光化學電化學和太陽能的轉化

光化學電化學和太陽能的轉化第一頁，共七十一頁，2022年，8月28日光化學1.1光化學概念1.2光化學定律1.3光化學反應過程1.4大氣中重要氣體的光吸收1.5光化學煙霧第二頁，共七十一頁，2022年，8月28日1.1光化學概念

光化學是研究光與物質相互作用所引起的永久性化學效應的化學分支學科。由于歷史的和實驗技術方面的原因，光化學所涉及的光的波長范圍為100～1000納米，即由紫外至近紅外波段。第三頁，共七十一頁，2022年，8月28日

光化學過程是地球上最普遍、量重要的過程之一，綠色植物的光合作用，動物的視覺，涂料與高分子材料的光致變性，以及照相、有機化學反應的光催化等，無不與光化學過程有關。近年來得到廣泛重視的同位素與相似元素的光致分離、光控功能體系的合成與應用等，更體現了光化學是一個極活躍的領域。但從理論與實驗技術方面來看，在化學各領域中，光化學還很不成熟。第四頁，共七十一頁，2022年，8月28日光化學反應是由原子、分子、自由基或離子吸收光子所引起的化學變化。光化學反應不同于熱化學反應：第一，光化學反應的活化主要是通過分子吸收一定波長的光來實現的，而熱化學反映的活化主要是分子從環(huán)境中吸收熱能而實現的。光化學反應受溫度的影響小，有些反應與溫度無關。第二，一般而言，光活化的分子與熱活化分子的電子分布及構型有很大不同，光激發(fā)態(tài)的分子實際上是基態(tài)分子的電子異構體。第三，被光激發(fā)的分子具有較高的能量，可以得到高內能的產物，如自由基、雙自由基等。第四，光化學反應一般速度很快，反應很難發(fā)生平衡，故常用反應速率常數代替平衡常數來說明光化學反應的能力。第五頁，共七十一頁，2022年，8月28日1.2光化學定律光化學第一定律光化學第一定律又稱格羅杜斯-德拉波（Grotthus-Draper）定律，其內容為：只有被體系內分子吸收的光，才能有效地引起該體系的分子發(fā)生光化學反應。此定律雖然是定性的，但卻是近代光化學的重要基礎。例如理論上只需284.5kJ／mol的能量就可以使H20分解，這相當于λ＝420nm光子的能量，似乎只需可見光就可以了。但實際上在通常情況下H20并不被光解，原因是H20不吸收波長為420nm的光。H20最大吸收在λ＝5000~8000nm和λ＞20000nm的兩個頻段。因此，可見光和近紫外光都不能使H20分解。第六頁，共七十一頁，2022年，8月28日光化學第二定律此定律又稱為Einstein光化當量定律，是愛因斯坦在1905年提出的，內容為：在光化學反應的初級過程中，被活化的分子數(或原子數)等于吸收光的量子數，或者說分子對光的吸收是單光子過程，即光化學反應的初級過程是由分子吸收光子開始的。

第七頁，共七十一頁，2022年，8月28日光子能量與化學鍵能的關系

只有當激發(fā)態(tài)分子(活化分子)的能量足夠使分子內最弱的化學鍵斷裂時，才能引起化學反應，即說明光化學反應中，舊鍵的斷裂與新鍵的生成都與光子的能量有關。根據Einstein公式，1摩爾分子吸收1摩爾光子的總能量為：E=N0hν=N0hc/λ=1.196×105/λ(kJ/mol)利用此公式可以從化學鍵能計算其相應的波長。第八頁，共七十一頁，2022年，8月28日1.3光化學反應過程光化學初級過程和次級過程化學物種(分子、原子等)吸收光量子后，可產生光化學反應的初級過程和次級過程。初級過程包括化學物種吸收光能形成激發(fā)態(tài)物種及該激發(fā)態(tài)可能發(fā)生的反應，其基本步驟為：A+hv→A*式中A*——物種A的激發(fā)態(tài)；hv——光量子。第九頁，共七十一頁，2022年，8月28日隨后激發(fā)態(tài)A*可能發(fā)生如下幾種反應：輻射躍遷：A*→A＋hv（熒光、磷光）（1）碰撞去活化：A*+M→A+M(2)光解離：A*→B1+B2+…(3)與其它分子反應：A*+C→D1+D2+….(4)其中，（1）、（2）為光物理過程，前者為激發(fā)態(tài)物種通過輻射熒光或磷光而失活，后者為激發(fā)態(tài)物種通過與其它分子M碰撞，將能量傳遞給M，本身又回到基態(tài)，亦即碰撞失活。式（3）和（4）為光化學過程，前者為光離解，即激發(fā)態(tài)物種離解成為兩個或兩個以上新物種。后者為A*與其它分子反應生成新的物種。對大氣環(huán)境化學來說，光化學過程更為重要。激發(fā)態(tài)物種會在什么條件下離解為新物種，以及與什么物種反應可產生新物種，對于描述大氣污染在光作用下的轉化規(guī)律尤為重要。第十頁，共七十一頁，2022年，8月28日次級過程是指在初級過程中激發(fā)態(tài)物種分解而產生了自由基，自由基引發(fā)進一步的反應過程。如氯化氫的光化學反應過程：HCl＋hv→H＋Cl（激發(fā)——光離解）（5）H＋HCl→H2＋Cl（反應物與生成物反應）（6）Cl＋Cl→Cl2（生成物之間的反應）(7)其中，式（5）為初級過程，式（6）(7)（8）為次級過程。第十一頁，共七十一頁，2022年，8月28日在對流層氣相中初級光化學過程的主要類型有：光解一個分子吸收一個光量子的輻射能時，如果所吸收的能量等于或大于鍵的離解能，則發(fā)生鍵的斷裂，產生原子或自由基，它們可以通過次級過程進行熱反應。這類反應在大氣中很重要，光解產生的自由基及原子往往是大氣中OH、HO2、和RO2等的重要來源。對流層清潔和污染大氣中、平流層大氣中的主要化學反應都與這些自由基或原子的反應有關。第十二頁，共七十一頁，2022年，8月28日例如：在＜430nm波長的作用下，NO2光解離產生的是電子基態(tài)的產物：

NO2

＋hv→NO＋O（3P）O（3P）為三重態(tài)即基態(tài)原子氧，在一個大氣壓下的空氣中O（3P）會立即發(fā)生發(fā)應：

O（3P）＋O2→O3這個反應是對流層大氣中唯一已知的O3人為來源。第十三頁，共七十一頁，2022年，8月28日分子內重排在一定條件下，化合物在吸收光量子后能夠引起分子內重排。例如：鄰硝基苯甲醛在蒸汽、溶液或固相中的光解第十四頁，共七十一頁，2022年，8月28日光異構化氣相中的某些有機化合物吸收光能后，發(fā)生異構化反應，如：光二聚合某些有機化合物在光的作用下發(fā)生聚合反應，生成二聚體。如光取向膜用材料的研制。

第十五頁，共七十一頁，2022年，8月28日在雙分子的光化學過程中，氫摘取是較為重要的反應，它們有可能發(fā)生在液相表面或水滴中。氫的提取羰基化合物吸收光能形成激發(fā)態(tài)后，在有氫原子供體存在時，容易發(fā)生分子間氫的提取反應，如第十六頁，共七十一頁，2022年，8月28日光敏化反應光敏化反應是指，有些化合物能夠吸收光能，但自身并不參與反應，而把能量轉移給另一化合物使之成為激發(fā)態(tài)參與反應。吸光的物質稱為光敏劑（S），接受能量的化合物稱為受體（A）。光敏化反應可表示為：

S（S0）＋hv→S（S1）

S（S1）→S（T1）

S（T1）＋A（S0）→S（S0）＋A（T1）

A（T1）→參與反應上述化學過程以光解最為重要，此過程可生成反應性極強的碎片，從而引發(fā)一系列的化學反應。第十七頁，共七十一頁，2022年，8月28日1.4大氣中重要氣體的光吸收由于高層大氣中的氧和臭氧近乎完全吸收了波長λ＜290nm的紫外輻射，因此，低層大氣中的污染物主要吸收波長λ＝300～700nm(相當于398～167kJ／mol能量)范圍的光線。迄今為止，已知的比較重要的吸收光后能進行光解的污染物主要有：NO2、O3、SO2、HONO、H2O2、RONO2、RONO、RCHO、RCOR’等。第十八頁，共七十一頁，2022年，8月28日表10.1主要氣體的光吸收特征波段氣體主要的光吸收帶NO2290～410nmSO2340～400nm,240～330nm,180-240O3200～300nm,300～360nm,最強吸收在254nmHONO300～400nmHCHO290～360nm第十九頁，共七十一頁，2022年，8月28日NO2是城市大氣中最重要的吸光物質。在低層大氣中，它能吸收全部來自太陽的紫外光和部分可見光。NO2在290～410nm內有連續(xù)吸收光譜。波長在300～370nm之間有90％的NO2吸收光子分解為NO和O；波長λ＞370nm，光解反應就很快下降；λ＞420nm，就不再發(fā)生光解。這是因為NO和O之間的鍵能為305．4kJ／mol，相當于400nm左右光波所提供的能量。即吸收光波長λ≤420nm時，NO2可發(fā)生光解：NO2

＋hv→NO＋OO＋O2→O3第二十頁，共七十一頁，2022年，8月28日O3的光吸收特性紫外區(qū)有兩個吸收帶200～300nm和300～360nm，最強吸收在254nm，主要發(fā)生在平流層，由于臭氧的吸收，控制了到達對流層輻射的短波長極限?？梢姽鈪^(qū)還有一個吸收帶，波長為450～850nm這個吸收是很弱的。O3吸收紫外光后發(fā)生光解反應：

O3

＋hv→O＋O2當波長λ＞290nm，O3對光的吸收就相當弱了。因此O3主要吸收來自太陽波長λ＜290nm的紫外光。產物是否為激發(fā)態(tài)則取決于激發(fā)能(吸收光能)。在200～320nm之間O3光解生成的兩個產物都處于激發(fā)態(tài)；而320～440nm之間(O3光解反應發(fā)生了自旋躍遷(O為3P態(tài))；450～850nm之間O3光解產物都為基態(tài)。第二十一頁，共七十一頁，2022年，8月28日SO2的光吸收特性在SO2吸收光譜中有三條吸收帶。第一條為340～400nm，于370nm處有一強的吸收，但它是一個極弱的吸收區(qū)。第二條為240～330nm，是—個較強的吸收區(qū)。第三條從240nm開始，隨波長下降吸收變得很強，直到180nm，是一個很強的吸收區(qū)。SO和O之間鍵能為564.8kJ／mol，相當于218nm的光波能量，因此240～400nm的光不能使其離解，即在對流層大氣中，SO2的光吸收并不發(fā)生光解反應，而是形成二種激發(fā)態(tài)的SO2*

。SO2＋hv→3SO（三重態(tài)）或SO2＋hv→1SO2

（單重態(tài)）第二十二頁，共七十一頁，2022年，8月28日HONO(亞硝酸)的光吸收特性HONO是對流層大氣中除NO2之外第二個重要的吸光物質，它可以強烈吸收300～400nm范圍的光譜，并發(fā)生光解，一個初級過程為：

HONO＋hv→HO·＋NO這是對流層大氣中HO·自由基的主要來源。另一個初級過程為：

HONO＋hv→H·＋NO2次級過程為：

HO·＋NO→HNO2HO·＋HNO2→H2O＋NO2HO·＋NO2→HNO3第二十三頁，共七十一頁，2022年，8月28日HCHO的光吸收特性HCHO也是對流層大氣中的重要吸光物質，它能吸收290～360nm波長范圍內的光、并進行光解，初級過程為：

HCHO＋hv→H·＋HCO·HCHO＋hv→H2＋CO次級過程為：

HO·＋HCO·→H2＋CO2H·＋M→H2＋M2HCO·→H2＋2CO第二十四頁，共七十一頁，2022年，8月28日在對流層中，由于O2存在，初級過程生成的HCO·和H·自由基很快與O2反應形成HO2·即：

H·＋O2→HO2·HCO·＋O2→HO2·＋CO其它醛類的光解也可以同樣方式生成HO2·自由基，如乙醛光解：

CH3CHO＋hv→H·＋CH3CO·H·＋O2→HO2·所以醛類的光解是大氣中HO2·自由基的主要來源。第二十五頁，共七十一頁，2022年，8月28日過氧化物的光吸收性過氧化物ROOR’在300～700nm范圍內有微弱吸收，過氧化物中O—O鍵能為143kJ／mol，C—O鍵能為350kJ／mol，R中的C—C鍵能為344kJ／mol，C—H鍵能為415kJ／mol，所以過氧化物發(fā)生的光解反應如下：

ROOR’＋hv→RO·＋R’O·由此可見，大氣中光化學反應(光解離)的產物主要為自由基。由于自由基的存在，使大氣中化學反應活躍，它們能誘發(fā)或參與大量其它反應，使一次污染物轉變成二次污染物。第二十六頁，共七十一頁，2022年，8月28日1.5光化學煙霧大氣中的烴和NOx等為一污染物，在太陽光中紫外線照射下能發(fā)生化學反應，衍生種種二次污染物。由一次污染物和二次污染物的混合物（氣體和顆粒物）所形成的煙霧污染現象，稱為光化學煙霧。NOx是這種煙霧的主要成分，又因其1946年首次出現在美國洛杉磯，因此又叫洛杉磯型煙霧，以區(qū)別于煤煙煙霧（倫敦型煙霧）。第二十七頁，共七十一頁，2022年，8月28日這種洛杉磯型煙霧是由汽車的尾氣所引起，而日光在其中起了重要作用：2NO+O2→2NO2

NO2→NO+OO+O2→O3

NO2光分解成NO和氧原子時，光化學煙霧的循環(huán)就開始了。原子氧會和氧分子反應生成臭氧(O3)，O3是一種強氧化劑，O3與烴類發(fā)生一系列復雜的化學反應，其產物中有煙霧和刺激眼睛的物質，如醛類、酮類等物質。在此過程中，NO2還會形成另一類刺激性強烈的物質如PAN（硝酸過氧化乙酰）。另外，烴類中一些揮發(fā)性小的氧化物會凝結成氣溶膠液滴而降低能見度。第二十八頁，共七十一頁，2022年，8月28日目前對控制光化學煙霧的主要對策有：（1）控制污染源即控制NOx及烴的濃度，使的濃度符合大氣質量標準的要求。如改善汽車發(fā)動機的結構與工作狀態(tài)以降低燃料消耗、減少有害氣體排放，安裝尾氣催化轉化器以使尾氣無害化等等。（2）采用清潔能源如使用氫作為發(fā)動機燃料，利用氫氧燃料電池供電來驅動運輸工具（電動車），利用電磁感應的方法推動火車（超導懸浮列車）等。第二十九頁，共七十一頁，2022年，8月28日（3）使用化學抑制劑目的使消除自由基，以抑制鏈式反應的進行，從而控制光化學煙霧的形成。人們發(fā)現二乙基羥胺、苯胺、二苯胺、酚等對產生的自由基有不同程度的抑制作用，尤其是二乙基羥胺對光化學煙霧有較好的抑制作用。但抑制劑可能造成新的污染，許多科學家對此方法持有不同意見。第三十頁，共七十一頁，2022年，8月28日2.太陽能及其轉化第三十一頁，共七十一頁，2022年，8月28日2.1太陽能概述2.2太陽能利用(熱能轉換、電能轉化、化學轉化、氫能轉化、生物質能轉化和機械能轉換等方式)第三十二頁，共七十一頁，2022年，8月28日2.1太陽能概述太陽能是太陽內部連續(xù)不斷的核聚變反應過程產生的能量。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3.75×1026W）的22億分之一，太陽每秒鐘照射到地球上的能量相當于500萬噸煤。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。第三十三頁，共七十一頁，2022年，8月28日

由于太陽內部持續(xù)進行著氫聚合成氦的核聚變反應，所以不斷地釋放出巨大的能量，并以輻射和對流的方式由核心向表面?zhèn)鬟f熱量，溫度也從中心向表面逐漸降低。由核聚變可知，氫聚合成氦在釋放巨大能量的同時，每1g質量將虧損0.00729。根據目前太陽產生核能的速率估算，其氫的儲量足夠維持600億年，因此太陽能可以說是用之不竭的。第三十四頁，共七十一頁，2022年，8月28日以下為有關太陽能的一些數據：1.每年照射到地球表面的太陽能，估計為1.78×1017W/a，約為目前全世界每年所需能量的一萬多倍。2.其中有30%之太陽能被反射回太空。3.約有50%為地球表面吸收后，再重新輻射出去，因此得以維持地球表面的溫度。4.約20%的太陽能將地表的水蒸發(fā)成水蒸氣，形成云、雨及空氣的流動(水力和風力的由來)，同時也造成海洋表面和底層的溫差。5.只有很小的比例(約0.06%)用於進行植物生長所需的光合作用，太陽能被轉化儲存在植物體內碳氫化合物的化學能。第三十五頁，共七十一頁，2022年，8月28日

太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環(huán)境無任何污染。但太陽能也有兩個主要缺點：一是能流密度低；二是其強度受各種因素（季節(jié)、地點、氣候等）的影響，不能維持常量。這兩大缺點大大限制了太陽能的有效利用。第三十六頁，共七十一頁，2022年，8月28日太陽能利用的優(yōu)點

1、

普遍性：太陽光照射的面積散布在地球大部分角落，僅差入射角不同而造成的光能有異，但至少不會被少數國家或地區(qū)壟斷，造成無謂的能源危機。2、

永久性：太陽的能量極其龐大，科學家計算出至少有六百萬年的期限，對于人類而言，這樣的時間可謂是無限。3、無污染性：現今使用最多的礦物能源，其滋生的問題不外是廢物的處理，物體不滅，能源耗竭越多，產生污染也相對增加，太陽能則無危險性及污染性。太陽能利用的缺點1、穩(wěn)定性差：受日夜季候的影響，太陽能不斷地生變化。2、

裝置成本過高：吸收太陽能的受光面積須達一定規(guī)模方有效果，因此相對地成本提高。3、

污染問題：有人針對太陽能的污染問題提出“目視污染”，即龐大的太陽能收集器造成視覺上的污染。第三十七頁，共七十一頁，2022年，8月28日2.2太陽能利用(熱能轉換、電能轉化、化學轉化、氫能轉化、生物質能轉化和機械能轉換等方式)第三十八頁，共七十一頁，2022年，8月28日光熱轉換光熱轉換即靠各種集熱器把太陽能收集起來，用收集到的熱能為人類服務。早期最廣泛的太陽能應用是將水加熱，現今全世界已有數百萬個太陽能熱水裝置。太陽能熱水系統(tǒng)主要包括收集器、儲存裝置及循環(huán)管路三部分。第三十九頁，共七十一頁，2022年，8月28日太陽能的光—熱轉換是目前技術最為成熟、成本最為低廉、因而應用最為廣泛的形式。其基本原理是將太陽輻射能收集起來利用溫室效應來加熱物體而獲得熱能，如地膜、大棚、溫室等。目前使用較多的太陽能收集裝置有兩種：一種是平板式集熱器，如太陽能熱水器等；另一種是聚焦型集熱器，如反射式太陽灶、高溫太陽爐等。第四十頁，共七十一頁，2022年，8月28日山東德州經濟開發(fā)區(qū)袁橋鄉(xiāng)莊科村建起了村集體太陽能浴室第四十一頁，共七十一頁，2022年，8月28日1、按傳熱介質分類：可分為液體集熱器和空氣集熱器兩大類，其中以液體為傳熱介質的大多用水作介質，即構成各種太陽能熱水器；以空氣為傳熱介質的，則構成多種太陽能干燥器。太陽能集熱器的核心是吸熱板，它的功能是吸收太陽的輻射能，并向傳熱介質傳遞熱量。在以液體為介質時，此種吸熱板有管板式、翼管式、扁盒式、蛇管式等，可用金屬材料和非金屬材料制成。吸熱板的向陽表面涂有黑色吸熱涂層。以空氣為傳熱介質的太陽能集熱器吸熱板的結構常有網格式、蜂窩式和多孔床式等。太陽能集熱器的分類：第四十二頁，共七十一頁，2022年，8月28日2、按采光方式分類：可分為聚光型集熱器和非聚光型集熱器兩大類。非聚光式集熱器是利用熱箱原理（也稱溫室效應）將太陽能轉變?yōu)閮饶艿脑O備。最常見的太陽能集熱器是非聚光式平板型集熱器。它的吸熱體基本上為平板形狀，吸熱面積與采光面積近似相等，其結構如圖（a）是利用溫室效應的非聚光型集熱器。在溫室充入CO2可提高溫室效應。

聚光型集熱器利用聚焦原理，即利用光線的反射和折射原理，采用反射器或折射器使陽光改變方向，把太陽光聚集集中照射在吸熱體較小的面積上，增大單位面積的輻射強度，從而使集熱器獲得更高的溫度。世界上最大的一面太陽能聚光集熱器是法國比利牛斯山坡上的太陽能高溫爐。它的拋物面聚光反射鏡有9層樓高，面積有1830米2，它是由9500塊小鏡片拼接而成的。反射鏡把安裝在對面山坡上的63塊巨型平面鏡反射過來的陽光聚焦，焦點處安裝高溫熔爐，溫度可達4000度以上。第四十三頁，共七十一頁，2022年，8月28日3、按吸熱體周圍的狀態(tài)分類：可分為普通集熱器和真空管集熱器。

真空管集熱器是在玻璃壁與吸熱體之間抽成一定的真空度，以抑制空氣的對流和傳導熱損。吸熱體表面鍍上一種特殊的涂層代替黑色的吸熱板，還可抑制吸熱體的輻射熱損。因此，真空管集熱器具有比普通平板型集熱器更優(yōu)良的熱性能。在高溫和低溫環(huán)境下均有較高的集熱效率。真空管集熱器按其材料結構可分為全玻璃型和金屬吸熱體型兩大類。其中全玻璃真空太陽能集熱管具有透過率和吸收率高、熱反射率低、對流熱損小以及全年使用時間長等優(yōu)良特性，同時制造工藝簡便，技術成熟可靠，成本較低，全玻璃真空管熱水器的使用日益廣泛。第四十四頁，共七十一頁，2022年，8月28日光電轉換光電轉換即將太陽能轉換成電能。目前，太陽能用于發(fā)電的途徑有二：一是熱發(fā)電，就是先用聚熱器把太陽能變成熱能，再通過汽輪機將熱能轉變?yōu)殡娔?；二是光發(fā)電，就是利用太陽能電池的光電效應，將太陽能直接轉變?yōu)殡娔?。圖為利用太陽能電池提供動力的太陽能飛機。第四十五頁，共七十一頁，2022年，8月28日光伏板組件是一種暴露在陽光下便會產生直流電的發(fā)電裝置，由幾乎全部以半導體物料(例如硅)制成的薄身固體光伏電池組成。由于沒有活動的部分，故可以長時間操作而不會導致任何損耗。簡單的光伏電池可為手表及計算機提供能源，較復雜的光伏系統(tǒng)可為房屋照明，并為電網供電。光伏板組件可以制成不同形狀，而組件又可連接，以產生更多電力。近年，天臺及建筑物表面均會使用光伏板組件，甚至被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的一部分，這些光伏設施通常被稱為附設于建筑物的光伏系統(tǒng)。第四十六頁，共七十一頁，2022年，8月28日

現在，太陽能的利用還不很普及，利用太陽能發(fā)電還存在成本高、轉換效率低的問題，但是太陽電池在為人造衛(wèi)星提供能源方面得到了應用。目前對於降低太陽能電池價格的發(fā)展分成兩個方向，一邊是致力於光線的獲取并增加轉換效率，另一邊則是專注於制造更現代的高效率電池，開發(fā)更便宜的物質或降低制程的成本。

目前，全球最大的屋頂太陽能面板系統(tǒng)位于德國南部比茲塔特(Buerstadt)，面積為四萬平方米，每年的發(fā)電量為450萬千瓦。

日本為了達成京都議定書的二氧化碳減量要求，全日本都普設太陽能光電板，位于日本中部的長野縣飯?zhí)锸校用裨谖蓓斣O置太陽能光電板的比率甚至達2%，堪稱日本第一。第四十七頁，共七十一頁，2022年，8月28日

我國的太陽能光電技術自70年代以來，經過“六五”“七五”、“八五”三個五年計劃攻關，有了一定的發(fā)展，但比起太陽能熱水器產業(yè)顯得勢單力薄?，F有光電生產廠家6家，年生產能力為4～4.4MW，實際的銷量為2.0～2.5MW，平均以15～20%的速度增長。產品主要為單晶硅光電池和非晶硅電池，其他類型的光電池目前還處于研制階段。單晶硅太陽電池轉換效率已達14%，實驗室最高為20%，組件制造成本30～35元/W，售價42～48元/W。單結非晶硅太陽電池的穩(wěn)定效率5～8.5%，實驗室最高效率為8.35%，制造成本3元/W，售價為24元/W。目前為止，我國太陽能光電系統(tǒng)的總安裝容量在10MW.p以上，多數用于交通信號、通信和陰極保護等方面，約占60%以上，其余用于我國西部陽光資源豐富的邊遠地區(qū)。第四十八頁，共七十一頁，2022年，8月28日1.目前太陽能電池的種類主要有硅、硫化鎘、砷化鎵等電池。2.電池技術較成熟，主要用于航天、無人燈塔、無線電中繼站、無人氣象站、浮標和電圍欄等作為電源。光電轉換利用太陽能的形式：第四十九頁，共七十一頁，2022年，8月28日光化轉換光化轉換即先將太陽能轉換成化學能，再轉換為電能等其他能量。我們知道，植物靠葉綠素把光能轉化成化學能，實現自身的生長與繁衍，若能揭示光化轉換的奧秘，便可實現人造葉綠素發(fā)電。目前，太陽能光化轉換正在積極探索、研究中。第五十頁，共七十一頁，2022年，8月28日70年代科學家發(fā)現：在陽光輻照下TiO2之類寬頻帶間隙半導體，可對水的電解提供所需能量，并析出O2和H2，從而在太陽能轉換領域產生了一門新興學科--光電化學。隨著光電化學及光伏技術和各種半導體電極試驗的發(fā)展，使得太陽能制氫成為發(fā)展氫能產業(yè)的最佳選擇。第五十一頁，共七十一頁，2022年，8月28日1995年，美國科學家利用光電化學轉換中半導體/電介質界面產生的隔柵電壓，通過固定兩個光粒子床的方法，來解決水的光催化分離問題取得成功。其兩個光粒子床概念的光電化學水分解機制為：H2的光反應4H2O+4M°→2H2+4OH-+4M+O2的光反應4OH-+M+→O2+2H2O+4M°凈結果為：2H2O→2H2+O2(其中M為氧化還原介質)第五十二頁，共七十一頁，2022年，8月28日在太陽能制氫產業(yè)方面，1990年德國建成一座500kW太陽能制氫示范廠，沙特阿拉伯已建成發(fā)電能力為350kW的太陽能制氫廠。印度于1995年推出了一項制氫計劃，投資4800萬美元，在每年有300個晴天的塔爾沙漠中建造一座500kW太陽能電站制氫，用光伏-電解系統(tǒng)制得的氫。自90年代以來，德、英、日、美等國已投資積極進行氫能汽車的開發(fā)。美國佛羅里達太陽能中心研究太陽能制氫(SH)已達10年之久，最近用SH作為汽車燃料-壓縮天然氣的一種添加劑，使SH在高價值利用方面獲得成功，為氫燃料汽車的實用化提供了重要基礎。其他，在對重量十分敏感的航天、航空領域以及氫燃料電池和日常生活中“貯氫水箱”的應用等方面氫能都將獲得特別青睞。第五十三頁，共七十一頁，2022年，8月28日生物質能生物質能是由植物的光合作用固定于地球上的太陽能，最有可能成為21世紀主要的新能源之一。據估計，植物每年貯存的能量約相當于世界主要燃料消耗的10倍；而作為能源的利用量還不到其總量的l%。這些未加以利用的生物質，為完成自然界的碳循環(huán)，其絕大部分由自然腐解將能量和碳素釋放，回到自然界中。生物質燃燒是傳統(tǒng)的利用方式，不僅熱效率低下，而且勞動強度大，污染嚴重。通過生物質能轉換技術可以高效地利用生物質能源，生產各種清潔燃料，替代煤炭，石油和天然氣等燃料，生產電力。而減少對礦物能源的依賴，保護國家能源資源，減輕能源消費給環(huán)境造成的污染。第五十四頁，共七十一頁，2022年，8月28日1、通過光合作用使太陽能吸收和儲存在生物質內經過化學和生物處理，制成液體或固體燃料。2、將糖類作物、谷物和植物纖維作原料，生產燃料酒精，滲到汽油中合成酒精汽油，例如巴西已從甘蔗中提煉酒精和汽油合成汽車用油。、3、發(fā)展薪炭林。燒炭是一種古老的生物能利用方式，若有計劃的植林，不僅可作燃料以及作為酒精沼氣原料，而且還能保護環(huán)境，防止水土流失。4、將高等有機廢物進行分解，在厭氧微生物作用下，可產生沼氣。5、尚在研究利用藻類和某些微生物的光合作用，在陽光下分解制氫，提供燃料。生物轉換利用太陽能的方式：第五十五頁，共七十一頁，2022年，8月28日

生物質能源將成為未來持續(xù)能源重要部分，到2015年，全球總能耗將有40%來自生物質能源。光合作用即利用空氣中的二氧化碳和土壤中的水，將吸收的太陽能轉換為碳水化合物和氧氣的過程，光合作用是生命活動中的關鍵過程，植物光合作用的簡單過程如下：水+二氧化碳太陽能----->植物有機體+氧第五十六頁，共七十一頁，2022年，8月28日

生物質能是太陽能以化學能形式貯存在生物中的一種能量形式，一種以生物質為載體的能量，它直接或間接地來源于植物的光合作用。據估計地球上每年植物光合作用固定的碳達2×1011t，含能量3×1021J，因此每年通過光合作用貯存在植物的枝、莖、葉中的太陽能，相當于全世界每年耗能量的10倍。生物質遍布世界各地，其蘊藏量極大，僅地球上的植物，每年生產量就像當于目前人類消耗礦物能的20倍，或相當于世界現有人口食物能量的160倍。雖然不同國家單位面積生物質的產量差異很大，但地球上每個國家都有某種形式的生物質，生物質能是熱能的來源，為人類提供了基本燃料。第五十七頁，共七十一頁，2022年，8月28日國外生物質能技術的發(fā)展狀況

生物質能源的開發(fā)利用早已引起世界各國政府和科學家的關注。有許多國家都制定了相應的開發(fā)研究計劃，在日本的陽光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農場和巴西的酒精能源計劃等發(fā)展計劃。其它諸如丹麥、荷蘭、德國、法國、加拿大、芬蘭等國，多年來一直在進行各自的研究與開發(fā)，并形成了各具特色的生物質能源研究與開發(fā)體系，擁有各自的技術優(yōu)勢。第五十八頁，共七十一頁，2022年，8月28日沼氣技術

主要為厭氧法處理禽畜糞便和高濃度有機廢水，是發(fā)展較早的生物質能利用技術。80年代以前，發(fā)展中國家主要發(fā)展沼氣池技術，以農作物秸稈和禽畜糞便為原料生產沼氣作為生活炊事燃料。如印度和中國的家用沼氣池；而發(fā)達國家則主要發(fā)展厭氧技術，處理禽畜糞便和高濃度有機廢水。目前，日本、丹麥、荷蘭、德國、法國、美國等發(fā)達國家均普遍采取厭氧法處理禽畜糞便，而象印度、菲律賓、泰國等發(fā)展中國家也建設了大中型沼氣工程處理禽畜糞便的應用示范工程。采用新的自循環(huán)厭氧技術。荷蘭IC公司已使啤酒廢水厭氧處理的產氣率達到10m3/m3.d的水平，從而大大節(jié)省了投資、運行成本和占地面積。第五十九頁，共七十一頁，2022年，8月28日美國、英國、意大利等發(fā)達國家將沼氣技術主要用于處理垃圾，美國紐約斯塔藤垃圾處理站投資2000萬美元，采用濕法處理垃圾，日產26萬m3沼氣，用于發(fā)電、回收肥料，效益可觀，預計10年可收回全部投資。英國以垃圾為原料實現沼氣發(fā)電18MW，今后10年內還將投資1.5億英鎊，建造更多的垃圾沼氣發(fā)電廠。第六十頁，共七十一頁，2022年，8月28日生物質熱裂解氣化

早在70年代，一些發(fā)達國家，如美國、日本、加拿大、歐共體諸國，就開始了以生物質熱裂解氣化技術研究與開發(fā)，到80年代，美國就有19家公司和研究機構從事生物質熱裂解氣化技術的研究與開發(fā)；加拿大12個大學的實驗室在開展生物質熱裂解氣化技術的研究；此外，菲律賓、馬來西亞、印度、印尼等發(fā)展明家也先生開展了這方面的研究。芬蘭坦佩雷電力公司開始在瑞典建立一座廢木材氣化發(fā)電廠，裝機容量為60MW,產熱65MW,1996年運行：瑞典能源中心取得世界銀行貸款，計劃在巴西建一座裝機容量為20-3OMW的發(fā)電廠，利用生物質氣化、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等先進技術處理當地豐富的蔗渣資源。第六十一頁，共七十一頁，2022年，8月28日生物質液體燃料

另一項令人關注的技術，因為生物質液體燃料，包括乙醇、植物油等，可以作為清潔燃料直接代替汽油等石油燃料。巴西是乙醇燃料開發(fā)應用最有特色的國家，70年代中期，為了擺脫對進口石油的過度依賴，實施了世界上規(guī)模最大的乙醇開發(fā)計劃，到1991年，乙醇產量達到130億升，在980萬輛汽車中，近400萬輛為純乙醇汽車，其余大部分燃用20%的乙醇-汽油混合燃料，也就是說乙醇燃料已占汽車燃料消費量的50%以上。1996年，美國可再生資源實驗室已研究開發(fā)出利用纖維素廢料生產酒精的技術，由美國哈斯科爾工業(yè)集團公司建立了一個1MW稻殼發(fā)電示范工程：年處理稻殼12，000噸，年發(fā)電量800萬度，年產酒精2，500噸，具有明顯的經濟效益。第六十二頁，共七十一頁，2022年，8月28日其它技術

此外,生物質壓縮技術可書固體農林廢棄物壓縮成型,制成可代替煤炭的壓塊燃料。如美國曾開發(fā)了生物質顆粒成型燃料：泰國、菲律賓和馬來西亞等第三世界國家發(fā)展了棒狀成型燃料。第六十三頁，共七十一頁，2022年，8月28日我國的生物質能源

我國基本上是一個農業(yè)國家農村人口占總人口的70%以上，生物質一直是農村的主要能源之一，在國家能源構成中也占有益要地位。

生物質