太阳能利用技术.doc

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浅谈太阳能利用技术

摘要：

本文介绍了太阳能的资源，并阐述了太阳能集热器、太阳能发电、太阳能制冷的一些内容。

通过介绍太阳能资源引出了太阳能的发展状况，发现了太能能利用技术的问题存在并结合实际给出了正确的，有效的利用太阳能技术的建议。

关键词：

太阳能，资源，现状，问题，建议

1.太阳能资源

太阳能的能源是来自地球外部天体的能源（主要是太阳能），是太阳中的氢原子核在超高温时聚变释放的巨大能量，人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。

我们生活所需的煤炭、石油、天然气等化石燃料都是因为各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来后，再由埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成。

它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。

此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。

中国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤。

太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。

中国地处北半球，南北距离和东西距离都在5000公里以上。

在中国广阔的土地上，有着丰富的太阳能资源。

大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上，西藏日辐射量最高达每平米7千瓦时。

年日照时数大于2000小时。

与同纬度的其他国家相比，与美国相近，比欧洲、日本优越得多，因而有巨大的开发潜能。

太阳能集热器

太阳能集热器的定义是：

吸收太阳辐射并将产生的热能传递到传热介质的装置。

这短短的定义却包含了丰富的含义：

第一：

太阳能集热器是一种装置；第二：

太阳能集热器可以吸收太阳辐射；第三：

太阳能能集热器可以产生热能；第四：

太阳能集热器可以将热能传递到传热介质。

太阳能集热器虽然不是直接面向消费者的终端产品，但是太阳能集热器是组成各种太阳能热利用系统的关键部件。

无论是太阳能热水器、太阳灶、主动式太阳房、太阳能温室还是太阳能干燥、太阳能工业加热、太阳能热发电等都离不开太阳能集热器，都是以太阳能集热器作为系统的动力或者核心部件的.

太阳能的热利用中，关键是将太阳的辐射能转换为热能。

由于太阳能比较分散，必须设法把它集中起来，所以，集热器是各种利用太阳能装置的关键部分。

由于用途不同，集热器及其匹配的系统类型分为许多种，名称也不同，如用于炊事的太阳灶、用于产生热水的太阳能热水器、用于干燥物品的太阳能干燥器、用于熔炼金属的太阳能熔炉，以及太阳房、太阳能热电站、太阳能海水淡化器等等。

太阳能热水器装置通常包括太阳能集热器、储水箱、管道及抽水泵其他部件。

另外在冬天需要热交换器和膨胀槽以及发电装置以备电厂不能供电之需。

太阳能集热器（solarcollector）在太阳能集热系统中，接受太阳辐射并向传热工质传递热量的装置。

按传热工质可分为液体集热器和空气集热器。

按采光方式可分为聚光型集热器和吸热型集热器两种。

另外还有一种真空集热器：

一个好的太阳能集热器应该能用20～30年。

自从大约1980年以来所制作的集热器更应维持40～50年且很少进行维修。

早期最广泛的太阳能应用即用于将水加热，现今全世界已有数百万太阳能热水装置。

太阳能热水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分。

此外，可能还有辅助的能源装置（如电热器等）以供应无日照时使用，另外尚可能有强制循环用的水，以控制水位或控制电动部份或温度的装置以及接到负载的管路等。

太阳能发电

利用太阳能发电有两大类型，一类是太阳光发电，另一类是太阳热发电。

太阳能光发电是将太阳能直接转变成电能的一种发电方式。

它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电四种形式，在光化学发电中有电化学光伏电池、光电解电池和光催化电池。

太阳能热发电是先将太阳能转化为热能，再将热能转化成电能，它有两种转化方式。

一种是将太阳热能直接转化成电能，如半导体或金属材料的温差发电，真空器件中的热电子和热电离子发电，碱金属热电转换，以及磁流体发电等。

另一种方式是将太阳热能通过热机（如汽轮机）带动发电机发电，与常规热力发电类似，只不过是其热能不是来自燃料，而是来自太阳能。

光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。

不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。

理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源可以无处不在。

太阳能制冷

它是利用光伏转换装置将太阳能转化成电能后，再用于驱动半导体制冷系统或常规压缩式制冷系统实现制冷的方法，即光电半导体制冷和光电压缩式制冷。

这种制冷方式的前提是将太阳能转换为电能，其关键是光电转换技术，必须采用光电转换接受器，即光电池，它的工作原理是光伏效应。

太阳能半导体制冷。

太阳能半导体制冷是利用太阳能电池产生的电能来供给半导体制冷装置，实现热能传递的特殊制冷方式。

半导体制冷的理论基础是固体的热电效应，即当直流电通过两种不同导电材料构成的回路时，结点上将产生吸热或放热现象。

如何改进材料的性能，寻找更为理想的材料，成为了太阳能半导体制冷的重要问题。

太阳能半导体制冷在国防、科研、医疗卫生等领域广泛地用作电子器件、仪表的冷却器，或用在低温测仪、器械中，或制作小型恒温器等。

目前太阳能半导体制冷装置的效率还比较低，COP一般约0.2～0.3，远低于压缩式制冷。

光电压缩式制冷。

光电压缩式制冷过程首先利用光伏转换装置将太阳能转化成电能，制冷的过程是常规压缩式制冷。

光电压缩式制冷的优点是可采用技术成熟且效率高的压缩式制冷技术便可以方便地获取冷量。

光电压缩式制冷系统在日照好又缺少电力设施的一些国家和地区已得到应用，如非洲国家用于生活和药品冷藏。

但其成本比常规制冷循环高约3～4倍。

随着光伏转换装置效率的提高和成本的降低，光电式太阳能制冷产品将有广阔的发展前景。

二、太阳能发展现状

长期以来，人们就一直在努力研究利用太阳能。

我们地球所接受到的太阳能，只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全球所需总能量的3-4万倍，可谓取之不尽，用之不竭。

其次，宇宙空间没有昼夜和四季之分，也没有乌云和阴影，辐射能量十分稳定。

因而发电系统相对说来比地面简单，而且在无重量、高真空的宇宙环境中，对设备构件的强度要求也不太高。

再者，太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致"温室效应"和全球性气候变化，也不会造成环境污染。

正因为如此，太阳能的利用受到许多国家的重视，大家正在竞相开发各种光电新技术和光电新型材料，以扩大太阳能利用的应用领域。

特别是在近10多年来，在石油可开采量日渐见底和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下，我们越来越企盼着“太阳能时代”的到来。

从发电、取暖、供水到各种各样的太阳能动力装置，其应用十分广泛，在某些领域，太阳能的利用已开始进入实用阶段。

中国蕴藏着丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔。

目前，中国太阳能产业规模已位居世界第一，是全球太阳能热水器生产量和使用量最大的国家和重要的太阳能光伏电池生产国。

中国比较成熟太阳能产品有两项：

太阳能光伏发电系统和太阳能热水系统。

中国《可再生能源法》的颁布和实施，为太阳能利用产业的发展提供了政策保障；京都议定书的签定，环保政策的出台和对国际的承诺，给太阳能利用产业带来机遇；西部大开发，为太阳能利用产业提供巨大的国内市场；原油价格的上涨，中国能源战略的调整，使得政府加大对可再生能源发展的支持力度，所有这些都为中国太阳能利用产业的发展带来极大的机会。

三、太阳能利用存在的问题

1、太阳能产品价格偏高，阻碍了市场广泛推广。

太阳能资源利用的相关产品，如太阳能热水器、太阳能电池、太阳能路灯等产品价格仍偏高，阻碍了太阳能产品的市场推广。

如目前太阳能真空管热水器一般价格在3000-4000元左右，虽然该价格对城市居民来说可以接受，但对欠发达地区的农村居民来说，应用推广存在困难，而事实上对日照条件较好的偏远山区来说，更应该推广使用太阳能产品。

2、太阳能资源利用缺乏相关法规。

我国历来重视可再生能源的开发与利用，2008年颁布了可再生能源法，但目前急需落实太阳能资源开发利用的激励政策和实施细则。

3、光伏产业的发展需要政府支持。

随着我国光电技术的不断发展以及国外先进技术的引进，我国在光电器件加工设备、技术人员的配备等方面已接近国际先进水平，光伏、太阳能电池等太阳能利用关键技术手段已日趋成熟，转换效率得到一定的提高，已完全具备批量生产能力。

但目前国内市场尚未形成，需销往欧美等国，因此目前仍然存在较大风险，需要政府的大力支持和推广。

4、太阳能产业的发展缺乏相关的产业链。

太阳能产业的发展，必然会涉及到电网建设、房屋建设、物业管理等相关产业。

我国缺乏太阳能产业与其相关产业的统筹规划和安排，没有形成紧密的产业链，导致我国虽然具有太阳能电池板等光伏产业的生产能力，但所生产的产品只能销售到欧洲等国外市场，国内市场还远未打开，从而形成“中国把绿色卖给国外，把污染留给自己”的现象。

急需政府出台相应的政策，尽快引导产业链的形成，培育、壮大国内市场，使太阳能资源成为我国重要的新能源之一。

四、太阳能发展建议

加快太阳能热水器与建筑一体化的示范和试点工作，与建筑结合是加速太阳能产业发展并规范市场的重要途径。

由统一的国家太阳能行业管理协调机构联合设计院、企业代表及有关专家加快其示范和推广工作，把太阳能利用纳入建筑设计规范，使太阳能产品成为建筑的配套部件之一。

其次加大研究开发力度，积极发展我国光伏产业，在全球经济一体化不断深入的背景下，技术引进与自主研发要双管齐下。

我国太阳能产业发展起步较晚，与发展太阳能产业较为成功的国家相比，存在着较大差距。

为了尽快解决太阳能产业体系不完整的现实问题，积极引进国外的先进技术和设备不失为明智之举。

但仅仅依赖技术和设备进口不是产业发展的长远之计，在向外寻求技术支持的同时，政府也应有效地引导产学研结合，促进光伏产业技术的国产化。

利用企业的资金实力，结合高校科研院所的技术力量，引导技术从实验室快速走向市场，推动太阳能产业的不断发展。

同时还要积极培养相关技术人才，鼓励企业实施人才战略，大胆引进国外专业技术人员，提供一流技术平台，做好技术保护，集中力量，有计划有步骤的突破各技术难点。

积极探索国家技术与企业自主创新的结合形式，既不能粗放地任由企业在技术探索上自生自灭，或者畸形发展，也不要越俎代庖。

要用经济手段刺激企业开发的积极性，又要引导技术发展的全面、平衡与协调。

最后加强对太阳能产业的政策支持，一方面通过制定系统的产业发展政策调动太阳能产业的生产者、投资者等供方的积极性，通过不断的开发新技术增大太阳能产业的供给量和降低生产成本；另一方面政府政策还应关注太阳能产业消费市场培育，特别是在太阳能产业发展的初期，在其与传统能源相比还处在劣势的情况下，通过政策培育持续的太阳能产业的消费市场，引导能源消费市场做出指向性明确的选择，才能保证供给方的投资信心和投资回报，进而才能确保太阳能产业的长远发展。

参考文献：

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[3]谢光明.我国太阳能热利用的状况与发展.特别关注，2005（4）

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