毕业设计（论文）太阳能在船舶上的应用技术研究.doc

《毕业设计（论文）太阳能在船舶上的应用技术研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）太阳能在船舶上的应用技术研究.doc（24页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、 XXX理工大学毕业设计任务书学生姓名 专业班级 船舶机械工程指导教师 工作单位 青山船厂起重车间设计（论文）题目：太阳能在船舶上的应用技术研究设计（论文）主要内容：1、国内外能源危机现状分析和清洁可再生能源应用的意义；2、太阳能的特点分析；3、太阳能应用对船体结构的适应性分析；4、太阳能在船舶上的应用关键技术分析；5、太阳能应用的经济和社会效益分析。要求完成的主要任务： 1、阅读文献，论文中涉及参考文献不低于10篇，其中外文文献不少于2篇； 2、毕业论文1本。要求科学客观地反映论文撰写期间的全部工作和成果。其字 数一般不少于20000字（专科生不少于15000字）。要求结构严谨、逻辑性强。正

2、文（包括绪论）中引用他人的文章、数据或论点时，均应按先后顺序，在所引用部分的字句最后右上角处用方括号标明数字编码。 3、工作进度要求相关文献查阅，包括著作、学术期刊、会议交流材料、网络资源等（第1-2周）；整理论文提纲并提交指导教师检查讨论（第3周）； 完成论文初稿并提交指导教师检查（第4-8周）；论文整理、排版、装订成册（第9-10周）。指导教师签名 系主任签名 院长签名（章） 目 录摘要.11 绪论.22 国内外能源危机现状分析和清洁可再生能源应用 的意义. 32.1 建筑能耗简述 . 32.2 新能源和可再生能源应用的意义. 32.3 新能源和可再生能源应用的前景. 53 太阳能的特点分

3、析. 73.1 太阳能的定义. 73.2 太阳能特点. 73.3 太阳能发电原理. 73.4 现代太阳能技术的应用. 84 太阳能应用对船体结构的适应性分析. 9 4.1太阳能在船舶上的应用. 94.2太阳能动力系统在船舶上的可行性. .94.3实现太阳能动力船舶实船建造的方法及思想. 104.4光伏电池在船舶上的设计与布置. 105 太阳能在船舶上的应用关键技术分析.125.1太阳能在船舶上的应用最需要研究的问题 .125.2分析太阳能电池板如何在船舶上吸收和储存更多的太阳能.126 太阳能应用的经济和社会效益分析.16参考文献.20致谢.21 摘 要本文是对太阳能在船舶上的应用技术的研究，

4、对其在国内外的应用进行了回顾和展望，分析了太阳能应用的意义，对太阳能特点及太阳能发电原理进行了详细论述，参考一些现代太阳能应用技术后对太阳能应用对船体结构的适应性地以及太阳能在船舶上的应用关键技术的分析，最后对太阳能应用的经济和社会效益分析。作为发展潜力巨大的动力能源，相信太阳能动力工程将在不久的将来会在船舶上广泛应用，同时作为一个新兴的工业部门而进入人类社会生活的每一个角落。 1 绪论温室气体排放带来的全球气候变暖已引起国际社会的强烈关注，对各国能源政策产生了深远的影响。可再生新能源开发是减小环境污染和温室气体排放的重要手段，是全世界共同面临的持续性重大课题，也是我国建设节约型社会的重要国策

5、。船舶是大耗能设(装)备，舰船节能、新能源技术的研发，尤 其是船舶可再生动力能源技术的研发，既是具有前瞻性、事关国家船舶科技可持续发展的远景课题，也是可以和需要逐步研究实现的迫切课题。 当前，美国、日本、德国和英国等发达国家都十分重视船舶节能、新能源技术的研发，可再生能源作为船舶动力能源被视为前景良好的能源技术之一，与船型优化、电力推进、核动力推进、燃料电池应用、氢燃料应用、生物质燃油应用、舰船营运管理等并列为策略性船舶能源(节能)技术。国内中国船舶科学研究中心、中国船舶及海洋工程设计研究院以及上海大学等科研院所、高校也在开展或关注太阳能等可再生能源动力船舶的研制，并建造出了一些太阳能小艇。总

6、体上说，国内可再生能源动力船舶的研究与先进国家相比还较为薄弱，需要尽快展开这一新能源技术以及船舶与海洋工程、海事技术等学科交叉，学术理论与工程应用结合的领域内的理论、工程应用研究以及技术开发工作。 2 国内外能源危机现状分析和清洁可再生能源应用 的意义面对能源的潜在危机和生态环境的不断恶化，特别自全球性金融危机爆发以来，世界各国积极开发利用包括太阳能在内的可再生能源，从而实现能源工业的可持续发展。太阳能利用主要包括太阳能光伏和太阳能热利用，太阳能热是太阳能利用的一种方式，因其节能和环保的效果，受到广泛的重视。太阳能热产业是世界增长速度最快、最稳定的领域之一，最近几年太阳能热产业发展迅速，技术不

7、断进步，成本不断的降低，各国纷纷出台各种政策支持，积极发展太阳能热产业，使得太阳能热产业成为最近几年发展最迅速的产业。中国政府也出台相关政策支持可再生能源的发展。太阳能产业作为重要战略能源将在国家政策的大力支持下稳步发展。2.1 建筑能耗简述 建筑物所用建筑材料的生产制造要消耗能源，建筑物的建设施工要消耗能源，建筑物在使用过程中更要消耗能源；一句话，建筑物从建设到使用都离不开能源，能源是建筑物建设和使用全过程不可缺少的、最为重要的物质基础。建筑能耗有两种定义方法：一种是广义建筑能耗，是指从建筑材料生产制造、建筑物建设施工一直到建筑物使用的全过程所消耗的能源；一种是狭义建筑能耗或称建筑使用能耗，

8、是指建筑物在使用过程中所消耗的能源，包括照明、采暖、空调、电梯、热水供应、炊事、家用电器以及办公设备等所消耗的能源。广义建筑能耗，范围过宽，跨越了工业生产和民用生活等不同的领域，故国际上通常所谓的建筑能耗，与工业、农业、交通运输等能耗并列，属于民生能耗。我国现在一般所称建筑能耗，已与发达国家的认识和统计口径相一致，系指建筑使用能耗，即狭义建筑能耗。 目前我国建筑能耗已约占全国能源消费总量的25%以上，成为耗能大户。1996年全国能源消费总量为13.89亿tce ,建筑能耗为3.54亿tce，占全国商品能源消费总量的25.49%。如果将全国建筑能耗加上农村生活用生物质能消耗2.02亿tce，则我

9、国生活用能消费总量为5.57亿tce，占全国商品能源和生物质能源消费总量的34.99%。据最新统计，2000年我国建筑能耗共计3.56亿tce，占当年全社会终端能源消耗量的27.8%，已接近发展国家建筑用能占全社会能源消费量1/3左右的水平。2.2 新能源和可再生能源应用的意义（1）可代替和少用资源有限、不可再生的化石能源人类社会目前消费的能源，包括建筑使用消费的能源，主要是煤炭、石油和天然气等化石能源源。这些能源，资源有限，不可再生，终究要枯竭。人类应未雨绸缪，早做准备，既要提高能源利用效率、大力节约能源，又要积极研究开发利用资源无限，可以再生的新能源和可再生能源，走经济社会可持续发展的能源

10、道路。因此，在建筑中积极推广应用的太阳能、风能、地热能和生物质能等新能源和可再生能源，代替和少用一些煤炭、石油、天然气等一次化石能源的消费量和由其转换成的二次能源，对减少我国化石能源的消费量和优化我国的能源结构，具有重要意义。 （2）可减少耗用化石能源所产生的污染物的排放量，减少大气污染，保护生态环境 人类生存与发展离不开能源。能源是经济社会发展的基本物质基础，但化石能源的大量开发与利用，又是造成大气和其它类型环境污染与生态破坏的主要因素。据有关资料分析，世界各国房屋能源使用中排放的Co2约占全球CO2排放总量的1/3，其在开发和使用能源的同时，保护好人类赖以生存的地球的环境与生态，就成为一个

11、关乎人类社会可持续发展的重大问题。新能源和可再生能源没有或很少有损害大气和生态环境的污染物的排放，是与人类赖以生存的生态环境相协调的清洁能源、绿色能源，在建筑中积极加以推广应用，可以减少CO2、so2、NOX以及颗粒物等污染物的排放量，对减轻我国的大气污染和保护生态环境发挥很大的作用。 （3）是边远偏僻无电、缺能农村解决基本生活用电、用能需要的重要能源资源 我国边远偏僻的广大农村，特别是西部地区的农村，至今尚有千个乡、两万多个村未通电，不能用电照明，看不到电视，听不到广播；至今尚有近1亿人口基本生活燃料短缺，一年缺柴几个月，为了做饭烧开水，大人小孩四出打算、砍柴、挖草根，扒树皮，严重影响了经济

12、社会的发展、科技文化水平的提高和脱贫致富的步伐。生活用能是建筑能耗的重要组成部分，属农村建筑能耗的首位，推广应用新能源和可再生能源的潜力十分巨大。采用光伏发电和风力发电，可使至今尚未用上电的西部无电乡和村，用上电灯，看上电视，听到广播，甩掉日出而作、日落而息远离现代文明的落后生活。采用沼气、秸秆气化及太阳灶等，可使常为“锅下愁”的缺能农村的缺能状况得到缓解，滥确乱伐林木、破坏草原植被的现象得到遏制，广大农村的生态环境得到保护。 （4）可提高城乡居民的生活质量和住宅的舒适度，并可使建筑造型新颖别致，增强“卖点”，体现“以人为本”的建筑理念随着经济的发展，洗热水澡已成为广大农民的基本生活需求。安装

13、太阳热水器，不消耗能源，投资不大，使用简单，安全可靠，是满足广大农民洗热水澡需求的好办法，深受欢迎，增长迅猛。在城市，与建筑相结合的太阳热水系统，也是深受欢迎、市场需求增长快速的产品，它既可洗澡，又有供应热水，使用安全可靠，已与电热水器和燃气热水器形成三足鼎立这势。在西部地区广大农村的民宅和学校，推广被动式太阳房解决冬季采暖问题，不但节省能耗，而且清洁干净、省工省时，将使居民的生活质量大为提高，住宅的环境大为干净舒适。在建筑物上安装光伏幕墙，在住宅屋顶上安装太阳电池组件，可与建筑紧密结合，设计建设得新颖别致、美观奇巧，既能发电，又是建筑构件，使建筑物的科技会含量提高，“卖点”增加。在旅游度假村

14、、花园别墅、居民小区的休闲场、游乐地、绿化草坪，安装建设太阳能庭院灯、太阳能草坪灯、太阳能喷泉等，可使环境更加清悠、舒雅、情趣盈盈，充分体会其乐融融的文化气息。2.3 新能源和可再生能源应用的前景 （1）国家对新能源和可再生能源在建筑中的应用十分重视、大力提倡 建国50年来，我国的能源建设取得了巨大成就。1949-1999年的50年里，一次能源产量增长45倍，发电量增长287倍，居世界的位次分别由第13位和第25位上升到第3位和第2位，居为世界能源大国。取得这一巨大成就的重要因素之一，是我国能源建设中实行了一条“开发与节约并举，把节能放在首位”的正确的能源发展战略方针。为贯彻这一方针，在节约能

15、源方面，我国政府和有关部门、地方政府制定一系列法律法规、方针政策和规章办法。例如：1986年国务院颁发了节约能源管理条例；1996年国家计委、国家经贸委、国家科委印发了中国节能技术政策大纲；特别是1997年11月1日国家颁布了自1998年1月1日起施行的中华人民共和国节约能源法，使我国的节约能源工作有法可依，走了法治的轨道。 建筑领域是能源消费的大户，是节约能源工作的重要方面。为在建筑领域贯彻节约能源的方针，建设部于1986年制订了民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分），1995年制订了建筑节能“九五”计划和2010年规划，1996年印发了建筑节能技术政策，1997年印发了1996-2000

16、年建筑技术政策，2000年印发了民用建筑节能管理规定，2002年以建科（2002）175号文印发了建设部建筑节能“十五”计划纲要。 在上述法律法规和规章办法中，均对在建筑中应用新能源和可再生能源大力提倡，并提出了具体要求和措施。在节约能源法中规定：“国家鼓励开发、利用新能源和可再生能源”。“国务院和省、自治区、直辖市人民政府应当在基本建设、技术改造资金中安排节能资金，用于支持能源的合理利用以及新能源和可再生能源的开发。市、县人民政府根据实际情况安排节能资金，用于支持能源的合理利用以及新能源和可再生能源的开发”。“建筑物的设计和建造应当依照有关法律、行政法规的规定，采用节能型的建筑结构、材料、器

17、具和产品，提高保温隔热性能，减少采暖、制冷、照明的能耗”。“各级人民政府就当按照因地制宜、多能互补、综合利用、讲求效益的方针，加强农村能源建设，开发利用沼气、太阳能、风能、水能、地热等可再生能源和新能源。”在中国节能技术政策大纲中提出：要“开发利用太阳能、风能、地热能、潮汐能、海洋能、生物质能等机关报能源和可再生能源，并积极技术科学研究，推进产业化，替代补充常规能源”；同时并在“重视建筑节能”和“加强城乡民用能源管理”等节中进行了详述。在中国建筑节能技术政策中提出：“在太阳能资源丰富的地区积极推广太阳能利用”。在建筑节能“九五”计划和2010年规划中提出的根据当地条件可以推广的建筑节能技术中，

18、包括有太阳热水器和太阳能建筑技术，并具体提出要“在村镇中推广太阳能建筑，到2000年累计建成1000万m2至2010年累计建成5000万m2”。在民用建筑节能管理规定中提出把“太阳能、地热等可再生能源应用技术及设备”和“空调制冷节能技术与产品”，列为“国家鼓励发展的建筑节能技术（产品）”。在建设部建筑节能“十五”计划纲要中提出：“研究开发利用太阳能、地热能、地下水、河水、湖水、海水等可再生能源的建筑应用关键技术与设备，继续研究推广太阳建筑，到2005年累计建成太阳能建筑5000万m2。通过太阳热水器利用技术与建筑一体化的试验研究，在太阳能资源较丰富的地区，大力推广应用太阳热水器，到2005年太

19、阳热水器集热板使用面积达到6000万m2，太阳热水器使用率占城市家庭的10%-20%。利用太阳能发电、采暖与空调的建筑以及利用地下能源等可再生能源的建筑面积达到2000万m2”。 （2）在建筑中应用新能源和可再生能源市场广阔、前景诱人 在广大城镇和农村大力推广应用太阳热水系统，为居民提供洗澡热水和其它生活热水是我国在建筑中应用新能源和可再生能源最为成功的项目，到2001年我国已累计拥有太阳热水器达3100万m2，居世界第1位。国家经贸委规划，到2015年全国家庭住宅太阳热水器普及率达到20%-30%，全国累计拥有量达到2.32亿m2。这一规划的节能及减排情况为：到2005、2010-2015年

20、末，可形成的年节煤能力分别为125万tce、270万tce、445万tce，可形成的co2、so2和粉尘的年减排能力分别为90年t、2.5万t、25万t和198万t、5万t、50万t以及320万t、9万t、90万t。 在建筑中应用低温地热有暖，可以节约常规能源，减轻在气污染、提高生活质量、降低采暖费用。我国在这方面的应用技术成熟，所用设备已投入产业化生产，到2000年底全国已拥有地热采暖面积达1000万m2。这个项目，在有地热资源的采暖区，市场前景广阔，应积极加以推广。国家经贸委提出：要大力开拓地热采暖市场，到2005、2010、2015年地热采暖累计面积分别达到1500万m2、2250万m2

21、、3000万m2。地热采暖的环境效益明显。据分析，预计到2005年前，打1眼回灌井，建立套生产回灌地热供暖系统，与燃煤锅炉供暖相比，20煤灰2876t；预计在2006-2010年间，30万m2供暖面积，每年可减排SO2217.8t、烟尘213.3t、煤灰4313t。 被动式太阳房技术成熟、增加投资少节约能源、有利环保，是解决广大农民冬季采暖的好办法，在我国采暖区的广大农村应用市场广大。建设部提出的到2015年累计建成5000万m2的目标，是完全可以实现的。 地源热泵系统是一种先进的新型环保空调设备，即可节电，又可降低费用，在城市商业建筑和民用住宅中的市场潜力很大。应进一步提高设备技术性能和质量

22、，努力降低设备成本和工程造价，切实搞好示范工程，积极推广应用。 独立型太阳能光伏发电技术是解决西部地区广大无电农村生活用电的有效办法，市场潜力巨大。国家计委制定的“中国光明工程”提出：利用光伏发电和风力发电，到2010年实现为600多万户、计2300多万无电人口供电。工程首期目标，是在5年的时间内，使800万无电人口用上电。初步计算，实现整个工程目标，共需光伏电池100MW以上。我国的现状是，国家安排的示范项目已投入使用，并取得了初步成果；深圳光伏电池装机容量1MW的与建筑相结合的光伏发电建设工程。已于2002年6月开始启动；国家计委、国家经贸委、科技部均在筹措资金、安排计划、制定措施、积极发

23、展。3 太阳能的特点分析3.1 太阳能的定义 太阳能（Solar），一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。3.2 太阳能的特点 太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1367w/。地球赤道的周长为40000km，从而

24、可计算出，地球获得的能量可达173000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kw/m2，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/，相当于有102000TW 的能量，人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外），虽然太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍，但太阳能的能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。 尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨

25、煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换 太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。3.3 太阳能电池发电原理 太阳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

26、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PN结。当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，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。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。3.4 现代太阳能技术的应用 现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。 现在太阳

27、能的利用已得到世界各国的普遍重视，太阳能的利用也到了一个新的发展阶段，这一阶段是加上太阳电池应用，为建筑物提供采暖、空调、照明和用电，完全能满足这些要求，称为“零能房屋”，并采用新的建筑一体化和模块化的设计从而实现太阳能技术和建筑艺术完美结合。这种一体化的设计思想是由美国太阳能协会创始人施蒂文、斯特朗20年前所倡导的，由于当时太阳能电池过于昂贵，无法实施。如今随着太阳能技术的不断进步和完善，其一体化思想的实现已成为可能。目前已经在我国建成经过了特殊设计太阳能建筑，该建筑是完全依赖太阳能提供热水、制冷、取暖、照明的“零能耗”的新型太阳能建筑示范楼。其建筑物耗热量指标小于10W/m2，建筑自身节能

28、水平达到75%，考虑太阳能等可再生能源的利用，综合节能率超过了90。建筑热工设计指标远高于国家节能50%标准并且达到欧洲现行最高的节能标准。从建筑使用中节约的能源费用角度去计算是具有明显效益的经济和社会效益的。由于采用了一体化和模块化的设计思想，使太阳能技术和建筑艺术取得了完美的结合。4 太阳能应用对船体结构的适应性分析综合国内外太阳能动力船舶的发展现状、趋势和关键技术，以及太阳能动力船舶研究方向的远景和迫切双重属性，作者认为国内开始研发太阳能动力船舶的时机已到，并对国内发展太阳能动力船舶形成了一些初步构想。 4.1 太阳能在船舶上的应用目标船舶尽管目前国内外已建造的太阳能动力船舶多为游艇、小

29、型渡船等小型船艇，但太阳能动力船舶可用于范围宽广的目标船型，除游艇、小型渡船外，各种运输船舶都适用，民船、军船均适用，也可以大型化。 4.2 太阳能动力系统在船舶上的可行性船体平台研究开发适合用作太阳能动力船的船体平台是太阳能动力船研发的第一步工作。 从太阳能动力船舶的太阳能动力系统的体积、重量、空间分布特性看，作者趋向于将多体船用于太阳能动力船体平台，因为多体船稳性、耐波性和快速性都较好，适合布置太阳能动力系统1。图1是三体船、四体船和五体船概念设计效果图，对这类多体船型的总布置适当改型后可布置太阳能动力系统。另外，用于太阳能动力船的多体船型水动力性能也需作进一步的深入研究图2两种多体船型概

30、念设计效果图 4.3实现太阳能动力船舶实船建造的方法及思想样船试制太阳能动力船舶是高新技术船舶，在建造大型实船之前应进行样船试制，以规避风险。 分步实现太阳能动力船舶实船的建造使用可采用分步实现的思路。当太阳能动力船舶发展进程达到实船建造阶段，或许太阳能动力系统的某装置还未达到装船使用的技术水平，但实船已可运行了，这时模块化设计(建造)方法在“分步实现”的思路中再一次显示出其优越性：未达装船水平的装置可 暂不装船，将可替换重量及其空间分布的模块代替该装置装船，以保证船舶的总体重量状态满足设计要求。一旦该装置研发成熟，即以实际装置代换虚设的模块。4.4 光伏电池在船舶上的设计与布置太阳能电池在阳

31、光的照射下电流和电压均为光强温度（）和环境温度（T）的函数：V（，T）和I（，T）。所以在船舶上薄膜光电池的布置要尽量使其得到更多的光能。而在船舶上上布置比之陆地交通工具上的应用更有利的一面，一是空间开阔，受光面积很大，且设计安排较为舒展自由。二是机舱设置在船尾，所以空间很小，轴承也很简单，有效载客面积比之其他动力船也有所增加2。在电池方阵的设计安排时，要遵循以下几个基本平衡的原则：电池方阵发电总量要保持供给直流电机工作所需的耗电量。串联电池小方阵电压应略高于电机额定电压。由若干串联电池小方阵并联成的供电方阵总发电电流应足够供给负载电机的工作电流。各方阵排列时，应使相邻方阵电压差尽量小，以避免

32、短路事故。在具体计算时，有如下式子：Ns=(VF+VC)/V(，T)Ns串联电池数式中：VF蓄电池浮充电压（V） VC线路损耗电压（V） Np=QlfbFc/mI（，T）式中：Np并联电池方阵数 Ql电机日耗电量（A，h） fb充电效率修正数（1.111.96） Fc损耗修正系数（1.05） fc光电不完全转换系数（0.90.95） m平均日照时数（h） I（，T）每个并联组件输出电流（A） （根据单体数据折算）5 太阳能在船舶上的应用关键技术分析5.1 太阳能在船舶上的应用最需要研究的问题 如何吸收更多的太阳光，怎样更有效 地把太阳光变成电能，并将其储存起来。为了把太阳能电池发出的电能高效率

33、地储存在蓄电池中，需要使用最大功 率点跟踪器 （MPPT：MaximumPowerPoint Tracker）。太阳能电池发电。随着阳光强度和负荷大小的改变，输出电压发生变化。而蓄电池保 持稳定的电压。如果与蓄电池的电压相比，太阳 能电池的输出电压时高时低，即使相互连接,不能有效地给蓄电池充电。因此，使用最大功率 点跟踪器，把太阳能电池的电压变成能够给电池 充电的电压，再给电池充电。 5.2 分析太阳能电池板如何在船舶上吸收和储存更多的太阳能一是帮助太阳能电池板吸收全部的太阳光谱，太阳光照射到太阳电池上，一部分转变为电，而大部分却转变为热，使太阳电池温度升高，从而影响太阳电池的性能。太阳能电池

34、板主要吸收可见光，占太阳光总能量的40%，其他是红外线，所以个人认为影响太阳能电池板最大光照强度的主要因素是太阳光里的红外线。太阳能电池板通常只能吸收部分太阳光谱，目前已有公司研制出一种彩色太阳能电池板。这种太阳能电池板能够吸收太阳光光谱中不同颜色太阳光的光能，因此其在工作的时候可以不用正对太阳。他们研制的彩色太阳能电池板能够在不集中吸收热量的情况下，吸收可见光以及紫外光。如果在吸收热量的情况下，会降低太阳能电池板的工作效率。他们还称，其研制的彩色太阳能电池板只需20%的硅材料，并且能够达到最高20%的转换率，是目前市场上供应的普通太阳能电池板转换效率的两倍。彩色太阳能电池板转换效率高，原因在

35、于其电池板边缘材料的不同。 传统的太阳能电池板首先由原材料制成薄片形状，然后再在上面覆盖上玻璃平板；而该光公司生产的彩色太阳能电池板，只在玻璃平板的边缘部分才覆盖有细条形状的硅材质。这种做法能够使照射到玻璃表面的太阳光扩散到电池板的边缘部分，硅材料也能够将这部分光能转换成电能，该司是通过在玻璃平板上覆盖一层染料和某种纳米金属混合物来达到这一目的的。二是如何降低太阳能电池板的成本，从而以此来降低船舶的制造成本纳米太阳能电池：纳米太阳能电池，想象没有板的太阳能电池板。只有一层薄薄的涂料，将阳光转化成电能。继续梦想下去：屋顶上、窗户表面都可以采集太阳能。太阳能动力建筑已经不再是南加州的专利，中国、印

36、度、肯尼亚等地方也开始普遍采用太阳能，因为现在，它变得比烧煤碳还便宜。这就是薄膜太阳能电池PowerSheet为我们描绘的前景：太阳能无处不在，廉价到第三世界国家的人民也可以享用。基础技术其实已经存在几十年，但是，今年，硅谷公司Nanosolar（纳米太阳能）才研究出承诺变成现实的生产技术。该公司以类似印刷的方法生产太阳能电池，将一层吸收光能的纳米涂料喷到只有铝箔般厚薄的金属上，如此，可将太阳能电池板的价格缩减到目前的1/10.在Google创始人和美国能源部2000万美元拨款资助下，今年，Nanosolar的第一块商业太阳能电池板问世。成本一直是利用太阳能的最大难题。传统太阳能电池需要以硅为

37、材料。而硅是一种昂贵商品。目前的全球硅短缺更使情况恶化。此外，传统太阳能电池还得以玻璃为铺垫，因此既沉重又危险，运输和安装费用高昂。这意味着，用最便宜的太阳能电池板，生产1瓦电能的成本也要3美元。要与煤炭竞争，成本必须缩减到1美元/瓦。Nanoslar的电池完全不使用硅，它的工作效率与大多数商业太阳能电池不相上下，而成本只有30美分/瓦。加州大学再生能源实验室主任丹卡门说：“在这里我们说的是像印布匹一样印制太阳能电池，把它印刷到拖车上、房顶上，任何你能想象的地方。这确实是件了不起的创举，彻底改变了我们对太阳能电池的看法，也改变了太阳能经济。”在加州圣荷塞市，Nanoslar建立起即将成为世界第

38、一的太阳能电池工厂。公司首席执行官马丁罗希森宣称，明年全面投产后，工厂每年生产的电池可生产430兆瓦电，比美国其他太阳能电站总发电量还多。首批10万张电池将运往欧洲，用于建设一个1.4兆瓦的电站。 三是使太阳能电池板在船舶上吸收更多的太阳光,由于我们所处的位置为北半球，太阳光不可能垂直照射在太阳能电池板上，此时我们就需要根据自己所处的位置来调整最适合的接受角度。以武汉为例，其纬度为北纬30.63度，最安装角度 不仅如此还可以通过先进的科学装置来提高，最近，英国国内最先进的绿色游艇在伦敦的海德公园湖下水。这艘游艇名为“太阳能水手”它的特色是安装有太阳能风帆，主要依靠太阳能来推动，同时也利用风能，

39、不会排放任何污染物质，非常环保。 “太阳能水手”上的太阳能电池板只有小部分固定在船身上，大部分安装在风帆上，而且可以转动。这是一种创新性的设计，研究人员称之为“太阳风帆”。它们的强度足以轻松应对64 千米/时风速下的压力。但是，在风速超过50 千米/时后，驾驶员一般会转动太阳能风帆，让它们平置于后甲板上方。这样既能保障游艇的安全，又不会影响它继续吸收太阳能量。即使在阴天，这艘游艇上的太阳能电池也能产生超过木身需要的能量，并且把多出的能量储存下来。等到完全黑暗的时候，游艇可利用储存的那部分能量继续航行30 千米以上。这些电池板发电能力很强，晴天时可在4 小时内储集足够一个普通家庭使用6 天的电量

40、。驾驶舱内的电脑还会合理安排电池的电量，最大限度地提升游艇的续航能力。在停航期间，这艘船可以把多余的能源卖回给英国的电力公司为37.63度。太阳能风帆3的发展己初见端倪，其研究具有重大的理论和实际意义。这种可再生能源船舶的研发既是有前瞻性的远景课题，也是需要逐步研究实现的迫切课题，我国开展该项研究具有可行性。在交通工具中，船舶以太阳能风帆为航行动力有其独特的优势，有望实现大型化、远洋航行；也可用于多种日标船型，民船、军船均适用。发展太阳能风帆，尤其是大型船舶，还有多项关键技术需研究解决、改进与完善。四是如何更好的储存能量大容量高输出功率的储能装置要实现大型船舶全天候太阳能动力航行仅提高太阳能光

41、伏装置的效率还不够，储能装置的应用也是非常关键的技术。储能装置的应用似乎起到了“以时间换取能量空间和密度”的功效，该装置可储蓄太阳能转换而来的电能，作为船舶主动力电动机的能源，以实现全天候、高功率船舶动力供应。目前的储能装置有常规铅酸蓄电池、高性能蓄电池(如锂离子蓄电池)以及燃料电池(如氢燃料电池)。其中(氢)燃料电池具有容量大、比能高、功率范围广以及噪音小等优点，从长远来看是最有前途的储能装置。如将(氢)燃料电池用作太阳能动力船舶的储能装置，则将引出另外两项有待于研究解决或提高完善太阳能动力船必需的关键技术，即(氢)燃料电池的研制和太阳能制氢与储氢技术的研发。海水是理想的制氢资源4。制约海水

42、制氢技术快速发展的原因之一，是由于海水富含盐分(NaCI)和其他杂质，而通常电解槽的电极电势超过了产生氯气所需的电势，这使得在电解海水时，往往是氯气从阳极析出，而非氧气。虽然氢气的产生不会受此影响，但产生的氯气具有强烈的毒性，需要完全避免。在所有常用的电极材料中，只有锰和锰的氧化物及其化合物在电解海水时可以在阳极产生氧气，抑制氯气的产生。Ghany等人2用Mn，一。Mo。02+。IrO：Ti作为电极，氧气的生成率达到了100，完全避免了氯气的产生。此外，我国鞍山市制氢研究组的电解水制氢技术指标也居世界前列：电解单元耗电083kWhm3，控制器部分耗电为lOkWh，其装置设计能力可配置100个电

43、解单位，即制取lm3氢气耗电093kWh3。因此电解海水制氢就目前技术条件是完全可行的。电解海水制氢过程能耗大，电费占整个电解水制氢生产用的82。因此电解海水制氢的高成本，也是制约其技术发展的重要因素，而这在本研究中却是其应用的最大优势。因为在远航中，制氢所需的电能完全可由太阳能电池来解决。目前世界各国对太阳能电池发电技术研究已日趋成熟，船舶有大量可供安装太阳能电池的空间，海洋上充裕的阳光使得太阳能电池发电完全能够在远航船舶上得以实现。6 太阳能应用的经济和社会效益分析太阳能取之不尽、用之不绝,是重要的可再生能源,在后化石燃料时代太阳能将成为最主要的自然能源之一。而且,除核能以外,可以说地球上一切能源都直接或间接地来自太阳能。太阳能技术在日常生活中已得到广泛应用,特别是在国外，将太阳能作为动力能源的研究早已起步，例如美国在20世纪80年代初就开始研制太阳能动力无人机，澳大利亚、德国、瑞士等国也将太阳能运用到船舶动力上，以下就以太阳能船舶为例，了解一下太阳能作为新动力在船舶上的应用。 早在