星空体育平台关于太阳能的论文资料全docx下载可编辑 下载可编辑 . .专业.整理. 太阳能的发展 摘要：能源是人类社会活动的物质基础 。新能源的开发利用是人类 的共识。太阳能是一种清洁的自然再生能源 ，取之不尽，用之不 竭。开发和利用太阳能，既不会出现大气的污染，也不会影响自然 界的生态平衡，而且只要阳光所及的地方，都有太阳能可以利用， 太阳能以其长久性、再生性、无污染等优点备受人们的青睐。与此 同时，在当今世界，常规能源逐渐减少，而世界人口却逐年增长， 科学技术迅速发展，在不久的将来，现有的能源转换系统将不可避 免地会发生巨大变革，无疑会利用一些新能源，而太阳能就会起到 重要作用。可以预见，在21世纪，太阳能将会成为较为重要的动力 源。开发利用太阳能是人类社会长期追求的目标 。而本文将介绍一 下太阳能的特点、发展历史、利用的方式、利用优缺点及当前的发 展状况，讨论太阳能利用的发展趋势及其前景 ，还有关于太阳能的 利用和它的发展将会给人类的生产、生活和社会发展带来的意义。 关键词：太阳能；现状；发展前景；影响因素 引言 新能源是21世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之 一。 随着世界经济的快速发展，对能源需求逐年增长，而地球上以 石油和煤为主的矿物资源日渐枯竭 ，能源已成为制约各国经济发展 的瓶颈。同时，随着化石燃料的燃烧，所产生的二氧化碳在大气中 的浓度急剧增加，生态环境逐渐恶化，使地球逐渐变暖。随着人类 社会的发展，改善生态环境的呼声越来越高，开发利用无污染的新 能源，对促进社会文明与进步，发展经济，改善人民生活具有重大 的意义。太阳能作为一种清洁、高效和永不衰竭的新能源，在日常 生活中受到了各国政府的重视，各国都将太阳能资源利用作为国家 可持续发展战略的重要内容。 太阳能发展历史 据记载，人类利用太阳能已有3000多年的历史。而将太阳能作 为一种能源和动力加以利用却只有 300多年的历史。真正将太阳能 作为 近期急需的补充能源”、“来能源结构的基础”，则是近来的 事。20世纪70年代以来，太阳能科技突飞猛进，太阳能利用日新月 异。近代太阳能利用历史可以从 1615年法国工程师所罗门 德考克 斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起 。这是一台利用太 阳能加热空气使其膨胀做功而抽水的机器 。在1615年?1900年之 间，世界上又研制成多台太阳能动力装置和一些太阳能装置 。 （一）太阳能科技发展历史大体可分为七个阶段。 1.1900~1920年 在这一阶段，世界上太阳能研究的重点仍是太阳 能动力装置，但采用的聚光方式多样化且开始采用平板集热器和低 沸点工质，装置逐渐扩大，最大输出功率达73.64kW。建造的典型 装置有：1901年，在美国加州建成一台太阳能抽水装置，采用截头 圆锥聚光器，功率：7.36kW ； 1902 ~1908年，在美国建造了五套 双循环太阳能发动机，采用平板集热器和低沸点工质；1913年，在 埃及开罗以南建成一台由 5个抛物槽镜组成的太阳能水泵，总采光 面积达1250m2。 2.1920~1945年 在这20多年中，太阳能研究工作处于低潮，参 加研究工作的人数和研究项目大为减少，其原因与矿物燃料的大量 开发利用和发生第二次世界大战有关。 3.1945~1965年 在第二次世界大战结束后的 20年中，太阳能研 究工作逐渐恢复、开展，并且成立太阳能学术组织，举办学术交流 和展览会，再次兴起太阳能研究热潮。在这一阶段，太阳能研究工 作取得一些重大进展。比较突出的有：1945年，研制的成实用型硅 太阳电池，为光伏发电大规模应用奠定了基础；1955年，以色列泰 伯等在第一次国际太阳热科学会议上提出选择性涂层的基础理论 ， 并研制成实用的黑镍等选择性涂层，为高效集热器的发展创造了条 件。此外，还有一些重要成果，如1952年，法国国家研究中心 在比利牛斯山东部建成一座功率为 50kW的太阳炉。1960年，在美 国佛罗里达建成世界上第一套用平板集热器供热的氨 一一水吸收式 空调系统。1961年一台带有石英窗的斯特林发动机问世。在这一阶 段里，加强了太阳能基础理论和基础材料的研究 ，取得了如太阳选 择性涂层和硅太阳电池等技术上的重大突破。平板集热器有了很大 的发展，技术上逐渐成熟。太阳能吸收式空调的研究取得进展 ，建 成一批实验性太阳房。对难度较大的斯特林发动机和塔式太阳能热 发电技术进行了初步研究。 4.1965~1973年 这一阶段，太阳能的研究工作停滞不前，主要 原因是太阳能利用技术处于成长阶段 ，尚不成熟，并且投资大，效 果不理想，难以与常规能源竞争，得不到公众、企业和政府的重视 和支持。 5.1973~1980年 石油危机的爆发，使人们认识到现有的能源结 构必须彻底改变，应加速向未来能源结构过渡。从而使许多国家， 尤其是工业发达国家重新加强了对太阳能及可再生能源技术发 展的支持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮 。这一时期， 太阳能开发利用工作处于前所未有的大发展时期 。各国加强了太阳 能研究工作的计划性，不少国家制定了近期和远期阳光计划 。开发 利用太阳能成为政府行为，支持力度大大加强。国际间的合作十分 活跃，一些第三世界国家开始积极参与太阳能开发利用工作 。研究 领域不断扩大，研究工作日益深入，取得一批较大成果如真空集热 管、非晶硅太阳电池、光解水制氢等。但各国制定的太阳能发展计 划，普遍存在要求过高、过急问题，对实施过程中的困难估计不 足。 6.1980~1992年 进入80年代后开始落潮，逐渐进入低谷。世界 上许多国家相继大幅度削减太阳能研究经费 ，其中美国最为突出。 导致这种现象的主要原因是：世界石油价格大幅度回落，而太阳能 产品价格居高不下，缺乏竞争力；太阳能技术没有重大突破，提高 效率和降低成本的目标没有实现。受80年代国际上太阳能低落的影 响，我国太阳能研究工作也受到一定程度的削弱 。这一阶段，虽然 太阳能开发研究经费大幅度削减，但研究工作并未中断，有的项目 还进展较大，而且促使人们认真地去审视以往的计划和制定的目 标，调整研究工作重点，争取以较少的投入取得较大的成果。 7.1992年~至今 由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境 污染和生态破坏，对人类的生存和发展构成威胁。在这样背景下， 1992年联合国在巴西召开 世界环境与发展大会”，会议通过了 〈里 约热内卢环境与发展宣言》、21世纪议程》等一系列重要文件，把 环境与发展纳入统一的框架，确立了可持续发展的模式。这次会议 之后，世界各国加强了清洁能源技术的开发 ，将利用太阳能与环境 保护结合在一起，使太阳能利用工作走出低谷，逐渐得到加强。世 界环保大会之后，我国政府对环境与发展十分重视，提出10条对策 和措施，明确要因地制宜地开发和推广太阳能、风能、地热能、潮 汐能等清洁能源”，制定了〈中国21世纪议程》，进一步明确了太阳 能重点发展项目。1992年以后，世界太阳能利用又进入一个发展 期，太阳能利用与世界可持续发展和环境保护紧密结合 ；太阳能发 展目标明确，重点突出，措施得力；在加大太阳能研究开发力度的 同时，注意科技成果转化为生产力，发展太阳能产业，加速商业化 进程，扩大太阳能利用领域和规模星空体育，经济效益逐渐提高；国际太阳 能领域的合作空前活跃。 （二） 通过以上回顾可知，在本世纪100年间太阳能发展道路并不平 坦。太阳能利用的发展历程与煤、石油等完全不同，人们对其认识 差别大，反复多，发展时间长。这一方面说明太阳能开发难度大， 短时间内很难实现大规模利用；另一方面也说明太阳能利用还受矿 物能源供应、、战争等因素影响，发展道路曲折。但从总体来 看20世纪取得的太阳能科技进步仍比以往任何一个世纪都快 。 三、太阳能利用背景 从工业开始，人类进入了工业社会以来，机器大生产使得 能源逐渐成为了人类社会 存在与发展的物质基础。在过去200多年里，建立在煤炭、石油、 天然气等化石燃料基础上的能源体系极大地推动了人类社会的发 展，人类的物质生活和精神生活不断得到丰富 。随着人类社会生产 力水平的不断提高，能源的消费量也在不断增长。20世纪以来世界 经济发展的几个阶段中，能源消费增长状况如表1所示。 表1能源消费增长状况 年份 能源消费总量 人均占有量（kg标 煤/人 年） (1011kg 标煤） 190 7.25 493 0 192 5 15.65 796 195 26.64 1080 0 197 85.70 2140 5 从表1所列的数字中可以看出，在1900 —1950的50年中能源消 费量增长了两倍多，而 1950 —1975的25年间增长了两倍，可以预计随着社会的不断发展 进步，能源消费量的增长会越来越快。但大规模使用化石燃料的严 重后果也逐渐突现出来：环境不断恶化，诱发国际间的经济纠 纷，资源的日益枯竭。从长远来看，化石燃料在人类的时间尺度上 属于不可再生资源，用一点少一点，而目前预测全球已探明的石油 储量能用到2020年，天然气总储量也只能够维持到比石油晚一二 十年开采完毕，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年 。为 使得化石燃料等不可再生资源得到更充分 、持久的利用，寻找能够 替代传统能源的新能源成为进入 21世纪的人类的首要任务。新能 源应该具有清洁、高效、广阔的发展前景等特点，太阳能、风能、 生物能、海洋能、低热能等新形式的能源正是凭借这些特点逐渐进 入人们的视野，而其中太阳能又以自身优势在新能源开发中独树一 帜。 太阳能特点 第一，总量巨大。到达地球大气外层的太阳辐照总强度约为 174000tw，其中约30%被大气层反射回外太空，其余到达地表的能 量被大气、陆地、海水、植被等吸收，约为每年3.8XlO24j,这相当 于全世界2009年全部能源消耗(4.7 xl020j)的8000倍，也就是说地 球表面一小时接收的太阳能足够人类一年使用 。如果排除海洋、森 林、冰川等地区，仅计算适于利用太阳能的陆地面积 ，大约有 600tw的太阳能资源可用，即每年1.9XlO22j，总量上满足世界能源 需求全无问题。而其他形式的可再生能源及核能的丰度远不及太阳 能，均无法单独依靠自身满足能源需求缺口 。第二，容易获取和利 用。从空间上来讲，太阳能容易获取，在地表无处不在，无勘探和 开采成本，而且不需也无法运输。但是太阳能在时间上具有不连续 性，只能在白天利用，夜间几乎为零，如需不间断利用太阳能，则 必须有储能机制以备夜晚使用。所以太阳能是随处可见，但定时可 用的能源。第三，清洁无排放。获取和利用太阳能的过程本身不会 产生任何污染物的排放，也不会留下残余物。第四，取之不尽，用 之不竭。太阳能来自于太阳内氢元素聚变为氦元素的热核反应 。太 阳的质量约为2 xi030kg(是地球质量的33万倍),其中约3/4为氢 元素，根据目前太阳热核反应速率，每秒有6.57Xl011kg的氢聚合 生成6.53 Xl011kg的氦，那么氢的储量足够维持超过 200亿年，而 地球的寿命估计为50亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是 取之不尽，用之不竭的。第五，能量密度低。虽然太阳能总量丰 富，但辐射强度低，到达地球大气层上沿的太阳辐射强度约为 1400w/m2 ,经过大气层后，地表平均的峰值日照强度仅为 1000w /m2。因此利用太阳能发电相对占地比较大，目前即使采用效率较 高的晶体硅太阳能组件，仅建设装机容量1万千瓦（直流）的太阳能电 站平均占地达250?300亩（1亩=666.67m2 ,下同）。而一座200万 千瓦的火电站占地约4200亩，平均每万千瓦占地21亩。一座1200 万千瓦装机容量的核电站占地约 12000亩，平均每万千瓦占地10 亩。第六，地域的差异性与时间上的不稳定性 。不同地区的太阳能 资源因经纬度、地形、气象等条件的不同而有很大的差异 ，一般来 说低纬度地区光照多于高纬度地区 ，干旱地区多于阴雨地区，海拔 高的地区多于海拔低的地区。到达地表的太阳能受季节、大气质量 和天气影响非常大，因此具有不稳定性。但在比较长的时间尺度上 （如一年），太阳能资源仍具有统计上的稳定性和可预测性 。 五、太阳能技术的改善 1?提高太阳能电池转换效率的各种技术 针对2.3.3节分析的影响太阳能电池转换效率的因素，研究总结 了相应的几种提高其转换效率的方法，见表2.1。 表2.1太阳能损失原因及防止技术 损失原因 1 防止技术 衣面光反射 1采用减反st膜 2表面进行凹凸处理 3合理设计电极 载流子再结合 1加一层钝化膜层 2控制杂质浓度 3加背面场 4合理设计电极 光透射 1圧底退扱上加一层金属反射层 2进行凹凸处理 一. 1串联电阻 合理设计电极 （1）减少反射损失技术 为了减少太阳光的反射损失，一般采用下面两种技术： 采用减反射膜。常用减反射膜有含氧量为1-2的硅氧化物r ■）与 钦氧化物（“）等。单独采用一层反射膜效果不好，为此，大多采用 二层减反射膜，如由TiO2和MgF2所组成的减反射膜或由和SiO? 所组成的减反射膜等。经减反射处理过的太阳膜或由 和SiO2所 组成的减反射膜等。经减反射处理过的太阳能电池表面 ，有很好的 减反射效果。 采用凹凸结构。如表面用腐蚀等方法处理成具有很多金字塔 型的绒面状结构或具有倒金字塔型的沟槽结构 ，或具有V型的沟槽 结构。把太阳表面处理成凹凸结构时的光的入射路径示于图 2.11 o 由该图可见，各种方向入射的太阳光经过多次反射后都能进入到太 阳能电池中去，从而增加入射的太阳光量。采用这种结构，其光反 射损失有的甚至可减到5%左右。未经过处理的光滑硅表面，反射率 一般高达30%左右。 （2）减少载流子损失技术 减少载流子损失，主要是防止载流子的再结合损失。通常采用 以下三种方法： 加一层钝化层； 控制杂质浓度； 在底层上加一个背面电场。 加有钝化层、杂质控制层、背面电场的高效太阳能电池的结构 中钝化层可以使电池表面的缺陷结构钝化，从而减少载流子的再结 合中心。电池底层上采用高浓度掺杂法形成一背面电场 ，可加速载 流子的输运过程，减少载流子的再结合。背面电场电池指在基区底 部即电池背面附近，具有基体杂质浓度梯度的太阳能电池 。杂质浓 度梯度可以通过蒸铝烧结或硼扩散的方法建立 。目前高效率电池一 般都具有背面电场。 ①金孚塔型综面结构 ②倒金字塔型沟槽结构 ? v鑿絢槽结构 ④在沟俺结构中的反射康理 图2.5太阳能电池的结构以及减反射原理 减少光透射损失 在太阳能电池中，波长较长的入射光一般都能透射到电池的深 层底电极，要充分利用这种长波长的光，最好在底电极处再加一层 反射率高的金属层。用ITO作底电极上的反射层，效果很好。 过去常规电池使用的铝电极是用 ITO胶烧结法制成的。这时可 形成铝的扩散层，这种铝扩散对提咼太阳能电池转换效率很有利 ， 在保留原铝扩散层的条件下去掉合金层，换成ITO电极层，结果它 不仅能起电极作用，还能起反射层的作用，使转换效率在原来的基 础上又提高了 0.2%。 减少串联电阻损失 合理设计和精细制作电极是减少电池内部电阻 、提高太阳能电 池转换效率的另一个有效途径 。一般认为电池表面所占的面积越 小，太阳光利用率越高。但电极的表面积越小，电极内部的电阻越 大，使电池的转换效率反而降低。过去认为电池表面的电流密度是 均匀的，所以单纯从电阻与转换效率的关系中优化电极形状 ，没有 考虑到太阳能电池表面的电流密度大小与电极形状之间的关系 。夏 普公司采用计算机模拟方法求出了电极表面上的电流密度分布 ，发 现电池表面各处的电流密度分布是不均匀的 。为此根据其电流密度 分布，设计了有利于收集载流子的电极形状 ，并采用激光加工技 术，使电极面积细微化，既增加入射光面积，又提高载流子收集效 率，并使电池转换效率在原有的基础上进一步提高 。 多层结构太阳能电池 把多个具有不同光谱灵敏度特性的太阳能电池堆集起来所组成 的太阳能电池叫作多层结构太阳能电池 。这种太阳能电池，把禁带 宽度宽的材料所制成的太阳能电池放在入射光的一侧 ，先让它吸收 短波长的光，然后再制成用禁带宽度较窄的材料所组成的太阳能电 池，让它吸收由前半部透射出来的长波长的光 ，这样可以充分地利 用入射太阳光，提高其转换效率。多层结构太阳能电池能更有效地 利用各种波长的太阳光，从而提高电池转换效率。目前面积为 0.25cm2的三层结构无定形硅太阳能电池效率已达到 13%，面积为 100 cm2的电池效率已达到10.1%。 多层结构太阳能电池，除了上述的无定形硅太阳能电池以外 ， 还有由单晶硅和无定形硅或由单晶硅和砷化稼太阳能电池所组成的 多层结构太阳能电池，其实验室最咼转换效率已达到35%。 充电连接方法的改进 传统的充电连接方法把太阳能电池与蓄电池全部串联起来如图 2.6所示。而改进后的连接方法上把太阳能电池及蓄电池分成若干个 小组，先串联各个小组后再并联，改进后的这种联接方法的好处是 可降低充电回路的内阻，提高充电效率如图2.7所示。 I L 负哉X 图2.6传统充电连接方法 图2.7改 进的充电连接方法 提高太阳能电池转换效率的技术很多 。除上述五种方法外，还 可通过提高原材料的纯度和质量，或采用聚光等方法。但无论哪种 技术，若单独采用，所提高的转换效率幅度都是很有限的 。所以要 想较大幅度地提高太阳能电池的转换效率 ，必须同时采用多种技 术。 1国外现状 常规能源资源的有限性和环境压力的增加，使世界上许多国家重 新加强了对新能源和可再生能源技术发展的支持。近几年，国际光 伏发电迅猛发展。1973年，美国制定了政府级阳光发电计划；1980 年又正式将光伏发电列入公共电力规划，累计投资达8亿多美元； 1994年度的财政预算中，光伏发电的预算达 7800多万美元，比 1993年增加了 23 . 4%; 1997年美国和欧洲相继宣布百万屋顶光 伏计划,美国计划到2010年安装1000?3000MW 太阳电池。日本 不甘落后，1997年补贴屋顶光伏计划”的经费高达9200万美元，安 装目标是 7600MW。印度计划1998 — 002年太阳电池总产量为 150MW ,其中 2002 年为 50MW。 国际光伏发电正在由边远农村和特殊应用向并网发电和与建筑结 合供电的方向发展，光伏发电已由补充能源向替代能源过渡 。到目 前为止，世界太阳电池年销售量己超过 60兆瓦，电池转换效率提高 到15 %以上，系统造价和发电成本已分别降至 4美元/峰瓦和25美 分/度电；在太阳热利用方面，由于技术日趋成熟，应用规模越来越 大，仅美国太阳能热水器年销售额就逾 10亿美元。太阳能热发电在 技术上也有所突破，目前已有20余座大型太阳能热发电站正在运行 或建设。 2国内现状 我国太阳能光伏发电应用始于70年代，线年短短的几年内先后从美国、加拿大等国引 进了七条太阳电池生产线，使我国太阳电池的生产能力从1984年以 前的年产200千瓦跃到1988年的4. 5兆瓦。目前太阳电池主要应 用于通信系统和边远无电县、无电乡村、无电岛屿等边远偏辟无电 地区，年销售约1.1兆瓦，成效显著。（1）建成了 40多座县、乡级 小型光伏电站，光伏电池总装机容量约 600kw ,其中最多，达 450多kw; 1998年10月建成我国最大的那曲安多县光伏电站 的光伏电池装机容量高达100kw。（ 2）家用光伏电源在青海、内蒙 古、新疆、甘肃、宁夏、以及辽宁、吉林、河北、海南、四川 等地广泛应用。据不完全统计，至今全国已累计推广家用光伏电源 约15万台，光伏电池总功率约达2.9MW。（ 3）在22所农村学校 建立了光伏电站，光伏电池组件的总装机容量为 57kw。（ 4） 1998 年中国通信史上建成难度最大的兰一西一拉光缆干线个 光缆通信站采用光伏电池作电源，其海拔高度多在4500m以上，光 伏电池组件的总功率达100kw。（ 5） 1996年建成了塔中4--轮南输 油输气管道阴极保护先伏电源系统，总功率为40kw。该系统横贯 环境恶劣复杂的塔克拉玛干大沙漠，总长达300Km。 （6） 1995年，63个国家重点援藏项目一广播电视发射接收工 程采用光伏电池供电，共建成216套卫视接收站和调频发射站光伏 电池供电系统，总功率为300多kw。 3太阳能热利用技术与太阳能光伏技术 太阳能热利用技术是依靠集热器对太阳能进行采集 ，通过加热 水或空气将太阳能转换成 热能。集热器主要分为平板型和聚光型集热器两种。平板集热器等 能够利用太阳辐射中的直 射辐射和散射辐射，但其集热温度较低；聚光集热器能将阳光会聚 在面积较小的吸热面上， 可获得较高温度，但其只能利用直射辐射，且需要跟踪太阳。太阳 能热利用的方式主要有以 下几种。1、加热水和空气，直接为人类生活提供服务用水，同时能 为寒冷地区的楼房取暖提供热量 ，而且还能通过使用采集的热量驱 动干燥剂致冷系统或吸热泵式致冷系统 ，达到为房间降温的目的； 2、可以为工农业业生产提供热能，尤其是在农业生产的温室和晾晒 干燥设施中，通过使用集热器，会得到更多的太阳能热量，而使得 设施少受天气变化的影响；3、可以利用集热器采集太阳能，通过热 力学循环来专门发电或用于发电的系统。 太阳能光伏技术是以光电效应作为基本原理，依靠光伏装置把 光直接转换成电能。光伏 装置一一太阳电池，是由各种具有不同电子特性的半导体材料薄膜 制成的平展晶体，可产 生强大的内部电场。当光线进入晶体是，由光产生的电子被这些电 场分离，在太阳电池的顶 面和底面之间产生电动势。这是，如果用电路连通，就会产生直流 电流。目前，太阳电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅三种。单晶 硅太阳电池变换效率最高，已达2 0%以上，但价格也最贵。非晶 态硅太阳电池变换效率最低，但价格最便宜，今后最有希望用于一 般发电的将是这种电池。一旦它的大面积组件光电变换效率达到 1 0%,每瓦发电设备价格降到1—2美元时，便足以同现在的发电 方式竞争。当然，特殊用途和实验室中用的太阳电池效率要高得 多，如美国波音公司开发的由砷化镓半导体同锑化镓半导体重叠而 成的太阳电池，光电变换效率可达3 6%，快赶上了燃煤发电的效 率。但由于它太贵，目前只能在卫星上使用。 由于光伏发电具有众多优点，如安全可靠、无噪声、无污染、能量 随处可得，不受地域限制，无须消耗燃料，无机械转动部件，故障 率低，维护简便，可以无人值守，建站周期短，规模大小随意等， 发电效率要较光热发电高，即使同传统燃煤发电相比也具有无可比 拟的优势因此光伏发电具有更为广阔的利用前景 ，是世界各国太阳 能利用研发中的重要阵地，这一领域内的技术革新也更为迅速 。而 且目前世界上也已经有了多个太阳能光伏电站 ，如德国在巴伐利亚 Dachau区建造了 5.3MW太阳能电站，2005年12月将全部完 工；瑞士最大的太阳能电厂于日前已经投入运营 。该电厂的6000 个太阳能电池板能发电1 MW,每年能为3 0 0个家庭提供电力， 预计运行2 0年。 4利用优缺点 当前，对于太阳能热利用方式相对成熟的还是通过开发使用集 热器生产太阳能热水系统，而且已经进入商业生产阶段，现在市面 上可见各种品牌的太阳能热水器，人们获取热水变得方便起来，不 但方式环保，而且通常一个太阳能热水器可以用几十年 ，达到既有 利于自己又保护了环境的目的。且太阳能利用的广阔前景，一旦能 在技术、材料上取得突破，不仅能带来巨大的商业利益，而且也将 造福全人类；从另一个层面来说，在当前这个竞争越来越加剧的时 代，能越早于其他国家掌握一种资源的成熟利用就能越早于将自己 处于一个竞争优势地位，因此世界各国对太阳能利用的开发都给与 极大的重视，投入大批的研究经费，而且越来越多的科研人员投入 到太阳能利用领域来，寻找新材料，开发新技术。 但无论是太阳能热利用技术，还是光伏技术目前都是处于发展 期，同样面临设备效率低或者成本高，甚至二者兼而有之的问题， 无法形成商业竞争力，目前也只是小规模的太阳能利用 。且太阳能 很分散，到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度 很低。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需 要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。还有不稳定性， 由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及 晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以到达某一地面的太阳辐照 度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了 难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与 常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴 朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来 ，以供夜间或阴雨天使用，但目 前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。最后一点事效率低 和成本高。目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行 的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低， 成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。太阳能利 用的进一步发展，还受到经济性的制约。 六、太阳能发展趋势及其前景 太阳能的众多独特优势决定了其广阔的发展前景 。从理论上来 说，在未来社会，现有的 太阳能利用方式将会得到进一步发展 ，新材料、新技术的出现必然 会使得太阳能利用设备效 率高且成本低，而到时研究新的利用方式，全面利用太阳能将会是 重点。至本世纪中叶，世界范围内的能源问题、环境问题的最终解 决将依靠可再生洁净能源特别是太阳能的开发利用 ，随着越来越多 国家的政府和有识之士的重视，太阳能的利用技术也有望在短期内 获得较大进展。 1太阳能电池 太阳能电池材料一般的要求有：1）半导体材料的禁带不能太宽； 2）要有较高的光电转换效率；3）材料本身对环境不造成污染；4）材料 便于工业化生产且性能稳定。基于以上几个方面的考虑，硅是最理 想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原 因。但随着新材料的不断出现和相关技术的发展，以其他材料为基 础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景 。 2有机薄膜太阳能电池的成熟 近年来，以薄膜取代硅晶制造太阳能电池的技术已较成熟 ，有 机薄膜太阳能电池使用塑料等轻质柔软的材料为基板 ，研究人员表 示，通过进一步研究，有望开发出转换率达 20、可投入实际使用 的有机薄膜太阳能电池。专家认为，未来5年内薄膜太阳能电池将 大幅度降低成本，届时这种薄膜太阳能电池将广泛用于手表、计算 器、窗帘甚至服装上。有机薄膜太阳能电池具有很多优点，比如使 用寿命长 可连续使用20年，制造成本低 生产成本为传统 成本的1/3?1/4 ,它轻、薄，容易实现大面积制造，高柔性、半 透光等，最小弯曲半径为 0. 01m ;并且绿色环保，无任何废物排 放。这些优点将使有机薄膜太阳能电池应用前景广阔 。 3太阳能热水器 在太阳能利用中，用太阳能生产热水是在经济上最有希望与常 规能源竞争的一种利用方式，这不仅因为太阳能热水器比较简单 ， 价格相对来说不太高，同时还因为生活用热水一般是常年需要的 ， 因而太阳能热水器一年四季均可发挥效益，设备利用率较高。 4太阳能光电制氢产业 随着光电化学及光伏技术和各种半导体电极实验技术的发展 ， 使得太阳能制氢成为氢能产业的最佳选择 。氢能具有热值高、爆发 力强、品质纯净、贮存便捷等许多优点。随着太阳能制氢技术的发 展，用氢能取代碳氢化合物能源将是本世纪的一个重要发展方向 。 氢燃烧的发热量是汽油的 3倍后，且只生成水，不污染环境，而且 便于储存和运输，属于可再生资源。因此在未来社会，氢气是取代 石油、天然气的最佳燃料。氢气的制取可以从两方面来考虑，首先 地球上水的总量极其丰富，水解制氢生成氧气不会造成污染，而且 理论效率最高，因此水是制氢的最佳原材料 ；其次太阳能取之不 尽、用之不竭，且无污染，因此太阳能是制氢的最佳能源，所以未 来社会光解水制造氢是最好途径。绿色植物的光合作用，就是通过 叶绿素吸收太阳光，再把光能转化为电能借助电子转移过程将水分 解的。如果把太阳能先转化为电能，则光解水制氢可以通过电化学 过程来实现。 5地球同步轨道光伏空间电站 另外就是建立地球同步轨道光伏空间电站 ，向地面矩形天线发 射微波能。因为地球有着 一个厚厚的大气层，太阳辐射到达地球时，有30%被大气层反射， 有23%被大气层吸收， 只有47%能够到达地面，而如果能够在大气层外建立光伏空间电 站，就能够将到达地球的 全部太阳能吸收转换。而即使在转换成微波后再转换成电能的过程 中会造成损耗，采用这种 形式开发太阳能所需要的地面面积也比建造沙漠光伏电站的用地面 积少。而且，在今后几十 年中，接近环境温度的超导材料可能会问世，这种超导材料可以用 于输送极强的电流，有了 这种超导体，从理论上来说便可以把地球上的分布在世界各地的各 大太阳能资源区连在一个 庞大的电网中，因此可以说，到时任何时候任何地方需要利用太阳 能时，都可以得到满足。 当然这面临着巨大的技术挑战。 6太阳能密集型自控烤房 太阳能利用效率较高，升温灵敏，水平与垂直温差小，排湿通 畅，全自动控制操作简便，能满足烤烟烘烤的需要，所烤烟叶与普 通密集烤房烘烤烟叶质量相当。太阳能密集烤房利用清洁的太阳能 与电能替代煤炭调制烟叶，实现了烟叶调制温室气体的零排放，没 千克可减排5.1kg二氧化碳。利用太阳能与电能替代煤炭烘烤，实 现了烟叶烘烤的温室气体零排放。 太阳能发展对社会的影响 太阳能的发展很大程度上缓解了世界能源供应紧张的问题 ，同时 使环境得到了一定的保护 。优化了能源结构，提高了能源使用效 率，促进经济发展，使人们的生活变得更为方便。 就拿青藏高原为例，青藏高原地广人稀，在许多农牧区，电网 无法延伸、水利资源紧缺。过去牧民们大多靠”酥油灯照明，而近 年来，青海省利用高原上日照时间长，辐射强度大，太阳能资源丰 富的优势，开发太阳能资源，在偏远地区建成多个太阳能光伏电站 和风光互补电站。目前，青海农牧区的112个无电乡全部建成太 阳能光伏电站，解决了 9 0 8个无电村农牧民的生活用电，覆盖农 牧民人口 5 0多万。青海全省人口 5 5 0万，如今七分之一的人口 靠太阳能告别无电时代。在推进太阳能光伏电站建设的同时 ，青海 省政府制作太阳能灶6 6 0 0 0台，全部免费发放给干旱山区的农 牧民，使3 0万农牧民用上了太阳能灶。太阳能灶操作简易，使用 方便，清洁卫生，没有污染，使用年限一般可达15年。推广使用 太阳能灶，大大减少了燃料短缺地区农牧民砍伐灌木林的数量 ，促 进了环保工作。据测算，青海省利用太阳能发电所产生的电能相当 于几个中型水电站的产量。太阳能的使用，为解决电网不能覆盖地 区的农牧民用电问题开辟了新途径 。用太阳能在边远地区分散供 电，既环保又经济，比延伸电网或柴油发电有明显的优势 。截至目 前，累计总投资4 0多亿元人民币，中国可再生能源计划和国家送 电到乡工程,已利用太阳能发电为我国内蒙古 、甘肃、新疆、西 藏、青海和四川等地共16万无电户解决了用电问题。目前，我国 已安装光伏电站约5万千瓦，主要为边远地区居民供电。 所以，太阳能渐渐地应用在人们生活中，给予人们生活很大的 便利。且太阳能所应用于社会的各个方面，都很好的造福了人们。 结束语 进入21世纪以来，世界各国都十分重视太阳能利用技术的开 发，而我国因得天独厚的地理位置而具有丰富的太阳能资源 ，我国 年太阳能辐射能量，估计能达到3340?8400MJ /m。由此可见， 充分开发利用太阳能资源是节省和替代常规能源的有效措施 ，是实 现能源可持续发展战略的必由之路 。而根据有关部门的预测，到 2050年左右，太阳能将超过石油天然气等其他常规能源的使用规模 而成为新能源的典型代表，进而在人类的生产、生活和社会发展中 扮演重要的角色。在未来社会，随着现有太阳能利用技术的逐渐成 熟，以及利用新方式的开发，人们用电可以凭借全球电网由地面光 伏电站和空间电站共同提供 ，交通工具以太阳能制造的氢气为燃 料，住在充分利用太阳能取暖制冷的生态建筑中 ，环境问题得到解 决，人们将会重新看到蓝色的天空，资源不再短缺，国家之间也不 再会因为资源问题而引发矛盾、战争。到时，人类将会真正进入一 个清洁高效的太阳能社会。

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