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太陽(yáng)能光伏技術(shù)與工程應(yīng)用

來(lái)源:2009年會(huì)論文集  作者:沈志春  日期:2009-3-31
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1.太陽(yáng)能資源特點(diǎn)
  1.1儲(chǔ)量的“無(wú)限性”
  太陽(yáng)能是取之不盡的可再生能源,可利用量巨大。太陽(yáng)每秒鐘放射的能量大約是1.6x 1023kW,其中到達(dá)地球的能量高達(dá)8x1023kW,相當(dāng)于6x109t標(biāo)準(zhǔn)煤。按此計(jì)算,一年內(nèi)到達(dá)地
1.太陽(yáng)能資源特點(diǎn)
  1.1儲(chǔ)量的“無(wú)限性”
  太陽(yáng)能是取之不盡的可再生能源,可利用量巨大。太陽(yáng)每秒鐘放射的能量大約是1.6x 1023kW,其中到達(dá)地球的能量高達(dá)8x1023kW,相當(dāng)于6x109t標(biāo)準(zhǔn)煤。按此計(jì)算,一年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤共約1. 892 x1023千億t,是目前世界主要能源探明儲(chǔ)量的一萬(wàn)倍閉。太陽(yáng)的壽命至少尚有40億年,相對(duì)于人類歷史來(lái)說(shuō),太陽(yáng)可源源不斷供給地球的時(shí)間可以說(shuō)是無(wú)限的。相對(duì)于常規(guī)能源的有限性,太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量的“無(wú)限比”,取之不盡,用之不竭。這就決定了開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能將是人類解決常規(guī)能源匾乏、枯竭的最有效途徑。

  1.2存在的普遍性
  雖然由于緯度的不同、氣候條件的差異造成了太陽(yáng)能輻射的不均勻,但相對(duì)于其他能源來(lái)說(shuō),太陽(yáng)能對(duì)于地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性,可就地取用。這就為常規(guī)能源缺乏的國(guó)家和地區(qū)解決能源問(wèn)題提供了美好前景。

  1.3利用的清潔性
  太陽(yáng)能像風(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣,其開(kāi)發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染,加之其儲(chǔ)量的無(wú)限性,是人類理想的替代能源。

  1.4利用的經(jīng)濟(jì)性
  可以從兩個(gè)方面看太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性。一是太陽(yáng)能取之不盡,用之不竭,而且在接收太陽(yáng)能時(shí)不征收任何“稅”,可以隨地取用;二是在目前的技術(shù)發(fā)展水平下,有些太陽(yáng)能利用已具經(jīng)濟(jì)性。隨著科技的發(fā)展以及人類開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的技術(shù)突破,太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性將會(huì)更明顯。如果說(shuō)20世紀(jì)是石油世紀(jì)的話,那么21世紀(jì)則是可再生能源的世紀(jì),太陽(yáng)能的世紀(jì)。

  2.二十一世紀(jì)世紀(jì)太陽(yáng)能利用發(fā)展趨勢(shì)
  近30年來(lái),太陽(yáng)能利用技術(shù)在研究開(kāi)發(fā)、商業(yè)化生產(chǎn)、市場(chǎng)開(kāi)拓方面都獲得了長(zhǎng)足發(fā)展,成為世界快速、穩(wěn)定發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)之一。包括太陽(yáng)能在內(nèi)的可再生能源在下世紀(jì)將會(huì)以前所未有的速度發(fā)展,逐步成為人類的基礎(chǔ)能源之一。據(jù)預(yù)測(cè),到下世紀(jì)中葉,可在生能源在世界能源結(jié)構(gòu)中將占到50%以上。

  22002年全世界并沒(méi)有因?yàn)槊绹?guó)太陽(yáng)能行業(yè)的收縮而放慢發(fā)展速度,相反象日本、歐洲等國(guó)家卻是加快發(fā)展的一年;中國(guó)太陽(yáng)電池項(xiàng)目在這一年一下子增加了許多,如上海航天科技、武漢、深圳等,中國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)能力也在這一年得到了發(fā)展壯大。

  以現(xiàn)有的基礎(chǔ)來(lái)看,單晶硅多晶硅非晶硅太陽(yáng)電池仍是我國(guó)目前產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的主要產(chǎn)品。在過(guò)去的100年間,人們對(duì)各種太陽(yáng)能利用方式進(jìn)行了廣泛的探索,逐步明確了發(fā)展方向,初步得到一些利用。70年代以后,世界各國(guó)加大了對(duì)太陽(yáng)能研究開(kāi)發(fā)的投人,太陽(yáng)能熱水、太陽(yáng)能建筑太陽(yáng)能光伏發(fā)電等利用項(xiàng)目發(fā)展速度加快,規(guī)模逐漸擴(kuò)大。但從總體而言,目前太陽(yáng)能利用的規(guī)模還不大,技術(shù)尚不完善,商品化程度較低,需要繼續(xù)努力。21世紀(jì)是人類大規(guī)模利用太陽(yáng)能的世紀(jì).這是不以任何人的意志為轉(zhuǎn)移的歷史發(fā)展必然結(jié)果。

  3.太陽(yáng)能電池發(fā)電原理與特性
  3.1太陽(yáng)能電池發(fā)電原理
  太陽(yáng)電池是一種對(duì)光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。光生伏特效應(yīng)簡(jiǎn)稱為光伏效應(yīng),指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬組合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象.能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種,如:單晶硅,多晶硅,非晶硅,砷化鎵,硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同,現(xiàn)已晶體硅為例描述光發(fā)電過(guò)程。P型晶體硅經(jīng)過(guò)摻雜磷可得N型硅,形成P一N結(jié)。如下圖所示。

  3.3太陽(yáng)光強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系
  太陽(yáng)能熱利用時(shí)一般與波長(zhǎng)關(guān)系不大,但作為太陽(yáng)能電池,屬于量子領(lǐng)域的能量變換技術(shù),即光子的獲能就與波長(zhǎng)有很大關(guān)系。例如,太陽(yáng)能電池是由硅材料(或其它材料)制成,受光后產(chǎn)生的能量與電子的最小振動(dòng)值有關(guān),即決定于振動(dòng)值的波長(zhǎng)大小。過(guò)分大的波長(zhǎng)將不能進(jìn)行能量交換;太短的波長(zhǎng)只能轉(zhuǎn)換為熱能,因此太陽(yáng)能的光伏變換與波長(zhǎng)之間存在一個(gè)感度特性,我們稱之為光感度特性。不同材料有不同的感度特性,例如,單晶硅太陽(yáng)能電池就優(yōu)于多晶硅,但要取得理想光感度特性是不太容易的。有關(guān)資料顯示,紫外線所占比例只有8%,但波長(zhǎng)短,電子振動(dòng)值高,產(chǎn)生能量大;而紅外線占全部能量的46%,可轉(zhuǎn)化熱能,故又稱熱線。

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