太陽能

太陽能

太陽能(solar energy),是指太陽的熱輻射能(參見熱能傳播的三種方式:輻射),主要表現就是常說的太陽光線。在現代一般用作發電或者為熱水器提供能源。自地球上生命誕生以來,就主要以太陽提供的熱輻射能生存,而自古人類也懂得以陽光曬幹物件,並作為製作食物的方法,如製鹽和曬鹹魚等。在化石燃料日趨減少的情況下,太陽能已成為人類使用能源的重要組成部分,並不斷得到發展。太陽能的利用有光熱轉換和光電轉換兩種方式,太陽能發電是一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能也包括地球上的風能化學能水能等。

  • 中文名稱
    太陽能
  • 外文名稱
    Solar Energy
  • 類別
    開發中的新型能源
  • 原理
    太陽光的輻射能量
  • 利用方式
    光熱轉換,光電轉換
  • 優點
    普遍,無害,巨大,長久
  • 缺點
    分散,不穩定,效率低,成本高

基本介紹

太陽能(Solar Energy),一般是指太陽光的輻射能量,在現代一般用作發電。自地球形成生物就主要以太陽提供的熱和光生存,而自古人類也懂得以陽光曬幹物件,並作為儲存食物的方法,如製鹽和曬鹹魚等。但在化石燃料減少下,才有意把太陽能進一步發展。太陽能的利用有被動式利用(光熱轉換)和光電轉換兩種方式。太陽能發電一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源,如風能、化學能、水的勢能等等。在幾十億年內,太陽能是取之不及、用之不竭的理想能源。

太陽能

太陽能是由內部氫原子發生聚變釋放出巨大核能而產生的能,來自太陽的輻射能量。 中材聯建太陽能發電系統人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來自太陽。植物通過光合作用釋放氧氣、吸收二氧化碳,並把太陽能轉變成化學能在植物體內貯存下來。煤炭、石油、天然氣等化石燃料也是由古代埋在地下的動植物經過漫長的地質年代演變形成的。此外,水能、風能等也都是由太陽能轉換來的。地球本身蘊藏的能量通常指與地球內部的熱能有關的能源和與原子核反應有關的能源。

與原子核反應有關的能源正是核能。原子核的結構發生變化時能釋放出大量的能量,稱為原子核能,簡稱核能,俗稱原子能。它則來自于地殼中儲存的鈾、鈈等發生裂變反應時的核裂變能資源,以及海洋中貯藏的氘、氚、鋰等發生聚變反應時的核聚變能資源。這些物質在發生原子核反應時釋放出能量。目前核能最大的用途是發電。此外,還可以用作其它類型的動力源、熱源等。

太陽能

技術原理

目前,太陽能的利用還不是很普及,利用太陽能發電還存在成本高、轉換效率低的問題,但是太陽能電池在為人造衛星提供能源方面得到了套用。太陽能是太陽內部或者表面的黑子連續不斷的核聚變反應過程產生的能量。地球軌道上的平均太陽輻射強度為1,369w/㎡。地球赤道的周長為40,000km,從而可計算出,地球獲得的能量可達173,000TW。在海平面上的標準峰值強度為1kw/m2,地球表面某一點24h的年平均輻射強度為0.20kw/㎡,相當于有102,000TW 的能量,人類依賴這些能量維持生存,其中包括所有其他形式的可再生能源(地熱能資源除外),雖然太陽能資源總量相當于現在人類所利用的能源的一萬多倍,但太陽能的能量密度低,而且它因地而異,因時而變,這是開發利用太陽能面臨的主要問題。太陽能的這些特點會使它 清立太陽能工程圖在整個綜合能源體系中的作用受到一定的限製。盡管太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量的22億分之一,但已高達173,000TW,也就是說太陽每秒鍾照射到地球上的能量就相當于500萬噸煤,每秒照射到地球的能量則為499,400,00,000焦。地球上的風能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質能都是來源于太陽;即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然氣等)從根本上說也是遠古以來貯存下來的太陽能,所以廣義的太陽能所包括的範圍非常大,狹義的太陽能則限于太陽輻射能的光熱、光電和光化學的直接轉換。

太陽能

太陽能既是一次能源,又是可再生能源。它資源豐富,既可免費使用,又無需運輸,對環境無任何污染。為人類創造了一種新的生活形態,使社會及人類進入一個節約能源減少污染的時代。

具體分類

太陽能光伏

光伏板組件是一種暴露在陽光下便會產生直流電的發電裝置, 太陽能利用由幾乎全部以半導體物料(例如矽)製成的固體光伏電池組成。由于沒有活動的部分,故可以長時間操作而不會導致任何損耗。簡單的光伏電池可為手表以及電腦提供能源,較復雜的光伏系統可為房屋提供照明以及交通信號燈和監控系統,並入電網供電。光伏板組件可以製成不同形狀,而組件又可連線,以產生更多電能。近年,天台及建築物表面均可使用光伏板組件,甚至被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的一部分,這些光伏設施通常被稱為附設于建築物的光伏系統。

據調研顯示由于產能過剩導致全球5大製造商利潤縮水,2012年光伏組件安裝量將有所減少,這是10餘年來首次出現下降。據彭博6位分析師的平均預測全球家庭與商業機構將安裝24.8GW的光伏組件。這相當于約20座核反應堆的發電量,但與去年新增27.7GW的光伏裝機量相比下降10%。據彭博新能源財經估計,自1999年以來年均安裝量已成長61%。

太陽能光熱

現代的太陽熱能科技將陽光聚合,並運用其能量產生熱水、蒸氣和電力。除了運用適當的科技來收集太陽能外,建築物亦可利用太陽的光和熱能,方法是在設計時加入合適的裝備,例如巨型的向南窗戶或使用能吸收及慢慢釋放太陽熱力的建築材料。

利弊分析

優點

(1)普遍:太陽光普照大地,沒有地域的限製無論陸地或海洋,無論高山或島嶼,都處處皆有,可直接開發和利用,且無須開採和運輸。

(2)無害:開發利用太陽能不會污染環境,它是最清潔能源之一,在環境污染越來越嚴重的今天,這一點是極其寶貴的。

(3)巨大:每年到達地球表面上的太陽輻射能約相當于130萬億噸煤,其總量屬現今世界上可以開發的最大能源。

(4)長久:根據目前太陽產生的核能速率估算,氫的貯量足夠維持上百億年,而地球的壽命也約為幾十億年,從這個意義上講,可以說太陽的能量是用之不竭的。

缺點

(1)分散性:到達地球表面的太陽輻射的總量盡管很大,但是能流密度很低。平均說來,北回歸線附近,夏季在天氣較為晴朗的情況下,正午時太陽輻射的輻照度最大,在垂直于太陽光方向1平方米面積上接收到的太陽能平均有1,000W左右;若按全年日夜平均,則隻有200W左右。而在冬季大致隻有一半,陰天一般隻有1/5左右,這樣的能流密度是很低的。因此,在利用太陽能時,想要得到一定的轉換功率,往往需要面積相當大的一套收集和轉換設備,造價較高。

(2)不穩定性:由于受到晝夜、季節、地理緯度和海拔高度等自然條件的限製以及晴、陰、雲、雨等隨機因素的影響,所以,到達某一地面的太陽輻照度既是間斷的,又是極不穩定的,這給太陽能的大規模套用增加了難度。為了使太陽能成為連續、穩定的能源,從而最終成為能夠與常規能源相競爭的替代能源,就必須很好地解決蓄能問題,即把晴朗白天的太陽輻射能盡量貯存起來,以供夜間或陰雨天使用,但目前蓄能也是太陽能利用中較為薄弱的環節之一。

(3)效率低和成本高:目前太陽能利用的發展水準,有些方面在理論上是可行的,技術上也是成熟的。但有的太陽能利用裝置,因為效率偏低,成本較高,總的來說,經濟性還不能與常規能源相競爭。在今後相當一段時期內,太陽能利用的進一步發展,主要受到經濟性的製約。

開發途徑

光熱利用

它的基本原理是將太陽輻射能收集起來,通過與物質的相互作用轉換成熱能加以利用。目前使用最多的太陽能收集裝置,主要有平板型集熱器、真空管集熱器、陶瓷太陽能集熱器和聚焦集熱器等4種。通常根據所能達到的溫度和用途的不同,而把太陽能光熱利用分為低溫利用(<200℃)、中溫利用(200~800℃)和高溫利用(>800℃)。目前低溫利用主要有太陽能熱水器、太陽能幹燥器、太陽能蒸餾器、太陽房、太陽能溫室、太陽能空調製冷系統等,中溫利用主要有太陽灶、太陽能熱發電聚光集熱裝置等,高溫利用主要有高溫太陽爐等。

太陽能發電  

清立新能源未來太陽能的大規模利用是用來發電。利用太陽能發電的方式有多種。目前已實用的主要有以下兩種。

(1)光—熱—電轉換。即利用太陽輻射所產生的熱能發電。一般是用太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換為工質的蒸汽,然後由蒸汽驅動氣輪機帶動發電機發電。前一過程為光—熱轉換,後一過程為熱—電轉換。

(2)光—電轉換。其基本原理是利用光生伏打效應將太陽輻射能直接轉換為電能,它的基本裝置是太陽能電池。

(3)光—-化轉換

太陽能電池板材料

耐紫外光線的輻射,透光率不下降。鋼化玻璃作成的組件可以承受直徑25毫米的冰球以23米/秒的速度撞擊。

太陽電池封裝用的EVA膠膜固化後的性能要求:

透光率大于90%;交聯度大于65-85%;剝離強度(N/cm),玻璃/膠膜大于30;TPT/膠膜大于15;耐溫性:高溫85℃、低溫-40℃。TPT:太陽電池的背面,耐老化、耐腐蝕、耐紫外線輻射、不透氣等基本要求。

光化利用

這是一種利用太陽輻射能直接分解水製氫的光—化學轉換方式。它包括光合作用、光電化學作用、光敏化學作用及光分解反應。

光化轉換就是因吸收光輻射導致化學反應而轉換為化學能的過程。其基本形式有植物的光合作用和利用物質化學變化貯存太陽能的光化反應。

植物靠葉綠素把光能轉化成化學能,實現自身的生長與繁衍,若能揭示光化轉換的奧秘,便可實現人造葉綠素發電。目前,太陽能光化轉換正在積極探索、研究中。

光生物利用

通過植物的光合作用來實現將太陽能轉換成為生物質的過程。目前主要有速生植物(如薪炭林)、油料作物和巨型海藻。

套用範圍

太陽能發電廣泛用于太陽能路燈、太陽能殺蟲燈、太陽能攜帶型系統,太陽能移動電源,太陽能套用產品,通訊電源,太陽能燈具,太陽能建築等領域。

利用原理

太陽能是太陽內部連續不斷的核聚變 反應過程產生的能量。地球軌道上的平均太陽輻射 強度為1367kw/㎡。地球赤道 的周長為40000km,從而可計算出,地球獲得的能量可達173000TW。在海平面上的標準峰值強度為1kw/m2,地球表面某一點24小時的年平均輻射強度為0.20kw/m2 ,相當于有102000TW的能量。

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