太陽能

太陽能

太陽能(Solar Energy),一般是指太陽光的輻射能量,在現代一般用作發電或者為熱水器提供能源。自地球形成以來,生物就主要以太陽提供的熱和光生存,而自古人類也懂得以陽光曬乾物件,並作為保存食物的方法,如製鹽和曬鹹魚等。在化石燃料日趨減少的情況下,太陽能已成為人類使用能源的重要組成部分,並不斷得到發展。太陽能的利用有被動式利用(光熱轉換)和光電轉換兩種方式,太陽能發電是一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能也包括地球上的風能、化學能、水能等。

基本信息

技術原理

西班牙的集光式史特林引擎試圖不用高價太陽能電池來達成經濟規模發電西班牙的集光式史特林引擎試圖不用高價太陽能電池來達成經濟規模發電

太陽能是由內部氫原子發生氫氦聚變釋放出巨大核能而產生的能,來自太陽的輻射能量。

人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來自太陽。植物通過光合作用釋放氧氣、吸收二氧化碳,並把太陽能轉變成化學能在植物體內貯存下來。煤炭、石油、天然氣等化石燃料也是由古代埋在地下的動植物經過漫長的地質年代演變形成的一次能源。地球本身蘊藏的能量通常指與地球內部的熱能有關的能源和與原子核反應有關的能源。

與原子核反應有關的能源正是核能原子核的結構發生變化時能釋放出大量的能量,稱為原子核能,簡稱核能,俗稱原子能。它則來自於地殼中儲存的、鈽等發生裂變反應時的核裂變能資源,以及海洋中貯藏的、鋰等發生聚變反應時的核聚變能資源。這些物質在發生原子核反應時釋放出能量。目前核能最大的用途是發電。此外,還可以用作其它類型的動力源、熱源等。

太陽能是太陽內部或者表面的黑子連續不斷的核聚變反應過程產生的能量。地球軌道上的平均太陽輻射強度為1,369w/㎡。地球赤道周長為40,076千米,從而可計算出,地球獲得的能量可達173,000TW。在海平面上的標準峰值強度為1kw/m2,地球表面某一點24h的年平均輻射強度為0.20kw/㎡,相當於有102,000TW的能量。

儘管太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量的22億分之一,但已高達173,000TW,也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當於500萬噸煤,每秒照射到地球的能量則為499,400,00,000焦。地球上的風能水能、海洋溫差能、波浪能和生物質能都是來源於太陽;即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然氣等)從根本上說也是遠古以來貯存下來的太陽能,所以廣義的太陽能所包括的範圍非常大,狹義的太陽能則限於太陽輻射能的光熱、光電和光化學的直接轉換。

開發歷史

據記載,人類利用太陽能已有3000多年的歷史。將太陽能作為一種能源和動力加以利用,只有300多年的歷史。真正將太陽能作為“近期急需的補充能源”,“未來能源結構的基礎”,則是近年的事。20世紀70年代以來,太陽能科技突飛猛進,太陽能利用日新月異。近代太陽能利用歷史可以從1615年法國工程師所羅門·德·考克斯在世界上發明第一台太陽能驅動的發動機算起。該發明是一台利用太陽能加熱空氣使其膨脹做功而抽水的機器。在1615年~1900年之間,世界上又研製成多台太陽能動力裝置和一些其它太陽能裝置。這些動力裝置幾乎全部採用聚光方式採集陽光,發動機功率不大,工質主要是水蒸汽,價格昂貴,實用價值不大,大部分為太陽能愛好者個人研究製造。20世紀的100年間,太陽能科技發展歷史大體可分為七個階段。

第一階段

太陽能利用太陽能利用

第一階段(1900—1920年)在這一階段,世界上太陽能研究的重點仍是太陽能動力裝置,但採用的聚光方式多樣化,且開始採用平板集熱器 和低沸點工質,裝置逐漸擴大,最大輸出功率達73.64kW,實用目的比較明確,造價仍然很高。建造的典型裝置有:

1901年,在美國加州建成一台太陽能抽水裝置,採用截頭圓錐聚光器,功率:7.36kW;

1902至1908年,在美國建造了五套雙循環太陽能發動機,採用平板集熱器和低沸點工質;

1913年,在埃及開羅以南建成一台由5個拋物槽鏡組成的太陽能水泵,每個長62.5m,寬4m,總採光面積達1250m2。

第二階段

第二階段(1920—1945年)在這20多年中,太陽能研究工作處於低潮,參加研究工作的人數和研究項目大為減少,其原因與礦物燃料的大量開發利用和發生第二次世界大戰有關,而太陽能又不能解決當時對能源的急需,因此使太陽能研究工作逐漸受到冷落。

第三階段

第三階段(1945—1965年)

1954年,美國貝爾實驗室研製成實用型矽太陽電池,為光伏發電大規模套用奠定了基礎;

1955年,以色列泰伯等在第一次國際太陽熱科學會議上提出選擇性塗層的基礎理論,並研製成實用的黑鎳等選擇性塗層,為高效集熱器的發展創造了條件。

1952年,法國國家研究中心在庇里牛斯山東部建成一座功率為50kW的太陽爐

1960年,在美國佛羅里達建成世界上第一套用平板集熱器供熱的氨——水吸收式空調系統,製冷能力為5冷噸。

1961年,一台帶有石英窗的斯特林發動機問世。

在這一階段里,加強了太陽能基礎理論和基礎材料的研究,取得了如太陽選擇性塗層和矽太陽電池等技術上的重大突破。平板集熱器有了很大的發展,技術上逐漸成熟。太陽能吸收式空調的研究取得進展,建成一批實驗性太陽房。對難度較大的斯特林發動機和塔式太陽能熱發電技術進行了初步研究。

第四階段

第四階段(1965—1973年)這一階段,太陽能的研究工作停滯不前,主要原因是太陽能利用技術處於成長階段,尚不成熟,並且投資大,效果不理想,難以與常規能源競爭,因而得不到公眾、企業和政府的重視和支持。

第五階段

第五階段(1973—1980年)1973年10月爆發中東戰爭,石油危機使許多國家,尤其是工業已開發國家,重新加強了對太陽能及其它可再生能源技術發展的支持,在世界上再次興起了開發利用太陽能熱潮。

1973年,美國制定了政府級陽光發電計畫,太陽能研究經費大幅度增長,並且成立太陽能開發銀行,促進太陽能產品的商業化。

1974年日本公布了政府制定的“陽光計畫”,其中太陽能的研究開發項目有:太陽房、工業太陽能系統、太陽熱發電、太陽電池生產系統、分散型和大型光伏發電系統等。為實施這一計畫,日本政府投入了大量人力、物力和財力。

1975年,在河南安陽召開“全國第一次太陽能利用工作經驗交流大會”,進一步推動了中國太陽能事業的發展。這次會議之後,太陽能研究和推廣工作納入了中國政府計畫,獲得了專項經費和物資支持。

第六階段

第六階段(1980—1992年)70年代興起的開發利用太陽能熱潮,進入80年代後不久開始落潮,逐漸進入低谷。世界上許多國家相繼大幅度削減太陽能研究經費,其中美國最為突出。導致這種現象的主要原因是:世界石油價格大幅度回落,而太陽能產品價格居高不下,缺乏競爭力;太陽能技術沒有重大突破,提高效率和降低成本的目標沒有實現,以致動搖了一些人開發利用太陽能的信心;核電發展較快,對太陽能的發展起到了一定的抑制作用。

第七階段

太陽能太陽能

第七階段(1992年—至今 )由於大量燃燒礦物能源,造成了全球性的環境污染和生態破壞,1992年聯合國在巴西召開“世界環境與發展大會”,把環境與發展納入統一的框架,確立了可持續發展的模式。這次會議之後,世界各國加強了清潔能源技術的開發,將利用太陽能與環境保護結合在一起,使太陽能利用工作走出低谷,逐漸得到加強。

1996年,聯合國在辛巴威召開“世界太陽能高峰會議”,會後發表了《哈拉雷太陽能與持續發展宣言》,會上討論了《世界太陽能10年行動計畫》(1996~2005年),《國際太陽能公約》,《世界太陽能戰略規劃》等重要檔案。這次會議進一步表明了聯合國和世界各國對開發太陽能的堅定決心,要求全球共同行動,廣泛利用太陽能。

1992年以後,世界太陽能利用又進入一個發展期,其特點是:太陽能利用與世界可持續發展和環境保護緊密結合,全球共同行動,為實現世界太陽能發展戰略而努力;太陽能發展目標明確,重點突出,措施得力,有利於克服以往忽冷忽熱、過熱過急的弊端,保證太陽能事業的長期發展;在加大太陽能研究開發力度的同時,注意科技成果轉化為生產力,發展太陽能產業,加速商業化進程,擴大太陽能利用領域和規模,經濟效益逐漸提高;國際太陽能領域的合作空前活躍,規模擴大,效果明顯。通過以上回顧可知,在本世紀100年間太陽能發展道路並不平坦,一般每次高潮期後都會出現低潮期,處於低潮的時間大約有45年。太陽能利用的發展歷程與煤、石油核能完全不同,人們對其認識差別大,反覆多,發展時間長。這一方面說明太陽能開發難度大,短時間內很難實現大規模利用;另一方面也說明太陽能利用還受礦物能源供應,政治和戰爭等因素的影響,發展道路比較曲折。儘管如此,從總體來看,20世紀取得的太陽能科技進步仍比以往任何一個世紀都快。愛迪太陽能如今是人們生活中不可缺少的一部分。

第八階段

全世界光伏板併網,貯能難的問題就有改善。

開發經濟問題

第一,世界上越來越多的國家認識到一個能夠持續發展的社會應該是一個既能滿足社會需要,而又不危及後代人前途的社會。因此,儘可能多地用潔淨能源代替高含碳量的礦物能源,是能源建設應該遵循的原則。隨著能源形式的變化,常規能源的貯量日益下降,其價格必然上漲,而控制環境污染也必須增大投資。

第二,中國是世界上最大的煤炭生產國和消費國,煤炭約占商品能源消費結構的76%,已成為中國大氣污染的主要來源。大力開發新能源和可再生能源的利用技術將成為減少環境污染的重要措施。能源問題是世界性的,向新能源過渡的時期遲早要到來。從長遠看,太陽能利用技術和裝置的大量套用,也必然可以制約礦物能源價格的上漲。

基本特點

優點
位於德國巴伐利亞州的一家太陽能電廠位於德國巴伐利亞州的一家太陽能電廠

1、普遍。太陽光普照大地,沒有限制,處處皆有,可直接開發和利用,且無須開採和運輸。

2、無害。開發利用太陽能不會污染環境,它是最清潔的能源之一。

3、巨大。每年到達地球表面上的太陽輻射能約相當於130萬億噸標煤,其總量屬世界上可以開發的最大能源。

4、長久。根據21世紀初太陽產生的核能速度估算,氫的儲量足夠維持上百億年,而地球的壽命約為幾十億年,從這個意義上講,可以說太陽的能量是用之不竭的。

缺點

1、分散性。到達地球表面的太陽能輻射的總量儘管很大,但是能流密度很低。因此,在利用太陽能時,想要得到一定的轉換功率,往往需要面積相當大的一套手機和轉換設備,造價較高。

2、不穩定性。由於受到晝夜、季節、地理緯度海拔高度等自然條件的限制,以及晴、陰、雲、雨等隨機因素的影響,所以,到達某一地面的太陽能輻射照度既是間斷的、又是極不穩定的,這給太陽能的大規模套用增加了難度。

3、效率低和成本高。截至21世紀初,太陽能利用的發展水平,有些方面在理論上是可行的,技術上也是成熟的。但有些太陽能利用裝置,因為效率偏低、成本較高,總的來說,其經濟性還不能與常規能源相競爭。

套用領域

太陽能利用太陽能流圖

太陽能的利用目前還不是很普及,利用太陽能發電還存在成本高、轉換效率低的問題,但是太陽能電池在為人造衛星提供能源方面得到了套用。

人類依賴這些能量維持生存,其中包括所有其他形式的可再生能源(地熱能資源除外),雖然太陽能資源總量相當於人類所利用的能源的一萬多倍,但太陽能的能量密度低,而且它因地而異,因時而變,這是開發利用太陽能面臨的主要問題。太陽能的這些特點會使它在整個綜合能源體系中的作用受到一定的限制。

太陽能既是一次能源,又是可再生能源。它資源豐富,既可免費使用,又無需運輸,對環境無任何污染。為人類創造了一種新的生活形態,使社會及人類進入一個節約能源減少污染的時代。

建設太空太陽能發電站的構想早在1968年就有人提出,但直到最近人類才開始真正將之付諸行動。日本可謂此項目的先驅者之一,該項目預計耗資210億美金,發電量能達到十億瓦特,能供29.4萬個家庭使用。在太空建太陽能發電站,無論氣候如何,均可利用太陽能發電,這與在地球上建立太陽能發電站的情況不同。

光熱利用

美國加州陽光充沛,適合利用太陽能發電。圖中乃美國加州一座於樓頂安裝了太陽能電池板用作供電的洗衣房。美國加州陽光充沛,適合利用太陽能發電。圖中乃美國加州一座於樓頂安裝了太陽能電池板用作供電的洗衣房。

它的基本原來是將太陽輻射能收集起來,通過與物質的相互作用轉換成熱能加以利用。使用最多的太陽能收集裝置,主要有平板型集熱器、真空管集熱器和聚焦集熱器等3種。通常根據所能達到的溫度和用途的不同,而把太陽能光熱利用分為低溫利用(<200℃)、中溫利用(200~800℃)和高溫利用(>800℃)。

低溫利用主要有太陽能熱水器、太陽能幹燥器、太陽能蒸餾器、太陽房、太陽能溫室、太陽能空調製冷系統等;

中溫利用主要有太陽灶、太陽能熱發電聚光集熱裝置等;

高溫利用主要有高溫太陽爐等。

發電利用

清立新能源未來太陽能的大規模利用是用來發電。利用太陽能發電的方式有多種。已實用的主要有以下兩種。

1、光—熱—電轉換。即利用太陽輻射所產生的熱能發電。一般是用太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換為工質的蒸汽,然後由蒸汽驅動氣輪機帶動發電機發電。前一過程為光—熱轉換,後一過程為熱—電轉換。這種方式簡單易行,成本低廉回報大,適合在中國大面積推廣。

2、光—電轉換。其基本原理是利用光生伏特效應將太陽輻射能直接轉換為電能,它的基本裝置是太陽能電池。可惜這種發電方式效率只有10%,其成本大於壽命,沒有任何經濟價值。在製造太陽能電池的過程中,往往會產生二次污染。

太陽能電池

【材料要求】耐紫外光線的輻射,透光率不下降。鋼化玻璃作成的組件可以承受直徑25毫米的冰球以23米/秒的速度撞擊。

【裝用的EVA膠膜固化後的性能要求】透光率大於90%;交聯度大於65-85%;剝離強度(N/cm),玻璃/膠膜大於30;TPT/膠膜大於15;耐溫性:高溫85℃、低溫-40℃;太陽電池的背面,耐老化、耐腐蝕、耐紫外線輻射、不透氣等。

【用途】太陽能發電廣泛用於太陽能路燈、太陽能殺蟲燈、太陽能攜帶型系統,太陽能移動電源,太陽能套用產品,通訊電源,太陽能燈具,太陽能建築等領域。

光化利用

太陽能太陽能

這是一種利用太陽輻射能直接分解水制氫的光—化學轉換方式。它包括光合作用、光電化學作用、光敏化學作用及光分解反應。

光化轉換就是因吸收光輻射導致化學反應而轉換為化學能的過程。其基本形式有植物的光合作用和利用物質化學變化貯存太陽能的光化反應。

植物靠葉綠素把光能轉化成化學能,實現自身的生長與繁衍,若能揭示光化轉換的奧秘,便可實現人造葉綠素髮電。太陽能光化轉換正在積極探索、研究中。

通過植物的光合作用來實現將太陽能轉換成為生物質的過程。巨型海藻。

燃油利用

歐盟從2011年6月開始,利用太陽光線提供的高溫能量,以水和二氧化碳作為原材料,致力於“太陽能”燃油的研製生產。截止目前,研發團隊已在世界上首次成功實現實驗室規模的可再生燃油全過程生產,其產品完全符合歐盟的飛機和汽車燃油標準,無需對飛機和汽車發動機進行任何調整改動。

研製設計的“太陽能”燃油原型機,主要由兩大技術部分組成:第一部分利用集中式太陽光線聚集產生的高溫能量,輔之ETHZürich自主智慧財產權的金屬氧化物材料添加劑,在自行設計開發的太陽能高溫反應器內將水和二氧化碳轉化成合成氣(Syngas),合成氣的主要成分為氫氣和一氧化碳;第二部分根據費-托原理(Fischer-TropschPrincipe),將餘熱的高溫合成氣轉化成可商業化套用於市場的“太陽能”燃油成品。

主要分類

太陽能的主要分類有:

光伏

美國油式太陽能集熱陣列,由於不使用高價太陽能光伏而純粹採用鏡面集熱反成為最先達到經濟規模的太陽電廠,量產後成本還能再降低美國油式太陽能集熱陣列,由於不使用高價太陽能光伏而純粹採用鏡面集熱反成為最先達到經濟規模的太陽電廠,量產後成本還能再降低

光伏板組件是一種暴露在陽光下便會產生直流電的發電裝置,由幾乎全部以半導體物料(例如)製成的固體光伏電池組成。由於沒有活動的部分,故可以長時間操作而不會導致任何損耗。簡單的光伏電池可為手錶以及計算機提供能源,較複雜的光伏系統可為房屋提供照明以及交通信號燈和監控系統,併入電網供電。光伏板組件可以製成不同形狀,而組件又可連線,以產生更多電能。天台及建築物表面均可使用光伏板組件,甚至被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的一部分,這些光伏設施通常被稱為附設於建築物的光伏系統。

據調研顯示由於產能過剩導致全球5大製造商利潤縮水,2012年光伏組件安裝量將有所減少,這是10餘年來首次出現下降。據彭博6位分析師的平均預測全球家庭與商業機構將安裝24.8GW的光伏組件。這相當於約20座核反應堆的發電量,但與新增27.7GW的光伏裝機量相比下降10%。據彭博新能源財經估計,自1999年以來年均安裝量已增長61%。

光熱

現代的太陽熱能科技將陽光聚合,並運用其能量產生熱水、蒸氣和電力。除了運用適當的科技來收集太陽能外,建築物亦可利用太陽的光和熱能,方法是在設計時加入合適的裝備,例如巨型的向南窗戶或使用能吸收及慢慢釋放太陽熱力的建築材料。海上太陽能項目新型船舶由它們反射的陽光都自動聚集到甲板中心的中央,加熱鍋爐里的水,產生高溫高壓蒸汽,推動發動機,從而產生電力。

衍生產品

就人類直接利用太陽能還處於初級階段,主要有太陽能集熱、太陽能熱水系統、太陽能暖房、太陽能發電、太陽能無線監控等方式。

無線監控

太陽能太陽能利用

隨著現代化企業制度在我國的普及和深化發展,企業的信息化建設不斷深入,利用數字視頻技術對企業進行安全防範工作已是大勢所趨,結合太陽能技術的發展,推出真正的Winncam零布線無線監控解決方案。

在現代化工業園中,實施視頻監控系統,安全保衛部門可以實現在工業園區門口、主要道路、辦公樓、周界圍牆等地點進行實時全天候視頻監控;相關部門可以了解現場情況,加強園區安全保衛管理,提高工作效率;相關管理部門可以實時了解各個監控點的情況;企業領導在辦公室利用桌面微機,可以隨時了解各主各個監控點實時狀況,處理突發事件,亦可以記錄多天前的情況,進行追蹤分析,除本地建立網路監控系統外,還可對分支機構進行集中遠程視頻監控.隨時考察員工的實際生產勞動紀律眾誠天合公司案根據園區的實際需求,有些點取電困難,我們採用太陽能供電,參照有關國際標準和國家標準,並結合我公司對工業園區監控所積累的經驗,編制出這套零布線太陽能無線監控技術方案。

整體解決思路

通過對現場的分析我們得出結論,整套系統我們採用Winncam無線網橋2.4和5.8的無線網橋混合組網,通過點對點和點對多點的組網方式,組建三級無線傳輸網路,使得音視頻能流暢的在網路中穿行;設備的前端我們建議採用紅外網路攝像機,後端接受可以用電腦,也可用DVR;但是DVR需要用解碼功能。最後我們在後端可以隨時查看和管理整套系統。

集熱器

太陽能熱水器裝置通常包括太陽能集熱器、儲水箱、管道及抽水泵其他部件。另外在冬天需要熱交換器和膨脹槽以及發電裝置以備電廠不能供電之需。太陽能集熱器(solarcollector)在太陽能集熱系統中,接受太陽輻射並向傳熱工質傳遞熱量的裝置。按傳熱工質可分為液體集熱器和空氣集熱器。按採光方式可分為聚光型集熱器和吸熱型集熱器兩種。另外還有一種真空集熱器:一個好的太陽能集熱器應該能用20~30年。自從大約1980年以來所製作的集熱器更應維持40~50年且很少進行維修。

熱水系統

太陽能太陽能

早期最廣泛的太陽能套用即用於將水加熱,現今全世界已有數百萬太陽能熱水裝置。太陽能熱水系統主要元件包括收集器、儲存裝置及循環管路三部分。此外,可能還有輔助的能源裝置(如電熱器等)以供應無日照時使用,另外尚可能有強制循環用的水,以控制水位或控制電動部份或溫度的裝置以及接到負載的管路等。依循環方式太陽能熱水系統可分兩種:

1.自然循環式:

此種型式的儲存箱置於收集器上方。水在收集器中接受太陽輻射的加熱,溫度上升,造成收集器及儲水箱中水溫不同而產生密度差,因此引起浮力,此一熱虹吸現像,促使水在儲水箱及收集器中自然流動。由於密度差的關係,水流量於收集器的太陽能吸收量成正比。此種型式因不需循環水,維護甚為簡單,故已被廣泛採用。

2.強制循環式:

熱水系統用水使水在收集器與儲水箱之間循環。當收集器頂端水溫高於儲水箱底部水溫若干度時,控制裝置將啟動水使水流動。水入口處設有止回閥以防止夜間水由收集器逆流,引起熱損失。由此種型式的熱水系統的流量可得知(因來自水的流量可知),容易預測性能,亦可推算於若干時間內的加熱水量。如在同樣設計條件下,其較自然循環方式具有可以獲得較高水溫的長處,但因其必須利用水,故有水電力、維護(如漏水等)以及控制裝置時動時停,容易損壞水等問題存在。因此,除大型熱水系統或需要較高水溫的情形,才選擇強制循環式,一般大多用自然循環式熱水器。

發電系統

太陽能太陽能

太陽能發電系統由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池(組)組成。如輸出電源為交流220V或110V,還需要配置逆變器。

太陽能發電系統分為離網發電系統與併網發電系統:

1、離網發電系統。主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成,若要為交流負載供電,還需要配置交流逆變器。

2、併網發電系統就是太陽能組件產生的直流電經過併網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電這後直接接入公共電網。併網發電系統有集中式大型併網電站一般都是國家級電站,主要特點是將所發電能直接輸送到電網,由電網統一調配向用戶供電。但這種電站投資大、建設周期長、占地面積大,還沒有太大發展。而分散式小型併網發電系統,特別是光伏建築一體化發電系統,由於投資小、建設快、占地面積小、政策支持力度大等優點,是目前併網發電的主流。

太陽能板

太陽能汽車太陽能汽車

太陽能電池板是太陽能發電系統中的核心部分,太陽能電池板的作用是將太陽的光能轉化為電能後,輸出直流電存入蓄電池中。太陽能電池板是太陽能發電系統中最重要的部件之一,其轉換率和使用壽命是決定太陽電池是否具有使用價值的重要因素。組件設計:按國際電工委員會IEC:1215:1993標準要求進行設計,採用36片或72片多晶矽太陽能電池進行串聯以形成12V和24V各種類型的組件。該組件可用於各種戶用光伏系統、獨立光伏電站和併網光伏電站等。

原材料特點:電池片:採用高效率(16.5%以上)的單晶矽太陽能片封裝,保證太陽能電池板發電功率充足。玻璃:採用低鐵鋼化絨面玻璃(又稱為白玻璃),厚度3.2mm,在太陽電池光譜回響的波長範圍內(320-1100nm)透光率達91%以上,對於大於1200nm的紅外光有較高的反射率。此玻璃同時能耐太陽紫外光線的輻射,透光率不下降。EVA:採用加有抗紫外劑、抗氧化劑和固化劑的厚度為0.78mm的優質EVA膜層作為太陽電池的密封劑和與玻璃、TPT之間的連線劑。具有較高的透光率和抗老化能力。TPT:太陽電池的背面覆蓋物—氟塑膠膜為白色,對陽光起反射作用,因此對組件的效率略有提高,並因其具有較高的紅外發射率,還可降低組件的工作溫度,也有利於提高組件的效率。當然,此氟塑膠膜首先具有太陽電池封裝材料所要求的耐老化、耐腐蝕、不透氣等基本要求。框線:所採用的鋁合金框線具有高強度,抗機械衝擊能力強。也是太陽能發電系統中價值最高的部分。

太陽能控制器

太陽能控制器是由專用處理器CPU、電子元器件、顯示器、開關功率管等組成。

主要特點:

1、使用了單片機和專用軟體,實現了智慧型控制;

2、利用蓄電池放電率特性修正的準確放電控制。放電終了電壓是由放電率曲線修正的控制點,消除了單純的電壓控制過放的不準確性,符合蓄電池固有的特性,即不同的放電率具有不同的終了電壓。

3、具有過充、過放、電子短路、過載保護、獨特的防反接保護等全自動控制;以上保護均不損壞任何部件,不燒保險;

4、採用了串聯式PWM充電主電路,使充電迴路的電壓損失較使用二極體的充電電路降低近一半,充電效率較非PWM高3%-6%,增加了用電時間;過放恢復的提升充電,正常的直充,浮充自動控制方式使系統由更長的使用壽命;同時具有高精度溫度補償;

5、直觀的LED發光管指示當前蓄電池狀態,讓用戶了解使用狀況;

6、所有控制全部採用工業級晶片(僅對帶I工業級控制器),能在寒冷、高溫、潮濕環境運行自如。同時使用了晶振定時控制,定時控制精確。

7、取消了電位器調整控制設定點,而利用了E方存儲器記錄各工作控制點,使設定數位化,消除了因電位器震動偏位、溫漂等使控制點出現誤差降低準確性、可靠性的因素;

8、使用了數字LED顯示及設定,一鍵式操作即可完成所有設定,使用極其方便直觀的作用是控制整個系統的工作狀態,並對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方,合格的控制器還應具備溫度補償的功能。其他附加功能如光控開關、時控開關都應當是控制器的可選項;

能源電源

太陽能太陽能

第一個空間太陽電池載於1958年發射的VangtuardI,體裝式結構,單晶Si襯底,效率約10%(28℃)。到了1970年代,人們改善了電池結構,採用BSF、光刻技術及更好減反射膜等技術,使電池的效率增加到14%。在70年代和80年代,地面太陽電池大約每5.5年全球產量翻番;而空間太陽電池在空間環境下的性能,如抗輻射性能等得到了較大改善。由於80年代太陽電池的理論得到迅速發展,極大地促進了地面和空間太陽電池性能的改善。到了90年代,薄膜電池和Ⅲ-Ⅴ電池的研究發展很快,而且聚光陣結構也變得更經濟,空間太陽電池市場競爭十分激烈。在繼續研究更高性能的太陽電池,主要有兩種途徑:研究聚光電池和多帶隙電池。

電池效率

由於太陽電池在不同光強或光譜條件下效率一般不同,對於空間太陽電池一般採用AM0光譜(1.367KW/㎡),對於地面套用一般採用AM1.5光譜(即地面中午晴空太陽光,1.000KWm-2)作為測試電池效率的標準光源。太陽電池在AM0光譜效率一般低於AM1.5光譜效率2~4個百分點,例如一個AM0效率為16%的Si太陽電池AM1.5效率約為19%)。

◎25℃,AM0條件下太陽電池效率

電池類型面積(cm2)效率(%)電池結構

一般Si太陽電池64cm214.6單結太陽電池

先進Si太陽電池4cm220.8單結太陽電池

GaAs太陽電池4cm221.8單結太陽電池

InP太陽電池4cm219.9單結太陽電池

GaInP/GaAs4cm226.9單片疊層雙結太陽電池

GaInP/GaAs/Ge4cm225.5單片疊層雙結太陽電池

GaInP/GaAs/Ge4cm227.0單片疊層三結太陽電池

◎聚光電池

GaAs太陽電池0.0724.6100X

GaInP/GaAs0.2526.450X,單片疊層雙結太陽電池

GaAs/GaSb0.0530.5100X,機械堆疊太陽電池

空間太陽電池在大氣層外工作,在近地球軌道太陽平均輻照強度基本不變,通常稱為AM0輻照,其光譜分布接近5800K黑體輻射光譜,強度1353mW/cm2。因此空間太陽電池多採用AM0光譜設計和測試。

空間太陽電池通常具有較高的效率,以便在空間發射的重量、體積受限制的條件下,能獲得特定的功率輸出。特別在一些特定的發射任務中,如微小衛星(重量在50~100公斤)上套用,要求單位面積或單位重量的比功率更高。

抗輻照性能

空間太陽電池在地球大氣層外工作,必然會受到高能帶電粒子的輻照,引起電池性能的衰減,主要原因是由於電子或質子輻射使少數載流子的擴散長度減小。其光電參數衰減的程度取決於太陽電池的材料和結構。還有反向偏壓、低溫和熱效應等因素也是電池性能衰減的重要原因,尤其對疊層太陽電池,由於熱脹係數顯著不同,電池性能衰減可能更嚴重。

空間太陽電池的可靠性

光伏電源的可靠性對整個發射任務的成功起關鍵作用,與地面套用相比,太陽電池/陣的費用高低並不重要,因為空間電源系統的平衡費用更高,可靠性是最重要的。空間太陽電池陣必須經過一系列機械、熱學、電學等苛刻的可靠性檢驗。

Si太陽電池

太陽能太陽能

太陽電池是最常用的衛星電源,從1970年代起,由於空間技術的發展,各種飛行器對功率的需求越來越大,在加速發展其他類型電池的同時,世界上空間技術比較發達的美、日和歐空局等國家,都相繼開展了高效矽太陽電池的研究。以日本SHARP公司、美國的SUNPOWER公司以及歐空局為代表,在空間太陽電池的研究發展方面領先。其中,以發展背表面場(BSF)、背表面反射器(BSR)、雙層減反射膜技術為第一代高效矽太陽電池,這種類型的電池典型效率最高可以做到15%左右,目前在軌的許多衛星套用的是這種類型的電池。

到了70年代中期,COMSAT研究所提出了無反射絨面電池(使電池效率進一步提高)。但這種電池的套用受到限制:一是製備過程複雜,避免損壞PN結;二是這樣的表面會吸收所有波長的光,包括那些光子能量不足以產生電子-空穴對的紅外輻射,使太陽電池的溫度升高,從而抵消了採用絨面而提高的效率效應;三是電極的製作必須沿著絨面延伸,增加了接觸的難度,使成本升高。

80年代中期,為解決這些問題,高效電池的製作引入了電子器件製作的一些工藝手段,採用了倒金子塔絨面、雷射刻槽埋柵、選擇性發射結等製作工藝,這些工藝的採用不但使電池的效率進一步提高,而且還使得電池的套用成為可能。特別在解決了諸如採用帶通濾波器消除溫升效應以後,這類電池的套用成了空間電源的主角。

雖然很多工藝技術是由一些研究所提出,但卻是在一些比較大的公司得到了發揚光大,比如倒金子塔絨面、選擇性發射結等工藝是在澳大利亞新南威爾斯大學光伏研究中心出現,但日本的SHARP公司和美國的SUNPOWER公司目前的技術水平卻為世界一流,有的技術甚至已經移植到了地面用太陽電池的大批量生產。

為了進一步降低電池背面複合影響,背面結構則採用背面鈍化後開孔形成點接觸,即局部背場。這些高效電池典型結構為PERC、PERL、PERT、PERF,其中前種結構的電池已經在空間獲得實用。典型的高效矽太陽電池厚度為100μm,也被稱為NRS/BSF(典型效率為17%)和NRS/LBSF(典型效率為18%),其特徵是正面具有倒金子塔絨面的選擇性發射結構,前後表面均採用鈍化結構來降低表面複合,背面場採用全部或局部背場。實際套用中還發現,雖然採用局部背場工藝的電池要普遍比NRS/BSF的電池效率高一個百分點,但通常局部背場的抗輻照能力比較差。

到了上世紀90年代中期,空間電源工程人員發現,雖然這種類型電池的初期效率比較高,但電池的末期效率比初期效率下降25%左右,限制了電池的進一步套用,空間電源的成本仍然不能很好地降低。

為了改變這種情況,以SHARP為首的研究機構提出了雙邊結電池結構,這種電池的出現有效地提高了電池的末期效率,並在HES、HES-1衛星上獲得了實際套用。

另外研究人員還發現,衛星對電池陣位置的要求比較苛刻,如果太陽電池陣不對日定向或對日定向差等都會影響到衛星電源的功率,這在一定程度上也限制了衛星整體系統的配置。比如空間站這樣複雜的飛行器,有的電池陣幾乎不能完全保證其充足的太陽角,因而就需要高效電池來滿足要求。雖然目前已經部分套用了常規的高效電池,但電池的高的α吸收係數、有限的空間和重量的需要使其仍然不能滿足空間系統大規模功率的需要。傳統的電池結構仍然受到很大程度的限制。在這種情況下,俄羅斯在研究高效矽電池初期就側重於提高電池的末期效率為主,在結合電池陣研究方面提出了雙面電池的構想並獲得了成功,真正做到了高效長壽命和低成本。

太陽能路燈

太陽能路燈是一種利用太陽能作為能源的路燈,因其具有不受供電影響,不用開溝埋線,不消耗常規電能,只要陽光充足就可以就地安裝等特點,因此受到人們的廣泛關注,又因其不污染環境,而被稱為綠色環保產品。太陽能路燈即可用於城鎮公園、道路、草坪的照明,又可用於人口分布密度較小,交通不便經濟不發達、缺乏常規燃料,難以用常規能源發電,但太陽能資源豐富的地區,以解決這些地區人們的家用照明問題。

法律法規

光伏防雷器光伏防雷器

2007年8月,國家發改委發布了《可再生資源中長期發展規劃》,規劃提出,到2010年中國可再生能源年利用量將達到2.7億噸標準煤。其中,水電達到1.8億千瓦,風電超過500萬千瓦,生物質發電達到550萬千瓦,太陽能發電達到30萬千瓦;燃料乙醇和生物柴油年利用量分別達到200萬噸和20萬噸;沼氣年利用量達到190億立方米,太陽能熱水器總集熱面積達到1.5億平方米。從2010年~2020年,中國可再生能源將有更大地發展。其中,水電將達到3億千瓦,風電裝機和生物質發電目標都是3000萬千瓦,太陽能發電達到180萬千瓦;燃料乙醇和生物柴油年生產能力分別達到1000萬噸和200萬噸;沼氣年利用量達到443億立方米,太陽能發電達到180萬千瓦;太陽能熱水器總集熱面積達到3億平方米。根據規劃提出的目標,到2020年,中國一次能源消費結構可再生能源比例將由目前的7%提升到16%。

2005年9月,上海市政府公布“上海開發利用太陽能行動計畫”。

2006年6月,中國成立風能太陽能資源評估中心。

2009年3月23日,財政部印發《太陽能光電建築套用財政補助資金管理暫行辦法》,擬對太陽能光電建築等大型太陽能工程進行補貼。

2011年《十二五新能源規劃綱要》中。

2012年3月27日,中華人民共和國科學技術部以國科發計〔2012〕198號印發《太陽能發電科技發展“十二五”專項規劃》中。

2012年9月13日,國家能源局印發《太陽能發電發展“十二五”規劃》中。

為促進太陽能發電產業持續健康發展,國家能源局根據《可再生能源發展“十二五”規劃》,組織編制了《太陽能發電發展“十二五”規劃》,現印發你們,並就有關事項通知如下:

一、加強規劃指導,最佳化建設布局。各地能源主管部門根據本規劃要求,完善本地區太陽能發電規劃目標、布局和開發時序,有序推進太陽能發電項目建設。

二、立足就地消納,優先分散利用。太陽能發電項目開發要綜合考慮太陽能資源、承載物(或土地)資源及併網運行條件等,所發電量立足就地消納平衡,優先發展分散式太陽能發電。

三、加強電網建設,落實消納市場。電網企業要加強配套電網建設,最佳化電網運行,加強電力需求側管理,建立太陽能發電綜合技術支持體系,提高適應太陽能發電併網運行的系統調節能力,保障太陽能發電併網運行和高效利用。

四、加強建設運行管理,提高技術水平。項目單位要充分發揮項目建設和運行的主體作用,高度重視工程質量,全面加強項目建設運行管理,鼓勵開展多種技術和運營方式的創新。

五、加強規劃評估,適時調整完善。在規劃實施過程中,適時開展太陽能發電規劃評估,根據發展形勢對規划進行必要的修訂和調整。

中國《可再生能源法》的頒布和實施,為太陽能利用產業的發展提供了政策保障;京都議定書的簽定,環保政策的出台和對國際的承諾,給太陽能利用產業帶來機遇;西部大開發,為太陽能利用產業提供巨大的國內市場;原油價格的上漲,中國能源戰略的調整,使得政府加大對可再生能源發展的支持力度,所有這些都為中國太陽能利用產業的發展帶來極大的機會。

發展前景

國內

中國蘊藏著豐富的太陽能資源,太陽能利用前景廣闊。目前,中國太陽能產業規模已位居世界第一,是全球太陽能熱水器生產量和使用量最大的國家和重要的太陽能光伏電池生產國。中國比較成熟太陽能產品有兩項:太陽能光伏發電系統和太陽能熱水系統。

國外
太陽能太陽能

1974年至1997年,美日等已開發國家矽半導體光電池發電成本降低了一個數量級:從每瓦50美元降到了5美元。此後世界各國專家大都認為,要使太陽能電站與傳統電站(主要是火電站)相比具有經濟競爭力,還有一段同樣長的路要走——其成本再降低一個數量級才行。目前美國等國家建的利用太陽池發電的項目很多。在死海之畔有一個1979年建的7000平方米的實驗太陽池,為一台150千瓦發電機供熱。美國計畫將其鹽湖的8.3%面積(約8000平方千米)建成太陽池,為600兆瓦的發電機組供熱。今年6月,亞美尼亞無線電物理所的專家宣布,已在該國山地開始建造其“第一個小型實驗樣板”型工業太陽能電站。該電站使用的渦輪機是使用壽命已屆滿而從直升機上拆下來的渦輪機,裝機容量僅100千瓦,但發電成本僅0.5美分/千瓦小時,效率高達40%—50%。

俄羅斯學者在太陽池研究方面也取得了令人矚目的進展。一家公司將其研製的太陽能噴水式推進器和噴冷式推進器與太陽池工程相結合,給太陽池附設冰槽等設施,設計出了適用於農家的新式太陽池。按這種設計,一個6到8口人的農戶建一個70平方米的太陽池,便可滿足其100平方米住房全年的用電需要。

以色列2012年可再生能源裝機容量為:風能6.2兆瓦、水電8兆瓦、生物燃料12兆瓦、大型太陽能光熱電站0兆瓦、中型太陽能光熱電站7兆瓦、小型光伏板發電站218兆瓦。預計至2015年,以大型太陽能光熱電站將增至740兆瓦,中型太陽能電站增至330兆瓦,小型光伏板發電站增至330兆瓦。

2014年12月15日,澳大利亞新南威爾斯大學(UNSW)的太陽能研究人員,已經可以將太陽能轉化為電能的效率提高到40%以上,這是至今最高紀錄。

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能源資源學

可再生能源

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聚焦比 集熱效率 太陽[能]吸收率 太陽[能]反射率
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太陽能燈具 太陽能製冷 太陽熱發電 塔式太陽熱發電系統
槽式太陽熱發電系統 碟式太陽熱發電系統 太陽能溫差發電 太陽池發電
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海洋能 潮汐能 潮汐發電 波浪能
波浪發電 海洋溫差 海洋溫差發電 氫能發電
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以上科技名詞按拼音字母排序,排名不分先後

自然資源分類導航

自然資源,一定時間條件下,能夠產生經濟價值以提高人類當代和未來福利的自然環境因素的總和。
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新能源種類公司股票代碼簡介
太陽能天威保變600550形成太陽能原材料、電池組件的全產業布局
小天鵝000418大股東參股無錫尚德太陽能電力
岷江水電600131參股西藏華冠科技涉足太陽能產業
生益科技600192控股的東海矽微粉公司是國內最大矽微粉生產企業
維科精華600152成立的寧波維科能源公司專業生產各種動力、太陽能電池
安泰科技000969與德國ODERSUN公司合作薄膜太陽能電池產業
長城電工600192參股長城綠陽太陽能公司涉足太陽能領域股參網
樂山電力600644參股四川新光矽業主要生產多晶矽太陽能矽片
華東科技000727國內最大的太陽能真空集熱管生產商
春蘭股份600854大股東計畫投資30億開發新能源
威遠生化600803實際控股股東新奧集團從事太陽能等新能源產品生產
力諾太陽600885太陽能熱水器的原材料供應商
西藏藥業600211發起股東之一為西藏科光太陽能工程技術公司
新華光600184太陽能特種光玻基板股參網
特變電工600089控股的新疆新能源從事太陽能光伏組件製造
航天機電600151控股的上海太陽能科技電池組件產能迅速提升
南玻A00001205年10月擬首期2億元建設年產能30兆瓦太陽能光伏電池生產線
新南洋600661控股的交大泰陽從事太陽能電池組件生產
杉杉股份600884參股尤利卡太陽能,掌握單晶矽太陽能矽片核心技術
王府井百貨600859全資子公司深圳王府井聯合了中國最大的太陽能專業研究開發機構--北京太陽能研究所成立了北京桑普光電技術公司
風帆股份600482投巨資參與太陽能電池組件生產
金山股份600396風力發電,風力發電設備安裝及技術服務
湘電股份600416控股股東與德國萊茨鼓風機有限公司簽訂了合資生產離心風機協定,目前風電資產主要在控股股東中
粵電力000539風力發電
特變電工600089與瀋陽工業大學等設立特變電工瀋陽工大風能有限公司
京能熱電600578為國華能源第二大股東,間接參與風能建設
東方電機600875風電設備製造
金風科技002202風電設備製造
乙醇汽油豐原生化000930安徽省唯一一家燃料乙醇供應單位
華潤生化600893控股股東華潤集團控股吉林燃料乙醇和黑龍江華潤酒精二大定點企業
ST甘化000576利用甘蔗、玉米等可再生性糖料資源生產燃油精,成為汽油代替品
華資實業600191利用可再生性糖料資源生產燃油精,成為純車用汽油代替品
榮華實業600311賴氨酸(豆粕的替代品)新增產能最大的企業之一
華冠科技600371在國內率先擁有了玉米深加工多項最新技術的所有權或使用權
氫能同濟科技600846公司與中科院上海有機化學研究所、上海神力科技合資組建中科同力化工材料有限公司開發燃料電池電動車
中炬高新600872子公司中炬森萊生產動力電池
春蘭股份600854春蘭集團研發20-100AH系列的大容量動力型高能鎳氫電池
力元新材600478主要生產泡沫鎳
鋰電池稀土高科600111利用1997年首次發行股票募集的資金開發鎳氫電池項目鋰電池
澳柯瑪600336子公司澳柯瑪新能源技術公司為鋰電池行業標準制訂者
杉杉股份600884生產鋰電池材料,為國內排名第一供應商
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維科精華600152成立工業園,生產動力電池、鋰電、太陽能
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