅僅0.05美元的成本進(jìn)行發(fā)電時(shí)，就非常惹人注目了成本如此低廉，同傳統(tǒng)電能源相比具有足夠的競(jìng)爭(zhēng)力。Sunrgi公司技術(shù)的關(guān)鍵是：使用鏡頭聚集射入的太陽(yáng)光，使其放大1600倍，就像小孩子使用放大鏡烤螞蟻那樣。這樣制造太陽(yáng)能電池所需的昂貴的半導(dǎo)體原料用量較少，使得Sunrgi公司能夠節(jié)約成本的同時(shí)從系統(tǒng)中獲得等量的能量?，F(xiàn)在記錄達(dá)到40.8%,由（美國(guó)）國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室使用相當(dāng)于326個(gè)太陽(yáng)光能量的聚焦光在今年8月份創(chuàng)造。其他一些公司也正競(jìng)相研究如何將聚焦光電太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)化為市場(chǎng)產(chǎn)品。Emcore,家在新

12、墨西哥州的公司，他們的太陽(yáng)能電池已經(jīng)在外太空打破了效率記錄，該公司宣稱(chēng)他們生產(chǎn)的“倒置變形多結(jié)”太陽(yáng)能電池，在結(jié)合使用聚焦鏡頭和鏡面時(shí)，效率可以達(dá)到45%。另一家名叫Solaria的公司設(shè)計(jì)出了如何在盡量少地使用硅的前提下獲得最大量的太陽(yáng)光。4. CIGS薄膜電池板阻礙太陽(yáng)能發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素就是硅的價(jià)格問(wèn)題：長(zhǎng)期的短缺造成硅的價(jià)格比從前暴漲了10倍經(jīng)濟(jì)危機(jī)也止不住它。其他可能替代光電太陽(yáng)能電池板中硅的半導(dǎo)體也非常昂貴，但是因?yàn)槭褂盟鼈兛梢圆捎谩氨∧ぁ狈绞?，所以制造電池所需的材料就大大減少了。如果采用碲化鎘制造光電電池板，可以在2009年將生產(chǎn)能力提升至超過(guò)10億瓦太陽(yáng)能組件。然而這種技術(shù)并非

13、完美：太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化效率只有約10%，而且鎘也是一種危險(xiǎn)材料，在處理碲化鎘板時(shí)會(huì)產(chǎn)生更多的復(fù)雜因素。5. 太陽(yáng)熱能儲(chǔ)存所有關(guān)于太陽(yáng)能的討論最終都將面臨一個(gè)顯而易見(jiàn)的問(wèn)題：太陽(yáng)下山了怎么辦？由于電池的有限容量和高額成本，答案并不容易找到。Andasol一號(hào)工廠將成為第一家商業(yè)利用太陽(yáng)能并且具備熱能儲(chǔ)存能力的工廠，他們?cè)谔?yáng)下山或者躲在云層背后時(shí)還能持續(xù)工作約7.5個(gè)小時(shí)。這代表著不是僅僅在陽(yáng)光明媚的時(shí)候?qū)㈦娔茌斎腚娋W(wǎng)，我們還能選擇保存能源進(jìn)而在能源需求高峰期時(shí)（價(jià)格最貴的時(shí)候）使用。Andasol工廠依賴(lài)“聚焦太陽(yáng)熱能”技術(shù)，而不是更普遍的光電太陽(yáng)能電池板。采用一排排巨大的曲面鏡在液體上聚焦太陽(yáng)光

14、，加熱至超過(guò)750華氏度，沸騰的液體驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)。儲(chǔ)存能量?jī)H需要相當(dāng)于一個(gè)巨大的保溫瓶的設(shè)備來(lái)保存加熱的液體，直至需要蒸汽的時(shí)候。三、太陽(yáng)能利用技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在世界范圍內(nèi)的實(shí)施,太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用將被推到新的高度。至本世紀(jì)中葉,世界范圍內(nèi)的能源問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題的最終解決將依靠可再生潔凈能源特別是太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用。1. 提高太陽(yáng)能熱利用效率有望獲得突破目前,世界范圍內(nèi)許多國(guó)家都在進(jìn)行新型高效集熱器的研制,一些特殊材料也開(kāi)始應(yīng)用于太陽(yáng)能的儲(chǔ)熱,利用相變材料儲(chǔ)存熱能就是其中之一。相變貯能就是利用太陽(yáng)能或低峰谷電能加熱相變物質(zhì),使其吸收能量發(fā)生相變（如從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)）,把太陽(yáng)能貯存起

15、來(lái)。在沒(méi)有太陽(yáng)的時(shí)間里,又從液態(tài)回復(fù)到固態(tài),并釋放出熱能,相變貯能是針對(duì)物質(zhì)的潛熱貯存提出來(lái)的,對(duì)于溫度波動(dòng)小的采暖循環(huán)過(guò)程,相變貯能非常高效。而開(kāi)發(fā)更為高效的相變材料將會(huì)成為未來(lái)提高太陽(yáng)能熱利用效率研究的重要課題。2. 太陽(yáng)能建筑將得到普及太陽(yáng)能建筑集成已成為國(guó)際新的技術(shù)領(lǐng)域?qū)⒂袩o(wú)限廣闊的前景。太陽(yáng)能建筑不僅要求有高性能的太陽(yáng)能部件,同時(shí)要求高效的功能材料和專(zhuān)用部件。如隔熱材料、透光材料、儲(chǔ)能材料、智能窗（變色玻璃）、透明隔熱材料等,這些都是未來(lái)技術(shù)開(kāi)發(fā)的內(nèi)容。3. 新型太陽(yáng)能電池開(kāi)發(fā)技術(shù)可望獲得重大突破光伏技術(shù)的發(fā)展,近期將以高效晶體硅電池為主,然后逐步過(guò)渡到薄膜太陽(yáng)能電池和各種新型太陽(yáng)能

16、光電池的發(fā)展。薄膜太陽(yáng)能電池以及各種新硅太陽(yáng)能電池具有生產(chǎn)材料廉價(jià)、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn),隨著研發(fā)投人的加大,必將促使其中二種獲得突破,只要有新型電池取得突破,就會(huì)使光電池局面得到極大的改善。4. 太陽(yáng)能光電制氫產(chǎn)業(yè)將得到大力發(fā)展隨著光電化學(xué)及光伏技術(shù)和各種半導(dǎo)體電極試驗(yàn)的發(fā)展,使得太陽(yáng)能制氫成為氫能產(chǎn)業(yè)的最佳選擇。氫能具有重量輕、熱值高、爆發(fā)力強(qiáng)、品質(zhì)純凈、貯存便捷等許多優(yōu)點(diǎn)。隨著太陽(yáng)能制氫技術(shù)的發(fā)展,用氫能取代碳?xì)浠_(tái)物能源將是本世紀(jì)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。5. 空間太陽(yáng)能電站顯示出良好的發(fā)展前景隨著人類(lèi)航天技術(shù)以及微波輸電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,空間太陽(yáng)能電站的設(shè)想可望得到實(shí)現(xiàn)由于空間太陽(yáng)能電站不受天

17、氣、氣候條件的制約其發(fā)展顯示出美好的前景,是人類(lèi)大規(guī)模利用太陽(yáng)能的另一條有效途徑12。四、結(jié)論進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),世界各國(guó)都十分重視太陽(yáng)能利用技術(shù)的開(kāi)發(fā),而我國(guó)由于得天獨(dú)厚的地理位置而具有豐富的太陽(yáng)能資源,我國(guó)的年太陽(yáng)能輻射能量,據(jù)估計(jì)能達(dá)到3340-8400MJ/m2。由此可見(jiàn),充分開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能資源是節(jié)省和替代常規(guī)能源的有效措施是實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的必由之路。而根據(jù)有關(guān)部門(mén)的預(yù)測(cè),到2050年左右,太陽(yáng)能將超過(guò)石油天然氣等其他常規(guī)能源的使用規(guī)模而成為新能源的典型代表,進(jìn)而在人類(lèi)的生產(chǎn)、生活和社會(huì)發(fā)展中扮演重要的角色。參考文獻(xiàn):1趙玉文.21世紀(jì)我國(guó)太陽(yáng)能利用發(fā)展趨勢(shì)J.中國(guó)電力,2000,339):73-77.2羅運(yùn)俊,何梓年,王常貴.太陽(yáng)能利用技術(shù).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20053趙富鑫,魏彥章.太陽(yáng)能電池及其應(yīng)用.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,19854項(xiàng)成立,趙玉文,羅運(yùn)俊.太陽(yáng)能的熱利用.北京:宇航出版社,19905孫曉丹.應(yīng)用太陽(yáng)能,迎接“綠色奧運(yùn)”.材料科學(xué)與工程,20046殷志強(qiáng),孟憲淦.向太陽(yáng)能索取中國(guó)太陽(yáng)能光-熱