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1、,太阳能利用技术,授课教师：曹佰来,要求学生记好笔记、理解每节课所讲述的内容 按时完成作业 上课不得迟到、早退、玩手机等 如果达不到上述要求，则会受到不允许参加考试、得不到加分等处罚,课程要求,课程成绩的评定,考试形式,课程的目的 培养学生对能源重要性的认识，了解不可再生能源的储存量及开采状况和可再生能源的发展状况；了解各种太阳能利用技术基本知识；（知识）了解各种太阳能利用技术原理及实际应用；（技能）熟悉太阳能电池的制造工艺的原理、特点、及发展趋势 了解目前太阳能产业市场现状及未来发展趋势；（其它）,第一章、太阳能的基本知识,太阳的基本结构 太阳是一个由炽热气体构成的球体，主要组成是氢和氦，其
2、中氢占80%，氦占19%。,太阳能来源 太阳能是指太阳内部进行着由氢聚变成氦的原子核反应，不停地释放出巨大的能量，不断地向宇宙空间辐射能量。太阳内部的这种核聚变反应可以维持很长时间，据估计约有几十亿至几百亿年，相对于人类的有限生存时间而言，太阳能可以说是取之不尽，用之不竭的。,太阳常数 太阳常数指在太阳地球间平均距离外，在地球大气层以上垂直于太阳光线的平面上，单位面积，单位时间内的太阳辐射能的数值，该数值是个常数，一般取1367瓦/平方米。（4920千焦/平方米.时）。由于通过地球外大气层吸收反射，太阳光到达地面的辐射强度大大降低,太阳辐射能和到达地球的太阳能 整个太阳每秒钟释放出来的能量是无
3、比巨大的，高达3.82610的33次方尔格或37.310的6次方兆焦，相当于每秒钟燃烧1.28亿吨标准煤所放出的能量。太阳辐射到达地球陆地表面的能量，大约为17万亿千瓦，仅占到达地球大气外层表面总辐射量的10%。即使这样，它也相当目前全世界一年内能源总消耗量的3.5万倍。,我国的太阳能资源 我国太阳能资源十分丰富，全国有2/3以上的地区，年辐照总量大于502万千焦/平方米，年日照时数在2000小时以上。,太阳能的特点,太阳能是最重要的基本能源，生物质能、风能、潮汐能、水能等都来自太阳能。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1367kw/平方米。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的
4、能量可达173,000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kw/平方米，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/平方米，相当于有102,000TW 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。,太阳能的优点：第一，太阳能是人类可以利用的最丰富的能源，总量很大，据估计，在过去漫长的11亿年中，太阳消耗了它本身能量的2%，可以说是取之不尽，用之不竭。我国陆地表面每年接受的太阳能就相当于1700亿吨标准煤。第二，地球上，无论何处都有太阳能，可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对交通不发达的农村
5、、海岛和边远地区更具有利用的价值。第三，太阳能是一种洁净的能源，在开发和利用时，不会产生废渣、废水、废气，也没有噪音，更不会影响生态平衡。,太阳能的缺点：第一、太阳能十分分散，能流密度较低，到达地面的太阳能每平方米只有1000瓦左右。往往需要相当大的采光集热面才能满足使用要求，从而使装置地面积大，用料多，成本增加。第二、大气影响较大，给使用带来不少困难。第三、太阳能具有不稳定性：地面上太阳能还受季节、昼夜、气候等影响，时阴时晴，时强时弱。,太阳能的利用,太阳能开发利用是当今国际上一大热点，经过最近20多年的努力，太阳能技术有了长足进步，太阳能利用领域已由生活热水，建筑采暖等扩展到太阳能发电，工
6、农业生产许多部门，人们已经强烈意识到，一个广泛利用太阳能和可再生能源的新时代太阳能时代即将来到。,根据太阳能的特点，太阳能的利用首先必须解决以下四个基本技术问题，才能有效地加以利用。1、太阳能采集 2、太阳能转换 3、太阳能贮存 4、太阳能输运,太阳能利用的技术领域 人类直接利用太阳能有三大技术领域，即：光电转换：晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池等。光热转换：热水器、开水器、干燥器，采暖和制冷，温室与太阳房，太阳灶和高温炉，海水淡化装置、水泵、热力发电装置及太阳能医疗器具等。光化学转换：植物光合作用。储能技术：海潮。,第二章、光伏发电,太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转
7、变为电能的一种器件，这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应”，因此太阳能电池又称为“光伏电池”，,教你制作染料敏化太阳电池,染料敏化太阳电池作为新型的绿色能源，您一定非常感兴趣吧？那么你是不是想自己动手制作一块自己的太阳能池呢？其实，做电池并不难，那就我们一起制作电池吧！,第一步：二氧化钛膜的制备 第二步：利用天然染料把二氧化钛膜着色第三步：制作反电极第四步：组装电池 第五步：注入电解质,染料敏化太阳电池的制作主要分为五个步骤：,第一步：二氧化钛膜的制备,二氧化钛的制备有两种方法：一种方法是：称取适量二氧化钛粉(Degussa P25)放入研钵中，一边研磨，一边逐渐加入硝酸或乙酸(pH 值为3
8、-4)，研磨均匀。另一种方法是：取适量二氧化钛粉，加入乙酰丙酮水溶液，然后边研磨边逐渐加入水使之研磨均匀。,二氧化钛浆料制备,取一定面积的导电玻璃，用万用表来检测判断其导电面。用透明胶带盖住电极的四边，其中3边约盖住1-2mm宽，而第四边约盖4-5mm宽。胶带的大部分与桌面相粘，有利于保护玻璃不动，这样形成一个约40-50m 深的沟，用于涂敷二氧化钛。在上面几滴TiO2溶液，然后用玻璃棒徐徐地滚动，使其涂敷均匀。,待二氧化钛薄膜自然凉干后，再撕去胶带，放入炉中，在450下保温半小时。可选用电热枪或管式炉，也可用酒精灯或天然气灯在有支撑下加热10min。然后让其自然冷却至室温，储存备用。烧结后得
9、到二氧化钛膜。其类似于类囊体膜，呈多孔状，多孔膜有利于吸收太阳光和收集电子。,用酒精灯烤干,第二步：利用天然染料把二氧化钛膜着色,在新鲜的或冰冻的黑莓、山莓和石榴籽上滴3-4滴水，再进行挤压、过滤，即可得到我们所需要的初始染料溶液；也可以把TiO2 膜直接放在已滴过水并挤压过的浆果上，或在室温下把TiO2膜浸泡在红茶(木槿属植物)溶液中。有些水果和叶子也可以用于着色。如果着色后的电极不立即用，必须把它存放在丙酮和脱植基的叶绿素混合溶液中。,二氧化钛薄膜着色,第三步：制作反电极,电池既需要光阳极，又要一个对电极才能工作。对电极又叫反电极。取与正电极相同大小的导电玻璃，利用万用表判断玻璃的导电面（
10、利用手指也可以作出判断，导电面较为粗糙）。把非导电面标上+，然后石墨棒或软铅笔在整个反电极的导电面上涂上一层碳膜。这层碳膜主要对I-和I3-起催化剂的作用。整个面无需掩盖和贴胶带。因而整个面都可以涂上一层催化剂。可以通过把碳膜在450下烧结几分钟来延长电极的使用寿命。电极必须用乙醇清洗，并烘干。也可以利用化学方法沉积一层通明的、致密的铂层来代替碳层作为反电极。,反电极制备,第四步：组装电池,小心地把着色后的电极从溶液中取出，并用水清洗。烘干之前再用乙醇或异丙醇清洗一下，以确保将着色后的多孔TiO2膜中的水份除去。把烘干后的电极的着色膜面朝上放在桌上，再把涂有催化剂的反电极放在上面，把两片玻璃稍微错开，以便于利用未涂有TiO2的电极部分和反电极作为电池的测试用。,电池的封装,第五步：注入电解质,用两个夹子把电池夹住，再滴入两滴含碘和碘离子的电解质溶液，由于毛细管原理，电解质很快在两个电极间均匀扩散。,电解质的注入,恭喜你 染料敏化太阳电池制作成功了！,
