1、前課復習太陽和太陽能的基本性質；太陽光的反射、散射和吸收，太陽能的輻射、吸收及大氣質量等概念；太陽能應用的分類、歷史和進展；太陽能發展簡況 太陽能的轉換和利用方式有：太陽能的轉換和利用方式有：u （1）光）光-熱轉換熱轉換u （2）光）光-化學轉換化學轉換u （3）光）光-電轉換電轉換一一 太陽能利用的現狀及發展太陽能利用的現狀及發展太陽灶:用金屬或其他材料制成類似鏡面的裝置，將陽光反射到某一焦點，溫度溫度高達高達900度度，可滿足蒸、燉、燜、可滿足蒸、燉、燜、煮、煎、炒、炸等各種炊事活動，綠色煮、煎、炒、炸等各種炊事活動，綠色環保無污染環保無污染。太陽能干燥器：利用太陽能干燥農副產品的一種裝

2、置。 太陽能熱水器太陽灶淘寶報價：太陽灶淘寶報價：太陽能熱水器太陽能熱水器太陽能熱水器包括太陽能熱水器包括：真空集熱管和不銹鋼保溫水箱、支架真空集熱管和不銹鋼保溫水箱、支架及相關附件及相關附件太陽能熱水器原理太陽能熱水器原理n太陽能熱水器把太陽能太陽能熱水器把太陽能轉換成熱能主要依靠玻轉換成熱能主要依靠玻璃真空集熱管。璃真空集熱管。集熱管集熱管受陽光照射面受陽光照射面 溫度高溫度高，集熱管背陽面集熱管背陽面溫度低溫度低，而管內水便產生溫差反而管內水便產生溫差反應，利用應，利用熱水上浮冷水熱水上浮冷水下沉下沉的原理，使水產生的原理，使水產生微循環而達到所需熱水。微循環而達到所需熱水。生活里常見的

3、光生活里常見的光 - 化學能轉化化學能轉化Fuels COSugarH OO222Photosynthesis光照、葉綠素226 12 626CO+6HOCHO+6O光合作用光合作用合成的糖類首先是葡萄糖，但葡萄糖很快就變成了合成的糖類首先是葡萄糖，但葡萄糖很快就變成了淀粉，暫時儲存在葉綠體中。淀粉，暫時儲存在葉綠體中。 能量以化學物質的形式存在能量以化學物質的形式存在主要包括：主要包括：n太陽能太陽能 化學與生物轉化化學與生物轉化 制氫制氫，n太陽能太陽能 光催化光催化 還原二氧化碳還原二氧化碳制燃料制燃料n太陽能太陽能 化學轉化化學轉化 儲能儲能 1.太陽能化學與生物轉化制氫太陽能化學與生

4、物轉化制氫例如：利用太陽能光催化重整例如：利用太陽能光催化重整H2S制氫和直接分解制氫和直接分解H2S制氫制氫（ H2S + H2O H2 + SOx2- 或或H2S H2 + S ） （a）（b）（c）(a)最理想的途徑，但也是最具挑戰的課題最理想的途徑，但也是最具挑戰的課題 . 一旦取得突破，將會改變世界能源格局。一旦取得突破，將會改變世界能源格局。補充：太陽能光催化重整生物質制氫補充：太陽能光催化重整生物質制氫n利用太陽能光催化轉化利用太陽能光催化轉化生物質生物質制氫制氫 （C6H12O6 + 6H2O 12H2 + 6CO2），），是高效轉化利用生物質的一條途徑。是高效轉化利用生物質的

5、一條途徑。 2. 太陽能光太陽能光催化還原二氧化碳催化還原二氧化碳制燃料制燃料 圖圖2 太陽能光催化減排太陽能光催化減排CO2制氫及精細化學品制氫及精細化學品將將CO2催化加氫催化加氫可以轉化為醇類可以轉化為醇類等大宗化學品，等大宗化學品，這種技術已經比這種技術已經比較成熟，但關鍵較成熟，但關鍵問題是氫的來源。問題是氫的來源。 太陽能制氫與太陽能制氫與CO2減排耦合的方式可以有減排耦合的方式可以有如下兩種最主要的可能性如下兩種最主要的可能性n其一是經太陽能化學和生物轉化分解水制氫，然其一是經太陽能化學和生物轉化分解水制氫，然后將氫與后將氫與COCO2 2經傳統的光催化轉化為甲醇，和其經傳統的光

6、催化轉化為甲醇，和其他的化學品，他的化學品，即：即： H H2 2O HO H2 2 + 1/2O + 1/2O2 2，H H2 2 + CO + CO2 2 CH CH3 3OHOH，凈反應：，凈反應：H H2 2O + COO + CO2 2 CH CH3 3OH + OOH + O2 2。此過程的關鍵科學問題是：（此過程的關鍵科學問題是：（1 1）開發高效光催）開發高效光催化劑；（化劑；（2 2）將光催化制取的氫從反應體系中有）將光催化制取的氫從反應體系中有效分離，并與效分離，并與COCO2 2催化轉化耦合。催化轉化耦合。n其二是原位條件下將上述兩個反應在一個催化體其二是原位條件下將上述

7、兩個反應在一個催化體系中實現。系中實現。即，利用太陽能光催化直接將即，利用太陽能光催化直接將COCO2 2+H+H2 2O O轉化為轉化為CHCH3 3OHOH。此過程的關鍵科學問題是：（。此過程的關鍵科學問題是：（1 1）發展兼具有分解水制氫和發展兼具有分解水制氫和COCO2 2加氫的光催化劑；加氫的光催化劑；（2 2）將生成的氧能及時脫附離開催化劑的表面，）將生成的氧能及時脫附離開催化劑的表面，避免氧化逆反應地發生。避免氧化逆反應地發生。發展方向發展方向n太陽能太陽能制氫制氫距離大規模應用過程尚有一距離大規模應用過程尚有一段距離，但在大規模制氫的研究過程中，段距離，但在大規模制氫的研究過程

8、中，及早研究及早研究與燃料電池耦合和與與燃料電池耦合和與CO2減排減排耦合耦合，將會使太陽能制氫研究目標更明，將會使太陽能制氫研究目標更明確，并會促進太陽能制氫向大規模方向確，并會促進太陽能制氫向大規模方向發展。而發展。而耦合耦合技術的研究也對太陽能制技術的研究也對太陽能制氫催化體系（無論化學還是生物）提出氫催化體系（無論化學還是生物）提出要求，使得催化體系的開發更加合理。要求，使得催化體系的開發更加合理。 耦合：相互作用和相互影響耦合：相互作用和相互影響3. 太陽能化學轉化儲能太陽能化學轉化儲能n通過太陽能光催化轉化將太陽能儲存于通過太陽能光催化轉化將太陽能儲存于化學介質中，再通過化學介質中

9、，再通過電化學方法電化學方法將高能將高能化學物質轉化為電能，也是未來發展的化學物質轉化為電能，也是未來發展的方向。目前這方面的工作尚不多見。方向。目前這方面的工作尚不多見。 （3）光）光-電轉換電轉換 利用陽光發電有二種方式利用陽光發電有二種方式: 光伏光伏發電和發電和光熱伏光熱伏發電發電 太陽能太陽能熱發電熱發電，也叫聚焦型太陽能熱發電，也叫聚焦型太陽能熱發電（Concentrating Solar Power，簡稱，簡稱CSP），）， 它們是通過聚集將太陽能直射光聚集起來，加它們是通過聚集將太陽能直射光聚集起來，加熱工質，產生高溫高壓的蒸汽，蒸汽驅動汽輪熱工質，產生高溫高壓的蒸汽，蒸汽驅動

10、汽輪機發電。機發電。 幾種常見的幾種常見的太陽能熱發電太陽能熱發電方式：方式：n槽式太陽能熱發電系統槽式太陽能熱發電系統n太陽能太陽能 塔式熱發電；塔式熱發電；n太陽能太陽能 碟式熱發電碟式熱發電當前按照太陽能采集方式可劃分為當前按照太陽能采集方式可劃分為 1.槽式太陽能熱發電系統構成槽式太陽能熱發電系統構成n它采用大面積的槽式它采用大面積的槽式拋物面反射鏡拋物面反射鏡將太陽光聚焦將太陽光聚焦反射到反射到線形接收器（集熱管）線形接收器（集熱管）上，通過管內上，通過管內熱載熱載體體將水加熱成蒸汽，同時在熱轉換設備中產生高將水加熱成蒸汽，同時在熱轉換設備中產生高壓、過熱蒸汽，然后送入常規的蒸氣渦輪

11、發電機壓、過熱蒸汽，然后送入常規的蒸氣渦輪發電機內進行發電。槽式拋物面內進行發電。槽式拋物面太陽能發電站太陽能發電站的功率為的功率為101000 MW，n是目前所有太陽能熱發電站中功率最大的是目前所有太陽能熱發電站中功率最大的.槽式熱槽式熱發電系統是最成熟，也是達到商業化發展的技術發電系統是最成熟，也是達到商業化發展的技術 德國的凹面鏡式太陽能發電系統德國的凹面鏡式太陽能發電系統西班牙西班牙50MW槽式熱發電站槽式熱發電站 2.塔式太陽能熱發電系統塔式太陽能熱發電系統塔式系統是利用眾多塔式系統是利用眾多的定日鏡，將太陽熱的定日鏡，將太陽熱輻射反射到置于高塔輻射反射到置于高塔頂部的頂部的高溫集熱

12、器高溫集熱器( (太陽鍋爐太陽鍋爐) )上，加上，加熱工質產生過熱蒸汽熱工質產生過熱蒸汽，或直接加熱集熱器，或直接加熱集熱器中的水產生過中的水產生過熱蒸熱蒸汽汽，驅動汽輪機驅動汽輪機發電機組發電發電機組發電. 碟式太陽能熱發電系碟式太陽能熱發電系統是世界上最早出現統是世界上最早出現的太陽能動力系統，的太陽能動力系統，是目前太陽能發電效是目前太陽能發電效率最高的率最高的太陽能發電太陽能發電系統系統，最高可達到，最高可達到29.4%。 碟式拋物面鏡點聚焦集熱器碟式拋物面鏡點聚焦集熱器 3.太陽能碟式太陽能碟式（又稱盤式）熱發電系統熱發電系統1.2.2 光伏發電的現狀和發展光伏發電的現狀和發展n1.

13、光伏發展的歷史光伏發展的歷史自從自從1954年第一塊實用光伏電池問世以來，太陽年第一塊實用光伏電池問世以來，太陽光伏發電取得了長足的進步。但比計算機和光纖通光伏發電取得了長足的進步。但比計算機和光纖通訊的發展要慢得多。其原因可能是人們對信息的追訊的發展要慢得多。其原因可能是人們對信息的追求特別強烈，而常規能源還能滿足人類對能源的需求特別強烈，而常規能源還能滿足人類對能源的需求。求。1973年的石油危機和年的石油危機和90年代的環境污染問題年代的環境污染問題大大促進了太陽光伏發電的發展。大大促進了太陽光伏發電的發展。其發展過程簡列如下：其發展過程簡列如下： n1839年，年， 法國科學家貝克勒爾

14、發現法國科學家貝克勒爾發現“光生伏打光生伏打效應效應”，即，即“光伏效應光伏效應”。n1954年年， 恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室，首次制成了實用的單晶太陽電池，效率為首次制成了實用的單晶太陽電池，效率為6%。同年，韋克爾首次發現了砷化鎵有光伏效應，同年，韋克爾首次發現了砷化鎵有光伏效應，并在玻璃上沉積硫化鎘薄膜，制成了第一塊薄并在玻璃上沉積硫化鎘薄膜，制成了第一塊薄膜太陽電池膜太陽電池。n1880年年， Charles Fritts 開發出以硒為基礎開發出以硒為基礎的光伏電池。的光伏電池。n1955年，年， 吉尼和羅非斯基進行材料的光電轉換效率優化吉尼和羅非斯基進

15、行材料的光電轉換效率優化設計。同年，設計。同年，第一個光電航標燈第一個光電航標燈問世。美國問世。美國RCA研究砷研究砷化鎵太陽電池。化鎵太陽電池。n1957年年 硅太陽電池效率達硅太陽電池效率達8%。n1958年年 太陽電池首次在空間應用，裝備美國先鋒太陽電池首次在空間應用，裝備美國先鋒1號衛星號衛星電源。電源。n1959年年 第一個多晶硅太陽電池問世，效率達第一個多晶硅太陽電池問世，效率達5%。n1960年年 硅太陽電池首次實現并網運行。硅太陽電池首次實現并網運行。n1962年年 砷化鎵太陽電池光電轉換效率達砷化鎵太陽電池光電轉換效率達13%n1969年年 薄膜硫化鎘太陽電池效率達薄膜硫化鎘

16、太陽電池效率達8%。n1972年年 羅非斯基研制出紫光電池，效率達羅非斯基研制出紫光電池，效率達16%。n1972年年 美國宇航公司背場電池問世。美國宇航公司背場電池問世。n1973年年 砷化鎵太陽電池效率達砷化鎵太陽電池效率達15%。n1974年年 COMSAT研究所提出無反射絨面電池，硅太陽電研究所提出無反射絨面電池，硅太陽電池效率達池效率達18%。n1975年年 非晶硅太陽電池問世。同年，帶硅電池效率達非晶硅太陽電池問世。同年，帶硅電池效率達6%。n1976年年 多晶硅太陽電池效率達多晶硅太陽電池效率達10%。n1978年年 美國建成美國建成100kWp太陽地面光伏電站。太陽地面光伏電站

17、。n1980年年 單晶硅太陽電池效率達單晶硅太陽電池效率達20%，砷化鎵電池達，砷化鎵電池達22.5%，多晶硅電池達，多晶硅電池達14.5%，硫化鎘電池達，硫化鎘電池達9.15%。n1983年年 美國建成美國建成1MWp光伏電站；冶金硅（外延）電池光伏電站；冶金硅（外延）電池效率達效率達11.8%。n1986年年 美國建成美國建成6.5MWp光伏電站。光伏電站。n1990年年 德國提出德國提出“2000個光伏屋頂計劃個光伏屋頂計劃”，每個家庭的，每個家庭的屋頂裝屋頂裝35kWp光伏電池光伏電池。n1995年年 高效聚光砷化鎵太陽電池效率達高效聚光砷化鎵太陽電池效率達32%。n1997年年 美國

18、提出美國提出“克林頓總統百萬太陽能屋頂計劃克林頓總統百萬太陽能屋頂計劃”，在在2010年以前為年以前為100萬戶，每戶安裝萬戶，每戶安裝35kWp。光伏電池。光伏電池。有太陽時光伏屋頂向電網供電，電表反轉；無太陽時電網有太陽時光伏屋頂向電網供電，電表反轉；無太陽時電網向家庭供電，電表正轉。家庭只需交向家庭供電，電表正轉。家庭只需交“凈電費凈電費”。n1997年年 日本日本“新陽光計劃新陽光計劃”提出到提出到2010年生產年生產43億億Wp光伏電池。光伏電池。n1997年年 歐洲聯盟計劃到歐洲聯盟計劃到2010年生產年生產37億億Wp光伏電池。光伏電池。n1998年年 單晶硅光伏電池效率達單晶硅

19、光伏電池效率達25%。荷蘭政府提出。荷蘭政府提出“荷荷蘭百萬個太陽光伏屋頂計劃蘭百萬個太陽光伏屋頂計劃”，到，到2020年完成。年完成。中新網中新網3月月5日電日電 據中國國防科技信息網報道，美國第一太陽能據中國國防科技信息網報道，美國第一太陽能(First Solar)公司宣布，其公司宣布，其碲化鎘碲化鎘(CdTe)太陽能電池轉換效率太陽能電池轉換效率達到達到18.7%，刷新世界紀錄。該結果已得到美國能源部的國家刷新世界紀錄。該結果已得到美國能源部的國家可再生能源實驗室可再生能源實驗室(NREL)證實。證實。 中研普華網中研普華網 2013年年3月月6日日：美國國家可再生美國國家可再生能源能

20、源實驗室實驗室(NREL)日日前證實，前證實，Alta Devices一項新型一項新型“雙結雙結”薄膜太陽能電池技薄膜太陽能電池技術轉換效率達術轉換效率達30.8%。 2012-4-20 Delta Electronics子公司子公司DelSolar計劃將多晶計劃將多晶硅太陽能電池轉換效率從硅太陽能電池轉換效率從17.2%-17.3%提升至提升至18%，并將單，并將單晶硅太陽能電池的轉換效率提升至晶硅太陽能電池的轉換效率提升至19%以上。以上。中國臺灣的臺達電子中國臺灣的臺達電子(Delta Electronics)是一家臺資企業是一家臺資企業 未來世界能源結構變化與預測未來世界能源結構變化與

21、預測n1）硅太陽能電池；2）以無機鹽如砷化鎵III-V化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池；3）功能高分子材料制備的大陽能電池；4）納米晶太陽能電池等。 如：晶體硅電池、硫化鎘電池、硫化銻電如：晶體硅電池、硫化鎘電池、硫化銻電池、砷化鎵電池、非晶硅電池、硒銦銅電池、池、砷化鎵電池、非晶硅電池、硒銦銅電池、疊層串聯電池等。疊層串聯電池等。n晶體硅電池應用最廣晶體硅電池應用最廣，其中單晶硅的光電轉換，其中單晶硅的光電轉換效率實驗室已高達效率實驗室已高達24.2%，工廠工廠規模化生產規模化生產的單晶硅電池其效率也在的單晶硅電池其效率也在12%以上以上。常用太陽電池按其材料可以常用太陽電池按

22、其材料可以分為分為：n太陽能電池供電在世界上百分之九十以上的人造衛星太陽能電池供電在世界上百分之九十以上的人造衛星和宇宙飛船都采用。和宇宙飛船都采用。光伏發電的應用光伏發電的應用太陽能電池的應用太陽能電池的應用不僅在空間應用，在眾多領域中也大顯身手。不僅在空間應用，在眾多領域中也大顯身手。如：太陽能庭院燈、太陽能發電戶用系統、如：太陽能庭院燈、太陽能發電戶用系統、村寨供電的獨立系統、光伏水泵（飲水或灌村寨供電的獨立系統、光伏水泵（飲水或灌溉）、通信電源、石油輸油管道陰極保護、溉）、通信電源、石油輸油管道陰極保護、光纜通信泵站電源、海水淡化系統、城鎮中光纜通信泵站電源、海水淡化系統、城鎮中路標、

23、高速公路路標等。歐美等先進國家將路標、高速公路路標等。歐美等先進國家將光伏發電并入城市用電系統及邊遠地區自然光伏發電并入城市用電系統及邊遠地區自然界村落供電系統納入發展方向。太陽電池與界村落供電系統納入發展方向。太陽電池與建筑系統的結合已經形成產業化趨勢建筑系統的結合已經形成產業化趨勢1.1.小型電源小型電源10-100W10-100W不等，用于邊遠無電地區如高原、不等，用于邊遠無電地區如高原、海島、牧區、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、海島、牧區、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機等電視、收錄機等 太陽能電源太陽能電源 太陽能逆變太陽能逆變器器n用戶太陽能電源用戶太陽能電源2. 3

24、-5KW2. 3-5KW家庭屋頂并網發電系統家庭屋頂并網發電系統；3.3.光伏水泵：解決無電地區的深水井飲用、灌溉光伏水泵：解決無電地區的深水井飲用、灌溉n如航標燈、交通如航標燈、交通/ /鐵路信號燈、交通警示鐵路信號燈、交通警示/ /標志燈、標志燈、路燈、高空障礙燈、高速公路路燈、高空障礙燈、高速公路/ /鐵路無線電話亭、鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。無人值守道班供電等。n 交通領域交通領域n通訊通訊/ /通信領域通信領域 太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/ /通通訊訊/ /尋呼電源系統；農村載波電話光伏系統、小型尋呼電源系統；農村載

25、波電話光伏系統、小型通信機、士兵通信機、士兵GPSGPS供電等。供電等。n石油、海洋、氣象領域石油、海洋、氣象領域 石油管道和水庫閘門陰極保護太陽能電源系統、石石油管道和水庫閘門陰極保護太陽能電源系統、石油鉆井平臺生活及應急電源、海洋檢測設備、氣象油鉆井平臺生活及應急電源、海洋檢測設備、氣象/ /水文觀測設備等水文觀測設備等 風云三號風云三號氣象衛星氣象衛星的太陽能電池的太陽能電池海洋氣象監測標海洋氣象監測標 n家庭燈具電源家庭燈具電源如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節能燈等。黑光燈、割膠燈、節能燈等。n光伏電站光伏電站 10KW-50MW 10KW-50MW獨立光伏電站、風光