第二章 太阳能

1、第二章第二章 太阳能太阳能能源技术概论 Page 2第一节第一节 太阳概述太阳概述2.1.1太阳日地距离1.5x108km。体积是地球的130万倍质量是地球的33万倍含H78.4%，He19.8%，其他1.8% Page 4内部：内部：1.内核00.23R，4x107K，密度为水的100倍，占整个太阳质量的40%温度极高，压力极大，所有物质为等离子态（物质原子内的电子在脱离原子核的吸引而形成带负电的自由电子和带正电的离子共存的状态）热核反应区，90%太阳能量的来源，产生射线太阳结构太阳结构 Page 52.中阶层（辐射层）0.230.7R，1.3x105K，密度为水的0.079，主要的辐射输出

2、区域3.对流层0.7RR，温度为6000K，密度为水的千分之一。太阳结构太阳结构 Page 6外部：外部：1.光球层看到的太阳表面，6000K，厚约为500km，强电离气体组成。2.色球层5000K，密度极低，太阳风的产区3.日冕温度一百多万K，高能辐射释放区域太阳结构太阳结构 Page 7到达地球大气层外部的太阳辐射基本到达地球大气层外部的太阳辐射基本为一个常数为一个常数太阳辐射常数Isc=1.35x103W/m2大部分短波辐射被地球外层臭氧层和电离层所吸收2.1.2 到达地球的太阳辐射能到达地球的太阳辐射能 Page 8太阳能的热利用1.低温：热水器、被动式太阳房、太阳能干燥关键部件：平板

3、集热器2.1.3 太阳能的利用太阳能的利用平板集热器 Page 10太阳能的热利用2.中温：用于工业供热关键部件：聚光集热器2.1.3 太阳能的利用太阳能的利用 Page 11太阳能的热利用3.高温：大型热发电关键部件：旋转物面聚光集热器、定日镜场2.1.3 太阳能的利用太阳能的利用 Page 12太阳能的光利用1.太阳能电池：单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓、硫化镉2.光化学制氢：直接分解水、电池分解水、太阳光络合催化分解水（通过配位作用而使反应物分子活化）2.1.3 太阳能的利用太阳能的利用第二节第二节 太阳能太阳能-热能热能交换技术交换技术2.2.1 太阳能热发电技术1.类型（1）热动力发

4、电：集热器加热水，水蒸气推动叶轮机旋转发电（目前主要的应用方式）（2）热电直接转换：热离子发电、磁流体发电2.原理：太阳能加热工质（水）工质在蒸发器中过热产生蒸汽通过人工透平蒸汽加速推动叶轮机旋转发电3.系统组成：集热系统、热传输系统、蓄热与热交换系统、汽轮机发电系统、凝结收集系统4.发电系统类型：塔式电站、碟式电站、槽式电站、太阳能烟囱（无工质）（P8）5.集热吸收器（P10）2.2.2 太阳能供暖技术1.类型被动式、主动式、光伏建筑一体化（BIPV）2.发展趋势：光电与光热结合太阳能与建筑结合2.2.3制冷技术H2O-LiBr系统氨水系统喷射式制冷系统：工质蒸汽为制冷系统供能、利用冷凝器2

5、.2.4 太阳能热水系统集热器、蓄热器、循环系统、控制系统2.2.5 其他技术（P26）第三节第三节 太阳能太阳能-光电光电转换技术转换技术太阳能电池的优点：1.取之不尽2.模块化安装，灵活，建设周期短3.不受化石能源限制4.没有运动部件，维护简单，不易损坏5.清洁（P30）太阳能电池的缺点：1.受气候限制2.发电间歇性，需要存储设备3.能量密度低，建设规模大4.初始投资大光伏效应（光伏效应（P30）太阳能电池的分类：1.晶体硅电池（单晶硅+多晶硅）2.非晶硅电池3.半导体化合物太阳能电池4.纳米晶太阳能电池2.3.1 晶体硅太阳能电池1. 单晶硅2. 多晶硅1.光伏效应电子-空穴对传导的电子

6、光截留子2.P型半导体：受主，接收半导体价带电子N型半导体：施主，向半导体输送电子晶体硅电池原理（晶体硅电池原理（P33）1.P型硅原子核周围有四个电子，硅晶体中加入硼原子后，硼原子周围有三个电子，硼原子与硅原子形成网格结构后，会形成一个空穴，因没有电子而不稳定。空穴容易接收电子而中和，变为P型导体2.N型硅晶体中加磷原子后，磷原子周围有五个电子，硼原子与硅原子形成网格结构后，会多出一个电子，多出的电子非常活跃，不稳定。电子释放，变为N型导体3.P型N型半导体结合，在接触面形成电势差晶体硅电池结构要点晶体硅电池结构要点1.半导体为不良导体，电阻损耗大，向光层若全为金属，则阳光无法穿透，不会形成

7、电流2.所以向光层采用增投涂层（减反射层）和金属网格结构，覆盖P-N结。2.3.2 非晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池特点：1. 无晶体结构，很薄2.厚度为晶体硅的1/5003.原子无规则排列4.P与N间，加入本证层i5.主要关注：提高效率；提高可靠性；批量生产技术太阳能电池的分代太阳能电池的分代第一代：单晶硅电池第二代：多晶硅、非晶硅第三代：化合物薄膜太阳能电池、薄膜Si系太阳能电池2.3.3 化合物半导体太阳能电池化合物半导体太阳能电池1. 碲花镉电池CdTe发展最快、高效廉价，太阳能利用率7.716%2.铜铟镓硒电池CuInSe23.磷化铟电池InP4.砷化镓电池GaAs太阳能利用效率最高28%，成本高昂2.3.4 染料敏化纳米晶化学太阳能电池染料敏化纳米晶化学太阳能电池1. 纳米晶网格结构类似于叶绿素中的类囊体，起支撑作用2.染料分子类似于叶绿素，吸收光子的作用3.寿命长达15年，效率78%4.成本仅为硅太阳能电池的1020%第四节第四节 太阳能光伏并网太阳能光伏并网首要要求：将光伏发电的直流电，通过逆变器，逆变器，整流器整流器，变为同频率、同相位的交流电，并入电网组成：光伏阵列、电能转换系统、控制系统太阳能光伏系统并网优势太阳能光伏系统并网优势1.直接发电并网，免除配置蓄电设备，减少能量转换损耗和成本2.使用公用电网，降低