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1、太阳能技术的应用,机电工程学院化工过程机械1205045,LOGO,一、太阳能能量的转换,太阳能是一种辐射能，具有即时性，必须及时转换成其他形式的能量才能利用和存储。将太阳能转换成不同形式的能量需要不同形式的能量转换器。集热器通过吸收面可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为电能。通过光合 作用植物可以将太阳能转换成生物 质能还有转换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，最终太阳能的利用效率就越低。,一、太阳能能量的转换,1.1、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，或者足够的热量达
2、到一定温度，必须采用一定的技术和装置（如集热器）对太阳能进行采集。太阳能集热器是吸收太阳辐射能并向物质（水或空气）传递热量的装置，是太阳能热水器最主要的组成部分，其性能与成本对太阳能热水器的优劣起着决定性的作用。目前太阳能集热器主要有平板型集热器，真空管集热器，聚光集热器三种。,1.1.1 平板集热器,平板集热器是17世纪后期发明的，但直到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远比聚光集热器要好。,1.1.2 真空管集热器,真空集热器大体可分为：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储热式真空集
3、热管。,玻璃真空管集热器,有外复合曲面反光板的真空集热器,1.1.3 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。,这种集热器，可以随着太阳光线的移动而移动。聚光板的材料是从现有的光学树脂中进行重整后找到的高效经济的复合材料，价格适中，材料易购，易于成型。 最关键的是，聚光板可将平行光聚集到一条线上，使得集热板芯能吸收到更多的太阳能。“这是通过对“菲涅尔线焦透镜”的特殊处理，将太阳能的温度提高数十倍。”,1.1.3 聚光集热器,1、聚光型平板太阳能集热器是金属管板式结构，产热水量大，可承压，耐空晒，水在金属管内加热，质量稳定可靠，免维护，15年寿命。 2、电镀黑铬，电泳漆
4、铝合金边框，性能好且外形美观。规格：12平方米，无云晴天产60热水量：80140kg/平方米。高吸收率：95，低发射率：8，日平均热效率64。3、性价比更高。与普通平板相比内部多设计一个聚光槽来吸收热量，热吸收率是普通平板的1.5倍。,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，也是现代生活中不可或缺的一种能量。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。国外技术研究趋于成熟并初具产业化的是“光伏-建筑（照明）-一体化”技术，而国内主要研究生产适用于无电地区家庭照明用的小型太阳能发电系统。其转换途径很多，有光电直接 转换，光热电间接转换
5、等。这里 简单介绍下光电直接转换器件-太 阳电池。,2.1 太阳能电池,太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转换成电能的装置。只要被光照到，太阳能板瞬间就可输出电压及电流。太阳能电池发电是根据爱因斯坦的光电效应而运用于日常生活。光电效应是指金属表面在光辐射作用下发射电子的效应，可以引起物质的电性质发生变化。 爱因斯坦光电效应方程,2.2 太阳能电池原理及应用,原理：太阳能电池是一种可以将能量转换的光电元件，其基本构造是 运用P型与N型半导体接合而成的。当太阳光照射时，光能将硅原子中的电子激发出来，而产生光电子和空穴的对流，分别被N型及P型半导体吸引，而聚集在两端。此时外部如果用电极
6、连接起来，即形成一个回路。如下图所示。 硅太阳能电池,2.2 太阳能电池原理及应用,硅太阳能电池的生产步骤如下： 硅料硅碇切割硅片多晶硅芯片太阳能电池板,2.2 太阳能电池原理及应用,用户太阳能电源：3-5KW家庭屋顶并网发电系统，边远无电地区的军民生活用电。通讯/通信领域：太阳能无人值守微波中继站、广播/通讯/寻呼电源系统、小型通信机等。光伏电站：10KW-50KW独立光伏电站、风光互补电站、各种大型停车场充电站等。太阳能建筑：将太阳能发电与建筑材料相结合，使未来的大型建筑实现电力子给，是未来一重大的发展方向。 要使太阳能发电真正达到实用水平，要做到以下两个方面： 一是要提高太阳能光电转换效
7、率并降低成本； 二是要实现太阳能发电同现在的电网联网。,2.3太阳能-电能转换效率,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年开始太阳能电池的研究，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)，多晶硅薄膜
8、电池13.6%（ 1cm*1cm ，非活性硅衬底），非晶硅电池8.6%（ 10cm*10cm ），7.9%（ 20cm*20cm ），二氧化钛有机纳米电池10%（ 1cm*1cm ）。,太阳能与建筑一体化工程,3.太阳能-氢能转换,氢能也是一种高洁净、高效和丰富的新能源，太阳能可以通过分解水或者其他途径转换成氢能。即太阳能制氢的方法，主要有以下几种： 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,3.太阳能-氢能转换,太阳能-氢能转换和生物制氢是 氢气工业
9、化生产技术发展的方向。 生物制氢的原料可以是工业和生活 有机废水，通过发酵细菌可以获得 氢气，同时净化水，既能处理有机 废水，又保护环境。 但目前仍有很多实际棘手的问 题需要解决，比如光催化剂的催 化原理，怎样生产具有催化活性 的反应器及吸光板，如何使电子 受体接受电子等。,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， 今后对其理论意义的研究具有 重大的理论意义和实际意义。
10、,4.1 太阳能空调,太阳能空调是利用先进的超导传热贮能技术，集成了太阳能，生物质能，超导地源制冷系统的优点，最新研发成功的一种高效节能的冷暖空调系统。 该系统的核心技术采用了专业设计的超导复合能量储存转换器，它的输入端可以连接到太阳能集热板，生物质热能发生器，超导地源低温制冷系统。它的输出端与室内超导冷暖分散系统相联接。所有的联接设备，均采用温控系统集中自动控制，是冬季采暖、夏季制冷的节能环保产品。新型太阳能复合超导冷暖空调，制热时以太阳能和可再生的生物质燃料为主要能源，是真正绿色的取暖方式。制冷时借助少量的电能利用地源低温，采用超导能量输送系统直接制冷，达到最合理的节能的制冷效果。,4.1
11、 太阳能空调,4.2 太阳能空调优势介绍,1、先进的复合超导能量储存转换器。该装置利用温变能量储存超导液，对和它连接的各种能源装置产生的能量进行储存，经转换后输出。温变能量储存超导液是由无极活性金属及其化合物经过科学的组方设计而成，该液体具有超常规的热活性和低温传导性，其传热速度是普通水的3倍，并且热容量大。 2、超导太阳能集热器：它利用超导集热的原理将分散的太阳辐射能，收集并传导至室内冷暖分散系统，提供房间取暖。 3、生物质热能发生器：就是燃烧生物质秸秆及生物质压缩块，废旧家俱等材料的热水产生装置。 4、超导地源制冷系统：利用夏季地源低温的能量，通过超导系统，直接冷却房间中的空气达到制冷目的
12、。,5.太阳能-机械能转换,20世纪初，俄国物理学家试验证明：光具有压力。阳光照射到物体表面时会产生压强，其值约为9*10-6帕。20年代，前苏联物理学家提出，利用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，将太阳能直接转换为机械能。科学家估计：在未来10-20年间，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。太阳能转换为机械能的方式： 太阳能空气内能空气动能（机械能） 太阳能动能（太阳光帆，利用光压） 太阳能电能（太阳能电池板）-动能 太阳能热能（蒸汽）-动能 太阳能化学能（绿色植物）-内能动能,5.太阳能-机械能转换,太阳能汽车就是利用某些半导体的性质将其做成光电池，将外界吸收的光子转化为电子的聚集而产生电势，因此太阳能汽车是先将太阳能转换成电能，然后再将电能转化为机械能。,5.1太阳能机械设备,下面这款产品共含21个零件，可组装成车、小船、气垫船和小狗等小玩具，它不是呆呆的那种积木，它们可都是会动的哦！阳光照射太阳能电池板，为小玩具提供源源不断的动力。这套玩具可以充分发挥及培养小朋友的想象力，创造力。,Thank You !,
