说说太阳能都能用来干什么?

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太阳能热利用
就目前来说,人类直接利用太阳能还处于初级阶段,主要有太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电等方式. 太阳能集热器 太阳能热水器装置通常包括太阳能集热器、储水箱、管道及抽水泵其他部件.另外在冬天需要热交换器和膨胀槽以及发电装置以备电厂不能供电之需 .太阳能集热器(solar collector)在太阳能热系统中,接受太阳辐射并向传热工质传递热量的装置.按传热工质可分为液体集热器和空气集热器.按采光方式可分为聚光型集热器和吸热型集热器两种.另外还有一种真空集热器:一个好的太阳能集热器应该能用20～30年.自从大约1980年以来所制作的集热器更应维持40～50年且很少进行维修. 太阳能热水系统 早期最广泛的太阳能应用即用于将水加热,现今全世界已有数百万太阳能热水装置.太阳能热水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分.此外,可能还有辅助的能源装置（如电热器等）以供应无日照时使用,另外尚可能有强制循环用的水,以控制水位或控制电动部份或温度的装置以及接到负载的管路等.依循环方式太阳能热水系统可分两种： 1、自然循环式: 此种型式的储存箱置于收集器上方.水在收集器中接受太阳辐射的加热,温度上升,造成收集器及储水箱中水温不同而产生密度差,因此引起浮力,此一热虹吸现像,促使水在除水箱及收集器中自然流动.由与密度差的关系,水流量于收集器的太阳能吸收量成正比.此种型式因不需循环水,维护甚为简单,故已被广泛采用. 2、强制循环式: 热水系统用水使水在收集器与储水箱之间循环.当收集器顶端水温高于储水箱底部水温若干度时,控制装置将启动水使水流动.水入口处设有止回阀以防止夜间水由收集器逆流,引起热损失.由此种型式的热水系统的流量可得知（因来自水的流量可知）,容易预测性能,亦可推算于若干时间内的加热水量.如在同样设计条件下,其较自然循环方式具有可以获得较高水温的长处,但因其必须利用水,故有水电力、维护（如漏水等）以及控制装置时动时停,容易损坏水等问题存在.因此,除大型热水系统或需要较高水温的情形,才选择强制循环式,一般大多用自然循环式热水器. 暖房 利用太阳能作房间冬天暖房之用,在许多寒冷地区已使用多年.因寒带地区冬季气温甚低,室内必须有暖气设备,若欲节省大量化石能源的消耗,设法应用太阳辐射热.大多数太阳能暖房使用热水系统,亦有使用热空气系统.太阳能暖房系统是由太阳能收集器、热储存装置、辅助能源系统,及室内暖房风扇系统所组成,其过程乃太阳辐射热传导,经收集器内的工作流体将热能储存,再供热至房间.至辅助热源则可装置在储热装置内、直接装设在房间内或装设于储存装置及房间之间等不同设计.当然亦可不用储热双置而直接将热能用到暖房的直接式暖房设计,或者将太阳能直接用于热电或光电方式发电,再加热房间,或透过冷暖房的热装置方式供作暖房使用.最常用的暖房系统为太阳能热水装置,其将热水通至储热装置之中（固体、液体或相变化的储热系统）,然后利用风扇将室内或室外空气驱动至此储热装置中吸热,再把此热空气传送至室内；或利用另一种液体流至储热装置中吸热,当热流体流至室内,在利用风扇吹送被加热空气至室内,而达到暖房效果. 太阳能发电 即直接将太阳能转变成电能,并将电能存储在电容器中,以备需要时使用. 太阳能离网发电系统 太阳能离网发电系统包括1、太阳能控制器(光伏控制器和风光互补控制器)对所发的电能进行调节和控制,一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载,另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存,当所发的电不能满足负载需要时,太阳能控制器又把蓄电池的电能送往负载.蓄电池充满电后,控制器要控制蓄电池不被过充.当蓄电池所储存的电能放完时,太阳能控制器要控制蓄电池不被过放电,保护蓄电池.控制器的性能不好时,对蓄电池的使用寿命影响很大,并最终影响系统的可靠性.2、太阳能蓄电池组的任务是贮能,以便在夜间或阴雨天保证负载用电.3、太阳能逆变器负责把直流电转换为交流电,供交流负荷使用.太阳能逆变器是光伏风力发电系统的核心部件.由于使用地区相对落后、偏僻,维护困难,为了提高光伏风力发电系统的整体性能,保证电站的长期稳定运行,对逆变器的可靠性提出了很高的要求.另外由于新能源发电成本较高,太阳能逆变器的高效运行也显得非常重要. 太阳能离网发电系统主要产品分类 A、光伏组件 B、风机 C、控制器 D、蓄电池组 E、逆变器 F、风力/光伏发电控制与逆变器一体化电源. 太阳能并网发电系统 可再生能源并网发电系统是将光伏阵列、风力机以及燃料电池等产生的可再生能源不经过蓄电池储能,通过并网逆变器直接反向馈入电网的发电系统. 因为直接将电能输入电网,免除配置蓄电池,省掉了蓄电池储能和释放的过程,可以充分利用可再生能源所发出的电力,减小能量损耗,降低系统成本.并网发电系统能够并行使用市电和可再生能源作为本地交流负载的电源,降低整个系统的负载缺电率.同时,可再生能源并网系统可以对公用电网起到调峰作用.并网发电系统是太阳能风力发电的发展方向,代表了21世纪最具吸引力的能源利用技术. 太阳能并网发电系统主要产品分类 A、光伏并网逆变器 B、小型风力机并网逆变器 C、大型风机变流器 （双馈变流器,全功率变流器）.
[编辑本段]空间太阳能电源
第一个空间太阳电池载于1958年发射的Vangtuard I,体装式结构,单晶Si衬底,效率约10%（28℃）.到了1970年代,人们改善了电池结构,采用BSF、光刻技术及更好减反射膜等技术,使电池的效率增加到14%.在70年代和80年代,地面太阳电池大约每5.5年全球产量翻番；而空间太阳电池在空间环境下的性能,如抗辐射性能等得到了较大改善.由于80年代太阳电池的理论得到迅速发展,极大地促进了地面和空间太阳电池性能的改善.到了90年代,薄膜电池和Ⅲ-Ⅴ电池的研究发展很快,而且聚光阵结构也变得更经济,空间太阳电池市场竞争十分激烈.在继续研究更高性能的太阳电池,主要有两种途径：研究聚光电池和多带隙电池. × 空间太阳电池主要性能 电池效率 由于太阳电池在不同光强或光谱条件下效率一般不同,对于空间太阳电池一般采用AM0光谱（1.367KW/㎡）,对于地面应用一般采用AM1.5光谱（即地面中午晴空太阳光,1.000 KWm-2）作为测试电池效率的标准光源.太阳电池在AM0光谱效率一般低于AM1.5光谱效率2～4个百分点,例如一个AM0效率为16%的Si太阳电池AM1.5效率约为19%）. ◎ 25℃,AM0条件下太阳电池效率 电池类型 面积（cm2） 效率（%） 电池结构 一般Si太阳电池 64cm2 14.6 单结太阳电池 先进Si太阳电池 4cm2 20.8 单结太阳电池 GaAs太阳电池 4cm2 21.8 单结太阳电池 InP太阳电池 4cm2 19.9 单结太阳电池 GaInP/GaAs 4cm2 26.9 单片叠层双结太阳电池 GaInP/GaAs/Ge 4cm2 25.5 单片叠层双结太阳电池 GaInP/GaAs/Ge 4cm2 27.0 单片叠层三结太阳电池 ◎ 聚光电池 GaAs太阳电池 0.07 24.6 100X GaInP/GaAs 0.25 26.4 50X,单片叠层双结太阳电池 GaAs/GaSb 0.05 30.5 100X,机械堆叠太阳电池 空间太阳电池在大气层外工作,在近地球轨道太阳平均辐照强度基本不变,通常称为AM0辐照,其光谱分布接近5800K黑体辐射光谱,强度1353mW/cm2.因此空间太阳电池多采用AM0光谱设计和测试. 空间太阳电池通常具有较高的效率,以便在空间发射的重量、体积受限制的条件下,能获得特定的功率输出.特别在一些特定的发射任务中,如微小卫星（重量在50～100公斤）上应用,要求单位面积或单位重量的比功率更高. 抗辐照性能 空间太阳电池在地球大气层外工作,必然会受到高能带电粒子的辐照,引起电池性能的衰减,主要原因是由于电子或质子辐射使少数载流子的扩散长度减小.其光电参数衰减的程度取决于太阳电池的材料和结构.还有反向偏压、低温和热效应等因素也是电池性能衰减的重要原因,尤其对叠层太阳电池,由于热胀系数显著不同,电池性能衰减可能更严重. × 空间太阳电池的可靠性 光伏电源的可靠性对整个发射任务的成功起关键作用,与地面应用相比,太阳电池/阵的费用高低并不重要,因为空间电源系统的平衡费用更高,可靠性是最重要的.空间太阳电池阵必须经过一系列机械、热学、电学等苛刻的可靠性检验. Si太阳电池 硅太阳电池是最常用的卫星电源,从1970年代起,由于空间技术的发展,各种飞行器对功率的需求越来越大,在加速发展其他类型电池的同时,世界上空间技术比较发达的美、日和欧空局等国家,都相继开展了高效硅太阳电池的研究.以日本SHARP公司、美国的SUNPOWER公司以及欧空局为代表,在空间太阳电池的研究发展方面领先.其中,以发展背表面场（BSF）、背表面反射器（BSR）、双层减反射膜技术为第一代高效硅太阳电池,这种类型的电池典型效率最高可以做到15%左右,目前在轨的许多卫星应用的是这种类型的电池. 到了70年代中期,COMSAT研究所提出了无反射绒面电池（使电池效率进一步提高）.但这种电池的应用受到限制：一是制备过程复杂,避免损坏PN结；二是这样的表面会吸收所有波长的光,包括那些光子能量不足以产生电子-空穴对的红外辐射,使太阳电池的温度升高,从而抵消了采用绒面而提高的效率效应；三是电极的制作必须沿着绒面延伸,增加了接触的难度,使成本升高. 80年代中期,为解决这些问题,高效电池的制作引入了电子器件制作的一些工艺手段,采用了倒金子塔绒面、激光刻槽埋栅、选择性发射结等制作工艺,这些工艺的采用不但使电池的效率进一步提高,而且还使得电池的应用成为可能.特别在解决了诸如采用带通滤波器消除温升效应以后,这类电池的应用成了空间电源的主角. 虽然很多工艺技术是由一些研究所提出,但却是在一些比较大的公司得到了发扬光大,比如倒金子塔绒面、选择性发射结等工艺是在澳大利亚新南威尔士大学光伏研究中心出现,但日本的SHARP公司和美国的SUNPOWER公司目前的技术水平却为世界一流,有的技术甚至已经移植到了地面用太阳电池的大批量生产. 为了进一步降低电池背面复合影响,背面结构则采用背面钝化后开孔形成点接触,即局部背场.这些高效电池典型结构为PERC、PERL、PERT、PERF[1],其中前种结构的电池已经在空间获得实用.典型的高效硅太阳电池厚度为100μm,也被称为NRS/BSF（典型效率为17%）和NRS/LBSF（典型效率为18%）,其特征是正面具有倒金子塔绒面的选择性发射结构,前后表面均采用钝化结构来降低表面复合,背面场采用全部或局部背场.实际应用中还发现,虽然采用局部背场工艺的电池要普遍比NRS/BSF的电池效率高一个百分点,但通常局部背场的抗辐照能力比较差. 到了上世纪90年代中期,空间电源工程人员发现,虽然这种类型电池的初期效率比较高,但电池的末期效率比初期效率下降25%左右,限制了电池的进一步应用,空间电源的成本仍然不能很好地降低. 为了改变这种情况,以SHARP为首的研究机构提出了双边结电池结构,这种电池的出现有效地提高了电池的末期效率,并在HES、HES-1卫星上获得了实际应用. 另外研究人员还发现,卫星对电池阵位置的要求比较苛刻,如果太阳电池阵不对日定向或对日定向差等都会影响到卫星电源的功率,这在一定程度上也限制了卫星整体系统的配置.比如空间站这样复杂的飞行器,有的电池阵几乎不能完全保证其充足的太阳角,因而就需要高效电池来满足要求.虽然目前已经部分应用了常规的高效电池,但电池的高的α吸收系数、有限的空间和重量的需要使其仍然不能满足空间系统大规模功率的需要.传统的电池结构仍然受到很大程度的限制.在这种情况下,俄罗斯在研究高效硅电池初期就侧重于提高电池的末期效率为主,在结合电池阵研究方面提出了双面电池的构想并获得了成功,真正做到了高效长寿命和低成本. × 太阳能路灯 太阳能路灯太阳能路灯是一种利用太阳能作为能源的路灯,因其具有不受供电影响,不用开沟埋线,不消耗常规电能,只要阳光充足就可以就地安装等特点,因此受到人们的广泛关注,又因其不污染环境,而被称为绿色环保产品.太阳能路灯即可用于城镇公园、道路、草坪的照明,又可用于人口分布密度较小,交通不便经济不发达、缺乏常规燃料,难以用常规能源发电,但太阳能资源丰富的地区,以解决这些地区人们的家用照明问题.
[编辑本段]太阳能电池
太阳能电池发电原理 太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件.能产生光伏效应的材料有许多种,如：单晶硅,多晶硅,非晶硅,砷化镓,硒铟铜等.它们的发电原理基本相同,现以晶体为例描述光发电过程.P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅,形成P－N结. 当光线照射太阳能电池表面时,一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子,使电子发生了越迁,成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差,当外部接通电路时,在该电压的作用下,将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率.这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程. 太阳简介 太阳是离地球最近的一颗恒星,也是太阳系的中心天体,它的质量占太阳系总质量的99.865%.太阳也是太阳系里惟一自己发光的天体,它给地球带来光和热.如果没有太阳光的照射,地面的温度将会很快地降低到接近绝对零度.由于太阳光的照射,地面平均温度才会保持在14℃左右,形成了人类和绝大部分生物生存的条件.除了原子能、地热和火山爆发的能量外,地面上大部分能源均直接或间接同太阳有关. 太阳是一个主要由氢和氦组成的炽热的气体火球,半径为6.96×105km(是地球半径的109倍),质量约为1.99×1027t(是地球质量的33万倍),平均密度约为地球的1/4.太阳表面的有效温度为5762K,而内部中心区域的温度则高达几千万度.太阳的能量主要来源于氢聚变成氦的聚变反应,每秒有6.57×1011kg的氢聚合生成6.53×1011kg的氦,连续产生3.90×1023kW能量.这些能量以电磁波的形式,以3×105km/s的速度穿越太空射向四面八方.地球只接受到太阳总辐射的二十二亿分之一,即有1.77×1014kW达到地球大气层上边缘(“上界”),由于穿越大气层时的衰减,最后约8.5×1013kW到达地球表面,这个数量相当于全世界发电量的几十万倍. 根据目前太阳产生的核能速率估算,氢的储量足够维持600亿年,而地球内部组织因热核反应聚合成氦,它的寿命约为50亿年,因此,从这个意义上讲,可以说太阳的能量是取之不尽、用之不竭的. 太阳的结构和能量传递方式简要说明如下. 太阳的质量很大,在太阳自身的重力作用下,太阳物质向核心聚集,核心中心的密度和温度很高,使得能够发生原子核反应.这些核反应是太阳的能源,所产生的能量连续不断地向空间辐射,并且控制着太阳的活动.根据各种间接和直接的资料,认为太阳从中心到边缘可分为核反应区、辐射区、对流区和太阳大气. (1)核反应区 在太阳半径25%(即0.25R)的区域内,是太阳的核心,集中了太阳一半以上的质量.此处温度大约1500万度(K),压力约为2500亿大气压(1atm=101325Pa),密度接近158g/cm3.这部分产生的能量占太阳产生的总能量的99%,并以对流和辐射方式向外辐射.氢聚合时放出伽玛射线,这种射线通过较冷区域时,消耗能量,增加波长,变成X射线或紫外线及可见光. (2)辐射区 在核反应区的外面是辐射区,所属范围从0.25～0.8R,温度下降到13万度,密度下降为0.079g/cm3.在太阳核心产生的能量通过这个区域由辐射传输出去. (3)对流区 在辐射区的外面是对流区(对流层),所属范围从0.8～1.0R,温度下降为5000K,密度为10－8g/cm3.在对流区内,能量主要靠对流传播.对流区及其里面的部分是看不见的,它们的性质只能靠同观测相符合的理论计算来确定. (4)太阳大气 大致可以分为光球、色球、日冕等层次,各层次的物理性质有明显区别.太阳大气的最底层称为光球,太阳的全部光能几乎全从这个层次发出.太阳的连续光谱基本上就是光球的光谱,太阳光谱内的吸收线基本上也是在这一层内形成的.光球的厚度约为500km.色球是太阳大气的中层,是光球向外的延伸,一直可延伸到几千公里的高度.太阳大气的最外层称为日冕,日冕是极端稀薄的气体壳,可以延伸到几个太阳半径之远.严格说来,上述太阳大气的分层仅有形式的意义,实际上各层之间并不存在着明显的界限,它们的温度、密度随着高度是连续地改变的. 可见,太阳并不是一个一定温度的黑体,而是许多层不同波长放射、吸收的辐射体.不过,在描述太阳时,通常将太阳看作温度为6000K、波长为0.3～3.0μm的黑色辐射体. 太阳能利用新近展 目前国际上已经从晶体硅、薄膜太阳能电池开发进入了有机分子电池、生物分子筛选乃至于合成生物学与光合作用生物技术开发的生物能源的太阳能技术新领域. 日前从上海市科委获悉,华东师范大学科研人员利用纳米材料在实验室中成功“再造”叶绿体,以极其低廉的成本实现光能发电. 叶绿体是植物进行光合作用的场所,能有效将太阳的光能量转化成化学能.此次课题组并非在植物体外“拷贝”了一个叶绿体,而是研制出一种与叶绿体结构相似的新型电池———染料敏化太阳能电池,尝试将光能转化成电能.在上海市纳米专项基金的支持下,经过3年多实验与探索,这块仿生太阳能电池的光电转化效率已超过10％,接近11％的世界最高水平. 项目负责人、华东师大纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心主任孙卓教授展示了新型太阳能电池的“三明治”结构———中空玻璃夹着一层纳米“夹心”,光电转化的玄机就藏在这层几十微米厚的复合薄膜中.纳米“夹心”的“配方”十分独特：染料充当“捕光手”,纳米二氧化钛则是“光电转换器”.为了让染料尽可能多“吃”太阳光,科研人员还别出心裁地撒了点“佐料”———一种由纳米荧光材料制成的量子点,让不同波长的阳光都能对上“捕光手”的“胃口”.只要不断改进“配方”,纳米“夹心”的光电转化效率就能一次次提高. 作为第三代太阳能电池,染料敏化电池的最大吸引力在于廉价的原材料和简单的制作工艺.据估算,染料敏化电池的成本仅相当于硅电池板的1／10.同时,它对光照条件要求不高,即便在阳光不太充足的室内,其光电转化率也不会受到太大影响.另外,它还有许多有趣用途.比如,用塑料替代玻璃“夹板”,就能制成可弯曲的柔性电池；将它做成显示器,就可一边发电,一边发光,实现能源自给自足. 太阳能是一种洁净和可持续产生的能源,发展太阳能科技可减少在发电过程中使用矿物燃料,从而减轻空气污染及全球暖化的问题.