太阳能的应用

1、目录目录太阳能及其利用太阳能及其利用太阳能光伏发电基本原理太阳能光伏发电基本原理太阳能应用实例以及未来的发展方向太阳能应用实例以及未来的发展方向 太阳能（太阳能（solar energy），是指太阳的热辐），是指太阳的热辐射能（参见热能传播的三种方式射能（参见热能传播的三种方式:辐射），主要辐射），主要表现就是常说的太阳光线。在现代一般用作发表现就是常说的太阳光线。在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。自地球上生命诞生电或者为热水器提供能源。自地球上生命诞生以来，就主要以太阳提供的热辐射能生存，而以来，就主要以太阳提供的热辐射能生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为制作自古人类也懂得以

2、阳光晒干物件，并作为制作食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。在化石燃料食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。太阳能源的重要组成部分，并不断得到发展。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式，太阳的利用有光热转换和光电转换两种方式，太阳能发电是一种新兴的可再生能源。广义上的太能发电是一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能也包括地球上的风能、化学能、水能等阳能也包括地球上的风能、化学能、水能等。概述概述太阳能的优点与缺点太阳能的优点与缺点优点优点（1）普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制，无

3、论）普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制，无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，便于采集，且无须开采和运输。发和利用，便于采集，且无须开采和运输。（2）无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清）无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是洁能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。极其宝贵的。（3）巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当）巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于于130万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大万亿吨煤，其总量属现今世界

4、上可以开发的最大能源。能源。（4）长久：根据太阳产生的核能速率估算，氢的贮量）长久：根据太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。缺点缺点（1）分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但）分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低是能流密度很低（2）不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度）不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，

5、所等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。这给太阳能的大规模应用增加了难度。（3）效率低和成本高：太阳能利用装置，因为效率偏低，成）效率低和成本高：太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。的制约。（4）太阳能板污染：现阶段，

6、太阳能板是有一定寿命的，一）太阳能板污染：现阶段，太阳能板是有一定寿命的，一般最多般最多3-5年就需要换一次太阳能板，而换下来的太阳能板则年就需要换一次太阳能板，而换下来的太阳能板则非常难被大自然分解，从而造成相当大的污染。非常难被大自然分解，从而造成相当大的污染。太阳能的转换太阳能的转换 太阳能是一种辐射能，具有即时性，必须即时转换成其他形式的能量才能储存和利用。下面列举一些太阳能转换类型。 太阳辐射的能流密度低，在利用太阳能时太阳辐射的能流密度低，在利用太阳能时为了获得足够的能量，或者为了提高温度，必为了获得足够的能量，或者为了提高温度，必须采用一定的技术和装置（集热器），对太阳须采用一定

7、的技术和装置（集热器），对太阳能进行采集能进行采集 太阳能集热器是吸取太阳辐射能并向物质太阳能集热器是吸取太阳辐射能并向物质（水或空气）传递热量的装置，是太阳能热水（水或空气）传递热量的装置，是太阳能热水器最重要的组成部分，其性能与成本对太阳能器最重要的组成部分，其性能与成本对太阳能热水器的优劣起决定性作用。热水器的优劣起决定性作用。 目前，太阳能集热器主要有平板、全玻璃目前，太阳能集热器主要有平板、全玻璃真空管、热管式真空管三种。真空管、热管式真空管三种。 平板集热器是在平板集热器是在17世纪后期世纪后期发明的，但直至发明的，但直至1960年以后才真年以后才真正进行深入研究和规模化应用。正进

8、行深入研究和规模化应用。在太阳能低温利用领域，平板集在太阳能低温利用领域，平板集热器的技术经济性能远比聚光集热器的技术经济性能远比聚光集热器好。热器好。 真空集热管大体可分为：全玻璃真空集真空集热管大体可分为：全玻璃真空集热管，玻璃热管，玻璃-U型管真空集热管，玻璃。型管真空集热管，玻璃。金属热管真空集热管，直通式真空集热金属热管真空集热管，直通式真空集热管和贮热式真空集热管。管和贮热式真空集热管。聚光集热器主要由：聚聚光集热器主要由：聚光器、吸收器和跟踪系光器、吸收器和跟踪系统三大部分组成。统三大部分组成。 氢能是一种高品位能源。太阳能可以氢能是一种高品位能源。太阳能可以通过分解水或其它途径

9、转换成氢能，即太阳通过分解水或其它途径转换成氢能，即太阳能制氢，其主要方法如下：能制氢，其主要方法如下： 1、太阳能电解水制氢。、太阳能电解水制氢。 2、太阳能热分解水制氢。、太阳能热分解水制氢。 3、太阳能热化学循环制氢。、太阳能热化学循环制氢。 4、太阳能光化学分解水制氢。、太阳能光化学分解水制氢。 5、太阳能光电化学电池分解水制氢。、太阳能光电化学电池分解水制氢。 6、太阳光络合催化分解水制氢。、太阳光络合催化分解水制氢。 7、生物光合作用制氢。、生物光合作用制氢。 通过通过植物植物的光合作用，的光合作用，太阳能把二太阳能把二氧化碳和水氧化碳和水合成有机物合成有机物(生物质能生物质能)并

10、并放出氧气放出氧气。 光合作用是地球光合作用是地球上最大规模转换太阳上最大规模转换太阳能的过程，现代人类能的过程，现代人类所用燃料是远古和当所用燃料是远古和当今光合作用固定的太今光合作用固定的太阳能，目前，光合作阳能，目前，光合作用机理尚不完全清楚，用机理尚不完全清楚，能量转换效率一般只能量转换效率一般只有百分之几，今后对有百分之几，今后对其机理的研究具有重其机理的研究具有重大的理论意义和实际大的理论意义和实际意义。意义。 20世纪初，俄国物理学家实验证明：光具有压力。世纪初，俄国物理学家实验证明：光具有压力。20年代，前苏联物理学家提出，利用在宇宙空间中巨年代，前苏联物理学家提出，利用在宇宙

11、空间中巨大的太阳帆，在阳光的压力作用下可推动宇宙飞船前大的太阳帆，在阳光的压力作用下可推动宇宙飞船前进，将太阳能直接转换成机械能。进，将太阳能直接转换成机械能。 科学家估计：在未来科学家估计：在未来1020年内，太阳帆设想年内，太阳帆设想可以实现。通常，太阳能转换为机械能，需要通过中可以实现。通常，太阳能转换为机械能，需要通过中间过程进行间接转换。间过程进行间接转换。 即我们所说的光伏发电。光伏发电是根即我们所说的光伏发电。光伏发电是根据光生伏特效应原理据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发

12、电并网发电,光伏发电系统主要由太阳能电池板光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，后面我们着重它们主要由电子元器件构成，后面我们着重讨论这一部分的内容。讨论这一部分的内容。太阳能光伏发电基本原理太阳能光伏发电基本原理光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光能光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成。统主要由太阳电池板（

13、组件）、控制器和逆变器三大部分组成。光伏电池阵列DC-DC变换 蓄电池、蓄能元件逆变器交流用电设备直流用电设备中央控制器光伏电池的分类光伏电池的分类光伏电池光伏电池硅系半导体硅系半导体化合物半导体化合物半导体有机半导体有机半导体单晶硅光伏电池单晶硅光伏电池多多晶硅光伏电池晶硅光伏电池硅基薄膜光伏电池硅基薄膜光伏电池非晶硅光伏电池非晶硅光伏电池微晶硅光伏电池微晶硅光伏电池内禀薄层异质阶光伏电池内禀薄层异质阶光伏电池-族化合物光伏电池族化合物光伏电池-族化合物光伏电池族化合物光伏电池三元族化合物光伏电池三元族化合物光伏电池色素增感光伏电池色素增感光伏电池有机薄膜伏电池有机薄膜伏电池光光伏水泵伏水泵

14、太阳能通信基站太阳能通信基站太阳能汽车太阳能汽车太阳能飞机太阳能飞机太阳能烟囱太阳能烟囱在近几十年，国内外很多学者在近几十年，国内外很多学者分别在其不同的应用领域，对分别在其不同的应用领域，对其进行了各种各样的理论、其进行了各种各样的理论、实验和数值模拟的研究。目前，实验和数值模拟的研究。目前，太阳能烟囱的典型应用有如下太阳能烟囱的典型应用有如下四种：室内自然通风、发电、四种：室内自然通风、发电、干燥、抽取地下水。干燥、抽取地下水。太阳能烟囱用于强化自然通风的典型形太阳能烟囱用于强化自然通风的典型形式有两种：太阳能集热墙和太阳能集热式有两种：太阳能集热墙和太阳能集热屋面。屋面。 太阳辐射透过透

15、明玻璃盖板进入烟囱通道后被蓄热材太阳辐射透过透明玻璃盖板进入烟囱通道后被蓄热材料吸收，加热通道内的空气，使之产生内外密度差，完成料吸收，加热通道内的空气，使之产生内外密度差，完成热压到风压的转换，驱动通道内空气向上流动。热压到风压的转换，驱动通道内空气向上流动。 夏季时室内空气由集热墙下部进入太阳能烟囱通道，被吸收太阳夏季时室内空气由集热墙下部进入太阳能烟囱通道，被吸收太阳辐射的集热墙加热温度升高、密度降低后从上部出口排出至室外，以此辐射的集热墙加热温度升高、密度降低后从上部出口排出至室外，以此达到通风效果。冬季工作原理与夏季相同但运行工况相反，室外冷空气达到通风效果。冬季工作原理与夏季相同但

16、运行工况相反，室外冷空气进入太阳能烟囱通道，经集热墙加热温度升高后，从集热墙上部入口进进入太阳能烟囱通道，经集热墙加热温度升高后，从集热墙上部入口进入室内，从而达到通风换气以及供暖的目的。入室内，从而达到通风换气以及供暖的目的。太阳能烟囱发电技术基本原理利用太阳能发电最早是由德国Schlaich等在1978年提出了建造太阳能烟囱电厂(SCPP)的设想。该系统由太阳能集热棚、太该系统由太阳能集热棚、太阳能烟囱和涡轮机发电机组阳能烟囱和涡轮机发电机组3个基本部分构成。太阳光个基本部分构成。太阳光穿过透明的集热棚，被棚内穿过透明的集热棚，被棚内地面吸收，棚内被加热的地地面吸收，棚内被加热的地面与空气

17、之间的热交换使集面与空气之间的热交换使集热棚内空气温度升高，受热热棚内空气温度升高，受热空气由于密度减小而上升，空气由于密度减小而上升，进入棚内的烟囱。同时棚外进入棚内的烟囱。同时棚外冷空气通过四周的间隙进入冷空气通过四周的间隙进入集热棚，从而形成了空气的集热棚，从而形成了空气的循环流动。热空气在烟囱中循环流动。热空气在烟囱中上升速度提高，同时上升气上升速度提高，同时上升气流推动涡轮发电机运转发电。流推动涡轮发电机运转发电。太阳能烟囱干燥技术太阳能烟囱干燥技术 太阳能烟囱对自然通风的强化和集热性能太阳能烟囱对自然通风的强化和集热性能能够更好地完成传统干燥工艺的任务。使能够更好地完成传统干燥工艺

18、的任务。使用太阳能烟囱技术来完成水分蒸发任务，用太阳能烟囱技术来完成水分蒸发任务，首先集热板覆盖区域内的温度较高，高温首先集热板覆盖区域内的温度较高，高温条件下的水分蒸发速度将高于露天的自然条件下的水分蒸发速度将高于露天的自然干燥过程；同时太阳能烟囱借助太阳辐射干燥过程；同时太阳能烟囱借助太阳辐射能来加速内部空气的自然循环流动，提高能来加速内部空气的自然循环流动，提高了物料表面的空气流速，增加了瞬态条件了物料表面的空气流速，增加了瞬态条件下物料表面的湿度梯度，提高了水分蒸发下物料表面的湿度梯度，提高了水分蒸发的推动力，使整个过程得到了强化。由于的推动力，使整个过程得到了强化。由于太阳能烟囱能够

19、吸收大量的太阳辐射能，太阳能烟囱能够吸收大量的太阳辐射能，同时干燥物料处于集热板覆盖区域内，所同时干燥物料处于集热板覆盖区域内，所以整个干燥过程受外部环境因素影响较小。以整个干燥过程受外部环境因素影响较小。太阳能烟囱抽取地下太阳能烟囱抽取地下水水 由于太阳能烟囱发电的由于太阳能烟囱发电的局限性，特别是超大型烟囱局限性，特别是超大型烟囱因高度而产生的安全问题，因高度而产生的安全问题，所以用其直接抽取地下水是所以用其直接抽取地下水是一个不错的解决方案，特别一个不错的解决方案，特别是对于我国西部缺水的地区。是对于我国西部缺水的地区。太阳能烟囱抽取地下水原理图总结：总结：在太阳能烟囱技术的应用领域里，

20、最有可能在实际生产生活中推广的是强化自然通风和用于农产品干燥，抽取地下水则在我国西部拥有广阔前景。这些应用方式目前还正处于研究阶段，并没有重大的可实际应用的突破。然而，随着研究的深入，必定距离实际应用越来越近。由于本身的优点，也必会被越来越多的人了解和欢迎。而由于发电成本过高，就目前的情况来看，太阳能烟囱用于发电还不现实。随着常规能源的日渐衰竭，太阳能必然会受到越来越多的青睐，而太阳能烟囱技术也有希望在不久的将来得到实际的推广应用。 汉能控股集团有限公司（汉能控股集团有限公司（Hanergy Holding Group Limited，简，简称汉能控股集团）成立于称汉能控股集团）成立于1994

21、年年(甲戌年甲戌年)。集团以水电等传统清。集团以水电等传统清洁能源为基础，已建、在建水电项目权益总装机容量超过洁能源为基础，已建、在建水电项目权益总装机容量超过600万万千瓦；以太阳能光伏产业为主导，在广东、四川等地投资建设千瓦；以太阳能光伏产业为主导，在广东、四川等地投资建设产能约超过产能约超过3GW的太阳能光伏研发生产基地，是当今国内规模的太阳能光伏研发生产基地，是当今国内规模最大、专业化程度最高的民营清洁能源发电企业。最大、专业化程度最高的民营清洁能源发电企业。汉能产业发展模式汉能产业发展模式集团专注于清洁能源的发展，凭借具有前瞻性的战略优势和品牌优势，以可供集团持续发展的资源储备为基础

22、，不断提升以汉能软实力为主的综合实力，在水电、风电、太阳能等清洁能源领域占据制高点，以创新、变革性技术为起点，以规模化优势构筑汉能特有的产业发展模式，推动清洁能源产业在中国和世界大力发展，为降低全球碳排放做贡献。 我国旺盛的市场需求促进了太阳能热利用行业的快速发展，但太阳我国旺盛的市场需求促进了太阳能热利用行业的快速发展，但太阳能集中供热采暖和制冷尚处于示范阶段。目前，我国太阳能热利用中技能集中供热采暖和制冷尚处于示范阶段。目前，我国太阳能热利用中技术成熟、广泛应用的方式主要集中在中低温领域。术成熟、广泛应用的方式主要集中在中低温领域。2015-2020年太阳能光热市场行情监测及投资可行性研究报告认为，年