太阳能的转换利用途径

太阳能开发利用概述——39055217 王占鳌摘要：能源是人类生存和发展的物质基础，随着矿物能源的逐渐匮乏和环境污染的日益严重，新能源的开发利用越来越引起人们的重视。

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。

可以预见，在未来的发展中，太阳能将会成为最重要的能源之一。

本文将介绍太阳能的特点及其利用技术当前的现状，以及我国对太阳能的开发和利用。

关键词：太阳能；利用；发展前景；社会意义一．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之一，人类将面临现实社会经济和社会可持续发展的重大挑战。

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炭为主的矿物资源日渐枯竭，能源已成为制约各国经济社会发展的瓶颈。

因为能源争抢，本世纪已爆发多次地区冲突或大规模战争。

同时，化石燃料的燃烧，致使每年有数十万吨硫的碳、氮、硫及其化合物的有害气体排放到大气环境中，使部分地区的环境遭到严重污染，直接影响居民的身体健康和生活质量；形成的酸雨对土地资源和水资源都造成了极大的破坏。

矿石燃料燃烧所产生的二氧化碳排放至大气中，造成温室效应，引起全球气候变化，致使臭氧层出现大面积的空洞。

随着人类社会的发展，人类对生活品质的要求日益增高，改善生态环境的呼声也越来越高，开发利用无污染的新能源，对促进社会文明与进步，发展经济以及改善人民生活具有重大的意义。

由此不难看出，太阳能作为一种清洁、高效和永不衰竭的新能源，如何实现其全面利用正必将成为世界各国可持续发展战略的重要内容。

二．太阳能的特点第一，总量巨大。

据估算，地球每年接收的太阳能总量为181010kW·h，相当于14桶原油，是探明原油储量的近千倍，是世界年耗总能量的510一万余倍。

第二，容易获取和利用。

太阳能利用技术太阳能利用技术及其发展趋势摘要：本文根据太阳能分散型资源特征，论述了太阳能的三种利用方式及几种利用技术，以分布式能源体系的战略视角审视太阳能利用的发展趋势与前景，认集光伏和太阳低温热利用于一体的太阳能建筑将是太阳能利用发展的主流趋势,并指出光伏屋顶有可能成为未就地的分布式能源系统的主要成分之一。

文章强调各国政府现行的政策支持,对启动和扩大太阳能市场使之未来能与化石能源竞争,将发挥极为重要的作用。

引言:太阳能是一种没有污染、取之不尽、用之不竭的洁净能源,随着太阳能热技术的日趋成熟,太阳能的开发和利用正在融入人们的生产、生活之中。

讨论太阳能利用技术及其发展趋势,无论对于太阳能利用的理论研究还是对太阳能利用的实践研究都具有重要的意义。

一、太阳能的利用太阳能利用主要包括光-热转换、光-电转换和光-化学转换三种方式。

1.光-热转换光-热转换就是通过太阳光加热水箱中的水以备利用,这是光热转换最常见的、最基本的形式[1]，太阳能热利用的本质在于将太阳辐射能转化为热能。

太阳集热器主要包括平板集热器和聚光集热器,平板集热器是一种不聚光的集热器,它吸收太阳辐射的面积与采集太阳辐射的面积相等,它主要用于太阳能热水、采暖和制冷等方面的应用;平板集热器提供的温度一般来说比较低,这就限制了它的使用范围。

为了在较高温度条件下利用太阳能,聚光式集热器就应运而生,它可将太阳光聚集在比较小的吸热面上,散热损失少,吸热效率高,可以达到较高的温度。

它还有利用廉价反射器代替昂贵集热器以降低造价的优点。

1.1太阳能热水器太阳能热水器也称太阳热水装置或太阳热水系统。

太阳能热水器的关键技术在于集热(集热器)和保温(贮热水箱)。

为了提高集热器的性能,各研究所和厂家都积极依附先进技术开发新型集热器、加工工艺以及应用于集热器上的吸收和透过涂料等。

如:(1)西安交通大学对窄缝高真空平面玻璃用于太阳能集热器盖板的实验研究[2];(2)新加坡国立大学机械工程系的研究人员完成了以温度为材料和冷剂特性变量的平板集热器;(3)慕尼黑大学Scholkopt采用e-Beam电子束蒸发的方法在金属条带上连续沉积TiNO选择性吸收涂层;(4)美国明尼苏达大学R.Raman等人介绍了利用高分子聚碳酸酯材料应用于集热器盖板;(5)美国雷诺金属制品公司正在研究铝板间的流道内存热聚酯薄膜防腐新工艺,可使吸热板芯的成本降低1/4[3]。

太阳能发电原理1、原理概述太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池板将太阳能转换成电能的一种可再生清洁发电机制。

当光线照射到太阳能电池表面时，一部分光子被太阳电池板反射掉，另一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给硅原子，使电子发生越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成电位差。

当外部接通电路时，在该电压的作用下，则会有直流电流流过外部电路产生一定的输出功率。

通常每块太阳能电池组件输出的直流电压较低，一般为35V。

为了提高电压，达到逆变器最佳工作状态的额定输入直流电压，将一定数量的太阳能电池串联到一起形成回路，然后接入逆变器中，逆变器将输入的直流电转换成交流电。

逆变后得到的交流电通过站内的升压变压器升至指定电压后并入电网。

图1 太阳能发电系统原理2、系统部件2.1 太阳电池在太阳能光伏发电系统中，太阳能电池板占据着举足轻重的地位，它是将太阳能转换成电能核心部件。

太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的，这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应”，因此太阳能电池又称为“光伏电池”。

用于制造太阳能电池的半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质，和任何物质的原子一样，半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成，半导体硅原子的外层有4个电子，按固定轨道围绕原子核转动。

当受到外来能量的作用时，这些电子就会脱离轨道而成为自由电子，并在原来的位置上留下一个“空穴”，在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。

如果在硅晶体中掺入硼、镓等元素，由于这些元素能够俘获电子，它就成了空穴型半导体，通常用符号P表示；如果掺入能够释放电子的磷、砷等元素，它就成了电子型半导体，以符号N代表。

若把这两种半导体结合，交界面便形成一个P－N结。

太阳能电池的核心技术就在这个“结”上，P －N结就像一堵墙，阻碍着电子和空穴的移动。

当太阳能电池受到阳光照射时，电子接受光子的能量，向N型区移动，使N型区带负电，同时空穴向P型区移动，使P型区带正电。

太阳能电池工作时的能量转换
太阳能电池是一种利用光能转换为电能的设备。

它的工作原理
涉及能量的多个转换过程，从光能到电能的转换包括以下几个步骤：
1. 吸收光能，太阳能电池通常由硅等半导体材料制成，这些材
料具有光电效应，当光线照射到太阳能电池表面时，光子会激发半
导体中的电子，使其跃迁到导带中，从而产生电荷对。

2. 分离电荷，光激发的电子和空穴被分离，电子被推向电池的
一个电极，而空穴被推向另一个电极。

这种分离产生了电压，使得
电子在电路中流动。

3. 电子流动，分离的电子在电路中形成电流，这就是光能被转
换成电能的过程。

当太阳能电池连接到外部电路时，流动的电子会
产生电流，可以用来做功或者充电。

总的来说，太阳能电池的工作过程涉及光能的吸收、电子和空
穴的分离以及电子的流动，最终实现了光能到电能的高效转换。

这
种能量转换的过程是基于半导体材料的特性和光电效应的物理原理，
是一种清洁、可再生的能源转换方式，对环境友好，具有重要的应用前景。

太阳能的利用目前，在我国经济中起主导作用的仍是资源和资本密集型产品，科技和知识密集型产业非常落后，技术含量不高，技术溢出效应小，劳动生产率低，研发新能源的利用技术将是未来我们考虑的方向。

发展替代能源，实现传统能源之间、传统能源和新能源之间的替代是解决我国能源供需瓶颈，供需结构性矛盾以及减轻环境压力的有效途径，我国必将步入更为多元化、清洁、高效的能源消费新时代。

太阳能是一种洁净和可持续产生的能源，发展太阳能科技可减少在发电过程中使用矿物燃料，从而减轻空气污染及全球暖化的问题。

一、太阳能的定义太阳能一般指太阳光的辐射能量。

在太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应，不停地释放出巨大的能量，并不断向宇宙空间辐射能量，这种能量就是太阳能。

太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量。

广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。

狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。

太阳能既是一次能源，又是可再生能源。

它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。

为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。

虽然太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍，但太阳能的能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能面临的主要问题。

太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。

二、太阳能利用的历史发展到现代，太阳能的利用已日益广泛，包括太阳能的光热利用，太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。

太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。

太阳能发电一种新兴的可再生能源利用方式。

使用太阳电池，通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能，使用太阳能热水器，利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电，利用太阳能进行海水淡化。

现在，太阳能的利用还不是很普及，利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题，但是太阳电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用。

太阳能板原理太阳能板，也称为光伏电池板，是一种利用太阳能转换成电能的设备。

它是由多块太阳能电池组成的板状结构，通过将光能转换为电能，实现清洁能源的利用。

太阳能板的原理主要是基于光伏效应，下面我们来详细了解一下太阳能板的原理。

首先，太阳能板的核心部件是太阳能电池。

太阳能电池是利用光电效应将太阳光直接转换为电能的半导体器件。

当太阳光照射到太阳能电池上时，光子会激发半导体中的电子，使其跃迁到导带中，形成电子空穴对。

这种光生电子空穴对的产生就是光伏效应的基本过程。

其次，太阳能电池中的P-N结也是实现光伏效应的重要部分。

P-N结是指将P型半导体和N型半导体直接连接而成的结构。

当光子激发了P-N结中的电子空穴对后，电子和空穴会被P-N结的内建电场分开，从而形成电压差。

这个电压差就是太阳能电池产生的电压，也是太阳能板输出电能的基础。

最后，太阳能板的原理还涉及到电荷传输和电流输出。

当太阳能电池中的电子被激发并分离出来后，它们会形成电流并在外部电路中流动，从而产生电能输出。

这就是太阳能板将光能转换为电能的最终过程。

总的来说，太阳能板的原理是基于光伏效应和P-N结的作用，通过将太阳光转换为电能来实现清洁能源的利用。

随着太阳能技术的不断发展，太阳能板已经成为一种重要的可再生能源设备，为人类提供了清洁、可持续的能源供应。

在实际应用中，太阳能板可以广泛用于家庭、商业和工业领域，例如太阳能发电、太阳能热水器、太阳能灯等。

随着技术的进步和成本的降低，太阳能板的应用范围将会更加广泛，为人类的可持续发展做出更大的贡献。

总之，太阳能板的原理是基于光伏效应和P-N结的作用，通过将太阳光转换为电能来实现清洁能源的利用。

它是人类利用太阳能的重要途径，对于节能减排、保护环境具有重要意义。

希望随着科技的不断进步，太阳能板能够发挥更大的作用，为人类社会的可持续发展贡献更多力量。

光与电的互换关系光与电是两种重要的能量形式，它们在现代科技和日常生活中起着关键作用。

光与电之间的互换关系是指光能和电能之间的相互转化和应用。

这种互换关系不仅对于能源的有效利用和节约具有重要意义，还为各个领域的科学研究和技术创新带来了巨大的潜力。

首先，光能可以转化为电能。

这一原理是太阳能电池的基础。

太阳能电池利用光能的转化，将光线转变为直流电能。

太阳能电池板上涂有光敏材料，当光线照射到材料上时，材料中的光子会激发电子的跃迁，产生电流。

太阳能电池板将光能转化为直流电能，可用于给电动车充电、照明、供电等各种应用。

其次，电能也可以转化为光能。

这一原理是LED（发光二极管）的工作原理。

当电流通过LED时，电子和电子空穴会在半导体材料中碰撞并复合，产生能量，并以光的形式发射出来。

LED的发光效率高，寿命长，且可以调节亮度和颜色，因此被广泛应用于照明、显示屏、背光等领域中。

此外，光与电的互换关系还应用于光纤通信。

光纤通信利用光信号在光纤中的传输来实现远距离的高速数据传输。

在光纤通信系统中，电信号首先被转换为光信号，然后通过光纤传输，最后再被转换为电信号。

这种光与电的互换使得信息传输速度更快、传输距离更远，广泛应用于电话、互联网、电视等通信领域。

光与电的互换关系还在能源存储方面发挥着重要的作用。

例如，在光催化水分解中，光能被利用来将水分解成氧气和氢气。

水分解产生的氢气可以被储存起来，并在需要时通过化学反应转化为电能。

这种光与电的互换关系为氢能的储存和利用提供了一种可行的途径，有望解决未来能源领域的挑战。

另外，光与电的互换关系还在光催化和光伏发电等领域发挥着重要作用。

光催化利用光能来催化化学反应，广泛应用于环境污染处理、有机合成等领域。

光伏发电是将光能转化为电能的过程，通过光敏材料中的光子激发电子的跃迁，产生电流。

光伏发电系统被广泛用于太阳能发电，光伏板的应用使得太阳能得到了更广泛的利用。

总之，光与电之间的互换关系对于现代科技和日常生活有着重要的意义。

太阳能既是一次能源，又是可再生能源。

它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。

为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。

太阳能的优点：(1)普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输。

(2)无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。

(3)巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。

(4)长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。

开发途径：光热利用它的基本原理是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。

目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器等3种。

通常根据所能达到的温度和用途的不同，而把太阳能光热利用分为低温利用（<200℃）、中温利用（200～800℃）和高温利用（>800℃）。

目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳能太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等。

太阳能发电清立新能源未来太阳能的大规模利用是用来发电。

利用太阳能发电的方式有多种。

目前已实用的主要有以下两种。

①光—热—电转换。

即利用太阳辐射所产生的热能发电。

一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。

前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。

②光—电转换。

其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。

光化利用这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。

它包括光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应。

太阳能的利用与转换——为能源危机清路学院：生化学院班级：化本052 姓名：陈孙武学号：05240223【摘要】太阳能辐射是地球能源的主要来路，但是在当今社会，对于太阳能的利用率确是非常低的，因此如何解决太阳能的利用率成为了当今世界的主题。

对于太阳产生的各种形式的能量——光、热、风、潮等，利用最合适的材料使得得到最高的太阳能转换率。

太阳能有两种利用途径：一种通过光电池把太阳辐射转化为电能，常见的利用途径是太阳能电池；另外一种通过太阳能集热器把太阳辐射转化为热能，最简单的就是居家使用的屋顶热水器。

【关键词】光电效应太阳能热能发电光热效应光伏发电【正文】光：特拉华大学的艾伦·巴尼特介绍说，以前的高效太阳能电池，其聚焦装置需要一套复杂的光学跟踪系统，包括一个30.5厘米厚、桌面大小的聚焦透镜。

而他们研制的电池采用了一种新型的横向光学聚焦系统，该系统将入射光分成高、中、低三个不同的能量束，分别照射到不同的感光材料上，这些感光材料总的吸收光谱则覆盖了整个太阳光谱。

更重要的是，该聚焦系统包含一个静止的宽接收角光学系统，可以捕获大量的光能，而不需要复杂的跟踪装置，整个系统厚度不到1厘米。

新型太阳能电池的这种超薄、没有活动部件的特性意味着它很容易被应用于笔记本电脑等便携设备。

但是对于这项技术，美国研究局暂时对中国保密，而使得中国的技术对于太阳光的转换率远落后美国。

我国于1958年开始太阳电池的研究，近50年来取得不少成果。

目前，我国太阳电他的实验室效率最高水平为：单晶硅电池20．4％（2cm×2cm），多晶硅电池14．5％（2cm×2cm）、12％（10cm×10cm），GaAs电池 20．1％（lcm×cm），GaAs／Ge电池19．5％（AM0），CulnSe电池9％（lcm×1cm），多晶硅薄膜电池13．6％（lcm×1cm，非活性硅衬底），非晶硅电池8．6％（10cm×10cm）、7．9％（20cm×20cm）、6．2％（30cm×30cm），二氧化钛纳米有机电池10％（1cm×1cm）。

阳光能发电技术的原理及效率提升途径太阳是地球上最为重要的能源来源之一，太阳能发电技术就是利用太阳辐射能量，将其转化为电能。

在现代工业中，从欧洲最早的光伏发电厂到现在的末尾，太阳能已经成为一种极受欢迎的能源之一。

那么，阳光能发电技术的原理及效率提升途径源是什么呢？一、太阳能发电技术的原理太阳能发电技术的原理主要是指将光能转化为电能的过程。

太阳能发电技术一般由以下四个主要组成部分构成：太阳能电池板、电池板支架、逆变器和表计系统。

太阳能电池板是利用半导体材料进行光电转换，将太阳能转化为电能的一种设备。

电池板支架用于支撑电池板，使其正常工作。

逆变器用于将电池板转换成适应家用电器的电能，并将其输送到控制面板和电网中。

表计系统用于向用户提供发电量信息以及监测系统。

二、太阳能发电技术的效率提升途径太阳能发电技术的进步所带来的效益是非常显著的，特别是对于环境保护和能源可持续发展有着积极的推动作用。

为了进一步提高太阳能发电技术的效率，科学家在太阳能发电技术中继续推陈出新，探索着新的方法和层面。

太阳能发电技术的效率提升途径主要有以下几个方面。

1.材料的研究太阳能电池板是实现太阳能转化为电能的组件，因此，太阳能电池板的材料性能直接影响转换效率。

科学家通过研究和发展新的材料，能够让太阳能电池板在太阳光直射的时候产生更多的电力输出，从而提高电池板的效率。

2.技术的优化技术的提升也是太阳能发电技术的效率提升途径之一。

通过研究开发新的技术，例如光学驰豫和镜面聚光技术等，能够提高太阳能发电技术的整体效率。

这些技术的优化能够更好地获取到太阳的能量，并将其转化为电能。

3.系统组成的改进太阳能发电技术是由一系列复杂的组成部分构成的，只有每个组成部分的工作效率都可以得到充分提高，才能够让整个太阳能发电系统的效率得到提高。

例如，在逆变器中，通过改进软件的算法，能够更好地控制电池板输出电量的大小，从而提高整个系统的效率。

4.成本的降低太阳能发电技术的成本一直是制约其发展的主要因素之一。