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太阳能和可再生能源的关系

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2023-01-24 21:53:15

太阳能和可再生能源的关系

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2026-05-10 17:58:51

太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源,生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能,广义地说,太阳能包含以上各种可再生能源。太阳能作为可再生能源的一种,则是指太阳能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术,再利用热能进行发电的称为太阳能热发电,也属于这一技术领域;通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术,光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的,因此又称太阳能光伏技术。

二十世纪50年代,太阳能利用领域出现了两项重大技术突破:一是1954年美国贝尔实验室研制出6%的实用型单晶硅电池,二是1955年以色列Tabor提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项技术突破为太阳能利用进入现代发展时期奠定了技术基础。

70年代以来,鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加,世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。1973年,美国制定了政府级的阳光发电计划,1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划,累计投入达8亿多美元。1992年,美国政府颁布了新的光伏发电计划,制定了宏伟的发展目标。日本在70年代制定了“阳光计划”,1993年将“月光计划”(节能计划)、“环境计划”、“阳光计划”合并成“新阳光计划”。德国等欧共体国家及一些发展中国家也纷纷制定了相应的发展计划。90年代以来联合国召开了一系列有各国领导人参加的高峰会议,讨论和制定世界太阳能战略规划、国际太阳能公约,设立国际太阳能基金等,推动全球太阳能和可再生能源的开发利用。开发利用太阳能和可再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动,成为各国制定可持续发展战略的重要内容。

太阳内部进行着剧烈的由氢聚变成氦的热核反应,以E=MC2 (M为物质的质量,C为光速)的关系进行质能转换(1克物质可转化为9´ 1013焦耳能量),并不断向宇宙空间辐射出巨大的能量。太阳每秒钟向太空发射的能量约3.8´ 1020 MW,其中有22亿分之一投射到地球上。投射到地球上的太阳辐射被大气层反射、吸收之后,还有约70%投射到地面。尽管如此,投射到地面上的太阳能一年中仍高达1.05´ 1018kWh,相当于1.3´ 106亿吨标煤,其中我国陆地面积每年接收的太阳辐射能相当于2.4´ 104亿吨标煤。按照目前太阳质量消耗速率计,太阳内部的热核反应足以维持6´ 1010年,相对于人类发展历史的有限年代而言,可以说是“取之不尽、用之不竭”的能源。

地球上太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。资源丰度一般以全年总辐射量(单位为千卡/厘米2·年或千瓦/厘米2·年)和全年日照总时数表示。就全球而言,美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大,为世界太阳能资源最丰富地区。

三、地热能

一、地热资源概念

地热资源是指在当前技术经济和地质环境条件下,地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用组分。

地热资源按其在地下的赋存状态,可以分为水热型、干热岩型和地压型地热资源;其中水热型地热资源又可进一步划分为蒸汽型和热水型地热资源。

各种类型地热资源,均要通过一定程序的地热地质勘查研究工作,才能查明地热资源数量、质量和开采技术条件以及开发后的地质环境变化情况。从技术经济角度,目前地热资源勘查的深度可达到地表以下5000m,其中2000m以浅为经济型地热资源,2000m至5000m为亚经济型地热资源。资源总量为;可供高温发电的约5800MW以上,可供中低温直接利用的约2000亿吨标煤当量以上。总量上我国是以中低温地热资源为主。

二、成生与分布

地热资源的成生与地球岩石圈板块发生、发展、演化及其相伴的地壳热状态、热历史有着密切的内在联系,特别是与更新世以来构造应力场、热动力场有着直接的联系。从全球地质构造观点来看,大于150℃的高温地热资源带主要出现在地壳表层各大板块的边缘,如板块的碰撞带,板块开裂部位和现代裂谷带。小于150℃的中、低温地热资源则分布于板块内部的活动断裂带、断陷谷和坳陷盆地地区。

地热资源赋存在一定的地质构造部位,有明显的矿产资源属性,因而对地热资源要实行开发和保护并重的科学原则。

通过地质调查,证明我国地热资源丰富,分布广泛,其中盆地型地热资源潜力在2000亿吨标准煤当量以上。全国已发现地热点3200多处,打成的地热井2000多眼,其中具有高温地热发电潜力有255处,预计可获发电装机5800MW,现已利用的只有近30MW。

目前全国29个省区市进行过区域性地热资源评价,为地热开发利用打下了良好基础。几十年来地矿部门列入国家计划,进行重点勘探,进行地热储量评价的大、中型地热田有50多处,主要分布在京津冀、环渤海地区、东南沿海和藏滇地区。全国已发现:

1)高温地热系统,可用于地热发电的有255处,总发电潜力为5800MW·30A,近期至2010年可以开发利用的10余处,发电潜力300MW。

2)中低温地热系统,可用于非电直接利用的2900多处,其中盆地型潜在地热资源埋藏量,相当于2000亿吨标准煤当量。主要分布在松辽盆地、华北盆地、江汉盆地、渭河盆地等以及众多山间盆地如太原盆地、临汾盆地、运城盆地等等,还有东南沿海福建、广东、赣南、湘南、海南岛等。目前开发利用量不到资源保有量的千分之一,总体资源保证程度相当好。

四、海洋能

海洋能源通常指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源,主要为潮汐能、波浪能、海流能(潮流能)、海水温差能和海水盐差能。更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。究其成因,潮汐能和潮流能来源于太阳和月亮对地球的引力变化,其他均源于太阳辐射。海洋能源按储存形式又可分为机械能、热能和化学能。其中,潮汐能、海流能和波浪能为机械能,海水温差能为热能,海水盐差能为化学能。

近20多年来,受化石燃料能源危机和环境变化压力的驱动,作为主要可再生能源之一的海洋能事业取得了很大发展,在相关高技术后援的支持下,海洋能应用技术日趋成熟,为人类在下个世纪充分利用海洋能展示了美好的前景。

我国有大陆海岸线长达18000多公里,有大小岛屿6960多个,海岛总面积6700平方公里,有人居住的岛屿有430多个,总人口450多万人。沿海和海岛既是外向型经济的基地,又是海洋运输和开发海洋的前哨,并且在巩固国防,维护祖国权益上占有重要地位。改革开放以来,随着沿海经济的发展,海岛开发迫在眉睫,能源短缺严重地制约着经济的发展和人民生活水平的提高。外商和华侨因海岛能源缺乏,不愿投资;驻岛部队用电困难,不利于国防建设;特别是西沙、南沙等远离大陆的岛屿,依靠大陆供应能源,因供应线过长,诸多不便,非常艰苦。为了保证沿海与海岛经济持久快速地发展及人民生活水平的不断提高,寻求解决能源供应紧张的途径已刻不容缓。

我国海洋能开发已有近40年的历史,迄今建成的潮汐电站8座,80年代以来浙江、福建等地对若干个大中型潮汐电站,进行了考察、勘测和规化设计、可行性研究等大量的前期准备工作。总之,我国的海洋发电技术已有较好的基础和丰富的经验,小型潮汐发电技术基本成熟,已具备开发中型潮汐电站的技术条件。但是现有潮汐电站整体规模和单位容量还很小,单位千瓦造价高于常规水电站,水工建筑物的施工还比较落后,水轮发电机组尚未定型标准化。这些均是我国潮汐能开发现存的问题。其中关键问题是中型潮汐电站水轮发电机组技术问题没有完全解决,电站造价急待降低。

我国波力发电技术研究始于70年代,80年代以来获得较快发展,航标灯浮用微型潮汐发电装置已趋商品化,现已生产数百台,在沿海海域航标和大型灯船上推广应用。与日本合作研制的后弯管型浮标发电装置,已向国外出口,该技术属国际领先水平。在珠江口大万山岛上研建的岸边固定式波力电站,第一台装机容量3kW的装置,1990年已试发电成功。“八五”科技攻关项目总装机容量20kW的岸式波力试验电站和8kW摆式波力试验电站,均已试建成功。总之,我国波力发电虽起步较晚,但发展很快。微型波力发电技术已经成熟,小型岸式波力发电技术已进入世界先进行列。但我国波浪能开发的规模远小于挪威和英国,小型波浪发电距实用化尚有一定的距离。

潮流发电研究国际上开始于70年代中期,主要有美国、日本和英国等进行潮流发电试验研究,至今尚未见有关发电实体装置的报导。我国潮流发电研究始于70年代末,首先在舟山海域进行了8kW潮流发电机组原理性试验。80年代一直进行立轴自调直叶水轮机潮流发电装置试验研究,目前正在采用此原理进行70kW潮流试验电站的研究工作。在舟山海域的站址已经选定。我国已经开始研建实体电站,在国际上居领先地位,但尚有一系列技术问题有待解决。

海洋被认为是地球上最后的资源宝库,也被称作为能量之海。21世纪海洋将在为人类提供生存空间、食品、矿物、能源及水资源等方面发挥重要作用,而海洋能源也将扮演重要角色。从技术及经济上的可行性,可持续发展的能源资源以及地球环境的生态平衡等方面分析,海洋能中的潮汐能作为成熟的技术将得到更大规模的利用;波浪能将逐步发展成为行业。近期主要是固定式,但大规模利用要发展漂浮式;可作为战略能源的海洋温差能将得到更进一步的发展,并将与海洋开发综合实施,建立海上独立生存空间和工业基地;潮流能也将在局部地区得到规模化应用。

潮汐能的大规模利用涉及大型的基础建设工程,在融资和环境评估方面都需要相当长的时间。大型潮汐电站的研建往往需要几代人的努力。因此,应重视对可行性分析的研究。目前,还应重视对机组技术的研究。在投资政策方面,可以考虑中央、地方及企业联合投资,也可参照风力发电的经验,在引进技术的同时,由国外贷款。

波浪能在经历了十多年的示范应用过程后,正稳步向商业化应用发展,且在降低成本和提高利用效率方面仍有很大技术潜力。依靠波浪技术、海工技术以及透平机组技术的发展,波浪能利用的成本可望在5—10年左右的时间内,在目前的基础上下降2—4倍,达到成本低于每千瓦装机容量1万元人民币的水平。

中国在波能技术方面与国外先进水平差距不大。考虑到世界上波能丰富地区的资源是中国的5-10倍,以及中国在制造成本上的优势,因此发展外向型的波能利用行业大有可为,并且已在小型航标灯用波浪发电装置方面有良好的开端。因此,当前应加强百千瓦级机组的商业化工作,经小批量推广后,再根据欧洲的波能资源,设计制造出口型的装置。由于资源上的差别,中国的百千瓦级装置,经过改造,在欧洲则可达到兆瓦级的水平,单位千瓦的造价可望下降2—3倍。

从21世纪的观点和需求看,温差能利用应放到相当重要的位置,与能源利用、海洋高技术和国防科技综合考虑。海洋温差能的利用可以提供可持续发展的能源、淡水、生存空间并可以和海洋采矿与海洋养殖业共同发展,解决人类生存和发展的资源问题。需要安排开展的研究课题为:基础方面,重点研究低温差热力循环过程,解决高效强化传热及低压热力机组以及相应的热动力循环和海洋环境中的载荷问题。建立千瓦级的实验室模拟循环装置并开展相应的数值分析研究,提供设计技术;在技术项目方面,应尽早安排百千瓦级以上的综合利用实验装置,并可以考虑与南海的海洋开发和国土防卫工程相结合,作为海上独立环境的能源、淡水以人工环境(空调)和海上养殖场的综合设备。

中国是世界上海流能量资源密度最高的国家之一,发展海流能有良好的资源优势。海流能也应先建设百千瓦级的示范装置,解决机组的水下安装、维护和海洋环境中的生存问题。海流能和风能一样,可以发展“机群”,以一定的单机容量发展标准化设备,从而达到工业化生产以降低成本的目的。

五、生物质能

生物质能是蕴藏在生物质中的能量,是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来的。生物质能是可再生能源,通常包括以下几个方面:一是木材及森林工业废弃物;二是农业废弃物;三是水生植物;四是油料植物;五是城市和工业有机废弃物;六是动物粪便。在世界能耗中,生物质能约占14%,在不发达地区占60%以上。全世界约25亿人的生活能源的90%以上是生物质能。生物质能的优点是燃烧容易,污染少,灰分较低;缺点是热值及热效率低,体积大而不易运输。直接燃烧生物质的热效率仅为10%一30%。目前世界各国正逐步采用如下方法利用生物质能:

1.热化学转换法,获得木炭、焦油和可燃气体等品位高的能源产品,该方法又按其热加工的方法不同,分为高温干馏、热解、生物质液化等方法;

2.生物化学转换法,主要指生物质在微生物的发酵作用下,生成沼气、酒精等能源产品;

3.利用油料植物所产生的生物油;

4.把生物质压制成成型状燃料(如块型、棒型燃料),以便集中利用和提高热效率。

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源,在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计,生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分,到下世纪中叶,采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上。

目前,生物质能技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一,受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究计划,如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等,其中生物质能源的开发利用占有相当的比重。目前,国外的生物质能技术和装置多已达到商业化应用程度,实现了规模化产业经营,以美国、瑞典和奥地利三国为例,生物质转化为高品位能源利用已具有相当可观的规模,分别占该国一次能源消耗量的4%、16%和 l0%。在美国,生物质能发电的总装机容量已超过10000兆瓦,单机容量达10—25兆瓦;美国纽约的斯塔藤垃圾处理站投资2 OOO万美元,采用湿法处理垃圾,回收沼气,用于发电,同时生产肥料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家,实施了世界上规模最大的乙醇开发计划,目前乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50%以上。美国开发出利用纤维素废料生产酒精的技术,建立了 l兆瓦的稻壳发电示范工程,年产酒精2500吨。

我国是一个人口大国,又是一个经济迅速发展的国家,21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。因此改变能源生产和消费方式,开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统,促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。

开发利用生物质能对中国农村更具特殊意义。中国80%人口生活在农村,秸秆和薪柴等生物质能是农村的主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加,但生物质能仍占有重要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤,其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤,占56.7%。因此发展生物质能技术,为农村地区提供生活和生产用能,是帮助这些地区脱贫致富,实现小康目标的一项重要任务。

1991年至1998年,农村能源消费总量从5.68亿吨标准煤发展到6.72亿吨标准煤,增加了18.3%,年均增长2.4%。而同期农村使用液化石油气和电炊的农户由1578万户发展到4937万户,增加了2倍多,年增长达17.7%,增长率是总量增长率的6倍多。可见随着农村经济发展和农民生活水平的提高,农村对于优质燃料的需求日益迫切。传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求,生物质能优质化转换利用势在必行。

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伶俐的纸鹤
能干的滑板
2026-05-10 17:58:51

新能源是指传统能源之外的各种能源形式。我整理了浅谈新能源技术论文,欢迎阅读!

浅谈新能源技术论文篇一

论新能源发电技术

摘要:本文从全球能源的现状,介绍了中国能源发电技术的应用情况,发现中国新能源发电对现代化建设具有重要战略意义。进一步介绍了风力发电系统和燃料电池发电系统两种新能源发电技术。风力发电是当今非水可再生能源发电中技术最成熟、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式,也是近期发展的重点。燃料电池是一种将化学能直接转换成电能的装置,它能量转化效率高,几乎不排放氮的氧化物和硫的氧化物。

关键词:新能源风能燃料电池发电技术

中图分类号: F206 文献标识码: A

能源紧缺已成为制约各国经济发展的瓶颈,如何开发先进安全的新能源使用技术、如何提高能源利用率也随之成为世界各国关心的课题。欧盟就首先提出了20-20-20计划:到2020 年,可再生能源占欧盟总能源消耗的20%。2007年12月,美国前总统布什也签署了《能源独立和安全法案》(EISA),从而大力推动新能源的使用和节能计划。另外,从环境的角度来看,为了保护人们赖以生存的地球,开发新能源也是必由之路。

一、我国能源和发电技术的现状

2011年,我国新能源发电继续保持快速发展态势,并网装机容量持续增长,发电量不断增加。截至2011年底,我国新能源安装容量达到7000万kW,居世界首位,并网新能源装机容量达到5409万kW,同比增长47.4%,约占全部发电装机容量的5.1%。其中,风电并网容量约占并网新能源装机总量的85.5%并网太阳能光伏装机容量约占并网新能源装机总量的4.4%生物质及其他新能源发电装机容量约占并网新能源装机总量的10.1%。

2011年,我国新能源发电量约为1016亿kW?h,同比增长29.9%,约占全部发电量的2.2%。其中,风电发电量约占新能源发电总量的72.0%太阳能光伏发电约占0.9%生物质及其他新能源发电约占27.1%。2011年我国新能源发电量按发电煤耗320g/(kW?h)计算,相当于节约3241万tce,减排二氧化碳9030万t。

电能是国民生活和生产的根基,无论是从能源角度,还是电力系统自身方面来看,研究新能源发电技术对于我国的现代化建设和人民生活都具有相当大的现实意义和战略意义。

二、风力发电技术

风能资源主要包括陆地资源与近海离岸资源两部分。风力发电是当今非水可再生能源发电中技术最成熟、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式,也是目前新能源发展的重点方向。

1.发展现状

近年来,我国风力发电产业取得了长足发展,这与我国的风能资源丰富密不可分。据有关资料显示,陆地上离地面10米高度处,我国风能资源理论储量约为43亿千瓦,技术可开发量约为3亿千瓦,离地面50米,估计可能增大一倍近海资源10米高经济可开发量约7.5亿千瓦,50米高约15亿千瓦。从我国联网风电场总装机量来说,到2006 年底,我国已建成约91个风电场,装机总容量达到约260万千瓦,比2005年新增装机134万千瓦,增长率为105%。根据国家中长期规划,2015年风能发电要达到1500万千瓦,2020年要达到3000万千瓦。但是,与风电发达国家相比,我国的发展规模还很小,发展速度也较缓慢。制约我国风电发展的重要因素包括技术和制度两个方面。技术方面,风电机组的制造水平较低,风电机组性能测试设备和技术也相对落后,并缺少相应的认证机构制度方面,风电场的运行维护水平和制度与国外风电场及国内火电生产相比有明显差距,缺乏对运行过程中出现的问题和故障的详细记录、分析。

2.对电力系统的影响

风力发电机是以风作为原动力,风的随机波动性和间歇性决定了风力发电机的电能输出也是波动和间歇的。所以,风电场的大规模接入将会带来波动功率,从而加重电网负担,影响电网供电质量和电网稳定性等。

(1)对电能质量的影响。空气气流运动导致的风速波动周期一般为几秒到几分钟,这种短周期的风速波动以及风电机组本身的运行特性可能影响电网的电能质量。首先会对频率产生影响:风力发电有功功率波动引起电磁功率的波动,由于发电机组转子惯性,调节系统很难跟上电磁功率的瞬时变化,造成功率不平衡,使发电机转速变化,系统频率也将改变。此外,风电还会对电压产生影响:并网风电机组输出功率的波动导致电压的波动,而其输出功率的频率范围正处于电压闪变的范围之内(25Hz),因此又会造成电压闪变,最后会产生谐波电压和谐波电流。

(2)对电网稳定性的影响。对较为薄弱的电网,风电功率波动将导致瞬间电压跌落以及风力发电机的频繁掉线。在故障清除之后,发电机的磁化和转差率的增加会消耗大量无功,导致电网电压恢复困难。

(3)对调频调峰能力的影响。气流长时间、季节性运动导致的风速波动周期一般为数小时,甚至数天、数月,这种长周期的风速波动会增加现有电网调频调峰的负担。负荷曲线的低谷期常常对应了风电出力的高峰期,风电场的并网发电使电网的等效负荷峰谷差增大,大大增加了电网调频调峰负担。

三、太阳能光伏电池发电技术

1. 1 太阳能光伏电池

太阳能光伏电池发电也简称为太阳能光伏发电,被认为是未来世界上发展最快和最有前途的一种可再生新能源技术。太阳能光伏电池的基本原理是利用半导体的“光生伏打效应”( 光伏效应) 将太阳的光能直接转换成电能。能利用光伏效应产生电能的物质,称为光伏材料。利用光伏效应将太阳能直接转换成电能的器件叫太阳能光伏电池或光伏电池。光伏电池是太阳能光伏发电的核心组件。

1839 年,法国物理学家贝克勒尔 ( Edmond Bec-qurel) 发现: 将两片金属浸入电解液中所构成的伏打电池,当接收到太阳光照射时电压升高,他在所发表的论文中把这种现象称为“光生伏打效应( PhotovohaicEffect) ”。“光生伏打效应”是不均匀半导体或半导体与金属混合材料在光照作用下,其内部可以传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化,因而在不同部位之间产生电位差的现象。1941 年,奥尔在硅材料上发现了光伏效应,从而奠定了半导体硅在太阳能光伏发电中广泛应用的基础。1954 年,美国贝尔实验室的科学家恰宾( Darryl Chapin) 和皮尔松( Gerald Pearson) 研制成功世界上第一个实用的单晶硅光伏电池。同年,韦克尔发现砷化镓具有光伏效应,并在玻璃上沉积硫化镉薄膜,制成世界上第一块薄膜光伏电池。我国2010 年 12 月投入运行的大丰 20 MW 光伏电站,是目前全国最大的薄膜光伏电站,年发电量2 300 万 kW·h。

太阳能光伏电池的工作原理如图 1 所示。

在半导体中掺加杂质制成 PN 结,以形成在平衡状态时具有的内建电场,在该内建电场的作用下分离由外界激发而生成的过剩载流子,从而形成外部电压。在光照条件下,半导体中的电子吸收光子能量从价带跃入导带,形成电子———空穴对,成为载流子。生成载流子所需要的最低能量是半导体的禁带宽度 Eg,使用禁带宽度较小的材料制作的太阳能电池可以形成较大的电流。

基于单晶硅的第一代光伏电池是目前太阳能光伏电池市场的主流,其光电转换率已达 24. 7%基于薄膜技术的第二代光伏电池的光电转换效率已达到16. 5% ~ 18. 8% 。由于薄膜光伏电池大大减少了半导体材料的消耗,因此具有很好的发展前景。应该指出,光伏电池在光电转换过程中,光伏材料既不发生任何化学变化,也不产生任何机械磨损,因此太阳能光伏电池是一种无噪音、无气味、无污染的理想清洁能源。2006 年,我国太阳能电池生产总量首次达到400 MW,从而超过美国成为全球第三大生产国,也是世界上发展最快的国家。

1. 2 太阳能光伏电站

太阳能光伏电站是将若干个光伏转换器件即光伏电池封装成光伏电池组件,再根据需要将若干个组件组合成一定功率的光伏阵列,并与储能、测量、控制装置相配套,构成太阳能光伏电站。

太阳能光伏电池具有很大的灵活性,不仅可以用其建设零星规格的电站,而且可以组成应用于小型、分散电力用户的太阳能光伏发电系统。这种独立运行的太阳能光伏发电系统称之为离网型太阳能光伏发电系统。

由于受昼夜日照变化及天气的影响,离网型光伏发电系统通常需要和其他电源形式联合使用,比如柴油发电机组以及蓄电池组,从而增大了电站的投资和维护费用。离网型光伏发电系统往往建在距离电网较远的偏远山区及荒漠地带,向独立的区域用户供电。西藏措勒 20 kW 光伏电站是我国建设较早的离网型光伏电站,总投资 290 万元,1994 年 12 月正式投产发电。

离网型太阳能光伏电站系统如图 2 所示。

电站的发电系统由太阳能光伏电池方阵、蓄电池组、直流控制器、直流 - 交流逆变器、交流配电柜和备用电源系统( 包括柴油发电机组和整流充电柜) 等组成。其工作原理为太阳能光伏电池方阵经过直流控制柜向蓄电池组供电,并根据需要整定蓄电池组的上限和下限电压,由直流控制柜自动控制充电。蓄电池组通过直流控制柜向直流 - 交流逆变器供电,经逆变器将直流电变换成三相交流电,再通过交流配电柜以三相四线制向用户供电。当蓄电池组的电压下降到下限电压时,为不造成蓄电池组的过渡放电,直流控制柜将自动切除其输出电路,使直流 - 交流逆变器停止工作。柴油发电机组为电站的备用电源,必要时由备用电源通过整流充电柜向蓄电池组充电,或在光伏发电系统出现故障及停运时直接通过交流配电柜向用户供电。直流 - 交流逆变器和柴油发电机组不能同时向用户供电,为此必须在交流配电柜中设置互锁装置以保证供电电源的唯一性。

当太阳能光伏电站的容量达到一定规模时,还可与电网相联,即所谓的并网型光伏电站。这时,如果本地负荷不足,则可将多余的电能输送给电网。当本地太阳能发电量不足时,则由电网向用户提供电能。因此,并网型光伏电站可以不需要使用蓄能装置,减少系统投资和维护费用。同时由于与电网的互济,提高了发电设备的利用率和供电用电的安全可靠性,是大规模开发太阳能发电技术的必然趋势。我国第一座并网型光伏电站是 2006 年建成投运的西藏羊八井可再生能源基地 100 kW 高压并网光伏电站。2010 年底全国首个光伏并网发电项目敦煌 2 ×10 MW 光伏发电项目建成投产。

四、结论与展望

本文从全球和我国的能源现状出发,分析说明了新能源发电技术是当前迫切而有实际价值的研究课题,进而具体介绍了风力发电系统和燃料电池发电系统的特点以及我国在这两个方面的发展现状。新能源不仅仅指风能和燃料电池,还包括生物质能、海洋能、地热能和光伏电池等。我国乃至全世界的新能源发电技术发展的潜力都是巨大的。在人类明天的舞台上,新能源将取代化石燃料,扮演重要的角色。

参考文献:

[1] 徐德鸿 . 新能源电力电子导论 [D]. 杭州 : 浙江大学 ,2009.

[2] 郝伟, 舒隽, 张粒子. 新能源发电技术综述 [C].华北电力大学第五届研究生学术交流年会 ,2007.

[3] 施涛.燃料电池发电系统的建模与仿真 [D].南京:东南大学,2007:5-6,63-64.

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饮用水污染与自然人为因素的关系和控制对策 环保筷的开发与推广

空气中SO2对土壤的负面影响及治理措施 绿岛的保护

废旧电池的回收与利用 (某某地区)空气污染现状及对策

浅谈水资源的污染其治理 汽车尾气的治理及再利用

如何降低汽车尾气净化的成本 关于城市垃圾资源化的设想与调查

塑料及其回收利用 摘掉城市的毒瘤——城市垃圾处理问题研究

大气污染与人体健康 汽车安全与环保问题

酸雨与人体健康 环保与产业的结合

光污染与光能节约 汽车与环境

无污染汽车 燃煤脱硫的简史及其发展

关于海水淡化问题的研究 降解塑料的发展

长沙小吃

关于口香糖的报告 水体的富营养化

土地沙漠化的防治 富营养水质的生物治理 城市的供水、净水及水再利用 创造绿色电能

粉煤灰性能研究及综合利用 城市生活垃圾的绿色处理

无污染能源在家庭中的利用 绿色消费

杀虫剂使用的反思 氟利昂问题

核聚变、核裂变及环境污染 厄尔尼诺与拉尼娜

二恶英污染 可可西里藏羚羊保护

日韩发生重大核事故 臭氧层破坏

太湖零点行动 长江上游生态保护 黄河断流 西部开发与环境保护

绿色文明 淮河治污零点行动

苏州河综合整治 电磁辐射污染

环境与健康 无磷洗衣粉为何难以推广的探研

厨房生活垃圾能再利用吗 工业废水污染情况

农药污染的影响 石材石粉尘污染的调查

工厂密集度和生活环境的关系 大气污染对农作物的影响

居室污染 食品污染

研究影响空气污染指数的因素及对策 常见植物对环境变化的反应研究和对策

洗涤剂、工厂废弃物等对生态环境的影响研究 磷对水质的污染

小区环境对住宅和人的影响 北方沙尘暴又起的原因分析

沿海生态环境调查 手帕和餐巾纸的利弊研究

(二)生活中的化学问题

农用生物肥 新型建筑材料的开发与利用

生命之源——营养 家庭包装 以氢气(天然气)为燃料的灶具 正确提取热量及饮食

对化妆品成分的研究 方便面可食性内分装

油烟革命 装潢材料的应用及改进

金属防锈的研究 关于低自由基、无毒香烟

有关饮料中非食用色素的调查 化学与农村经济

纯净水是否“纯净” 环保型防震材料的开发

维生素王国探秘 浅淡当今社会之健康饮食

修正液对人体的危害 洗涤用品的发展与前景

新型墙对材料的开发和利用 竹制品代替木制品的可行性研究

中学生营养与健康 研究特别环境下使用的救生衣

浅谈食盐与人体健康 食用油中过氧化值的分析

研究高二学生早上的饮食 关于含碘食盐的日常保存的研究

处处可见的动态平衡 化肥对土壤的影响

农村生活用水调查 生活中的化学

厨房里的化学 化妆用品的副作用

科技与生活——关于纳米技术 奶制品工业与我们的日常生活

关于健康饮水方法的研究

(三)资源利用

海洋资源的利用与保护 太阳能发展前景及利用

创造绿色电能 未来能源技术

石油的开发与利用 绿色能源离我们多远

食品对大脑的营养供应研究 常见荤菜对大脑智力发展的影响研究

中学附近不洁食品状况调查 浅谈可再生能源

利用太阳能对未来的积极影响 潮汐资源的调查研究

(四)化学实验(改进)探索与研究

亚硝酸盐在不同土壤中累积的研究 眼睛防水的实验

关于铵盐冷却性能的实验与探讨 利用废物制取活性炭

回收、利用旧电池中的有用物质 再生橡胶废水的胶色研究

乙酸乙酯的制备与最大化 干电池的实验探究及环境污染控制

酒精可燃与不可燃的临界浓度的研究 无污染氯气装置的研究

用植物色素制取代用酸碱指示剂及其变色范围的测试 有机消毒剂应用的初探

简析植物提取香水的可行性 对蛋白质性质的论证

了解癌症

思维能力和创新能力

防尘黑板擦

关于濒危动物的结题报告。

从交通变化看社会变迁

中学生阅读调查结题报告

关于加拿大一枝黄花现状的研究报…

关于城市污水处理的研究报告

关于水葫芦的危害及治理的研究报…

纪念唐山大地震—珍爱生命

关于新型窗户的研究

新型书桌

小制作结题

变废为宝

滞留问题的解决方案

研究治理校园河道污染

自己制作早餐

关于大棚的研究和塑料模的害处

关于环保袋的调查

淡水钓鱼研究与实践

关于大棚的研究和塑料模的害处

了解艾滋病

环保袋的设计

关于“奶制品”问题的看法

浙菜系

制作简易小书架

研究中学生的近视情况

万能充电器

小制作

进入重点班后对高中生各方面的影…

1城市规划41体育台的物理应用

2自然灾害42学生身体素质与营养状况调查

3水土流失43方便面与人体健康

4环境污染44自制报警器等

5校园绿化与管理45声控感光延时开关、摇控器

6我的校园我作主46力学在生活中的应用

7西气东输、西电东送、南水北调等的研究47信息技术

8月相变化观察与分析48说英语、话家乡

9太阳能等的天发与利用49长阳民风民俗

10家庭装饰与室内污染50文学作品品读鉴赏

11食品中的添加剂51学生阅读调查与研究

12洗涤剂的成份研究与开发52电视剧评析

13民用燃料---液化气53毛泽东诗词鉴赏

14农村垃圾的处理现状及发展方向54民间歇后语收集整理

15废电池的危害与利用、回收处理55广告语言艺术浅析

16厨房化学、化学趣味小实验56薛宝钗性格研究

17农药的性质研究57浅谈旗袍发展史

18含磷洗衣粉的研究58消费维权

19常用消毒剂研究59农村税费改革

20空气污染状况调查与对策60农村剩余劳动力的有关研究

21化肥的研究61学生条工体验

22兵器知识62学生消费、生活习惯

23关于台湾问题由来、现状等研究63农村产业结构

24巴勒斯坦问题来龙去脉64学生对传统美德的认同状况调查

25父母辛酸知多少65家庭教育方式对学生成长的影响

26家乡的文化名人66网络对学生成长的影响

27水资源利用与污染67中学生上网利与弊

28白色污染68关于农村文化设施调查研究

29微量元素对人身体健康的探究69农民消费观的变化

30农村医疗卫生现状与对策70现代学生追星观

31噪音对居民的影响及其对策71中学生学习障碍心理探究

32‘三线’建设等有关的研究72我校学生人际关系调查

33学生学习行为习惯的调查与研究73浅析青少年嫉妒心理问题

34生活中的数学74个性心理与人际关系

35数列在生活中的应用75留守孩子调查与研究

36关于分期付款问题的研究76未成年人违纪调查与研究

37储蓄、保险的收益分析比较77超市与传统店面的经营效益调查

38学生身体情况78家庭教育中的暴力行为调查研究

39音乐对人情绪波动的影响79假日经济现象及研究

40足球史等80长阳旅游资源的开发利用

1. 克瑞斯丁•施科宾怎样发现了臭氧,它在大气中扮演了怎样的角色,氟里昂对它有何影响? 2. 臭氧空洞与那些化学物质有关,其破坏机理是什么?调查目前制冷剂的种类。 3. 化学对“人类基因组”破译工作的贡献。 4. 回顾粘结剂的发展过程。 5. 约翰•丁达尔是怎样应用他对于光在溶液中散射的研究解释天空为什么是蓝色? 6. 了解纳米技术的发展及我国纳米技术及应用领域。 7. 为北京2008年奥运会设计一种有中国特色的节能环保型奥运火炬。 8. 水污染的主要来源是什么? 9. 怎样进行家用自来水的净化工作? 10. 什么是第三级废水,它的处理工作有何重要性? 11. 你所在地区关于水污染的法规有那些。 12. 了解我国海洋资源的开发利用情况。 13. 说出海水的主要化学成分,设计一种提取某单质或化合物的方法。 14. 绘制一张简图,说明地下水是怎样被污染的。你所在地区的地下水的纯净度怎样?为了保持水的洁净,制定了那些措施? 15. 你认为喝什么水好(如,纯净水,自来水,矿泉水,纯水及天然水等)? 16. 我国是严重的缺水国家之一,如何缓解淡水危机? 17. 你怎样看海水淡化的前景?我国在这方面作了那工作? 18. 测定当地雨水的PH了解二氧化硫的污染状况,并向当地有关部门提供建设性意见。 19. 研究不同催化剂对过氧化氢分解的影响。 20. 从一个实验室反应到一个工业生产过程,称量中应包含那些问题? 21. 你所在地区的主要空气污染是什么?它是怎样被控制的?空气污染带来了那些明确的或不明确的花费?有哪些相关法律法规。 22. 离子交换器是怎样减少汽车排放的污染? 23. 回顾1970年以来“洁净空气标准”所带来的影响。 24. 调查你所在地区的家庭生活垃圾的日产量及主要污染及处理方式。 25. 氢氧化钠是怎样制造的?它的主要用途是什么? 26. 讨论离子交换膜法电解制烧碱的基本原理,试设计一种更先进的制碱流程。 27. 氢氧化钠是怎样用于生产纸浆的? 28. 描述血液中碳酸氢根离子的缓冲作用对维持血液PH恒定的意义。 29. 什么样的技术常用于工业运输气体、油料和水的管道的腐蚀? 30. 什么样的材料常用于防腐涂层,如汽车车身的防腐等? 31. 什么是“变脆氢气”? 32. 描述在水果腐烂过程中的氧化-还原反应。 33. 研究氧化-还原反应中能量的变化有何意义。 34. 回顾火箭的发展历史,为什么燃料从固态发展到液态具有重大的意义? 35. 库尔斯克号核潜艇的沉没有没有化学因素? 36. 为什么一些干电池比其他干电池的使用寿命更长?测试几种普通电池,看一看在不同条件下哪种使用寿命更长。 37. 怎样使用燃料电池广泛使用燃料电池的前景如何? 38. 热的卤水有什么商业用途? 39. 铝元素是怎样被循环使用的?当今循环使用铝是利用它的哪个性质? 40. 制作一个简图,表明汞是怎样进入食物链的? 41. 什么是“氮的固定”,叙述一种自然固氮和一种工业方法的固氮。 42. “氮的固定”的人工方法的潜在的商业价值何在?其发展的瓶颈在何处? 43. 查阅资料了解N2在生产生活及高科技领域的应用。如何提高自然氮库的利用率。 44. 居里是怎样发现并获得大量镭的?这对你的学习生活有何启示? 45. 元素周期律是怎样发现的?门捷列夫对元素周期律的贡献。试设计一张未来元素周期表。 46. 四大发明与我国古代化学。 47. 谈谈我国古代化学的发展史及对世界化学发展的影响。 48. 试讨论由海湾战争和北约轰炸南联盟看战争带来的生态灾难。 49. 说说水泥、汽油的标号的具体含义,你知道我国对水泥的新标号吗? 50. 说出几种常见的耐火材料及组成。 51. 什么是形状记忆合金?它在现代科研、生活等领域的价值。 52. 说说酸奶的准备及其营养价值。 53. 你会除去水垢吗?用什么方法即省事又经济? 54. 了解水垢的形成原理,调查本地区水成分并提出快速除去水垢的方法。 55. 如何鉴别有毒和无毒塑料? 56. 调查常用塑料的品种,主要的化学组成,性能,价格。 57. 牙膏加氟对牙齿有何作用,为什么有些地区的人有褐牙现象? 58. 加氟牙膏防治龋齿病的作用机理怎样? 59. 探讨肥皂的最佳洗涤条件,磷在洗衣粉中的作用是什么?无磷洗衣粉的代用品是什么?为何无磷洗衣粉难以推广,其瓶颈在何处? 60. 你认为我国能出现获得诺贝尔奖的科学家吗? 61. 你认为“相对论”对科学研究及学习生活的影响。

62. 新能源的前景如何?新能源的应用普及还有多远? 63. 什么是蓝色能源、绿色能源和地热能? 64. 提出一项生活节能方案节约家庭支出。 65. 焚烧垃圾的利与弊。 66. 英吉利海峡海底隧道的铺设需考虑那些化学问题/ 67. 怎样防止海底光缆的腐蚀? 68. 轮船外壳上的锌板有何作用? 69. 设计一个简单的伏特电池。 70. 海上渔船如何利用海水所蕴藏的能源? 71. 说说燃料电池的前景。 72. 玻璃对环境的污染? 73. 世界煤炭储藏量有多少?其主要用途?你认为“人造煤炭”会出现吗? 74. 制造太阳能电池的化学材料是什么?太阳能电池是真正的环保型能源吗? 75. 使用气体燃料是否利大于弊? 76. 对不同地区,用电烧饭和用燃料烧饭哪种更经济,对环境的影响更小,更符合中国人的烹调习惯? 77. 怎样理解铜是电气化的支柱? 78. 离子晶体与分子晶体的结构有什么不同?比较离子化合物和分子化合物的物理性质,并叙述它们晶体结构的不同之处。 79. 谁揭开了燃烧之谜? 80. 你认为凯库勒确定苯分子的环状结构是一种偶然的巧合吗? 81. 如何防止或克服潜水员的职业病? 82. 食盐加碘的作用及其在整个过程中的变化怎样;加碘食盐的日常保存。 83. 说说过氧化氢的商业价值及生活用途。 84. 比较二氧化硫与次氯酸的漂白机理。 85. 硅及其化合物在现代科技及工业中的王牌地位还能维持多久? 86. 了解我国硅蕴藏量及开发应用状况。 87. 了解普通陶瓷及新型陶瓷种类及其用途。 88. 了解元素周期表的编排依据并设计一张未来的新元素周期表。 89. 利用生活废弃物制作熟悉的分子模型,如Cl2 H2 HCl、H2O、CH4等。 90. 说说温室效应。调查产生温室效应的主要化学物质。 91. 氧化-还原反应对人类的危害,能否用此知识理解溃疡病的化学过程。 92. 你对能源危机有何认识。你及周围的同学是否有这样的意识。 93. 侯德榜对我国民族制碱工业发展的贡献。 94. 戴维对化学研究的贡献。 95. 常见含银废物中银的回收情况,调查本地区照相馆的废物处理情况。 96. 了解大气的二次污染—光化学烟雾。 97. 酒精可燃与不可燃临界浓度的研究 98. 叙述一些以共价键结合而成的化合物的熔点与这些化合物的极性强弱的关系。 99. 物质间的相互作用对粘合剂的研制的意义。 100. 调查胶体在生产生活中的应用。 101. 试讨论“逆反心理”与“平衡移动原理”在了解上是否有共同点。 102. 调查医院中化学知识的应用。(如,PH试纸,糖尿病的粗检查等) 103. 调查衣料所用纤维制品的性能,价格和市场占有率,如何识别它们。 104. 调查常用粘结剂的品种,主要化学组成,性能及价格。 105. 调查建筑和装修材料中的化学品的名称,主要化学成分和用途

二:

《中学生用水调查报告》研究性学习课题报告

选题依据

水是生命的源泉,水是生命的摇篮, 水是人体各种细胞和体液的重要组成部分。人体内的水分约占体重的60%,水是人体内含量最多的一种化学物质,,人体的许多生理活动一定要有水的参与才能进行,人对水的需要仅次于氧气 。

研究的意义

学以致用,提升自身的环保意识和节水自觉性.以及提倡人们自觉节约用水保护环境

研究的主要内容和思路

1、讲出人们对水浪费,污染的不正确性

2、提出如何水资源及节约用水的几项建议

3、总结水资源的重要性和保护节约紧迫性

4、青少年应如何保护水资源

研究的创新点及重点、难点

1、如何了解水的重要性;

2、怎样保护我们的水资源;

3、现在人对水的关心程度度

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2026-05-10 17:58:51
数学研究性学习是学生数学学习的一个有机组成部分,是在基础型、拓展型课程学习的基础上,进一步鼓励学生去探求知识及应用所学知识解决数学的和实际的问题的一种有意义的主动学习,是以学生动手动脑主动探索实践和师生之间及学生之间相互交流为主要形式的学习研究活动。它以研究课题为载体,使学生通过最基础的研究活动,学会科研的基本方法,并初步形成严谨的科学精神和科学态度。

在数学研究性学习的教学中,师生共同建立起平等、民主、教学相长的新颖关系,能营造一个使学生勇于探索、勇于争论、相互学习鼓励的良好学习氛围。数学研究性学习注重问题的解决,但更加关注学生的探究学习过程。

用于数学研究性学习的材料,一般是以课题形式为主,一个课题探讨一个专题。对数学研究性学习的课题,既要是学生所学数学知识的综合与实际应用,又要对学生探究和解决问题有较好的训练价值,对高中学生来说,较好的课题应该是学生在生活实践中有体验的数学问题,或者是与当地社会、经济发展密切相关的数学问题。因此在确定研究课题时,不仅由教师提供,而且更要鼓励学生通过对社会生活的观察、调查、思考,抽象概括出数学问题,从而形成研究课题。下面从课题确定的原则和来源两个方面来谈谈数学研究性学习中研究课题的选择。

一、确定研究课题的原则

1.适应性原则

学生是研究课题的研究者和解决者,是研究性学习的主角,因此,研究课题的选择要与学生现有的知识水平相适应,课题的难度要掌握在让学生“跳一跳够得着”,太难或太容易的问题都不宜作为课题让学生研究,选题时要充分利用学生所学知识,使学生通过对一个问题的深入研究,加深对所学知识的掌握和应用,了解科学研究的过程和基本方法。

2.问题性原则

在选择课题时,不是提供一篇学生没有学过的教材让学生去学习、理解与记忆,而是呈现给学生一个需要学习和探究的数学问题,这种问题往往是一些背景材料,让学生运用所学知识通过数学建模去解决。

3.开放性原则

数学研究性学习具有最大的时空开放性,要求学生在确定课题后,走出课堂和书本,通过媒体、网络、调查等多种渠道,收集信息资料,选用合理的研究方法,得出自己的结论。另外,由于各人的兴趣爱好、生活经验及学习能力的差异,对课题的理解,研究目标的定位,研究过程和方法的设计,手段的应用以及研究结果的表达可以各不相同。所以,所选课题应该能让学生应用自己已有的数学知识,从不同的角度,不同的层面得到解决。同时,课题解决过程中学习时间的安排,课题切入点的确定,研究方式的选择,结果的表达等方面均要有相当大的灵活度,为学习者和指导者发挥个性特长和才能提供足够的空间,而不能强调结论的唯一性与标准化。

4.社会性原则在确定研究课题时,应强调数学与社会生活实际的联系。数学研究性学习课程的主要目标是培养学生应用所学数学知识去发现问题、解决问题的能力和意识,因此,我们在选择课题时,应特别关注与社会发展及人民生活密切相关的数学问题,使学生通过研究课题的研究学习,学会发现问题的方法,培养创新意识和能力,并进一步体会数学应用的广泛性。

5.实践性原则

实践性是研究性学习的一个特点。数学研究性学习要使学生在解决研究课题的过程中,通过亲身参与社会调查、信息收集与处理、结论表述与分析验证等一系列实践活动,获取亲身参与研究与探索的体验,体会科学研究的全过程,并使他们逐步形成善于质疑、乐于探究、勤于动手、努力求知的积极态度,激发他们探索、创新的欲望。

二、数学研究课题的来源

1.深入研究教材,从教材中取得课题

数学教材是研究课题的重要来源,新编的高中数学教材(练习部分)已经为我们提供了大量的研究性学习的课题。如果我们注意挖掘教材,就可以从中找到很多适合学生探究的课题。

这些课题的特点是学生利用近阶段所学数学知识,通过探究与合作,教师作适当的指导,都能很快得到解决,具有“短、平、快”的特点。

2.结合生活、联系社会实际选择课题数学的应用是广泛的,要鼓励学生从生活实际、生产实际中把实际问题提炼成数学研究课题,引导学生“留心观察,处处皆数学”。也可由教师选编一些与社会、生产、日常生活密切相关的研究课题供学生选择解决,这些课题既要有一定的实用价值,又要有一定的趣味性,以吸引学生进行研究探索。例如以下的一些课题:

(1)去银行存钱,存五年期和一年期的年利率是不同的。请学生调查银行存款利率,然后解决以下问题:甲、乙两人在同一天各去银行存入1000元钱,甲存为五年期,乙存为一年期并在每年到期时领取本息后一并再存为一年期,每次领取时要交纳20%的利息税,问五年后,甲乙两人谁的收益大,两人的本息合计金额差是多少?

(2)在一条生产流水线上有5台机器工作,它们间隔的距离是相等的,我们要在流水线上设一个检验台,零件经检验合格后才能进入下一道工序,若5台机器的工作效率相同,问检验台应设在何处,可使移动零件所走的路程之和最小?如果是n台机器呢?如果这些机器的工作效率各不相同呢?

(3)调查报亭卖报情况(进价、售价及卖不出去而退回每份报纸赔钱多少),统计一个月的销售情况,为报亭主人决策,使之收益最大。

(4)调查保险公司养老保险险种及分红方法,某人在40足岁时参加保险,或将应交保额逐年存入银行,假设此人预期寿命为75足岁,请你对这两种投资方式进行比较,确定此人是投保收益大,还是存银行收益大。

(5)叫做“黄金数”,一个矩形的宽与长之比为黄金数的叫做“黄金矩形”,这样的矩形看起来比较美观,因此有人认为一般的报刊版面的宽与长之比是黄金分割比,请你去学校阅览室实地测量10种报纸杂志的宽与长之比,找出它们的比值大致是什么数,为什么用这个数?

(6)现在很多人家都安装了太阳能热水器,请你用所学的数学、物理、地理知识说明在各个不同季节,热水器安放的倾斜角为何值时,可使正午时阳光直射热水器,从而取得最大热效率。根据你的研究,你可以向热水器生产厂提何建议?

3.由学生自行提出问题,确定课题高中学生已有一定的观察力和想象力,一旦他们研究问题的积极性被调动起来,他们观察事物、提出问题、解决问题的能力往往超乎教师的想象。以下几个问题就是由学生通过观察生活、总结提炼而提出来的:

(1)节假日随父母去超市购物,去收银处付款时往往要排很长的队,如何合理安排收银机,使顾客排队时间最短?

(2)商店经常打出打折的招牌来吸引顾客,“打折”背后究竟有什么奥妙,进价和原价到底是多少,调查进价和原价,计算“打折”后的实际利润是多少?

(3)居民住宅区中两幢楼房之间的距离为多少时,可以使每幢房子底楼在冬季每天10点到下午2点能晒到太阳?

(4)下雨天用各种不同的容器收集雨水,分别计算降雨量,与气象台的预报作比较。

(5)足球运动员在射门时,面对对方守门员,射门时的角度、球速与守门员扑球时的移动速度有何关系,能将球射入球门?对学生提出的问题,需要教师从可行性、实用价值等方面进行分析指导,以防不切实际。但要以鼓励为主,对目前限于知识结构暂时无法解决的问题,可让学生提出解决问题的设想,切不可轻易否定而打击学生的积极性。有的课题可适当增加条件,以使课题更切实可行。

在实施数学研究性学习时,课题可以在课堂上或课外布置给学生,让学生在课后进行探究学习,收集信息资料做研究,可一人研究,也可以几人合作,教师可作适当的点拨指导,然后在课堂上进行交流,教师主要是做听众,也可发表意见、见解或提出疑问,不要追求结论的完美,要重视学生的参与过程。

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2026-05-10 17:58:51
1 太阳能与化石能源的简要比较

1.1 化石能源带来的问题

(1)能源短缺

由于常规能源的有限性和分布的不均匀性,造成了世界上大部分国家能源供应不足,不能满 足其经济发展的需要。从长远来看,全球已探明的石油储量只能用到2020年,天然气也只能 延续到2040年左右,即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年〔1〕。因此,如不尽早设法解决化石能源的替代能源,人类迟早将面临化石燃料枯竭的危机局面。

(2)环境污染

当前,由于燃烧煤、石油等化石燃料,每年有数十万吨硫等有害物质抛向天空,使大气环境遭到严重污染,直接影响居民的身体健康和生活质量;局部地区形成酸雨,严重污染水土。 这些问题最终将迫使人们改变能源结构,依靠利用太阳能等可再生洁净能源来解决。

(3)温室效应

化石能源的利用不仅造成环境污染,同时由于排放大量的温室气体而产生温室效应,引起全 球气候变化。这一问题已提到全球的议事日程,其影响甚至已超过了对环境的污染,有关国 际组织已召开多次会议,限制各国CO2等温室气体的排放量。

1.2 阳能资源及其开发利用特点

(1)储量的“无限性”

太阳能是取之不尽的可再生能源,可利用量巨大。太阳每秒钟放射的能量大约是1.6×1023kW,其中到达地球的能量高达8×1013kW,相当于6×109t标准煤。按此计算,一年内到达地球表面的太阳能总量折合标准煤共约1.892×1013千亿t,是目前世界主要能源探明储量的一万倍〔2〕。太阳的寿命至少尚有40亿年,相对于人类历史来说,太阳可源源不断供给地球的时间可以说是无限的。相对于常规能源的有限性,太阳能具有储量的“无限性”,取之不尽,用之不竭。这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源匮乏、枯竭的最有效途径。�

(2)存在的普遍性

虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀,但相对于其他能源来说,太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性,可就地取用。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。�

(3)利用的清洁性

太阳能像风能、潮汐能等洁净能源一样,其开发利用时几乎不产生任何污染,加之其储量的无限性,是人类理想的替代能源。

(4)利用的经济性

可以从两个方面看太阳能利用的经济性。一是太阳能取之不尽,用之不竭,而且在接收太阳能时不征收任何“税”,可以随地取用;二是在目前的技术发展水平下,有些太阳能利用已具经济性,如太阳能热水器一次投入较高,但其使用过程不耗能,而电热水器和燃气热水器在使用时仍需耗费,有关研究结果表明〔3〕,太阳能热水器已具很强的竞争力。随着科技的发展以及人类开发利用太阳能的技术突破,太阳能利用的经济性将会更明显。

1.3 21世纪后期太阳能将占主导地位

世界各国,尤其发达国家对21世纪的能源问题都特别关注。由于化石能源储量的有限性和利用的污染性,各国专家都看好太阳能等可再生能源,尽管目前太阳能的利用仅在世界能源消 费中占很小的一部分。如果说20世纪是石油世纪的话,那么21世纪则是可再生能源的世纪, 太阳能的世纪。据权威专家估计〔4〕,如果实施强化可再生能源的发展战略,到下世纪中叶,可再生能源可占世界电力市场的3/5,燃料市场的2/5。在世界能源结构转换中, 太阳能处于突出位置。美国的马奇蒂博士对世界一次能源替代趋势的研究结果(如图1所示) 表明,太阳能将在21世纪初进入一个快速发展阶段,并在2050年左右达到30%的比例,次于核能居第二位,21世纪末太阳能将取代核能居第一位〔5〕。壳牌石油公司经过长期 研究得出结论,下一世纪的主要能源是太阳能;日本经济企划厅和三洋公司合作研究后则更 乐观地估计,到2030年,世界电力生产的一半将依靠太阳能〔2〕。正如世界观察研 究所的一期报告所指出:正在兴起的“太阳经济”将成为未来全球能源的主流。其最新一期 报告则指出,1997年全球太阳电池的销售量增长了40%,已成为全球发展最快的能源①①。

2太阳能开发利用技术及其产业化的现状与发展趋势�

人类利用太阳能已有几千年的历史,但发展一直很缓慢,现代意义上的开发利用只是近半个 世纪的事情。1954年美国贝尔实验室研制出世界上第一块太阳电池,从此揭开了太阳能开发 利用的新篇章。之后,太阳能开发利用技术发展很快,特别是70年代爆发的世界性的石油危 机有力地促进了太阳能开发利用。经过近半个世纪的努力,太阳能光热利用技术及其产业异 军突起,成为能源工业的一支生力军。迄今为止,太阳能的应用领域非常广泛,但最终可归 结为太阳能热利用和光利用两个方面。太阳能利用的具体形式和用途如图2所示〔2〕。�

图2太阳能利用系统

2.1太阳能热利用及其产业发展�

根据可持续发展战略,太阳能热利用在替代高含碳燃料的能源生产和终端利用中大有用武之 地。从图2可以看出,太阳能热利用具有广阔的应用领域,可归纳为太阳能热发电(能源产出 )和建筑用能(终端直接用能),包括采暖、空调和热水。当前太阳能热利用最活跃、并已形 成产业的当属太阳能热水器和太阳能热发电。�

2.1.1 太阳能热水器�

在世界范围内,太阳能热水器技术已很成熟,并已形成行业,正在以优良的性能不断地冲击 电热水器市场和燃气热水器市场。国外的太阳能热水器发展很早,但80年代的石油降价,加 之取消对新能源减免税优惠的政策导向,使工业发达国家太阳能热水器总销售量徘徊在几十万平方米。据报道,1992年国外太阳能热水器总量为45万m2,其中日本为20万m2,美国 为12万m2,欧洲为8万m2,其他国家为5万m2。世界环境发展大会之后,许多国家又开 始重视太阳能热水器在节约常规能源和减少排放CO2方面的潜力,仅据美国加州首府萨克 门托市的计划,到2000年太阳能热水器将取代该州47000套家用电热水器;到2000年日本太 阳能热水器的拥有量将翻一番;以色列更是明文规定,所有新建房屋必须配备太阳能热水器 。目前,我国是世界上太阳能热水器生产量和销售量最大的国家。1992年销售量为50万m2 ,为世界其他各国销售量之和;1995年销售量翻番,达100万m2。据初步统计,1997年我 国太阳能热水器销售量300万m2,目前,我国从事太阳能热水器研制、生产、销售和安装 的企业达到1000余家,年产值20亿元,从业人数1.5万人能源工程,1999 ,(1):59。但从房屋的热水器安装率来说,以色列已达80%,日本为11%,台 湾达2.7%.〔6〕.,我国在千分之几左右,其太阳能热水器的推广应用潜力仍很大。国 际上,太阳能热水器产品经历了闷晒式、平板式、全玻璃真空管式的发展,目前其产品的发 展方向仍注重提高集热器的效率,如将透明隔热材料应用于集热器的盖板与吸热间的隔层, 以减少热量损失;聚脂薄膜的透明蜂窝已在德国和以色列批量生产。.

随着世界范围内的环境意识和节能意识的普遍提高,太阳能热水器必将逐步替代电热水器和 燃气热水器。虽然太阳能热水器目前仍存在市场价格高、受季节和天气影响的不利因素,但 太阳能热水器具有不耗能、安全性、无污染性等优势,而且随着技术的发展其经济性也逐渐 显露出来。表1为三种热水器的经济指标比较结果.〔3〕.,从中可以看出,太阳能热水 器在经济上已具有较强的竞争力。��

表1三种热水器经济指标对比

项目品种寿命(年)

使用天数 (天)

购置费用�(元)

运行费用�(元)

总投资�(元)

备 注

太阳能热水器

10~15

300*2300

250

2550

均以日

产水量电热水器

5~8

300

1000

4500

550080kg

水温40燃气热水器

6

300

5003

700420

0~60℃计算

*有关专家认为该数字应为250天左右。��

2.1.2 太阳能热发电技术�

80年代太阳能热利用技术的最大突破是实现了太阳能热发电的商业化。Luz国际公司在美国 南加州自1984年至1991年共建造了9个柱形抛物槽镜分散聚光系统的太阳能热发电站,总功 率为354MW,约占当地电网容量的2%〔7〕。9座电站中最大的容量为80MW,约有900条 聚光槽组成。由于美国政府和州政府先后在1991年取消对太阳能电站的投资减免税优惠政策 ,迫使第10号电站停建,公司宣告破产。另一颇具实力的Solel公司也在致力于太阳能热发 电,它于1992年接收了破产的Luz公司的技术,将开发市场瞄向澳大利亚、以色列和北美洲 。Solel公司自称具有建造300MW大型太阳能热发电站的能力。该公司已开始在澳大利亚建造 一座70MW的槽型太阳能热发电装置,并计划在以色列建一座200MW的电站,同时正在洽谈在 北美洲和另两洲建三座电站,每座200~300MW。Solel公司在澳大利亚的另一目标是2000年 的悉尼奥运会,它和米尔斯公司将合建一个太阳能热发电的联合体,为奥运村旅馆和运动会 主会场提供10MW的电力〔7〕。希腊政府1997年开始实施一项500MW的太阳能热发电 项目,计划于2003年完工,届时将是世界上最大的太阳能电站。此外,它的阿莫科石油公司 将在印度沙漠地区建造一座更大的太阳能热电站沙特阿拉伯《中东报》,1997年12 月1日报道。�

目前,太阳能热发电在技术上和经济上可行的三种形式是:①30~80MW线聚焦抛物面槽式太 阳热发电技术(简称抛物面槽式);②30~200MW点聚焦中央接收式太阳热发电技术(简称塔式 );③7.5~25kW的点聚焦抛物面盘式太阳能热发电技术(简称抛物面盘式)。在上述三种技 术中,抛物面槽式领先一步,美国加州的9座太阳热发电站可以代表槽式热发电技术的发展 现状。塔式太阳热发电技术也是集中供电的一种适用技术,目前只有美国巴斯托建的一座叫 “SolarⅡ”的电站,功率为43MW,该电站成功运行两年后,两家美国电力公司计划建两座1 00MW的电站〔8〕。为了提高塔式电站的效率,有人提出了一种新想法〔8〕, 把带有太阳能塔的定日镜阵列附加到先进联合循环电站上作为燃料节省装置,采用甲烷重整 工艺,以太阳能提高天然气等级。抛物面盘式太阳热发电技术很适合于分散式发电,可以在 偏远地区用作独立系统。作为太阳能供电的一种方式,太阳热发电技术在经济上是可行的, 而且有较大的市场潜力。在美国加州的太阳热发电站建造过程中,由于技术进步及容量的增 大,电站的装机造价和发电成本显著下降,1984年Ⅰ号电站(14MW)造价为5979美元/kW,发 电成本26.5美分/kWh;到1990年的Ⅷ号电站(80MW),造价降至3011美元/kW,发电成本降到 8.9美分/kWh.〔9〕.。因此,抛物面槽式在太阳能丰富的地区,经济上已能与燃油的 火力电站竞争。我国西南电力设计院曾对西藏地区以引进Luz公司太阳能热电站进行估算, 如果考虑设备的折旧和还贷,太阳能热电站和火力发电站的发电成本均为1.1元/kWh,如果 不考虑设备折旧,仅计入运行和维护费用,则太阳能电站的发电成本为0.1元/kWh,而火力 发电站的成本为0.8元/kWh.〔9〕.。有人估算过13种太阳热电站在不同日照射条件下 的发电成本.〔8〕.,结果表明,随着年产电量的增加,主要是随着机组容量的增大、 日射强度的增高、部件和系统的进一步改进,发电成本显著下降。进而对地中海国家的太阳 能热发电应用进行过可行性研究,认为太阳能的热利用在这一地区具有特殊重 要性,具有巨大的市场潜力。一方面,地中海国家技术水平高、资金雄厚,且有很好的太阳 热发电示范和早期商业化基础;另一方面,未来几十年里,地中海国家能源需求量大,每年 要新增5~6GW,加之该地区太阳能资源丰富,年辐射强度大于1700kWh/m\+2的面积达到700 万km\+2,太阳热可发电容量达1200GW,是目前全球电力需求的4倍。所有这一切形成了地中 海地区广阔的太阳能热发电市场。� 2�2太阳能光电技术及其产业�

2.2.1太阳能光电已成为全球发展最快的能源�

50年代第一块实用的硅太阳电池的问世,揭开了光电技术的序幕,也揭开了人类利用太阳能 的新篇章。自60年代太阳电池进入空间、70年代进入地面应用以来,太阳能光电技术发展迅 猛。世界观察研究所在其最近一期研究报告中指出,利用太阳能获取电力已成为全球发展最 快的能量补给方式。报告说,1990年以来,全球太阳能光伏发电装置的市场销售量以年平均 16%的幅度递增,目前总发电能力已达800MW,相当于20万个美国家庭的年耗电量太阳能,1998,(4):22。�

2.2.2提高转换效率、降低成本是光电技术发展的关键�

当前影响光电池大规模应用的主要障碍是它的制造成本太高。在众多发电技术中,太阳能光 电仍是花费最高的一种形式,因此,发展阳光发电技术的主要目标是通过改进现有的制造工 艺,设计新的电池结构,开发新颖电池材料等方式降低制造成本,提高光电转换效率。近年 来,光伏工业呈现稳定发展的趋势,发展的特点是:产量增加,转换效率提高,成本降低, 应用领域不断扩大。目前,世界太阳电池年产量已超过150MW,是1944年产量的两倍还多, 如表2所示。单晶硅太阳电池的平均效率为15%,澳大利亚新南威尔士大学的实验室效率已 达24.4%;多晶硅太阳电池效率也达14%,实验室最大效率为19.8%;非晶硅太阳电池的稳 定效率,单结6~9%,实验室最高效率为12%,多结电池为8~10%,实验室最高效率为11.83 %.〔10〕.。表3��〔11〕�为有关研究人员所做的太阳能电池组件的效率预测。由于 生产规模的扩大,生产工艺的改进,晶体硅太阳电池组件的制造成本已降至3~3�5美元/W �p,售价也相应降到4~5美元/W�p;非晶硅太阳能电池单结售价3~4美元,多结售价为4~5 美元/W�p��〔10〕�。与十年前相比,太阳光电池价格普遍降低了20%。最近,瑞士联邦 工学院M·格雷策尔研制出一种二氧化钛太阳能电池,其光电转换率高达33%,并成功地采用 了一种无定形有机材料代替电解液,从而使它的成本比一块差不多大的玻璃贵不了多少,使 用起来也更加简便��〔12〕�。可以预料,随着技术的进步和市场的拓展,光电池成本及 售价将会大幅下降。表4��〔13〕�为地面用光伏组件成本/价格的预测结果,表5为美国 国家可再生能源实验室对太阳电池成本与市场的关系所做的估计��〔14〕�。对比表4, 表5,可以看出,2010年以后,由于太阳能电池成本的下降,可望使光伏技术进入大规模发 展时期。��

表2世界光电组件的产量及年增长率

年份1989199019911992199319941995199619971998

年产量(MW)42.047.054.058.261.070.781.090.612 2150年增长率(%)12%15%8%5%16%15%12%35%23%�

表4地面用太阳能电池组件成本/价格预测(美元)

电池种类1990199520002010

单晶硅3.25/5.402.40/4.001.50/2.501.20/2.00

多晶硅3.00/5.002.25/3.751.50/2.501.20/2.00

聚光电池3.00/5.002.00/3.301.20/2.001.00/1.67

非晶硅3.00/5.002.00/3.331.20/2.000.75/1.25

薄膜硅2.00/3.331.20/2.000.75/1.25

CIS2.00/3.331.20/2.000.75/1.25

CdTe1.50/2.501.20/2.000.75/1.25�

表5太阳能电池成本与市场的关系

太阳能电池成本�(美元/峰瓦)可进入的市场

>6少量应用2~5通信、边远地区

1~2城市屋顶系统<1大规模发电

表3商品化光伏直流组件效率预测(%)

电池技术199019952000 2010

单晶硅12151822

浇铸多晶硅11141620

带状硅12141721

聚光器(光电池)17202530

非晶硅(包括叠层电池)5~67~91014

CuInSe\-2-8~101214

CdTe-8~101214

低成本基片硅薄膜-8~101215

球粒电池-101214\= 2�2�3光伏新技术发展日新月异�

近年来,围绕光电池材料、转换效率和稳定性等问题,光伏技术发展迅速,日新月异。晶体 硅太阳能电池的研究重点是高效率单晶硅电池和低成本多晶硅电池。限制单晶硅太阳电池转 换效率的主要技术障碍有:①电池表面栅线遮光影响;②表面光反射损失;③光传导损失; ④内部复合损失;⑤表面复合损失。针对这些问题,近年来开发了许多新技术,主要有:① 单双层减反射膜;②激光刻槽埋藏栅线技术;③绒面技术;④背点接触电极克服表面栅线遮 光问题;⑤高效背反射器技术;⑥光吸收技术。随着这些新技术的应用,发明了不少新的电 池种类,极大地提高了太阳能电池的转换效率,如澳大利亚新南威尔士大学的格林教授采用 激光刻槽埋藏栅线等新技术将高纯化晶体硅太阳能电池的转换效率提高到24.4%,他在1994 年5月表示能用纯度低100倍的硅制成高效光电池,约在10年后采用该类电池的太阳能发电成 本可降至5~8美分/kWh.〔15〕.。光伏技术发展的另一特点是薄膜太阳能电池研究取得 重大进展和各种新型太阳能电池的不断涌现。晶体硅太阳能电池转换效率虽高,但其成本难 以大幅度下降,而薄膜太阳能电池在降低制造成本上有着非常广阔的诱人前景。早在几年 前,澳大利亚科学家利用多层薄膜结构的低质硅材料已使太阳能电池成本骤降80%,为此, 澳大利亚政府投资6400万美元支持这项研究,并希望10年内使该项技术商业化.〔16〕.。�

高效新型太阳能电池技术的发展是降低光电池成本的另一条切实可行的途径,近年来,一些 新型高效电池不断问世。专家推断,只要有一二种取得突破,就会使光电池局面得到极大的 改观。�

(1)硒化铜铟(CuInSe\-2,CIS)薄膜太阳能电池..〔17〕.:1974年CIS电池在美国问世,1 993年美国国家可再生能源实验室使它的本征转换效率达16.7%,由于CIS太阳能电池具有成 本低(膜厚只有单晶硅的1/100)、可通过增大禁带宽度提高转换效率(理论值为单晶30%,多 晶24%)、没有光致衰降、抗放射性能好等优点,各国都在争相研究开发,并积极探索大面积 应用的批量生产技术。�

(2)硅-硅串联结构太阳能电池〔18〕:通过非晶硅与窄禁带材料的层叠,是有效利用 长波太阳光,提高非晶硅太阳能电池转换效率的良好途径。研究表明,把1.3ev和1.7ev光 学禁带度组合起来的薄膜非晶硅与多晶硅串联电池转换效率最高。它具有成本低、耗能少、 工序少、价廉高效等优点。�

(3)用化学束外延(CBE)技术生产的多结Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池〔19〕:Ⅲ-Ⅴ族化 合物(如GaAs,InP)具有较高的光电转换效率,这些材料的多层匹配可将太阳能电池转换效率 提高到35%以上。而这种多层结构很容易用CBE法制作,并能以低于1美元/W�p的成本获得超 高效率。�

(4)大面积光伏纳米电池〔20〕:1991年瑞士M.Grtzel博士领导的研究小组 ,用纳米TiO\-2粉水溶液作涂料,和含有过渡族金属有机物的多种染料及玻璃等材料制作出 微晶颜料敏感太阳能电池,简称纳米电池。计算表明,可制造出转换效率至少为12%的低成 本电池。这种电池为大面积应用于建筑物外表面提供了广阔的前景。�

2.2.4各国的光伏计划雄心勃勃�

随着太阳能光电技术的日趋成熟和商业化发展,太阳能光电技术的推广应用有了长足的进展 。目前,已建成多座兆瓦级光伏电站,最大的是位于美国加州的光伏电站,容量为6.5MW. p,现正在希腊克里特岛建造的一座阳光电站,容量为50MW.p,估计2003年可建成供电,总 投资1775万美元新能源,1997,19(2):23。而在美国准备建造的另一座电 站规模将达到100MW.p,已与太阳能热发电站容量相匹敌。除此之外,一些国家推出的屋顶 计划将更引人注目,显示了阳光发电的广阔应用前景和强大的生命力。1990年,德国政府率 先推出的“千顶计划”,至1997年已完成近万套屋顶光伏系统,每套容量1~5kW.p,累计 安装量已达33MW.p,远远地超出了当初制定的计划规模。日本政府从1994年开始实施“朝 日七年计划”,计划到2000年安装16.2万套屋顶系统,总容量达185MW.p,1997年又再次 宣布实施“七万屋顶计划”,每套容量扩大到4kW.p,总容量为280MW.p。印度于1997年12 月宣布在2002年前推广150万套太阳能屋顶系统。意大利1998年开始实施“全国太阳能屋顶 计划”,总投入5500亿里拉,总容量达50MW.p。而最雄心勃勃的屋顶计划当属1997年6月美 国总统克林顿宣布实施的美国“百万屋顶计划”,计划从1997年开始至2010年,将在百万个 屋顶上,安装总容量达到3025MW.p的光伏系统,并使发电成本降到6美分/kWh。上述各国屋 顶计划的实施,将有力地促进太阳能光电的应用普及,使太阳能光电进入千家万户。�

与此相呼应,当前世界上实力雄厚的10家光伏公司,虽然目前的生产能力都不大,但都有雄 心勃勃的扩展计划。各公司年产目标为:Kyocera公司和夏普公司60MW,BP太阳能公司50MW ,西门子公司和Solarex公司30MW,壳牌/Pilington公司和ASE公司25MW,Photo wott公司, AP公司和三洋/Solec公司15MW。据美国Spire公司预测,2003年世界光电池的生产能力将达 到350MW,而2010年的光电池组件交易量将达到700~4000MW/年②�。�

光伏技术发展的趋势,近期将以高效晶体硅电池为主,然后逐步过渡到薄膜太阳能电池和各 种新型太阳能光电池的发展。应用上将从屋顶系统突破,逐步过渡到与建筑一体化的大型并 网光伏电站的发展。�

2.3太阳能光电制氢�

70年代科学家发现:在阳光辐照下TiO2之类宽频带间隙半导体,可对水的电解提供所需能 量,并析出O2和H2,从而在太阳能转换领域产生了一门新兴学科--光电化学。随着光 电化学及光伏技术和各种半导体电极试验的发展,使得太阳能制氢成为发展氢能产业的最佳 选择。�

1995年,美国科学家利用光电化学转换中半导体/电介质界面产生的隔栅电压,通过固定两 个光粒子床的方法,来解决水的光催化分离问题取得成功〔22〕。其两个光粒子床概 念的光电化学水分解机制为:�

H2的光反应4H2O+4M°→2H2+4OH-+4M+�

O2的光反应4OH-+M+→O2+2H2O+4M°�

净结果为:2H2O→2H2+O2(其中M为氧化还原介质)�

近来,美国国家可再生能源实验室还推出了一种利用太阳能一次性分解成氢燃料的装置。该 装置的太阳能转换率为12.5%,效率比水的二步电解法提高一倍,制氢成本也只有电解法的 大约1/4〔23〕。日本理工化学研究所以特殊半导体做电极,铂对极,电解质为硝酸 钾,在太阳光照射下制得了氢,光能利用效率为15%左右〔24〕。�

在太阳能制氢产业方面,1990年德国建成一座500kW太阳能制氢示范厂,沙特阿拉伯已建成 发电能力为350kW的太阳能制氢厂〔24〕。印度于1995年推出了一项制氢计划,投资4 800万美元,在每年有300个晴天的塔尔沙漠中建造一座500kW太阳能电站制氢,用光伏-电解 系统制得的氢,以金属氧化物的形式贮存起来,保证运输的安全新能源,17(3),19 95,19。自90年代以来,德、英、日、美等国已投资积极进行氢能汽车的开发。美 国佛罗里达太阳能中心研究太阳能制氢(SH)已达10年之久,最近用SH作为汽车燃料-压缩天 然气的一种添加剂,使SH在高价值利用方面获得成功〔25〕,为氢燃料汽车的实用化 提供了重要基础。其他,在对重量十分敏感的航天、航空领域以及氢燃料电池和日常生活中 “贮氢水箱”的应用等方面氢能都将获得特别青睐。�

由于氢是一种高效率的含能体能源,它具有重量最轻、热值高、“爆发力”强、来源广、品 质纯净、贮存便捷等许多优点