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太阳能光伏技术与工程应用
作者:沈志春    来源:2009年会论文集    浏览次数:     添加时间:2009-3-31
1.太阳能资源特点
  1.1储量的“无限性”
  太阳能是取之不尽的可再生能源,可利用量巨大。太阳每秒钟放射的能量大约是1.6x 1023kW,其中到达地球的能量高达8x1023kW,相当于6x109t标准煤。按此计算,一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1. 892 x1023千亿t,是目前世界主要能源探明储量的一万倍闭。太阳的寿命至少尚有40亿年,相对于人类历史来说,太阳可源源不断供给地球的时间可以说是无限的。相对于常规能源的有限性,太阳能具有储量的“无限比”,取之不尽,用之不竭。这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源匾乏、枯竭的最有效途径。
  1.2存在的普遍性
  虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀,但相对于其他能源来说,太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性,可就地取用。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。
  1.3利用的清洁性
  太阳能像风能、潮汐能等洁净能源一样,其开发利用时几乎不产生任何污染,加之其储量的无限性,是人类理想的替代能源。
  1.4利用的经济性
  可以从两个方面看太阳能利用的经济性。一是太阳能取之不尽,用之不竭,而且在接收太阳能时不征收任何“税”,可以随地取用;二是在目前的技术发展水平下,有些太阳能利用已具经济性。随着科技的发展以及人类开发利用太阳能的技术突破,太阳能利用的经济性将会更明显。如果说20世纪是石油世纪的话,那么21世纪则是可再生能源的世纪,太阳能的世纪。
  2.二十一世纪世纪太阳能利用发展趋势
  近30年来,太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展,成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。包括太阳能在内的可再生能源在下世纪将会以前所未有的速度发展,逐步成为人类的基础能源之一。据预测,到下世纪中叶,可在生能源在世界能源结构中将占到50%以上。
  22002年全世界并没有因为美国太阳能行业的收缩而放慢发展速度,相反象日本、欧洲等国家却是加快发展的一年;中国太阳电池项目在这一年一下子增加了许多,如上海航天科技、武汉、深圳等,中国太阳能产业的生产能力也在这一年得到了发展壮大。
  以现有的基础来看,单晶硅、多晶硅及非晶硅太阳电池仍是我国目前产业化发展的主要产品。在过去的100年间,人们对各种太阳能利用方式进行了广泛的探索,逐步明确了发展方向,初步得到一些利用。70年代以后,世界各国加大了对太阳能研究开发的投人,太阳能热水、太阳能建筑、太阳能光伏发电等利用项目发展速度加快,规模逐渐扩大。但从总体而言,目前太阳能利用的规模还不大,技术尚不完善,商品化程度较低,需要继续努力。21世纪是人类大规模利用太阳能的世纪.这是不以任何人的意志为转移的历史发展必然结果。
  3.太阳能电池发电原理与特性
  3.1太阳能电池发电原理
  太阳电池是一种对光有响应并能将光能转换成电力的器件。光生伏特效应简称为光伏效应,指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象.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,现已晶体硅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一N结。如下图所示。

  3.3太阳光强度与波长的关系
  太阳能热利用时一般与波长关系不大,但作为太阳能电池,属于量子领域的能量变换技术,即光子的获能就与波长有很大关系。例如,太阳能电池是由硅材料(或其它材料)制成,受光后产生的能量与电子的最小振动值有关,即决定于振动值的波长大小。过分大的波长将不能进行能量交换;太短的波长只能转换为热能,因此太阳能的光伏变换与波长之间存在一个感度特性,我们称之为光感度特性。不同材料有不同的感度特性,例如,单晶硅太阳能电池就优于多晶硅,但要取得理想光感度特性是不太容易的。有关资料显示,紫外线所占比例只有8%,但波长短,电子振动值高,产生能量大;而红外线占全部能量的46%,可转化热能,故又称热线。

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