大工14春《新能源发电》大作业-太阳能的利用综述 (1) 7页

大连理工大学网络教育学院《新能源发电》课程设计题目：太阳能的利用综述学习中心：新疆巴音郭楞奥鹏学习中心层次：专升本专业：电气工程及其自动化年级：2012年秋季学号：121108409356学生：单文涛辅导教师：康永红完成日期：2014年6月3日 太阳能利用现状能源问题关系我国经济发展、社会稳定和国家安全，以能源的可持续发展支持经济社会的可持续发展，是我国现代化建设中一项长期的重大战略任务。党的十七届五中全会，在对我国“第十二个五年规划”建议中，提出了三个重大转型，其中第二个转型，就是从高碳向低碳转型。经过几十年的努力，特别是经过“十一五”，开发利用再生能源、清洁能源，已在我国形成相当的产业规模，其中太阳能的利用，可谓方兴未艾。从世界范围来看，太阳能的利用技术已是当今世界各国索取新能源和利用新能源，进行节能、环保的重要研究项目之一。太阳能是清洁、廉价的可再生能源，取之不尽用之不竭。每年到达地球表面的太阳能辐射能约为目前全世界所消耗的各种能量的1万多倍。我国有较丰富的太阳能资源，约有2/3的国土年辐射时间超过2200小时，年辐射总量超过5000MJ/m2。全年照射到我国广大面积的太阳能相当于目前全年的煤、石油、天然气和各种柴草等全部常规能源所提供能量的2000多倍。全国各地太阳年辐射总量为3340～8400MJ／m2，中值为5852MJ／m2。从我国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、宁夏南部、甘肃、内蒙古南部、山西北部、陕西北部、辽宁、河北东南部、山东东南部、河南东南部、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大，尤其是青藏高原地区最大。全国以四川和贵州两省及重庆市的太阳年辐射总量最小，尤其是四川盆地最低。太阳能利用的基本原理，就是将太阳辐射能通过一定的手段（措施）将其转换成热能或电能，加以利用。我国太阳能利用从整体来看，起步比较晚，上个世纪七、八十年代开始研发，但工业化发展速度很快。太阳能利用技术的形式1、太阳能光热技术 太阳能光热技术是指将太阳辐射能转化为热能进行利用的技术。太阳能光热技术的利用通常可分直接利用和间接利用两种形式。太阳能采暖技术是太阳能利用领域最成熟、最实用、最环保并能产生巨大经济效益和社会效益的实用技术之一。它的基本原理是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器、陶瓷太阳能集热器和聚焦集热器等4种。通常根据所能达到的温度和用途的不同，而把太阳能光热利用分为低温利用（<200℃）、中温利用（200～800℃）和高温利用（>800℃）。目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等。太阳能光热技术分直接利用和间接利用两种形式：常见的直接利用方式有以下四种方式：(1)、利用太阳能热水器提供生活热水；最广泛的太阳能应用即用于将水加热，现今全世界已有数百万太阳能热水装置。太阳能热水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分。此外，可能还有辅助的能源装置（如电热器等）以供应无日照时使用，另外尚可能有强制循环用的水，以控制水位或控制电动部份或温度的装置以及接到负载的管路等。依循环方式太阳能热水系统可分自然循环式和强制循环式两种：　　自然循环式的储存箱置于收集器上方。水在收集器中接受太阳辐射的加热，温度上升，造成收集器及储水箱中水温不同而产生密度差，因此引起浮力，此一热虹吸现像，促使水在除水箱及收集器中自然流动。由与密度差的关系，水流量于收集器的太阳能吸收量成正比。此种型式因不需循环水，维护甚为简单，故已被广泛采用。　　强制循环式的 热水系统用水使水在收集器与储水箱之间循环。当收集器顶端水温高于储水箱底部水温若干度时，控制装置将启动水使水流动。水入口处设有止回阀以防止夜间水由收集器逆流，引起热损失。由此种型式的热水系统的流量可得知（因来自水的流量可知），容易预测性能，亦可推算于若干时间内的加热水量。如在同样设计条件下，其较自然循环方式具有可以获得较高水温的长处，但因其必须利用水，故有水电力、维护（如漏水等）以及控制装置时动时停，容易损坏水等问题存在。因此，除大型热水系统或需要较高水温的情形，才选择强制循环式，一般大多用自然循环式热水器。(2)利用太阳能空气集热器进行供暖或物料干燥；太阳能干燥比较适于农副产品的干燥，一般温度在60℃以下，不会破坏食品的营养价值，；木材采用太阳能预干不仅节能，还可以防止因为干燥温度过高，而使木材开裂、变形。近十年来由于能源、环境形式的影响，我国太阳能干燥技术的应用有了较大的发展，除了开展如谷物杂粮类、果品类、蔬菜类以及木材的太阳能干燥实验和应用研究外，还进行了如中草药、茶叶、鲜花、植物叶片、食品（如鱼、腊肠等）、天然橡胶、污泥、唐三彩等物质的干燥工艺的研究和干燥的设备开发与研制，并取得了一些科研成果，有的已经将这些新技术投放市场，进入了技术应用的推广阶段。通过与传统的干燥方法（如阳光下晾晒、用常规能源加热烘烤等）的干燥质量相比可以很明显的看出，用太阳能干燥器干燥的物料质量高，成品率高，颜色美观，如采用大阳能干燥操房与地垄大坑复合干燥后的人参不脱皮，内芯棕红，外表呈花生皮色，整体形象完美，块体含水率达到18%。与采用以往方法干燥的白枝须参相比，外销验等高出1个等级。干燥质量的提高使中草药的价格直线攀升，而且扩大了出口的份额，增强了国际竞争能力。太阳能干燥技术设备应用于食品和植物的深加工中，可以有效地防止菌虫对物料的侵害和变质变色现象的发生，有效地保持了物料原有的优良品质，也避免了因为干燥加工而造成的二次污染（如灰尘等污染物的污染）。(3)基于集热一储热原理的间接加热式被动太阳房；(4)利用太阳能加热空气产生的热压增强建筑通风；目前技术比较成熟且应用比较广泛的是太阳能热水器及蔬菜温室大棚、中药材和果脯干燥等。其他几种技术还处于研究开发阶段，且由于一次性投资较大，要想走向市场和大范围推广尚需时日。太阳能间接利用的主要形式有：(1)太阳能吸收式制冷；(2)太阳能吸附式制冷；(3)太阳能喷射制冷。 但目前也还处于研究阶段，有的仅仅制造出了样机，尚未形成定型产品和批量生产。2、太阳能光电技术　　太阳能之所以引起全世界的关注，一个重要原因是：由于这些年来人们对太阳能光电池所做的努力，已经使多晶硅光电池转化率达到15%，单晶硅光电池转化率是20%，砷化镓光电池是25%，在实验室中特制的砷化镓光电池甚至已高达35%-36%！新能源--太阳能未来的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多种。目前已实用的主要有以下两种。　　①光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。　　②光—电转换。其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。太阳能光电技术是指利用太阳能电池将白天的太阳能转化为电能由蓄电池储存起来，晚上在放电控制器的控制下释放出来，供室内照明和其他需要。　　太阳能光电转换系统主要由太阳能电池、充放电控制器、蓄电池、负荷等部分组成。其中，光电池组件由多个单晶硅或多晶硅单体电池通过串并联组成，其主要作用是把光能转化为电能；充放电控制器主要用来控制蓄电池的充电和放电，并具有反向放电保护功能和极性反接电路保护功能，还能够实现对系统的监控和数据采集；蓄电池为系统的储能设备，它的主要作用是将太阳能电池所产生的电能储存起来，在用户需要时提供能源。在现有太阳能光电池的发电模式中，多数采用方位固定的大面积的平板式光电转化模式。这一模式的广泛利用，有赖于有大规模的廉价的并有一定转化率的光电池的供应。但是，如果能有高转化率的聚光光电池供应，亦即这一光电池不仅在通常太阳光的辐照下能维持25%至35%的光转化率，而且能在聚光条件下，如将太阳光聚光300至700倍，仍能维持较高转化效率和较长工作寿命的话，（当然，这一聚光光电池必须伴有一效率较高的散热系统，否则会被太阳烧蚀，将能期望用较少量的聚光电池，获得较大的光伏电能。 我国西部沙漠地区将能集中地提供丰富的太阳能。我国现有沙漠约52万平方公里，有沙漠化土地17.6万平方公里，潜在沙漠化土地15.8万平方公里，三者共计为85.4万平方公里。大部分集中在内蒙古地区和新疆地区。如果太阳能转化为电的效率是15%，每平方米的面积将能提供约0.036千瓦的电能，其日平均将能提供约0.41千瓦小时的电能。如果沙漠地区每年有360天的日照时间，那么每平方米面积的沙漠，将能年提供约360×0.41=150千瓦小时的电能。85.4万平方公里的沙漠将能年提供85.4×150×1010=1.28×1014度电。以火力发电的年运转时为6400小时来计算，上述太阳能供电将等价于2×1010千瓦的电力装机。如以每标准核电站能提供106千瓦的电功率来计算，那么85万平方公里的沙漠地区将能提供约20000座核电站的电功率。某些人估计，到2050年，可能约需2500×106千瓦的电力。因此，仅由沙漠地区的12.5%的面积，亦即约为10万平方公里的面积，就能提供所需要的电力。内蒙古自治区的面积约110万平方公里，其中沙漠和沙漠化面积约为20～30万平方公里，所以，仅内蒙古自治区的沙漠地区的太阳能就能为中国在2050年以及今后的发展提供所需要的足够的电力。3、光化学转换技术光化学转换技术亦称光化学制氢转换技术，就是将太阳辐射能转化为氢的化学自由能，通称太阳能制氢，属于另一类太阳能利用途径。是目前太阳能应用的三种主要技术方式之一。这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。它包括光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应。　　光化转换就是因吸收光辐射导致化学反应而转换为化学能的过程。其基本形式有植物的光合作用和利用物质化学变化贮存太阳能的光化反应。植物靠叶绿素把光能转化成化学能，实现自身的生长与繁衍，若能揭示光化转换的奥秘，便可实现人造叶绿素发电。目前，太阳能光化转换正在积极探索、研究中。太阳能利用的发展趋势 我们相信随着科技水平的逐步提高，我国太阳能利用也将在更多的领域得到有效、合理、大规模的应用。1、在高层建筑应合理利用太阳能光热及光电技术，不但能有效缓解电力供应的压力，也更加节能环保，在我国具有广阔的应用前景。2、在太阳能干燥技术的应用方面也会有一定的发展，特别是一些小型、简易的太阳能干燥室，在太阳日照条件好，而经济又欠发达的偏远地区，有较好的应用前景。3、在太阳能发电方面，国际光伏产业的发展已向集团化、规模化发展，产量增幅稳定，生产成本和市场售价平稳下降，在我国，"绿色奥运"、"西部大开发"、"乡乡通"等工程的实施，将使光伏发电的应用前景日益广阔。4、在太阳能光化学转换方面，我国也应加大基础研发的支持力度，争取在此领域内走在国际先进行列。5、太阳能利用技术的几点建议：（1）、太阳能利用技术应引起政府部门、大专院校及全国人民足够的重视。（2）、增加科研投入，不断提高太阳能利用的效率，降低利用成本。（3）、希望我国政府对太阳能利用技术给予政策上的充分鼓励与扶持，增加科研、生产等方面的经费投入并加大宣传力度。总结随着我国经济建设规模的不断扩大，环境问题越来越引起全社会的广泛关注，传统的能源结构已经不能适应经济、社会和环境的可持续发展要求，因此促进可再生能源的开发利用已经成为我国能源建设的一项紧迫任务，目前中国政府已经着手订立《中华人民共和国可再生能源促进法》，以鼓励和支持中国可再生能源行业的健康有序发展。相信中国的太阳能产业能借着这股东风，在激烈的国际市场竞争中健康发展，也使太阳能利用这种具有可持续发展理想特征的能源技术进入中国的能源结构并成为能源主体的构成之一。我们相信，人类的未来将是一个太阳能时代的未来！