❶ 說說太陽能都能用來干什麼
太陽能熱利用
就目前來說，人類直接利用太陽能還處於初級階段，主要有太陽能集熱、太陽能熱水系統、太陽能暖房、太陽能發電等方式。 太陽能集熱器 太陽能熱水器裝置通常包括太陽能集熱器、儲水箱、管道及抽水泵其他部件。另外在冬天需要熱交換器和膨脹槽以及發電裝置以備電廠不能供電之需 。太陽能集熱器(solar collector)在太陽能熱系統中，接受太陽輻射並向傳熱工質傳遞熱量的裝置。按傳熱工質可分為液體集熱器和空氣集熱器。按採光方式可分為聚光型集熱器和吸熱型集熱器兩種。另外還有一種真空集熱器:一個好的太陽能集熱器應該能用20～30年。自從大約1980年以來所製作的集熱器更應維持40～50年且很少進行維修。 太陽能熱水系統 早期最廣泛的太陽能應用即用於將水加熱，現今全世界已有數百萬太陽能熱水裝置。太陽能熱水系統主要元件包括收集器、儲存裝置及循環管路三部分。此外，可能還有輔助的能源裝置（如電熱器等）以供應無日照時使用，另外尚可能有強制循環用的水，以控制水位或控制電動部份或溫度的裝置以及接到負載的管路等。依循環方式太陽能熱水系統可分兩種： 1、自然循環式: 此種型式的儲存箱置於收集器上方。水在收集器中接受太陽輻射的加熱，溫度上升，造成收集器及儲水箱中水溫不同而產生密度差，因此引起浮力，此一熱虹吸現像，促使水在除水箱及收集器中自然流動。由與密度差的關系，水流量於收集器的太陽能吸收量成正比。此種型式因不需循環水，維護甚為簡單，故已被廣泛採用。 2、強制循環式: 熱水系統用水使水在收集器與儲水箱之間循環。當收集器頂端水溫高於儲水箱底部水溫若干度時，控制裝置將啟動水使水流動。水入口處設有止回閥以防止夜間水由收集器逆流，引起熱損失。由此種型式的熱水系統的流量可得知（因來自水的流量可知），容易預測性能，亦可推算於若干時間內的加熱水量。如在同樣設計條件下，其較自然循環方式具有可以獲得較高水溫的長處，但因其必須利用水，故有水電力、維護（如漏水等）以及控制裝置時動時停，容易損壞水等問題存在。因此，除大型熱水系統或需要較高水溫的情形，才選擇強制循環式，一般大多用自然循環式熱水器。 暖房 利用太陽能作房間冬天暖房之用，在許多寒冷地區已使用多年。因寒帶地區冬季氣溫甚低，室內必須有暖氣設備，若欲節省大量化石能源的消耗，設法應用太陽輻射熱。大多數太陽能暖房使用熱水系統，亦有使用熱空氣系統。太陽能暖房系統是由太陽能收集器、熱儲存裝置、輔助能源系統，及室內暖房風扇系統所組成，其過程乃太陽輻射熱傳導，經收集器內的工作流體將熱能儲存，再供熱至房間。至輔助熱源則可裝置在儲熱裝置內、直接裝設在房間內或裝設於儲存裝置及房間之間等不同設計。當然亦可不用儲熱雙置而直接將熱能用到暖房的直接式暖房設計，或者將太陽能直接用於熱電或光電方式發電，再加熱房間，或透過冷暖房的熱裝置方式供作暖房使用。最常用的暖房系統為太陽能熱水裝置，其將熱水通至儲熱裝置之中（固體、液體或相變化的儲熱系統），然後利用風扇將室內或室外空氣驅動至此儲熱裝置中吸熱，再把此熱空氣傳送至室內；或利用另一種液體流至儲熱裝置中吸熱，當熱流體流至室內，在利用風扇吹送被加熱空氣至室內，而達到暖房效果。 太陽能發電 即直接將太陽能轉變成電能，並將電能存儲在電容器中，以備需要時使用。 太陽能離網發電系統 太陽能離網發電系統包括1、太陽能控制器(光伏控制器和風光互補控制器)對所發的電能進行調節和控制，一方面把調整後的能量送往直流負載或交流負載，另一方面把多餘的能量送往蓄電池組儲存，當所發的電不能滿足負載需要時，太陽能控制器又把蓄電池的電能送往負載。蓄電池充滿電後，控制器要控制蓄電池不被過充。當蓄電池所儲存的電能放完時，太陽能控制器要控制蓄電池不被過放電，保護蓄電池。控制器的性能不好時，對蓄電池的使用壽命影響很大，並最終影響系統的可靠性。2、太陽能蓄電池組的任務是貯能，以便在夜間或陰雨天保證負載用電。3、太陽能逆變器負責把直流電轉換為交流電，供交流負荷使用。太陽能逆變器是光伏風力發電系統的核心部件。由於使用地區相對落後、偏僻，維護困難，為了提高光伏風力發電系統的整體性能，保證電站的長期穩定運行，對逆變器的可靠性提出了很高的要求。另外由於新能源發電成本較高，太陽能逆變器的高效運行也顯得非常重要。 太陽能離網發電系統主要產品分類 A、光伏組件 B、風機 C、控制器 D、蓄電池組 E、逆變器 F、風力/光伏發電控制與逆變器一體化電源。 太陽能並網發電系統 可再生能源並網發電系統是將光伏陣列、風力機以及燃料電池等產生的可再生能源不經過蓄電池儲能，通過並網逆變器直接反向饋入電網的發電系統。 因為直接將電能輸入電網，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，可以充分利用可再生能源所發出的電力，減小能量損耗，降低系統成本。並網發電系統能夠並行使用市電和可再生能源作為本地交流負載的電源，降低整個系統的負載缺電率。同時，可再生能源並網系統可以對公用電網起到調峰作用。並網發電系統是太陽能風力發電的發展方向，代表了21世紀最具吸引力的能源利用技術。 太陽能並網發電系統主要產品分類 A、光伏並網逆變器 B、小型風力機並網逆變器 C、大型風機變流器 （雙饋變流器，全功率變流器）。
[編輯本段]空間太陽能電源
第一個空間太陽電池載於1958年發射的Vangtuard I，體裝式結構，單晶Si襯底，效率約10%（28℃）。到了1970年代，人們改善了電池結構，採用BSF、光刻技術及更好減反射膜等技術，使電池的效率增加到14%。在70年代和80年代，地面太陽電池大約每5.5年全球產量翻番；而空間太陽電池在空間環境下的性能，如抗輻射性能等得到了較大改善。由於80年代太陽電池的理論得到迅速發展，極大地促進了地面和空間太陽電池性能的改善。到了90年代，薄膜電池和Ⅲ-Ⅴ電池的研究發展很快，而且聚光陣結構也變得更經濟，空間太陽電池市場競爭十分激烈。在繼續研究更高性能的太陽電池，主要有兩種途徑：研究聚光電池和多帶隙電池。 × 空間太陽電池主要性能 電池效率 由於太陽電池在不同光強或光譜條件下效率一般不同，對於空間太陽電池一般採用AM0光譜（1.367KW/㎡），對於地面應用一般採用AM1.5光譜（即地面中午晴空太陽光，1.000 KWm-2）作為測試電池效率的標准光源。太陽電池在AM0光譜效率一般低於AM1.5光譜效率2～4個百分點，例如一個AM0效率為16%的Si太陽電池AM1.5效率約為19%）。 ◎ 25℃，AM0條件下太陽電池效率 電池類型 面積（cm2） 效率（%） 電池結構 一般Si太陽電池 64cm2 14.6 單結太陽電池 先進Si太陽電池 4cm2 20.8 單結太陽電池 GaAs太陽電池 4cm2 21.8 單結太陽電池 InP太陽電池 4cm2 19.9 單結太陽電池 GaInP/GaAs 4cm2 26.9 單片疊層雙結太陽電池 GaInP/GaAs/Ge 4cm2 25.5 單片疊層雙結太陽電池 GaInP/GaAs/Ge 4cm2 27.0 單片疊層三結太陽電池 ◎ 聚光電池 GaAs太陽電池 0.07 24.6 100X GaInP/GaAs 0.25 26.4 50X，單片疊層雙結太陽電池 GaAs/GaSb 0.05 30.5 100X，機械堆疊太陽電池 空間太陽電池在大氣層外工作，在近地球軌道太陽平均輻照強度基本不變，通常稱為AM0輻照，其光譜分布接近5800K黑體輻射光譜，強度1353mW/cm2。因此空間太陽電池多採用AM0光譜設計和測試。 空間太陽電池通常具有較高的效率，以便在空間發射的重量、體積受限制的條件下，能獲得特定的功率輸出。特別在一些特定的發射任務中，如微小衛星（重量在50～100公斤）上應用，要求單位面積或單位重量的比功率更高。 抗輻照性能 空間太陽電池在地球大氣層外工作，必然會受到高能帶電粒子的輻照，引起電池性能的衰減，主要原因是由於電子或質子輻射使少數載流子的擴散長度減小。其光電參數衰減的程度取決於太陽電池的材料和結構。還有反向偏壓、低溫和熱效應等因素也是電池性能衰減的重要原因，尤其對疊層太陽電池，由於熱脹系數顯著不同，電池性能衰減可能更嚴重。 × 空間太陽電池的可靠性 光伏電源的可靠性對整個發射任務的成功起關鍵作用，與地面應用相比，太陽電池/陣的費用高低並不重要，因為空間電源系統的平衡費用更高，可靠性是最重要的。空間太陽電池陣必須經過一系列機械、熱學、電學等苛刻的可靠性檢驗。 Si太陽電池 硅太陽電池是最常用的衛星電源，從1970年代起，由於空間技術的發展，各種飛行器對功率的需求越來越大，在加速發展其他類型電池的同時，世界上空間技術比較發達的美、日和歐空局等國家，都相繼開展了高效硅太陽電池的研究。以日本SHARP公司、美國的SUNPOWER公司以及歐空局為代表，在空間太陽電池的研究發展方面領先。其中，以發展背表面場（BSF）、背表面反射器（BSR）、雙層減反射膜技術為第一代高效硅太陽電池，這種類型的電池典型效率最高可以做到15%左右，目前在軌的許多衛星應用的是這種類型的電池。 到了70年代中期，COMSAT研究所提出了無反射絨面電池（使電池效率進一步提高）。但這種電池的應用受到限制：一是制備過程復雜，避免損壞PN結；二是這樣的表面會吸收所有波長的光，包括那些光子能量不足以產生電子-空穴對的紅外輻射，使太陽電池的溫度升高，從而抵消了採用絨面而提高的效率效應；三是電極的製作必須沿著絨面延伸，增加了接觸的難度，使成本升高。 80年代中期，為解決這些問題，高效電池的製作引入了電子器件製作的一些工藝手段，採用了倒金子塔絨面、激光刻槽埋柵、選擇性發射結等製作工藝，這些工藝的採用不但使電池的效率進一步提高，而且還使得電池的應用成為可能。特別在解決了諸如採用帶通濾波器消除溫升效應以後，這類電池的應用成了空間電源的主角。 雖然很多工藝技術是由一些研究所提出，但卻是在一些比較大的公司得到了發揚光大，比如倒金子塔絨面、選擇性發射結等工藝是在澳大利亞新南威爾士大學光伏研究中心出現，但日本的SHARP公司和美國的SUNPOWER公司目前的技術水平卻為世界一流，有的技術甚至已經移植到了地面用太陽電池的大批量生產。 為了進一步降低電池背面復合影響，背面結構則採用背面鈍化後開孔形成點接觸，即局部背場。這些高效電池典型結構為PERC、PERL、PERT、PERF[1]，其中前種結構的電池已經在空間獲得實用。典型的高效硅太陽電池厚度為100μm，也被稱為NRS/BSF（典型效率為17%）和NRS/LBSF（典型效率為18%），其特徵是正面具有倒金子塔絨面的選擇性發射結構，前後表面均採用鈍化結構來降低表面復合，背面場採用全部或局部背場。實際應用中還發現，雖然採用局部背場工藝的電池要普遍比NRS/BSF的電池效率高一個百分點，但通常局部背場的抗輻照能力比較差。 到了上世紀90年代中期，空間電源工程人員發現，雖然這種類型電池的初期效率比較高，但電池的末期效率比初期效率下降25%左右，限制了電池的進一步應用，空間電源的成本仍然不能很好地降低。 為了改變這種情況，以SHARP為首的研究機構提出了雙邊結電池結構，這種電池的出現有效地提高了電池的末期效率，並在HES、HES-1衛星上獲得了實際應用。 另外研究人員還發現，衛星對電池陣位置的要求比較苛刻，如果太陽電池陣不對日定向或對日定向差等都會影響到衛星電源的功率，這在一定程度上也限制了衛星整體系統的配置。比如空間站這樣復雜的飛行器，有的電池陣幾乎不能完全保證其充足的太陽角，因而就需要高效電池來滿足要求。雖然目前已經部分應用了常規的高效電池，但電池的高的α吸收系數、有限的空間和重量的需要使其仍然不能滿足空間系統大規模功率的需要。傳統的電池結構仍然受到很大程度的限制。在這種情況下，俄羅斯在研究高效硅電池初期就側重於提高電池的末期效率為主，在結合電池陣研究方面提出了雙面電池的構想並獲得了成功，真正做到了高效長壽命和低成本。 × 太陽能路燈 太陽能路燈太陽能路燈是一種利用太陽能作為能源的路燈，因其具有不受供電影響，不用開溝埋線，不消耗常規電能，只要陽光充足就可以就地安裝等特點，因此受到人們的廣泛關注，又因其不污染環境，而被稱為綠色環保產品。太陽能路燈即可用於城鎮公園、道路、草坪的照明，又可用於人口分布密度較小，交通不便經濟不發達、缺乏常規燃料，難以用常規能源發電，但太陽能資源豐富的地區，以解決這些地區人們的家用照明問題。
[編輯本段]太陽能電池
太陽能電池發電原理 太陽能電池是一對光有響應並能將光能轉換成電力的器件。能產生光伏效應的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發電原理基本相同，現以晶體為例描述光發電過程。P型晶體硅經過摻雜磷可得N型硅，形成P－N結。 當光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發生了越遷，成為自由電子在P－N結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的實質是：光子能量轉換成電能的過程。 太陽簡介 太陽是離地球最近的一顆恆星,也是太陽系的中心天體,它的質量占太陽系總質量的99.865%。太陽也是太陽系裡惟一自己發光的天體,它給地球帶來光和熱。如果沒有太陽光的照射,地面的溫度將會很快地降低到接近絕對零度。由於太陽光的照射,地面平均溫度才會保持在14℃左右,形成了人類和絕大部分生物生存的條件。除了原子能、地熱和火山爆發的能量外,地面上大部分能源均直接或間接同太陽有關。 太陽是一個主要由氫和氦組成的熾熱的氣體火球,半徑為6.96×105km(是地球半徑的109倍)，質量約為1.99×1027t(是地球質量的33萬倍)，平均密度約為地球的1/4。太陽表面的有效溫度為5762K,而內部中心區域的溫度則高達幾千萬度。太陽的能量主要來源於氫聚變成氦的聚變反應,每秒有6.57×1011kg的氫聚合生成6.53×1011kg的氦,連續產生3.90×1023kW能量。這些能量以電磁波的形式,以3×105km/s的速度穿越太空射向四面八方。地球只接受到太陽總輻射的二十二億分之一,即有1.77×1014kW達到地球大氣層上邊緣(「上界」),由於穿越大氣層時的衰減,最後約8.5×1013kW到達地球表面,這個數量相當於全世界發電量的幾十萬倍。 根據目前太陽產生的核能速率估算,氫的儲量足夠維持600億年,而地球內部組織因熱核反應聚合成氦,它的壽命約為50億年,因此,從這個意義上講,可以說太陽的能量是取之不盡、用之不竭的。 太陽的結構和能量傳遞方式簡要說明如下。 太陽的質量很大,在太陽自身的重力作用下,太陽物質向核心聚集,核心中心的密度和溫度很高,使得能夠發生原子核反應。這些核反應是太陽的能源,所產生的能量連續不斷地向空間輻射,並且控制著太陽的活動。根據各種間接和直接的資料,認為太陽從中心到邊緣可分為核反應區、輻射區、對流區和太陽大氣。 (1)核反應區 在太陽半徑25%(即0.25R)的區域內,是太陽的核心,集中了太陽一半以上的質量。此處溫度大約1500萬度(K),壓力約為2500億大氣壓(1atm=101325Pa),密度接近158g/cm3。這部分產生的能量占太陽產生的總能量的99%,並以對流和輻射方式向外輻射。氫聚合時放出伽瑪射線,這種射線通過較冷區域時,消耗能量,增加波長,變成X射線或紫外線及可見光。 (2)輻射區 在核反應區的外面是輻射區,所屬范圍從0.25～0.8R,溫度下降到13萬度,密度下降為0.079g/cm3。在太陽核心產生的能量通過這個區域由輻射傳輸出去。 (3)對流區 在輻射區的外面是對流區(對流層),所屬范圍從0.8～1.0R,溫度下降為5000K,密度為10－8g/cm3。在對流區內,能量主要靠對流傳播。對流區及其裡面的部分是看不見的,它們的性質只能靠同觀測相符合的理論計算來確定。 (4)太陽大氣 大致可以分為光球、色球、日冕等層次,各層次的物理性質有明顯區別。太陽大氣的最底層稱為光球,太陽的全部光能幾乎全從這個層次發出。太陽的連續光譜基本上就是光球的光譜,太陽光譜內的吸收線基本上也是在這一層內形成的。光球的厚度約為500km。色球是太陽大氣的中層,是光球向外的延伸,一直可延伸到幾千公里的高度。太陽大氣的最外層稱為日冕,日冕是極端稀薄的氣體殼,可以延伸到幾個太陽半徑之遠。嚴格說來,上述太陽大氣的分層僅有形式的意義,實際上各層之間並不存在著明顯的界限,它們的溫度、密度隨著高度是連續地改變的。 可見,太陽並不是一個一定溫度的黑體,而是許多層不同波長放射、吸收的輻射體。不過,在描述太陽時,通常將太陽看作溫度為6000K、波長為0.3～3.0μm的黑色輻射體。 太陽能利用新近展 目前國際上已經從晶體硅、薄膜太陽能電池開發進入了有機分子電池、生物分子篩選乃至於合成生物學與光合作用生物技術開發的生物能源的太陽能技術新領域。 日前從上海市科委獲悉，華東師范大學科研人員利用納米材料在實驗室中成功「再造」葉綠體，以極其低廉的成本實現光能發電。 葉綠體是植物進行光合作用的場所，能有效將太陽的光能量轉化成化學能。此次課題組並非在植物體外「拷貝」了一個葉綠體，而是研製出一種與葉綠體結構相似的新型電池———染料敏化太陽能電池，嘗試將光能轉化成電能。在上海市納米專項基金的支持下，經過3年多實驗與探索，這塊仿生太陽能電池的光電轉化效率已超過10％，接近11％的世界最高水平。 項目負責人、華東師大納光電集成與先進裝備教育部工程研究中心主任孫卓教授展示了新型太陽能電池的「三明治」結構———中空玻璃夾著一層納米「夾心」，光電轉化的玄機就藏在這層幾十微米厚的復合薄膜中。納米「夾心」的「配方」十分獨特：染料充當「捕光手」，納米二氧化鈦則是「光電轉換器」。為了讓染料盡可能多「吃」太陽光，科研人員還別出心裁地撒了點「佐料」———一種由納米熒光材料製成的量子點，讓不同波長的陽光都能對上「捕光手」的「胃口」。只要不斷改進「配方」，納米「夾心」的光電轉化效率就能一次次提高。 作為第三代太陽能電池，染料敏化電池的最大吸引力在於廉價的原材料和簡單的製作工藝。據估算，染料敏化電池的成本僅相當於硅電池板的1／10。同時，它對光照條件要求不高，即便在陽光不太充足的室內，其光電轉化率也不會受到太大影響。另外，它還有許多有趣用途。比如，用塑料替代玻璃「夾板」，就能製成可彎曲的柔性電池；將它做成顯示器，就可一邊發電，一邊發光，實現能源自給自足。 太陽能是一種潔凈和可持續產生的能源，發展太陽能科技可減少在發電過程中使用礦物燃料，從而減輕空氣污染及全球暖化的問題。