太阳能制氢转化率

微藻光合作用制氢—能源危机的最终出路?能源是人类生存与发展的物质基础,人类所用的能源主要是石油、天然气和煤炭等化石燃料。

化石燃料是远古时期动植物遗体沉积在地层中经过亿万年的演变而来的,是不可再生能源,其储量有限。

全球已探明的石油储量约为1.5x1012t,按现消费水平到2040年将枯竭;天然气储量约为1.2x1012t,仅够维持到2060年;煤炭储量约为5.5x1012t,也仅可用200年。

我国石油资源有限,每年自产原油一亿多吨,但远不能满足国民经济发展的需要。

此外,化石燃料的燃烧产物co2会造成温室效应,燃烧副产物氮氧化物、硫氧化物等既可导致空气污染,又可能形成酸雨,危害甚大。

因此,寻找可其犯上能源成为各国政府能源战略的主导政策。

地球上的能源均来源于太阳,每年人射到地球表面的太阳育黝为 5.7xl0 24J,约为人类所用能源的1万倍，因此可以说太阳能‘‘取之不尽、用之不竭”。

但太阳能的利用需要有效的载体,需要将太阳能转化为一种可以储存、运输和连续输出的能源。

氢就是最好的能量载体,具有高效、无污染、适用范围广等显著优点。

目前氢的制备主要包括化石原料制氢和电解水制氢两种途径,了断交本昂贵。

前者需要消耗大量的石油、天然气和煤炭等宝贵的不可再生资源;后者则以消耗大量的电能为代价,每生产1m3的氢需要消耗4~5千瓦时的电能。

要使氢能成为未来能源结构中的重要支柱,其关键是建立一种能简单、快速、高效的从富含氢元素的水中制取氢的新技术。

生物制氢特别是微藻制氢是近年来制氢领域的研究热点。

生物制氢包括发酵制氢和光合作用制氢。

前者利用异养型的厌氧菌或固氮菌分解小分子的有机物制氢,而后者则利用光合细菌或微藻直接转化太阳能为氢能,特别是微藻制氢的底物是水,来源丰富,是目前国际上生物制氢领域的研究热点。

我国在光合细菌制氢方面尽管起步较晚,但也取得了一些进展,而在微藻制氢方面除上世纪80年代有少量报道外,近10年来鲜有报道本文将对近年来国际微藻制氢领域的研究现状做一介绍,并展望其发展趋势。

太阳能电池板转化率摘要：一、太阳能电池板转化率的概念- 定义：太阳能电池板将太阳能转化为电能的效率- 意义：转化率越高，电池板所产生的电能越多二、目前太阳能电池板的转化率- 普遍较低：一般在17% 左右- 实验室最高转化率：37% 左右三、影响太阳能电池板转化率的因素- 电池板材料：单晶硅、多晶硅、薄膜等- 电池板结构：HBC、HIT 等- 光照条件：光照强度、光照时间等四、提高太阳能电池板转化率的途径- 选择合适的材料和结构- 优化光照条件- 不断进行技术创新正文：太阳能电池板转化率是指太阳能电池板将太阳能转化为电能的效率。

这是评价太阳能电池板性能的重要指标，直接关系到电池板所产生的电能的多少。

一般来说，转化率越高，电池板所产生的电能就越多。

目前，太阳能电池板的转化率普遍较低。

据统计，目前市场上的太阳能电池板转化率一般在17% 左右。

尽管如此，实验室中最高的转化率已经达到了37% 左右，这意味着太阳能电池板仍有很大的提升空间。

影响太阳能电池板转化率的因素有很多，包括电池板的材料、结构、光照条件等。

比如，采用单晶硅、多晶硅或薄膜等不同材料制作的太阳能电池板，其转化率就有很大差异；此外，电池板的结构，如HBC、HIT 等，也会对转化率产生影响；再者，光照条件，如光照强度、光照时间等，也会影响电池板的转化率。

因此，要想提高太阳能电池板的转化率，就需要从多方面入手。

首先，可以选择合适的材料和结构，以提高电池板的转化效率；其次，可以通过优化光照条件，如增加光照强度、延长光照时间等，来提高电池板的转化率；最后，还需要不断进行技术创新，开发新型太阳能电池板，以提高转化率。

光伏制氢发电系统工作原理
光伏制氢发电系统是一种利用太阳能光伏电池将光能转化为电能，然后利用电解水技术将电能转化为氢气的系统。

它的工作原理如下：
1. 光能转化：光伏电池是光能转化为电能的器件。

当太阳光照射到光伏电池上时，光子激发光伏电池中的半导体材料，使得电子从价带跃迁到导带，产生电流。

2. 电能转化：光伏电池产生的直流电经过充电控制器和电池组进行储存和稳压，确保系统有稳定的电能供应。

3. 电解水：电能供应到电解水装置，其中包含阳极和阴极，用于电解水分子。

电流通过水分子时，水分子分解成氢气和氧气。

4. 氢气储存：由于氢气具有易燃易爆的性质，需要将氢气安全地储存起来。

常见的储存方式包括高压氢气储存或压缩氢气储存。

5. 氢气利用：储存的氢气可以通过燃料电池或内燃机进行利用，将氢气与氧气反应产生电能和热能。

燃料电池可以直接将氢气转化为电能，而内燃机则将氢气燃烧产生膨胀力驱动发电机发电。

通过上述工作原理，光伏制氢发电系统可以将太阳能转化为电能，并将电能转化为氢气储存起来，进而利用氢气产生电能。

这种系统具有清洁、可再生、低碳排放等优点，是一种具有潜力的新能源发电技术。

光伏制氢的基本原理及应用光伏制氢是一种利用太阳能电池将太阳能转化为电能，然后利用电能将水电解产生氢气的技术。

光伏制氢的基本原理是太阳能光子通过光伏电池中的半导体材料，激发了电子的运动，产生正电子与负电子的分离，从而产生电能。

然后，这些电能被用来电解水，将水分解成氢气和氧气。

光伏制氢的步骤包括：1.太阳能吸收：光伏电池的作用是将太阳能光子吸收进来，并将其转化为电子能量。

太阳能光子通过光伏电池表面的半导体材料，使半导体材料中的电子激发。

2.光生电子运动：被光子激发的电子运动到达光伏电池的正端，形成正电子。

而在光伏电池中未被激发的电子，由于电场的作用移动到负电极，形成负电子。

这样，正电子和负电子的分离产生了电势差，也就是电压，从而产生电能。

3.电解水：通过连接在电池的两端的电解槽，将产生的电能传送到水中，以电解的形式将水分解成氢气和氧气。

正电子从光伏电池正极进入水中，吸收氧原子的电子，生成氧气；而负电子则从光伏电池的负极进入水中，与水分子中的氢离子结合，生成氢气。

光伏制氢的应用范围广泛，包括但不限于以下几个方面：1.储能与转化：将光伏制氢技术应用于能源储存体系，可以将光能转化为氢气，储存起来以供随后使用。

这样就可以实现光能的时间和空间的转化，解决了太阳能作为可再生能源的不稳定性问题。

2.能源供应：利用光伏制氢技术可以将太阳能转化为氢气，作为燃料供应给燃料电池，在燃料电池中与氧气反应生成电能，从而为电力需求提供可再生能源。

3.氢能源独立网络：通过光伏制氢技术将太阳能转化为氢气，并将氢气储存在氢气容器中，再将储存的氢气输送到相关设备中进行使用。

这样就可以搭建一个独立的氢能源网络，满足一定区域的能源需求。

4.交通运输：利用光伏制氢技术生产的氢气可以应用于交通运输领域，如氢燃料电池汽车。

这种汽车在行驶的过程中，直接将氢气与氧气反应生成电能，不会产生尾气污染物，实现了零排放，对环境更加友好。

5.工业应用：光伏制氢技术也可以应用于工业领域，如冶金、石化等行业中的氢气需求。

太阳能光伏电解水制氢的定义：光伏电解水制氢是以太阳能为一次能源,以水为媒介生产二次能源-氢气的过程。

太阳能光伏电解水制氢的原理：典型的光电化学分解太阳池由光阳极和阴极构成。

光阳极通常为光半导体材料，受光激发可以产生电子空穴对，光阳极和对极(阴极)组成光电化学池，在电解质存在下光阳极吸光后在半导体带上产生的电子通过外电路流向阴极，水中的氢离子从阴极上接受电子产生氢气。

太阳能光伏电解水制氢的方法：（1）一步法：一步法就是不将电能引出太阳电池，而是在太阳电池的两个电极板上制备催化电极，通过太阳电池产生的电压降直接将水分解成氢气与氧气。

优点：免去了外电路，降低了能量损耗。

缺点：光电极的光化学腐蚀问题比较突出。

（2）两步法：将太阳能光电转换和电化学转换在两个独立的过程中进行这样可以通过将几个太阳电池串连起来，以满足电解水所需要的电压条件。

优点：在系统中可以分别选用转化效率高的太阳电池和较好的电化学电极材料以提高光电化学转换效率；可以有效避免因使用半导体电极而带来的光化学腐蚀问题。

缺点：两步法要将电流引出电池，这要损耗很大的电能，因为电解水只需要低电压，如若得到大功率的电能就需要很大的电流，使得导线耗材和功率损耗都很大，而且在电流密度很大时也加大了电极的过电势。

提高效率的关键：电化学反应的场所是电极,其结构和材料的选择,对降低电极成本和减少电解能耗起着非常重要的作用,同时又影响其大规模工业化的实用性。

电解水制氧电极的选择：（1）阴极：电极表面对氢的吸附能力对阴极的析氢过电位有直接影响,除此之外,氢气的形成还与电极性能、类型、电解液浓度和温度有关,最早的具有良好催化效果的析氢电极是Pt和其催化活性高,析氢过电位低,但是价格比较昂贵,无法推广,因此廉价的、具有高析氢活件的金属合金成为研究热点。

Engel-brewer价键理论认为,过渡金属合金能够提高析氢反应的电催化活性,其中Ni基合金电极因为具有良好的电化学稳定性、成本低、制备简单等优点成为研宄和应用最广泛的合金。

光催化研究发展综述性报告本人申请攻读动力工程与工程热物理专业博士学位，由于对后续能源与新能源技术专业太阳能分解水制氢方向有浓厚的兴趣，通过对相关文献的阅读和参加相关报告，对太阳能光催化分解水制氢有了详细的了解，对其发展简述如下：/ 、八1.前言当今人类社会面临能源和环境两大问题[1-2]。

能源的短缺和环境的污染严重制约着人类社会的发展。

一方面，社会的高速发展使得人类对于能源的需求越来越大，而我们目前所用的能源还是以传统的化石燃料为主，但是因为化石燃料的不可再生性，或者说是形成的时间周期太长，使得其必有枯竭的一天。

据估计，按照目前的开采水平和消耗量，石油还能够维持四十年左右，煤炭最多也就是两百年，而天然气还可以维持大概六十多年。

另一方面，化石燃料的燃烧，引起严重的环境污染和对环境的危害，如温室效应、酸雨、光化学烟雾等等，对人类的生存产生了严重的威胁。

研究自然的、社会的、生态的、经济的以及利用自然资源过程中的基本关系，以确保全球的可持续发展已经成为各国都十分关注的一个话题。

就像美国，在2009 年提出的7870 亿美元的巨额经济刺激计划中，把发展新能源定位于抢占未来发展制高点的重要战略产业，并提出在未来的三年的时间里，国内可再生能源产量要增加一倍。

而我国人口众多，常规能源储备远低于世界平均水平，而且近几十年来，环境污染也是日益严峻。

这使得寻找一种清洁可持续的替代能源变得更加迫切。

而我国幅员辽阔，拥有极为丰富的太阳能资源，开发潜力巨大，从长远发展来看完全可以满足国家可持续发展的需求。

但太阳能能量密度低、分散性强、不稳定、不连续的缺点使得我们至今仍缺乏对其高效低成本大规模利用的有效手段。

但是考虑到占地表约3/4 的水域和植物的光合作用，我们是不是可以利用太阳能分解水，制取氢气,而氢气又是是一种无色无臭无味无毒的清洁燃料，具有储能密度高、无污染、易于与电能相互转换等优点，被视为一种最为理想的替代能源。

1972年，日本学者Fujishima和Honda[3]对光照TiO?电极导致水分解产生氢气的发现，使得太阳能转化为氢能成为了现实，也为利用太阳能过程中各种困难的解决提供了一个理想的途径。

利用太阳能对未来的影响一、1、研究单位：高一五班 2、成员：李蓓蓓，曲麒霏，孙儒雅，赵思嘉，付雅洁，王贺，田源，张彬 3、指导老师：任永强二、摘要太阳能是最重要的基本能源，生物质能、风能、潮汐能、水能等都来自太阳能，太阳内部进行着由氢聚变成氦的原子核反应，不停地释放出巨大的能量，不断地向宇宙空间辐射能量，这就是太阳能。

太阳内部的这种核聚变反应可以维持很长时间，据估计约有几十亿至几百亿年，相对于人类的有限生存时间而言，太阳能可以说是取之不尽，用之不竭的。

太阳能的总量很大，我国陆地表面每年接受的太阳能就相当于1700亿吨标准煤，但十分分散，能流密度较低，到达地面的太阳能每平方米只有1000瓦左右。

同时，地面上太阳能还受季节、昼夜、气候等影响，时阴时晴，时强时弱，具有不稳定性。

根据太阳能的特点，必须解决以下四个基本技术问题，才能有效地加以利用。

1、太阳能采集2、太阳能转换3、太阳能贮存4、太阳能输运太阳能开发利用是当今国际上一大热点，经过最近20多年的努力，太阳能技术有了长足进步，太阳能利用领域已由生活热水，建筑采暖等扩展到工农业生产许多部门，人们已经强烈意识到，一个广泛利用太阳能和可再生能源的新时代——太阳能时代即将来到。

三、前言太阳能的前景是非常广阔的。

1太阳能光电化学电池分解水制氢。

1972年，日本本多健一等人利用n型二氧化钛半导体电极作阳极，而以铂黑作阴极，制成太阳能光电化学电池，在太阳光照射下，阴极产生氢气，阳极产生氧气，两电极用导线连接便有电流通过，即光电化学电池在太阳光的照射下同时实现了分解水制氢、制氧和获得电能。

这一实验结果引起世界各国科学家高度重视，认为是太阳能技术上的一次突破。

但是，光电化学电池制氢效率很低，仅0．4％，只能吸收太阳光中的紫外光和近紫外光，且电极易受腐蚀，性能不稳定，所以至今尚未达到实用要求。

正处于研究时期 2太阳光络合催化分解水制氢。

从1972年以来，科学家发现三联毗啶钉络合物的激发态具有电子转移能力，并从络合催化电荷转移反应，提出利用这一过程进行光解水制氢。

太阳能电解水制氢的发展现状摘要：利用太阳能来电解水制氢是一种制氢的有效方法，主要是通过将太阳能转换为电能，再将电能转为氢能的这种方式来制氢，具有成本低，无污染等优点，主要介绍太阳能电解水制氢的方法，太阳能硫氧循环制氢制氢方法等。

由于制氢的效率较低，通过薄膜太阳电池、电化学电池，以及光伏电池等的运用大大的提高了氢的转化率，也为以后的研究指定了一个方向。

关键词：制氢电解水太阳能电池前言：目前，能源危机和环境污染等方面已经严重的威胁到人类的生存和发展，能源主要是通过化石燃料来制取的，具有产量大、技术成熟、适合大规模生产等优点，但是化石燃料面临枯竭，环境问题日益严峻，必须寻找一种清洁、安全的能源来代替化石燃料。

那么氢能就具有很多的优点，氢是一种热值很高的清洁能源，其完全燃烧的产物---水不会给环境带来任何污染，而且放热量是相同质量汽油的2.7倍，氢能具有资源丰富、可再生、可存储、清洁环保等特点。

氢能被视为最理想的能源载体，所以说这方面的研究也就越来越多。

制氢的方法有很多种，如直接电解水技术，太阳能制氢，每个方法都有它的有优点和一定的缺点。

下面主要讲解太阳能制氢这方面的技术和发展前景。

主体：利用太阳能制氢的方法有：太阳能发电与电解水制氢、太阳能光电化学或光催化分解水制氢、太阳能热化学分解水及生物质制氢与光生物制氢等。

电解水制氢是获得高纯度氢的传统方法。

其原理是：将酸性或碱性的电解质溶入水中，以增加水的导电性，然后让电流通过水，在阴极和阳极上就分别得到氢和氧。

目前，世界上已有许多先进的大型电解装置在运行，一天制氢量在千吨以上，电—氢的转化效率可达60%以上。

太阳能电解水制氢的方法与此类似。

第一步是通过太阳电池将太阳能转换成电能，第二步是将电能转化成氢，构成所谓的太阳能光伏制氢系统。

由于太阳能—氢的转换效率较低，在经济上太阳能电解水制氢至今仍难以与传统电解水制氢竞争。

目前，在太阳能电解水制氢的装置中，多采用硅电极，用磷渗渍成负极，硼渗渍成正极。

光电化学电池（PEC）催化全裂解水制氢技术研究进展摘要：主要介绍太阳能光电学电池（PEC）分解水制氢技术的基本原理以及发展历史和研究现状, 和光阳级、光阴极的选材要求及发展，并在此基础上分析影响该技术发展的一些因素催化电极的制备以及太阳能光化学电池的结构等一系列问题。

Abstract: This paper mainly introduces the solar energy photoelectricity cell (PEC) split water the basic principle of hydrogen production technology and the development history and research status, and light Yang, material requirements and development of the photocathode, based on the analysis of the factors affecting the development of the technology of catalytic electrode preparation, and the structure of solar photochemical batteries a series of problems.关键词:PEC 制氢制备电池的结构前言在新能源领域中,氢能已普遍被认为是一种最理想的绿色能源,这是它的独特的优点所决定的.在所有元素中, 氢重量最轻,它能够以气、液、固 3 种形式存在, 能适应贮运及各种应用环境的不同要求 ; 所有气体中, 氢是自然界存在最普遍的元素; 除核燃料外,氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的 ; 氮燃烧性能好 ; 氢气本身无毒,与其他燃料相比氢燃烧时最清洁,水是其唯一产物, 不会对环境产生污染,也不会带来温室效应 ; 氢能利用形式多, 既可作为家用燃料, 又可用于航夭等.制氢的方法有许多种, 但如果能利用可再生能源来制氢, 那将是取之不尽、用之不竭的能源休系.太阳能在所有可再生能源中当为首选.太阳能可以通过分解水或其它许多途径转换成氢能, 即太阳能制氢.这包括许多方法,如太阳能光电化学电池分解水制氢、光化学催化制氢、太阳能生物制氢等, 其中太阳能光电化学(photo-electrochemical,PEC ) 电池分解水制氢技术是很具前景的技术.这是因为PEC 技术是基于太阳能和水, 而这两种物质都是可再生的 ,没有副产品, 不会给环境带来污染;技术相对比较简单;既可小规模应用, 又可大规模开发等等优点.因此,大力发展制氢技术, 特别PEC技术将是未来发展的方向。