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太阳能的开发及应用研究 姓名：谭广朋 学校：中南大学 专业：交通设备信息工程 2012年3月20日 太阳能的开发及应用研究 摘 要：长期以来，人们就一直在努力研究利用太阳能。太阳能的利用受到许多国家的重视，大家正在竞相开发各种光电新技术和光电新型材料，以扩大太阳能利用的应用领域。特别是在近10多年来，在石油可开采量日渐见底和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下，我们越来越企盼着“太阳能时代”的到来。从发电、取暖、供水到各种各样的太阳能动力装置，其应用十分广泛，在某些领域，太阳能的利用已开始进入实用阶段。7家企业所控制，原材料硅短缺成为制约光伏技术和市场发展的瓶颈。近lO年来，世界晶体硅光伏组件的生产成本降低了32％以上，达到3美元／W左右。虽然自2004年以后因材料紧缺生产成本有所回升，但这种趋势仍在继续发展。 2）太阳能电池效率不断提高 太阳能电池目前主要分为单晶硅、多晶硅及以非晶硅为代表的薄膜技术三种。单晶硅技术工艺成熟，实验室转换效率最高为25％，商业化转换效率为15％至18％，但成本较高；多晶硅技术成本较低，但转换效率不如单晶硅，实验室转换效率最高为21％，商业化转换效率为13％至16％；非晶硅薄膜电池实验室效率达到了17.4％。 3）生产规模不断扩大 至2008年，全球太阳电池产量年均复合增长率约为47％，2008年我国光伏电池产量达1．78GW，占全球总量的26％。其中，国内太阳能电池龙头厂无锡尚德2008年产量约为500MWp，排名全球第三。 1.2太阳能利用的现状 2008年全球太阳能新装容量达到5500MWp以上，其中，按地区排名，西班牙名列首位，德国第二。2008年，全球太阳能安装总量已累计达15GW，西班牙新装量为2．5GW，约占2008年新增安装量的一半。2008年我国光伏系统安装量为40MW，占全球总安装量的比例为0．73％。 1.3世界各国光伏计划 世界各国对太阳能的开发利用给予了极大关注，通过政策激励、产业扶持、资金支持等措施，积极推动太阳能产业发展，2009年中国出台《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》，并出台了《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》，决定有条件地对部分光伏建筑进行每瓦最多20元人民币的补贴。 2太阳能发电 2.1太阳能发电方式 清立新能源未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多种。目前已实用的主要有以下两种。 　　①光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。 ②光—电转换。其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。 图1扩散运动 图2内建电场 图3光生伏特原理 3 太阳能电池 3.1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。.1我国太阳能开发利用的现状 5.1.1我国太阳能热水器产业持续高速发展 自70年代末，政府有关部门开始支持引进、消化、吸收国外太阳能先进技术和设备，经过20 多年自主发展，我国太阳能热水器已形成行业，并成为世界上产量和销售量最大的国家。近 几年，我国太阳能热水器生产规模和市场销量保持持续高速发展的势头。1992年，我国太阳 能热水器总销量50万m\+2，为世界其它国家总销量之和；1995年，总销量达100万m\+2，为1 992年的两倍；1997年，总销量上升至近300万m\+2。目前，全国从事太阳能热水器研制、生 产、销售和安装的企业达到1000余家，年产值约20亿元，生产的太阳能热水器已达电、燃气 热水器的1/10。随着太阳能热水器企业技术改造的深入进行和生产规模的扩大，以及集团化 热水器企业的建立，我国太阳能热水器在今后相当长的时期内，将会保持高速的发展速度。  我国太阳能热水器不仅产销量世界第一，而且在产品质量、集热技术上也已达国际先进水平 。清华大学研制的全玻璃真空管集热器和北京太阳能研究所研制的热管式真空管太阳能集热 器代表了当前国际前沿技术，具有良好的性能，可全年供应热水，且防冻裂，如热管在-50 ℃的自然环境下也