新能源之太陽能論文

題 目：新能源之太陽能學生姓名：指導老師：學院：_專業(yè)班級：學生學號：時間：2013年12月27日新能源之太陽能摘要：在簡要太陽能利用技術發(fā)展歷史的基礎上，介紹國內(nèi)外太陽能熱利用及太陽能光伏發(fā)電技術發(fā)展現(xiàn)狀，并對未來一段時期內(nèi)太陽能利用的發(fā)展前景進行討論。清潔、環(huán)保、可再生的太陽能日益引起世界的廣泛關注。本文首先分析了國外太陽能利用技術現(xiàn)狀，并利用德文特專利數(shù)據(jù)庫，檢索分析了1961-2007年世界太陽能專利及其發(fā)展趨勢，發(fā)現(xiàn)日、美、德國家的企業(yè)家掌握了太陽能利用的核心技術；其次，分析了我國太陽能利用技術現(xiàn)狀，我國太陽能熱利用取得顯著成績，太陽能發(fā)電取得一定進展，但在太陽能光伏產(chǎn)業(yè)存在原材料依賴進口、企業(yè)缺乏核心技術與裝備、國內(nèi)市場欠發(fā)育致使產(chǎn)品出口國外等問題；最后從指定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、完善體制和機制、以及制定政策體系等方面，提出促進我國太陽能利用技術可持續(xù)發(fā)展的對策。關鍵詞：太陽能利用技術；熱利用技術；光伏發(fā)電一、 太陽能概述太陽能一般指太陽光的輻射能量。在太陽內(nèi)部進行的由“氫”聚變成“氦”的原子核反應，不停地釋放出巨大的能量，并不斷向宇宙空間輻射能量，這種能量就是太陽能。太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當于燃燒500萬噸煤釋放的熱量。平均在大氣外每平米面積每分鐘接受的能量大約1367w。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風能，化學能，水的勢能等等。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。二、 太陽能的特點：※太陽能的優(yōu)點⑴普遍：太陽光普照大地，沒有地域的限制無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，都處處皆有，可直接開發(fā)和利用，且勿須開采和運輸。⑵無害:開發(fā)利用太陽能不會污染環(huán)境，它是最清潔的能源之一，在環(huán)境污染越來越嚴重的今天，這一點是極其寶貴的。(3)巨大：每年到達地球表面上的太陽輻射能約相當于130萬億t標煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源。⑷長久：根據(jù)目前太陽產(chǎn)生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的?！柲艿娜秉c：(1)分散性：到達地球表面的太陽輻射的總量盡管很大，但是能流密度很低。在垂直于太陽光方向1平方米面積上接收到的太陽能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，則只有200W左右。而在冬季大致只有一半，陰天一般只有1/5左右，這樣的能流密度是很低的。因此，在利用太陽能時，想要得到一定的轉換功率，往往需要面積相當大的一套收集和轉換設備，造價較高。⑵不穩(wěn)定性：由于受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機因素的影響，所以，到達某一地面的太陽輻照度既是間斷的，又是極不穩(wěn)定的，這給太陽能的大規(guī)模應用增加了難度。⑶效率低和成本高：目前太陽能利用的發(fā)展水平，因為效率偏低，成本較高，總的來說，經(jīng)濟性還不能與常規(guī)能源相競爭。三、太陽能在國內(nèi)外運用情況及方式太陽能發(fā)展的主要方向是光伏發(fā)電、熱發(fā)電和熱利用。光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)其與電網(wǎng)的連接方式可分為獨立光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)。光伏系統(tǒng)兩大類。經(jīng)過多年的發(fā)展，光伏發(fā)電目前是一種較為成熟、可靠的技術，并已經(jīng)逐漸從過去用于獨立的系統(tǒng)，朝大規(guī)模并網(wǎng)方向發(fā)展。太陽能熱發(fā)電目前的主要技術類型有碟式、塔式和槽式，發(fā)電效率在20-30%之間。太陽能熱發(fā)電裝谿一般都有轉動部件和高溫部件，需消耗水，不適合在邊遠和干旱地區(qū)大規(guī)模發(fā)展。而且目前的成本較高，應用場合受限，目前主要在美國和南歐有部分的商業(yè)化項目，其它地區(qū)主要處于技術試驗和示范階段。、光伏電站截止1999年，建成縣級獨立光伏電站7座，消滅了6個無電縣，總裝機容量450KWp，居全國第一，安多100KWp光伏電站全國最大，雙湖海拔5100米跟蹤式光電站世界最高。、通訊電源提供微波中繼站光伏電源約達200KW以上；電話鄉(xiāng)鄉(xiāng)通電源100多千瓦；在蘭西拉光纜通信工程西藏段附近600公里的工程中，應用光伏電源近100KW，光伏電池電源增量迅速、廣播電視電源在獅泉河、改則、門士煤礦等地建起約20余座以光伏發(fā)電作電源的衛(wèi)星電視收轉站和電視差轉臺，總裝機容量約20KW左右。還有100多套廣播電視用光伏電源系統(tǒng)100多千瓦。、光伏水泵西藏無水草場面積巨大，光伏水泵的潛在市場需求數(shù)量可觀，很應用前景廣闊，獅泉河、日土、改則、尼瑪、扎囊等地建成6座光伏水泵系統(tǒng)，總裝機容量2個多千瓦，除解決草場灌溉外，還解決了本地區(qū)的人畜飲水問題，結束了依靠人力背水的歷史，極大的解放了勞動力。、戶用光伏電源系統(tǒng)推廣戶用光伏電源10-300W系統(tǒng)3萬多套，總容量達60千瓦左右，既可供家庭獨立固定使用，又能供游牧家庭使用，便攜簡便，安全可靠，性能優(yōu)越，深受歡迎；山南昌珠多桑德慶村每戶安裝光伏電源40Wp，25戶農(nóng)牧民解決了照明、看電視、收聽廣播錄音機的供電問題，被稱為太陽村。、學校光伏電站近10所學校建成太陽能光伏電站，墨竹工卡唐家鄉(xiāng)小學2KW光伏電站是國內(nèi)最大的非晶硅光伏示范電站。西藏至今有600多所鄉(xiāng)級學校尚未通電，均為寄宿學校，盡早解決學校供電問題和電化教學等，對提高西藏青少年一代的科學文化素質至關重要，是今后光伏發(fā)電應用的重要方面。、邊防哨所光伏電源系統(tǒng)西藏多數(shù)邊防哨所無電，有20多個邊防哨所安裝光伏電源系統(tǒng)，解決照明、看電視、聽收錄機及通信的供電問題，每座功率為12KW，極大地改善了邊防官兵的工作生活條件。目前，西藏已在7個縣建成10-100KW規(guī)模較大的縣級太陽能光電站，全區(qū)各類太陽能光電設施容量超過2MW，推廣太陽能熱水器8.5萬多平方米，太陽灶1萬臺，太陽能采暖房、溫室、牛羊暖圈等18萬平方米，是全國太陽能應用率最高、應用面和規(guī)模最大、用途最廣泛的省份。、太陽能煙囪發(fā)電太陽能煙囪發(fā)電技術是被許多能源專家看好的一項新技術。建造太陽能煙囪電站的設想是由來自斯圖加特大學的喬根?施萊奇教授提出的。他認為建造太陽能煙囪是解決廣大發(fā)展中國家由于缺乏電力致使經(jīng)濟長期處于停滯狀態(tài)問題的好辦法。建造太陽能煙囪電站的主要材料是玻璃和水泥，可用沙漠里的沙、石制造。這種電站不像其他太陽能電力系統(tǒng)，它不需要高技術的設備和人才，維修簡便。目前在西班牙已經(jīng)建成了一座太陽能煙囪發(fā)電站。隨著研究的深入，這項新技術會越來越成熟，最終太陽能煙囪發(fā)電技術將會在世界上得到更廣泛的應用。太陽能煙囪發(fā)電系統(tǒng)由太陽能集熱棚、太陽能煙囪和渦輪機發(fā)電機組3個基本部分所構成。太陽能集熱棚建在一塊太陽輻照強、絕熱性能比較好的土地上；集熱棚和地面有一定間隙，可以讓周圍空氣進入系統(tǒng)；集熱棚中間離地面一定距離處裝著煙囪，在煙囪底部裝有渦輪機。太陽光照射集熱棚，集熱棚下面的土地吸收透過覆蓋層的太陽輻射能，并加熱土地和集熱棚覆蓋層之間的空氣，使集熱棚內(nèi)空氣溫度升高，密度下降，并沿著煙囪上升，集熱棚周圍的冷空氣進入系統(tǒng)，從而形成空氣循環(huán)流動。由于集熱棚內(nèi)的空間足夠大，當集熱棚內(nèi)的空氣流到達煙囪底部的時候，在煙囪內(nèi)將形成強大的氣流，利用這股強大的氣流推動裝在煙囪底部的渦輪機，帶動發(fā)電機發(fā)電。在空氣流動過程中，產(chǎn)生了3個能量轉換過程。首先空氣被加熱，太陽能轉化為空氣內(nèi)能；由于空氣在煙囪內(nèi)的上升流動，內(nèi)能轉變?yōu)閯幽?；當空氣流到渦輪機時，氣流推動渦輪機轉子轉動，動能又轉化成我們所需的電能。太陽能煙囪發(fā)電技術中的一個重要因素是集熱棚表面的覆蓋層，而覆蓋層的花費將占到整個安裝費用的45%。目前覆蓋層所使用的材料能用到5—7年，但有關專家期望能夠通過改進把覆蓋層的使用壽命提高到20年。（劉娟）（9）、可夜間供熱的太陽能設備德國卡塞爾大學熱能技術研究所發(fā)明了一套夜里也能提供熱水的太陽能設備。這套設備已經(jīng)在吉爾吉斯斯坦首都比什凱克的一座供熱廠投入運行，并向普通家庭提供熱水。發(fā)明這套設備的能源技術人員克勞斯?瓦延說：“這套設備生產(chǎn)太陽能的成本極低，它生產(chǎn)1度電的成本僅約1歐分。〃據(jù)瓦延介紹，重要的是利用白天被太陽加熱的周圍空氣?？諝馐占魑毡惶柟饧訜岬?5攝氏度的外部空氣，而在水氣熱傳導裝置里被吸入的空氣可以使水的溫度提高到約20攝氏度。在太陽能收集器里，水溫通過太陽照射升高到35攝氏度。然后再以傳統(tǒng)的方式將水加熱到60攝氏度，以便通過遠距離供熱管道將熱水送到居民住宅。瓦延說，在同樣將水溫加熱到60攝氏度的情況下，采用太陽能預熱方式要比通常的加熱方式節(jié)省燃料約1/3。在夜里，太陽能設備也能提供熱水，它的生產(chǎn)能力為白天最大生產(chǎn)能力的1/4。（鐘華）、葡萄酒廠用太陽能發(fā)電最近，位于美國加州圣海倫娜的Paloma葡萄酒廠安裝了一套18千瓦的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。這一套太陽能發(fā)電系統(tǒng)安裝在酒桶房的頂上，在未來50年里，它可以每年發(fā)電21100千瓦時。酒廠老板吉姆的兒子說：“選用這套裝置的理由很簡單，首先，現(xiàn)在能源的成本高漲；其次，為什么讓可以利用的太陽能白白浪費掉呢？〃當然還有一個理由是加州政府出臺政策鼓勵企業(yè)安裝太陽能發(fā)電系統(tǒng)，這樣的企業(yè)可以得到官方財政鼓勵，包括安裝太陽能發(fā)電每千瓦2800美元的政府回扣補貼，以及免除30%的安裝投資聯(lián)邦稅務。四、太陽能利用現(xiàn)狀及解決方案目前，國際社會對太陽能資源的開發(fā)和利用程度日益加快，而我國的太陽能資源開發(fā)由于開發(fā)應用技術還不夠完善，客觀上對推廣使用形成一定的阻礙。鎖賀祥認為，我國的太陽能資源開發(fā)要想邁上新的臺階，還面臨著以下幾個政策和技術問題需要加以解決。淤1.太陽能產(chǎn)品技術不完善。一是太陽能產(chǎn)品的使用受天氣因素的影響較大，在陰雨天和晚上使用太陽能產(chǎn)品效果不理想；二是太陽能產(chǎn)品功率不夠，如夏季中午時分，一個2平方米的太陽灶功率約為1.5千瓦，在需要旺火時無能為力。太陽能產(chǎn)品價格偏高。太陽能發(fā)電裝置，每瓦的平均成本在70元以上，考慮到一戶普通家庭中電燈、冰箱、電視等電器的耗電量，最起碼需要5個千瓦，投資在35萬元左右，絕大部分家庭不能承受；太陽能熱水器由于價位較高，在農(nóng)村地區(qū)難以被接受等。※這些問題的存在，直接影響著我國太陽能資源開發(fā)利用的前景，因此，鎖賀祥建議：制定相關法律法規(guī)。目前太陽能資源的開發(fā)利用成本高，無法與常規(guī)能源競爭，所以更需要政府制定強有力的法規(guī)和政策以驅動我國太陽能資源開發(fā)利用的商業(yè)化發(fā)展。加大太陽能利用技術的宣傳和推廣力度。一是在新建建筑的設計中考慮太陽能的使用，設計增加太陽能熱水器通水管道；二是通過宣傳，讓更多的人從改變我國能源結構，緩解能源緊缺矛盾方面考慮問題，摒棄使用太陽能不如燒煤燒氣方便劃算的思想。制定太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，加大對太陽能的研發(fā)力度。一是強化太陽能利用關鍵技術系統(tǒng)的研光二是支持有突出表現(xiàn)以及降低系統(tǒng)成本的高風險項目研發(fā)；三是提高各科研單位購置設施與儀器的資金，縮短研發(fā)到實用的時間；四是增進企業(yè)、大學與國家實驗室之間的關系，以促進太陽能的制造與產(chǎn)品科技合作研發(fā)。五、我國太陽能發(fā)展的前景國際能源組織對太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景進行預測，認為2010-2020年間太陽能光伏發(fā)電發(fā)展速度復合增長率達到35%，預計2020年太陽能光伏發(fā)電量將達到280TWh以上，占當年總發(fā)電量的1%，2040年占總發(fā)電量的20%，未來太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景光明.2009年我國推出了太陽能屋頂計劃和金太陽示范工程，對國內(nèi)光伏電站投資提供補貼。太陽能屋頂計劃是對太陽能建筑進行補貼，標準為20元/Wp。據(jù)測算，該補貼標準大約可以覆蓋相關企業(yè)生產(chǎn)成本的30%-50%，大大降低了太陽能光伏發(fā)電成本。金太陽示范工程提出對并網(wǎng)光伏發(fā)電項目原則上按光伏發(fā)電系統(tǒng)及其配套輸配電工程總投資的50%給予補助，偏遠無電地區(qū)的獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)按總投資的70%給予補助。受"金太陽工程〃和建筑屋頂光伏項目推動，國內(nèi)光伏內(nèi)需市場開始啟動。截至2009年底，全國光伏裝機容量已達300兆瓦。國家能源局最新透出的目標是，到2015年國內(nèi)光伏裝機要達500萬千瓦；到2020年，光伏裝機達2000萬千瓦，因此我國太陽能光伏市場空間巨大。同時，我國企業(yè)還將充分受益國際光伏市場的巨大發(fā)展。2008年全球光伏產(chǎn)量達6.4GW，新增裝機量達5.6GW；2009年產(chǎn)量達9.3GW，新增裝機量達7.3GW。光伏產(chǎn)業(yè)產(chǎn)量過去5年間增加超過8倍，年復合增長率超過50%。EPIA預測，到2014年世界光伏市場市場需求在策推動下將會達到30GW，從2010年到2014年年復合平均增長率約為17.9%。從太陽能電池產(chǎn)量來看，目前是晶硅電池占據(jù)主導地位，2009年占有超過80%的市場份額，但未來薄膜、聚光光伏和聚光光熱隨著技術發(fā)展也存在發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼?，隨著國內(nèi)外光伏市場增長，晶硅電池市場前景廣闊。非晶硅薄膜電池的投資在2008年開始成為市場一大亮點，隨著技術進步其投資規(guī)模預計在未來仍將保持高速增長。世界主流非晶硅薄膜設備供應商普遍預計在2012年其薄膜電池成本可降到0.5-0.6美金/kg，轉換效率研發(fā)目標約12%-14%，隨著工藝穩(wěn)定性和效率研發(fā)的不斷提升，非晶硅薄膜市場將穩(wěn)定增長。六、 結論與傳統(tǒng)化石能源以及風能等新能源相比，太陽能擁有高效、清潔、經(jīng)濟等諸多優(yōu)點。從以上論述來看，對太陽能的開發(fā)與利用可以有效地解決人類能源緊缺的問題，自然界中豐富的太陽能資源也可以免去人們對于能源枯竭的擔憂。加上原料成本等因素綜合考量，利用太陽能技術發(fā)電可以大大節(jié)約成本。與擁有太陽能技術的其它國家相比，我國對太陽能