太阳能技术应用

太阳能技术应用主讲：万少华一、太阳能能量转换（概述）

太阳能是一种辐射能，具有即时性，必须即时转换成其它形式能量才能利用和贮存。将太阳能转换成不同形式的能量需要不同的能量转换器，集热器通过吸收面可以将太阳能转换成热能，利用光伏效应太阳电池可以将太阳能转换成电能，通过光合作用植物可以将太阳能转换成生物质能，还有转化成氢能和各种机械能等等。原则上，太阳能可以直接或间接转换成任何形式的能量，但转换次数越多，最终太阳能转换的效率便越低。

一、太阳能能量转换（章节）

太阳能-热能转换1

太阳能-电能转换2

太阳能-氢能转换3

太阳能-生物质能转换4

太阳能-机械能转换

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太阳能-热能转换

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，必须采用一定的技术和装置（集热器），对太阳能进行采集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。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。返回1、

太阳能-热能转换

(平板集热器)平板集热器是在17世纪后期发明的，但直至1960年以后才真正进行深入研究和规模化应用。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好。

1、

太阳能-热能转换(真空管集热器)真空集热管大体可分为：全玻璃真空集热管，玻璃-U型管真空集热管，玻璃。金属热管真空集热管，直通式真空集热管和贮热式真空集热管。1、

太阳能-热能转换(聚光集热器)聚光集热器主要由：聚光器、吸收器和跟踪系统三大部分组成。

2、

太阳能-电能转换电能是一种高品位能量，利用、传输和分配都比较方便。将太阳能转换为电能是大规模利用太阳能的重要技术基础，世界各国都十分重视，其转换途径很多，有光电直接转换，有光热电间接转换等.这里简单介绍光电直接转换器件--太阳电池。

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太阳能-电能转换举例2、

太阳能-电能转换

目前，世界上太阳电池的实验室效率最高水平为：单晶硅电池24％（4cm2)，多晶硅电池18.6％（4cm2），

InGaP／GaAs双结电池30．28％（AM1），非晶硅电池14．5％（初始）、12．8（稳定），碲化镉电池15．8％，

硅带电池14．6％，二氧化钛有机纳米电池10．96％。

我国于1958年开始太阳电池的研究，40多年来取得不少成果。目前，我国太阳电池的实验室效率最高水平为：

单晶硅电池20．4％（2cm×2cm），多晶硅电池14．5％（2cm×2cm）、12％（10cm×10cm），GaAs电池

20．1％（lcm×cm），GaAs／Ge电池19．5％（AM0），CulnSe电池9％（lcm×1cm），多晶硅薄膜电池13．6％

（lcm×1cm，非活性硅衬底），非晶硅电池8．6％（10cm×10cm）、7．9％（20cm×20cm）、6．2％（30cm×30cm），二氧化钛纳米有机电池10％（1cm×1cm）。

3、

太阳能-氢能转换

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转换成氢能，即太阳能制氢，其主要方法如下：

1、太阳能电解水制氢。

2、太阳能热分解水制氢。

3、太阳能热化学循环制氢。

4、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。

6、太阳光络合催化分解水制氢。

7、生物光合作用制氢。返回3、

太阳能-氢能转换举例4、太阳能-生物质能转换

通过植物的光合作用，太阳能把二氧化碳和水合成有机物（生物质能）并放出氧气。

光合作用是地球上最大规模转换太阳能的过程，现代人类所用燃料是远古和当今光合作用固定的太阳能，目前，光合作用机理尚不完全清楚，能量转换效率一般只有百分之几，今后对其机理的研究具有重大的理论意义和实际意义。

返回4、太阳能-生物质能转换

举例5、

太阳能-机械能转换

20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。科学家估计：在未来10～20年内，太阳帆设想可以实现。通常，太阳能转换为机械能，需要通过中间过程进行间接转换。

返回二、太阳能技术的应用

(硅太阳能电池板

)据Dataquest的统计内容显示：现在全世界共有136个国家投入普及运用太阳能电池的热潮中,其中有95个国家正在大规模地进行太阳能电池的研制开发,积极生产各种相关的节能新产品。以后几年里,全球有将近上万厂商向市面给予光电池和以光电池为电源的产品。

（附）1．硅太阳能电池工作原理与结构图右图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边得四个电子。当硅晶体中掺入其他得杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就能存在着一个空穴，它得形成可以参照下面的图片。左图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边得四个电子。而黄色得表示掺入得硼原子，这原因是硼原子附近必须3个电子，因此就能导致入图所示得蓝色得空穴，这空穴这原因是没有电子而变得非常不稳定，容易吸收电子而中和，形成P（positive）型半导体。（附）