可再生能源利用用

可再生能源的利用2010年2月22日一、世界能源的现状

1、目前世界能源主要取自于化石能源

（石油、天然气与煤炭）；

2、随着社会经济的发展，对能源的需求

也日益增长。预计，2010年全球能源需求量达到105.99亿吨油当量，2020年达到128.89亿吨当量，2025年则达到136.50亿吨当量，平均年增率为2%；3、目前世界的化石能源岌岌可危：截止到2003年底，全球剩余的石油已探明的可开采量为1565.8亿吨，如果，以后没有发现新的蕴藏量可观的油田的话，估计到2040年，最多到2050年就要用完；而天然气估计可以用到2050年，加上可能再发现的天然气田,最

多用到2090年；煤炭的情况好一些，估计可以再用200年甚至300年。综上所述，到本世纪末，除煤炭外,其它的化石能源就要开采殆尽！

“能源危机”之说绝不是危言耸听！汽车排长队等加油4、与此同时，化石能源的碳排放带来的环境污染也日趋严重，减排任务相当艰巨！2009年12月18日在哥本哈根召开的世界气候会议的主要议题是，工业化国家减少温室气体的排放目标与帮助发展中国家适应气候的变迁。由于欧美等发达国家的消极态度，最后没有达成实质性协议。可见，世界性的减排、低碳之路任重而道远！

大气污染，触目惊心！二、解决能源危机的办法

解决能源危机的办法：新能源的开发利用（开源）与节能（节流）

1、新能源的开发利用

（1）太阳能的开发利用

太阳是一个十分巨大的能源,它送到地球的光功率就有

12万TW（1TW（太瓦）=1MMW=1000000000000W）。与此相比，现在人类社会的总能耗约13TW，全世界发电装机容量不到4TW，都比太阳送到地球的光功率小得多。地球上的所有石油资源相应的能量．只相当太阳在一天半时间内供应给地球的光能。况且太阳的寿命至少是50亿年，对人类而言，太阳能是取

之不尽用之不竭的；

太阳能的利用主要有两种：

①光热太阳能如太阳灶、太阳供热系统。遍及全国各地的屋顶太阳能热水器就是一种常见的太阳供热系统。我国是太阳能热水器生产量与销售量最大的国家；但从房屋的热水器安装率来说，以色列已达到

80%，日本为11%，台湾也达到2.7%，...，我国仅在千分之几左右，可见，在我国太阳能热水器的推广应用潜力仍很大。屋顶上的太阳能热水器②光电太阳能

如太阳能电池、太阳能热电站。利用太阳热能发电目前已成为全球风险投资的一个重点领域，其原理是通过聚光装置把太阳光线聚集在装有某种液体的管道或容器。借助太阳热能，液体被加热到一定温度，产生蒸汽然后驱动涡轮机发电，热能转化为电能。这种发电方式被人

们称为太阳能热发电。

由于太阳能热发电需要充足的太阳直接辐射才能保持一定的发电能力,因此沙漠是最理想的建厂选址地区。假若，在非洲的撒哈拉大沙漠1%的地面上铺设硅太阳能电池，就可以得到比现在全球所消耗的能源总量还要多得多！西班牙的太阳能电站

上海鲜花港太阳能电站

与传统的电厂相比，太阳能热电厂具有两大优势：

（1）整个发电过程清洁，没有任何碳排放；（2）利用的是太阳能，无需任何燃料成本。

太阳能热发电还有一大特色，那就是其热能储存成本要比电池储存电能的成本低得多。举例来说，

一个普通的保温瓶和一台笔记本电脑的电池所存储的能量相当，但显然电池的成本要高得多。能够将太阳热能储存，就意味着太阳能热电厂可以克服传统电厂发电可能中断的弊端。

从1984到1990年，美国在加州莫哈夫沙漠地区相继建成九个槽式太阳能热电站。其发电功率分别为14MW、6×30MW和2×80MW。这组总

功率354MW的电站建成后，一直向加州电网供电至今，累计供电12TWh，其中新装置的电效率已达30%。

葡萄牙在阿马雷莱雅地区建造的一座太阳能光伏电站近日投入使用，其总装机容量达46兆瓦是目前世界上最大的太阳能光伏电站。发电能力能满足３万多户葡萄牙家庭的日常用电需求。

葡萄牙阿马雷莱雅太阳能光伏电站

中国在太阳能热电厂的建设上起步较晚，中国与澳大利亚合作准备在中国建一座也许全世界最大的太阳能城上海的鲜花港太阳能电站是目前中国最大的太阳能电站。以太阳能为能源引发的光伏研发与生产目前在世界各地正在如火如荼地开展。其中集热水供应、采暖、制冷、光伏并网发电系统与建筑融为一体的

太阳能建筑正在各地拔地而起。我国奥运场馆、上海世博会建筑都属于太阳能建筑。苏州在2010年，市政府准备大力发展光伏企业，从财力、人力与政策上给与企业最大的支持。各式各样的太阳能汽车也开始在世界各国问世。而在宇宙航行中，太阳能电池（板）又是不可或缺的设备。

太阳能电池薄膜太阳能电池

太阳能汽车航天器上的太阳能电板上海世博会主体建筑屋顶上的太阳能装置

太阳能路灯

（2）核能的开发利用

①核电站的工作原理

原子核是由带正电的质子与不带电的中子组成的，质子与中子统称为核子。一般情况下，原子核为什么如此稳定，就是因为核子之间存在着强大的核力。要使原子核分裂或者重新组合相当困难，但是，一旦原子核分裂成新的原子核与其它粒子了，或者原子核与核子聚合成新的原子核与其它粒子了，都会产生巨大的能量，

这种能量就称为核能，俗称“原子能”。前者的变化过程称为“裂变”，后者的变化过程称为“聚变”。而且，聚变时产生的能量要比裂变时产生的能量大得多（就像氢弹爆炸时释放的能量要比原子弹爆炸时的能量大得多);

但是，聚变过程也更难控制。目前正常运行的核电站都是属于裂变核电站。

②目前世界核电站的状况

经过50多年的发展，核电已成为30多个国家能源组成中不可或缺的部分。全世界正在运行的核动力堆已超过440座，总装机容量超过387千兆瓦，其中法国核电占其国内总电力的74.6%，比利时56.8%，韩国44.7%，瑞典39%，日本33.8%，德国30.6%，英国22%，美国20%，俄罗斯16%，而中国仅为1.1%。

③目前中国核电站的状况

我国的已经运行的核电站有：1）秦山核电站（浙江嘉兴的杭州湾

畔）一期工程（30万KW，1994年商业运行，）、二期工程（2×60万KW，2002年商业运行）、三期工程（2×70万KW）

2）大亚湾核电站（广东深圳大亚湾）（2×984MW）；3）田湾核电站（江苏连云港田湾）

（2×106万KW，05年建成投产）

4）岭澳核电站（广东大亚湾西海岸大鹏半岛东南侧）（2×100万KW04年投入商业运行），二期工程正在建设中。

正在建设中的核电站有：

1）阳江核电站（广东西南沿海的阳江市东平镇沙环村）（6×100万KW）；2）三门核电站（浙江台州市三门健

跳镇猫头山半岛上南部）（6×100万KW）；3）海阳核电站（山东海阳冷家庄）;4）宁德核电站（福建省宁德市辖福鼎市秦屿镇的备湾村）；5）福清核电站（福建三山镇前薛村）5）红沿河核电站（辽宁瓦房店市东岗镇）。……等等。

秦山一期核电站

秦山二期核电站

秦山三期核电站

广东大亚湾核电站

连云港田湾核电站

广东岭澳核电站

广东阳江核电站

福建福清核电站

特别要指出的是，正在建设中的核电站大多采用的是第三代核技术，技术含金量高，效率与安全系数也高；

③核电站的优点与不足

1）核电站的优点

a)核能发电不像化石燃料发电那

样排放巨量的污染物质到大气中,因此核能发电不会造成空气污染,不会产生加重地球温室效应的二氧化碳；

b)核能发电所使用的是铀燃料，而

全球铀的蕴藏量相当丰富；c)

核燃料能量密度比起化石燃料高

上几百万倍，故核能电厂所使用

的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送；

d)核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。

2）核电站缺点:a)核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对

大的政治困扰

b)核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境里，故核能电厂的热污染较严重

c)核能电厂投资成本太大，电力公司

的财务风险较高；d)核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果设计不合理或操作不当而造成核泄漏事故，会对生

态及民众造成伤害甚至严重伤害。前苏联的切尔诺贝利核电站1986年4月的核泄漏事故对周边地区的生态环境造成了相当严重的影响。

（3）风能的开发利用

风能是利用空气强烈的流动而形成的动能。严格说来，他是间接形式的太阳能，占到达地面太阳能的2%左右。虽然百分比不大，但绝对量可观，相当于10300亿吨煤蕴藏的能量。

风能的利用分两种：

①风能的动力利用

利用风力作为动力，直接带动各类机械系统。例如，风帆；

②风能的发电利用利用风力带动发电机发电。例如,风力发电机。

风力发电机的优点是明显的：成本低，污染少；但是缺点也是明显

的：风力不稳定，受季节性影响大，储存与传输难等。

目前我国风能开发利用的现状：

我国的风力资源丰富，风力电厂主要分布在新疆、内蒙等地，例如，闻名全球的新疆的达坂城风力发电厂。到2008年底止，我国风电的总装机容量接近1300万千瓦，已经超过核电，为全球第四、亚洲第一。预计到2020年，我国的风电的总装机容量接近

1300万千瓦，已经超过核电，为全球第四、亚洲第一。预计到2020年，我国的风电装机总容量将超过一亿千瓦。江苏省在沿海地区（例如如东、启东与响水等县市）大力发展风电事业，而且在淮安等地有专门生产风力发电机的企业。

郑和下西洋新疆达坂城风力电站之一

新疆大阪城风力电站夜景

（4）海洋能的开发利用

海洋能包括潮汐能、波浪能、海流能和海水温差能。海洋潮汐能来源于月亮与太阳对地球海水的的吸引力以及地球的自转引起海水会周期性地作有节奏的垂直涨落的现象。据统计，全球海洋潮汐能的储藏量在27亿千瓦左右，每年的发电量可达

33480亿

千瓦；目前，法国、英国、美国、加拿大、俄罗斯和阿根廷等国度已经建造了潮汐发电站。海洋波浪能、海流能也可以用来发电，目前相对地说容量不大。我国也在浙江的江厦与广东的汕尾建立了潮汐电站。

葡萄牙的“海蛇”海浪发电站浙江江厦潮汐电站广东汕尾潮汐电站

由英国安装的世界首台潮汐发电机（5）地热能的开发利用

地球是一个巨大的热库，通过火山爆发和温泉等途径将内部的热量——地热能不断地输送到地面。

据估计，每年输送到地面的热能相当于燃烧370亿吨煤释放的能量，数量相当惊人。若严格的区分的话，地热能又分为地下热岩地热能与地下热液地热能两种。目前开发的大多是地下热液地热能。

地热能既可以直接的地热供暖，也可以地热发电，例如，我国西藏的“羊八井”电站。我国的地热资源比较丰富，主要分布在西藏、云南与台湾等地。我国每年直接利用的地热资源量居世界首位。

西藏“羊八井”地热电站

云南大理地热国

（6）生物物质发电

丹麦是世界上第一个研究开发生物质发电的国家。1973年的石油危机促使需要依靠大量石油进口的丹麦进行生物质发电的研发工作。在政府大力扶持下，很快地在1987年丹麦建立了世界上第一个秸秆生物燃烧发电厂。到目前为止，丹麦已经有130多家秸秆发电厂。我国是个农业大国，有着丰富的秸秆。

国家发改委大力支持发展生物质发电项目。河北晋州的秸秆发电项已经上马，其他省也紧紧跟上。不久的将来，我国生物质发电项目将会在全国遍地开花。还有利用牛粪产生沼气发电也大有前途。

河北晋州的秸秆发电厂

广西隆安的生物质发电厂

沼气发电厂三、节能的意义与途径

1、节能的意义

在当前能源日益紧张的态势下，节能是解决能源矛盾的重要措施。对我们这样的人口众多、能源资源相对不足、经济相对欠发达的发展中大国来说，尤为重要。而且，在节能的同时，会减少对环境的污染，所以，

节能既可以解决能源不足的矛盾，又可以解决环境污染的问题，“一举两得”。

2、节能的途径

①大力推进产业结构调整，严格限制高能耗、高耗材、高耗水的产业发展，加快构建节能型的产业体系；②大力推广节能技术；

③加快实施节能工程

我国正在实施替代石油、热电联产、余热利用、建筑节能等十大重点节能工程。我国奥运游泳馆“水立方”是具有当今世界上最大的节能膜结构的建筑；

④加强节能管理其中包括制定鼓励节能的财税政策，强制采购节能型产品的制度，积极推进优先采购节能产品等措施；

北京水立方美丽的夜景

北京水立方—绿色环保游泳池

苏州市在2008年与2009年两年由政府补贴，大力推广与使用节能灯,取得了良好的效果

⑤倡导社会节能意识大力倡导节能文化，大力宣传与普及节能知识，建立全社会节能的长效机制。一切从我做起，一切从小做起。（指自然界中以原有形式存在的、未经加工、转换的能源）（指由一次能源经过加工转换以后得到的能源）化石燃料（原煤、原油、天然气）、核能、生物质能、水能、风能、太阳能、地热能、潮汐能等。主要是热能、机械能和电能，也包括蒸汽、煤气、汽油、柴油、重油、液化石油气、酒精、沼气、氢气和焦炭等。能源一次能源二次能源一次能源可再生能源（太阳能、水能、风能、生物质能、潮汐能等）不可再生能源（原煤、原油、天然气、油页岩、核能等）2004年世界能源消耗第三章太阳能热利用本章主要内容：太阳能利用的历史与现状太阳能简介太阳能热利用的方式太阳能和其它能源的对比世界各国太阳能利用太阳能利用的近期概况及前景第一阶段（1900-1920）起步

第二阶段（1920-1945）低潮第三阶段（1945-1965）发展第四阶段（1965-1973）停滞不前第五阶段（1973-1980）大发展第六阶段（1980-1992）再次停滞第七阶段（1992-至今）走出低谷第一阶段(1900-1920)在这一阶段，世界上太阳能研究的重点仍是太阳能动力装置，但采用的聚光方式多样化，且开始采用平板集热器和低沸点工质，装置逐渐扩大，最大输出功率达73.64kW，实用目的比较明确，造价仍然很高。第二阶段（1920-1945）

在这20多年中，太阳能研究工作处于低潮，参加研究工作的人数和研究项目大为减少，其原因与矿物燃料的大量开发利用和发生第二次世界大战（1935-1945）有关，而太阳能又不能解决当时对能源的急需，因此使太阳能研究工作逐渐受到冷落。第三阶段（1945-1965）

在第二次世界大战结束后的20年中，一些有远见的人士已经注意到石油和天然气资源正在迅速减少，呼吁人们重视这一问题，从而逐渐推动了太阳能研究工作的恢复和开展，并且成立太阳能学术组织，举办学术交流和展览会，再次兴起太阳能研究热潮。

在这一阶段里，加强了太阳能基础理论和基础材料的研究，取得了如太阳选择性涂层和硅太阳电池等技术上的重大突破。平板集热器有了很大的发展，技术上逐渐成熟。太阳能吸收式空调的研究取得进展，建成一批实验性太阳房。对难度较大的斯特林发动机和塔式太阳能热发电技术进行了初步研究。太阳能吸收式空调第四阶段(1965-1973）

这一阶段，太阳能的研究工作停滞不前，主要原因是太阳能利用技术处于成长阶段，尚不成熟，并且投资大，效果不理想，难以与常规能源竞争，因而得不到公众、企业和政府的重视和支持。第五阶段（1973-1980）

自从石油在世界能源结构中担当主角之后，石油就成了左右经济和决定一个国家生死存亡、发展和衰退的关键因素，

1973年10月爆发中东战争引起“石油危机”.

这次“危机”在客观上使人们认识到：现有的能源结构必须彻底改变，应加速向未来能源结构过渡。从而使许多国家，尤其是工业发达国家，重新加强了对太阳能及其它可再生能源技术发展的支持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能热.

1973年，美国制定了政府级阳光发电计划，太阳能研究经费大幅度增长，并且成立太阳能开发银行，促进太阳能产品的商业化。

日本在1974年公布了政府制定的“阳光计划”，其中太阳能的研究开发项目有：太阳房、工业太阳能系统、太阳热发电、太阳电池生产系统、分散型和大型光伏发电系统等。

70年代初世界上出现的开发利用太阳能热潮，对我国也产生了巨大影响。一些有远见的科技人员，纷纷投身太阳能事业，积极向政府有关部门提建议，出书办刊，介绍国际上太阳能利用动态；在农村推广应用太阳灶，在城市研制开发太阳热水器，空间用的太阳电池开始在地面应用……。这一时期，太阳能开发利用工作处于前所未有的大发展时期，具有以下特点：各国加强了太阳能研究工作的计划性，不少国家制定了近期和远期阳光计划。开发利用太阳能成为政府行为，支持力度大大加强。国际间的合作十分活跃，一些第三世界国家开始积极参与太阳能开发利用工作。2、研究领域不断扩大，研究工作日益深入，取得一批较大成果，如CPC、真空集热管、非晶硅太阳电池、光解水制氢、太阳能热发电等。3、各国制定的太阳能发展计划，普遍存在要求过高、过急问题，对实施过程中的困难估计不足，希望在较短的时间内取代矿物能源，实现大规模利用太阳能。例如，美国曾计划在1985年建造一座小型太阳能示范卫星电站，1995年建成一座500万kW空间太阳能电站。事实上，这一计划后来进行了调整，至今空间太阳能电站还未升空。4、太阳热水器、太阳电他等产品开始实现商业化，太阳能产业初步建立，但规模较小，经济效益尚不理想第六阶段（1980-1992）

70年代兴起的开发利用太阳能热潮，进入80年代后不久开始落潮，逐渐进入低谷。世界石油价格大幅度回落，而太阳能产品价格居高不下，缺乏竞争力；太阳能技术没有重大突破，提高效率和降低成本的目标没有实现，以致动摇了一些人开发利用太阳能的信心；核电发展较快，对太阳能的发展起到了一定的抑制作用。主要原因是：第七阶段（1992-至今）

由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，对人类的生存和发展构成威胁。在这样背景下，1992年联合国在巴西召开“世界环境与发展大会”，会议通过了《里约热内卢环境与发展宣言》，《21世纪议程》和《联合国气候变化框架公约》等一系列重要文件，把环境与发展纳入统一的框架，确立了可持续发展的模式。

这次会议之后，世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能与环境保护结合在一起，使太阳能利用工作走出低谷，逐渐得到加强。

1992年以后，世界太阳能利用又进入一个发展期，其特点是：

太阳能利用与世界可持续发展和环境保护紧密结合，全球共同行动，为实现世界太阳能发展战略而努力；

太阳能发展目标明确，重点突出，措施得力，保证太阳能事业的长期发展；

在加大太阳能研究开发力度的同时，注意科技成果转化为生产力，发展太阳能产业，加速商业化进程，扩大太阳能利用领域和规模，经济效益逐渐提高；国际太阳能领域的合作空前活跃，规模扩大，效果明显。二、现状

七十年代以来，特别是进入九十年代，迫于能源与环保的双重压力，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能的热潮，开发利用太阳能成为各国制定可持续发展战略的重要内容。太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。包括太阳能在内的可再生能源在下世纪将会发前所未有的速度发展，逐步成为人类的基础能源之一。

据预测，到本世纪中叶可再生能源在世界能源结构中将占到50%以上。你所知道的太阳能利用有哪些？思考

太阳能汽车航天器上的太阳能电板上海世博会主体建筑屋顶上的太阳能装置

太阳能路灯太阳能红绿灯太阳能的利用方式光能热能光能电能光能化学能光能生物质能6H2O+6CO2C6H12O6+6O2光叶绿素（C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6催化剂C6H12O6+6O26H20+6CO2光能→生物质能（化学能）光能→热能太阳炉太阳灶热水器大棚光能→电能太阳辐射基本概念太阳的组成部分为氢和氦，日常见到的耀眼的光亮部分成为光球。太阳内部是太阳内核，密度较高，占整个太阳质量的40%。温度从中心向表面逐渐降低。在太阳能利用的计算中，常常把太阳看成是一个温度为6000K的辐射黑体。地球所接受到的太阳辐射能量仅为太阳向宇宙空间放射的总辐射能量的二十二亿分之一，但却是地球大气运动的主要能量源泉。人们一般近似的认为太阳辐射强度是一个常数，也就是所谓的“太阳常数”，就是指平均日地距离，垂直于太阳辐射的大气外层平面上，单位时间单位面积上所接受的太阳辐射能，单位为W/m2。对于一年中的某一天，太阳辐射能的计算公式：其中D为日地距离；D0为日地平均距离，D0=1.5；IC为太阳常数，太阳常数=1357W/m2；n为从元旦算起的天数。太阳辐射的光谱分布

太阳辐射是电磁辐射的一种，它是物质的一种形式，既具有波动性，也具有粒子性，在本质上与无线电波没有什么差异，只是波长和频率不同而已。太阳辐射光谱的主要波长范围为0.3～3微米，而地面和大气向宇宙辐射的主要波长范围则为30～120微米。在气象学中，就根据波长的不同，常把太阳辐射叫做短波辐射，而把地面和大气辐射叫做长波辐射。

太阳辐射的光谱可以划分为几个波段。波长短于0.4微米的称为紫外波段，从0.4微米到0.75微米的称为可见光波段，而波长长于0.75微米的则称为红外波段，它还可以细分为近红外0.75－25微米和远红外25－1000微米两个波段。在可见光谱的波长范围内，不同波长的电磁辐射对于人眼产生不同的颜色感觉。下表列出了各种颜色的波长及其光谱范围。计算表明：实际到达人类居住区域的太阳辐射功率为太阳总辐射功率的5%-6%，大气层的状态和大气质量也会对到达地面的太阳辐射强度产生影响大气质量AM的定义太阳高度角是指太阳光线与观测点处水平面的夹角，称为该观测点的太阳高度角。太阳辐射强度除了与大气质量有关外还与大气透明度P有关。当大气质量为m时，太阳直接辐射强度P值越大，大气越透明。P值永远小于1，一般在0.3-0.85之间，0.85相当于大气最清净时的透明程度。城市里空气污染较重，因此P值较小。我国的太阳能资源及分布太阳能光热应用一、太阳能热水器

1、真空管热水器：真空管太阳能热水器以黑色镀膜的真空玻璃管为集热元件，集热效率高，热损失小，可以常年使用。目前已大规模进入商业化应用。

2、平板热水器：它的受热面是一个平板，涂有高吸收、低发射的选择性涂层，水管在板下方，通过水循环将热量传递到水箱中。

太阳能房太阳能热力发电

1、塔式太阳热发电系统

2.槽式太阳热发电系统。3.碟式太阳热发电系统

槽式太阳能热发电工程研制成功近日，由北京中航空港通用设备有限公司自主研发、设计并具自主知识产权的槽式太阳能热发电工程样机发电成功，在国内实现了太阳能热发电零的突破，使我国独立建造大规模槽式太阳能热发电站成为可能。槽式太阳能热发电系统全称为槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统，是将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列，加热工质，产生高温蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电。目前，仅有美国和西班牙实现了槽式太阳能聚热发电的商业化。针对太阳能存在的日照强和弱等不稳定因素影响，中航通用公司采用蓄热装置贮存多余热能，在热能不足的情况下，可以释放出来，以达到稳定供电和延长发电时间的目的，最大限度地有效利用资源。图为工作人员正在向参观者介绍槽式太阳能热转换机房。太阳能热发电系统通过鉴定2007年6月1日，国内首座70千瓦太阳能热发电系统，在南京通过鉴定验收，该工程技术，走出了我国太阳能发电技术多年来徘徊不前的困境，系统整体技术达到国际先进水平。太阳能发电技术太阳能和其它能源的对比太阳能是真正取之不尽，用之不竭的能源。而且太阳能利用绝对干净，不产生公害。所以太阳能被誉为最理想的能源。从太阳能获得电力，需通过太阳能电池进行光电变换来实现。例如：热水器对比太阳能热水器和燃气热水器相比，太阳能热水器是一次性投资，受益15年；节约能源，而且安全方便无污染，是当今社会理想的“绿色”节能产品。图片返回世界各国太阳能利用世界各国都在开辟通向持久能源的道路，太能源技术在这些方面都有较大优势。它对环境的影响最小，可替代部分常规能源，增加能源供应的安全性和可靠性；例如在欧洲大部分地区，环保的考虑推动着太能源技术的开发。太阳能被公认为是一种极好的替代能源，它的利用有助于降低二氧化碳的排放和环境保护。有些国家利用鼓励办法来促进太阳能技术发展。在奥地利，联邦、省和某些地方对太阳能装置提供直接的财政资助和鼓励；在芬兰，公司可以申请政府给予新太阳能装置高达总成本35％的补助，而家庭可申请20％的补助。其它还有一些补助的方式，如比利时对公共建筑改造的资助，德国和其它国家的减税和折旧补贴等。尽管受到常规能源低价的影响，世界很多国家中，太阳能装置市场仍然持续增长。在丹麦有十几家公司生产主动太阳能加热装置，。在很多国家中，消费者对太阳热水器的兴趣正在增长，而且在技术和降低成本方面也有较大进展。返回太阳能利用的前景目前，太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳能电池变换效率最高，已达２０％以上，但价格也最贵。非晶态硅太阳电池变换效率最低，但价格最便宜，今后最有希望用于一般发电的将是这种电池。一旦它的大面积组件光电变换效率达到１０％，每瓦发电设备价格降到１－－２美元时，便足以同现在的发电方式竞争。当然，特殊用途和实验室中用的太阳电池效率要高得多。如美国波音公司开发的由砷化镓半导体同锑化镓半导体重叠而成的太阳能电池，光电变换效率可达３６％，快赶上了燃煤发电的效率，但是由于它太贵，目前只能限于在卫星上使用。返回主要内容太阳能电池的发展历史

太阳能电池市场状况及趋势

太阳能电池定义和分类太阳能电池的结构及工作原理太阳能电池的生产工艺太阳能电池的应用

1.太阳能电池的发展历史1954年世界第一块实用化太阳能电池在美国贝尔实验室问世，幷首先应用于空间技术。当时太阳能电池的转换效率为8％。1973年世界爆发石油危机，从此之后，人们普遍对于太阳能电池关注，近10几年来，随着世界能源短缺和环境污染等问题日趋严重，太阳能电池的清洁性、安全性、长寿命，免维护以及资源可再生性等优点更加显现。一些发达国家制定了一系列鼓舞光伏发电的优惠政策，幷实施庞大的光伏工程计划，为太阳能电池产业创造了良好的发展机遇和巨大的市场空间，太阳能电池产业进入了高速发展时期，幷带动了上游多晶硅材料业和下游太阳能电池设备业的发展。在1997－2006年的10年中，世界光伏产业扩大了20倍，今后10年世界光伏产业仍以每年30％以上的增长速度发展。世界太阳能电池发展的主要节点1954美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为6％1955第一个光伏航标灯问世，美国RCA发明GaAs太阳能电池1958太阳能电池首次装备于美国先锋1号卫星，转换效率为8％。1959第一个单晶硅太阳能电池问世。1960太阳能电池首次实现并网运行。1974突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到18％。1975非晶硅及带硅太阳能电池问世1978美国建成100KW光伏电站1980单晶硅太阳能电池效率达到20％多晶硅为14.5％，GaAs为22.5％1986美国建成6.5KW光伏电站1990德国提出“2000光伏屋顶计划”1995高效聚光GaAs太阳能电池问世，效率达32％。1997美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划，日本提出“新阳光计划”1998单晶硅太阳能电池效率达到24.7％，荷兰提出“百万光伏屋顶计划”2000世界太阳能电池总产量达287MW，欧洲计划2010年生产60亿瓦光伏电池并网发电系统及工作原理光伏航标灯2.太阳能电池市场状况及趋势2.1太阳能电池的市场状况1998年以前，单晶硅电池占世界光伏生产的主导地位,其次是多晶硅电池。从1998年开始，多晶硅电池开始超过单晶硅跃居第一。非晶硅从20世纪80年代初开始商业化生产，但由于效率低和光衰减问题，市场份额增加不快。CdTe电池从20世纪80年代中期开始商业化生产，市场份额增加缓慢，除技术因素外，人们对Cd的毒性的疑虑也是原因之一。CIS电池的产业化进程比较缓慢，原因是生产过程中化学剂量比难以控制，大面积均匀性和重复性较差。2.2太阳电池的未来发展趋势

2.2.1商业化趋势

1998年以前，单晶硅电池占市场主导地位，其次是多晶硅电池。

从1998年起，多晶硅电池开始超过单晶硅跃居第一。非晶硅从80年代初开始商业化，由于效率低和光衰减问题，市场份额先高后低。CdTe电池从80年代中期开始商业化生产，市场份额增加缓慢，Cd的毒性是原因之一；CIS电池的产业化进程比较缓慢，生产工艺难于控制，In是稀有元素；

Sanyo公司a-Si/c-Si电池商业化仅两三年，发展迅速2001、2002年各种电池的市场份额和开始商业化时间.

电池技术市场份额%商业化时间单晶硅35.13－29.4670‘初(地面应用)多晶硅47.33－54.4470年代末非晶硅8.62－5.580年代初A-Si/c-Si(n)4.61－5.990年代末带硅3.48－3.380年代中薄硅/陶瓷0.26－0.390年代中CdTe0.39－0.380年代中CIS0.18－/00年代初2006、2007年太阳电池的产量及份额

20062007

mc-Si184.8547.33%278.954.44%Sc-Si137.1835.13%150.9129.46%a-Si33.688.62%28.015.5%a-Si/Cz18.04.61%30.05.9%RibbonSi13.63.48%16.93.3%CdTe1.530.39%1.60.3%CIS0.70.18%-Si/LCS1.00.26%1.70.3%

C-Si/Sc-Si3.70.7%

2.2.2技术发展趋势2.2.2.1硅基电池:硅是地球上丰度第二大元素，资源丰富(以石英砂形式存在)；

环境友好；

电池效率高，性能稳定；

工艺基础成熟。

硅基电池是目前光伏界研究开发的重点、热点晶硅电池的产业化技术硅基薄膜电池研究开发方向：晶硅电池:①提高电池/组件效率高效钝化技术：TiO2，SiNx,H、SiO2,a-Si。。高效陷光技术：减反射，表面织构化，背反射等，选择性发射区(前)，背表面场(BSF)，细栅或者单面技术，高效封装技术－最佳封装材料的折射率等。②简化、改进工艺－自动化、环保、低成本；如硅片薄化及其工艺，③材料的国产化和提高性能；硅基薄膜电池①低温过程(PECVD)<300℃，非晶、微晶、微非迭层－效率、稳定性，柔性衬底②低温过程>900℃,多晶硅基薄膜电池，廉价衬底；2.2.2.2化合物电池

CIGS电池：提高效率，大面积重复性，S代SeCdTe电池：提高效率，大面积重复性Gratzel电池－高效染料，固体或准固态电解质，提高效率，大面积重复性有机电池－高效电子受体和给体以及材3.新型概念电池：量子点、量子阱电池，中间带光伏电池，带隙递变迭层电池等，尚处在理论探索、概念研究和验证阶段。3.太阳能电池定义和分类太阳能电池，又称光伏器件，是一种利用光生伏特效应把光能转变为电能的器件。它是太阳能光伏发电的基础和核心。太阳能电池分类按结构分类同质结太阳电池异质结太阳电池肖特基太阳电池按材料分类硅太阳电池敏化纳米晶太阳电池有机化合物太阳电池塑料太阳电池无机化合物半导体太阳电池按光电转换机理传统太阳电池激子太阳电池4.太阳能电池的结构及工作原理太阳能电池的结构太阳能电池利用原理太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，一般的半导体主要结构如下：

图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。

晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成可以参照下图：

图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个电子，所以就会产生入图所示的蓝色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成P（positive）型半导体。

同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N（negative）型半导体。黄色的为磷原子核，红色的为多余的电子。如下图。

太阳能电池发电原理5.太阳能电池的生产工艺导电玻璃膜切割清洗

检测镀铝电极沉积PN结老化检测封装成品检测太阳能电池组件生产工艺

组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。

流程：1、电池检测—2、正面焊接并检验—3、背面串接并检验—4、敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）—5、层压—6、去毛边（去边、清洗）—7、装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）—8、焊接接线盒—9、高压测试—10、组件测试—外观检验—11、包装入库

工艺简介电池测试：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连

背面串接：背面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有36个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极（负极）焊接到“后面电池”的背面电极（正极）上，这样依次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。

层压敷设：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切割好的EVA、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次：由下向上：玻璃、EVA、电池、EVA、玻璃纤维、背板）。

组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使EVA熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据EVA的性质决定。我们使用快速固化EVA时，层压循环时间约为25分钟。固化温度为150℃。

修边：层压时EVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应将其切除。

装框：类似与给玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增加组件的强度，进一步的密封电池组件，延长电池的使用寿命。边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。各边框间用角键连接。

焊接接线盒：在组件背面引线处焊接一个盒子，以利于电池与其他设备或电池间的连接。

高压测试：高压测试是指在组件边框和电极引线间施加一定的电压，测试组件的耐压性和绝缘强度，以保证组件在恶劣的自然条件（雷击等）下不被损坏。

组件测试：测试的目的是对电池的输出功率进行标定，测试其输出特性，确定组件的质量等级。组件高效和高寿命如何保证：

高转换效率、高质量的电池片；高质量的原材料，例如：高的交联度的EVA、高粘结强度的封装剂（中性硅酮树脂胶）、高透光率高强度的钢化玻璃等；合理的封装工艺员工严谨的工作作风；由于太阳电池属于高科技产品，生产过程中一些细节问题，一些不起眼问题如应该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂而潦草完事等都是影响产品质量的大敌，所以除了制定合理的制作工艺外，员工的认真和严谨是非常重要的。

6.太阳能电池的应用上世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术——通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势用户太阳能电源1.小型电源10-100W不等，用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、电视、收录机等

太阳能电源太阳能逆变器2.3-5KW家庭屋顶并网发电系统；3.光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉

交通领域如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。通讯/通信领域太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。石油、海洋、气象领域石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等风云三号气象卫星的太阳能电池海洋气象监测标

家庭灯具电源如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。光伏电站10KW-50MW独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车厂充电站等。三、纳米晶化学太阳能电池

在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是发展最成熟的，但由于成本居高不下，远不能满足大规模推广应用的要求。为此，人们一直不断在工艺、新材料、电池薄膜化等方面进行探索，而这当中新近发展的纳米TiO2晶体化学能太阳能电池受到国内外科学家的重视。

以染料敏化纳米晶体太阳能电池（DSSCs）为例，这种电池主要包括镀有透明导电膜的玻璃基底，染料敏化的半导体材料、对电极以及电解质等几部分。四、染料敏化TiO2太阳能电池的手工制作

1.制作二氧化钛膜

(1)先把二氧化钛粉末放入研钵中与粘合剂进行研磨

(2)接着用玻璃棒缓慢地在导电玻璃上进行涂膜

(3)把二氧化钛膜放入酒精灯下烧结10～15分钟，然后冷却

2.利用天然染料为二氧化钛着色

如图所示，把新鲜的或冰冻的黑梅、山梅、石榴籽或红茶，加一汤匙的水并进行挤压，然后把二氧化钛膜放进去进行着色，大约需要5分钟，直到膜层变成深紫色，如果膜层两面着色的不均匀，可以再放进去浸泡5分钟，然后用乙醇冲洗，并用柔软的纸轻轻地擦干。

3.制作正电极

由染料着色的TiO2为电子流出的一极（即负极）。正电极可由导电玻璃的导电面（涂有导电的SnO2膜层）构成，利用一个简单的万用表就可以判断玻璃的那一面是可以导电的，利用手指也可以做出判断，导电面较为粗糙。如图所示，把非导电面标上‘+’，然后用铅笔在导电面上均匀地涂上一层石墨。4.加入电解质

利用含碘离子的溶液作为太阳能电池的电解质，它主要用于还原和