第一篇：太陽能論文

綜述納米結(jié)構(gòu)材料在太陽能電池中的應用 作者：Elham n Afsha 摘要：近年來，納米結(jié)構(gòu)材料，為未來的可再生能源已經(jīng)開辟了一條很有前途的路線，特別是在太陽能電池。本文考慮了納米結(jié)構(gòu)材料在提高太陽能電池結(jié)構(gòu)性能和穩(wěn)定性方面的優(yōu)越性。這些結(jié)構(gòu)已被用于各種性能/能量控制的版本增強策略。在這里，我們已經(jīng)調(diào)查了四種類型的納米結(jié)構(gòu)應用于太陽能電池，其中所有被命名為量子太陽能電池。我們還討論了量子點納米顆粒和碳碳納米管量子太陽能電池與傳統(tǒng)的太陽能電池競爭的新發(fā)展。此外，優(yōu)點，缺點和納米結(jié)構(gòu)太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化進行了挑戰(zhàn)。關(guān)鍵詞:納米結(jié)構(gòu);太陽能電池;太陽能轉(zhuǎn)換;光伏設備 1.介紹

太陽能電池（SCS）或光伏（PV）的設備，收獲陽光的能量直接轉(zhuǎn)化為電能?；剂希缡?、焦油等，已作為能源的主要來源，但化石燃料資源有限，由于環(huán)境退化，每年增加的供應成本。技術(shù)和基礎設施的發(fā)展和改進提供了替代能源和可再生能源，如太陽能，風能，地熱能，生物質(zhì)能，水電，核電等。光伏技術(shù)是唯一的替代性可再生能源如風力、生物質(zhì)能、核能和水電。該技術(shù)具有許多優(yōu)點，相對于其他可再生能源，如，從陽光直接產(chǎn)生電力，在便攜式模塊的形式提供電力，具有小型到大型兆瓦的發(fā)電廠，而不被特殊區(qū)域限制。所有這些技術(shù)都有望在未來的幾十年中對世界的能源供應作出顯著貢獻。

通過開發(fā)技術(shù)和理念提高PVS的能量轉(zhuǎn)換效率必須不斷擴大為我們未來全球能源的補充，但關(guān)鍵部件，PVS的主要問題是其較高的生產(chǎn)成本和能源消耗。2．光伏的歷史和發(fā)展

世界上第一個商業(yè)化的光伏是基于晶體硅的，它是1954年2月由貝爾實驗室的研究人員研制，第一個硅電池的效率約為4%，然后，許多研究人員提出了一個嘗試演示的效率約為3 25%非常接近理論極限，在一個陽光下照射31%。如今，今天的大多數(shù)商業(yè)化的晶體硅基SCS是封裝在模塊中有14–20%太陽光轉(zhuǎn)換效率。今天,采用硅作為光伏行業(yè)最常用的材料的主要原因是,它是第二豐富的元素(氧)地殼的相對廉價的半導體。晶體硅的生產(chǎn)成本相對較低,每公斤0.2美元。然而,硅的光學和電學性質(zhì)并不是很好的半導體技術(shù)和光伏。例如,在制造過程中，間接帶隙的Si使得光學吸收和光傳輸效率低下,如果需要一個最低純度水平。這些是最重要的原因，不是太陽能能量轉(zhuǎn)換理想的半導體材料。單結(jié)SCs(如Si)的效率是有限的31%的主要原因如下:

●透明度的重要部分(20%)較低的太陽光譜的光子能量比帶隙;●高能光子的損失由于熱熱化,運營商和聲子散射;●從細胞表面的反射;●無輻射復合帶隙之間的轉(zhuǎn)換。

大部分Si SCs被認為是代我技術(shù),而第二代細胞是基于薄膜技術(shù),允許使用薄材料吸收體沉積在基質(zhì)成本較低,因此降低電池成本。第三代細胞是基于納米結(jié)構(gòu)和能量轉(zhuǎn)換的概念,有可能實現(xiàn)有限的效率大于單一連接限制。預計這種結(jié)構(gòu)基于納米粒子能夠?qū)崿F(xiàn)成本水平相似或優(yōu)于第二代電池技術(shù)。第二代細胞,如多結(jié)(MJ)pv,允許更大范圍的波長的吸收太陽光譜結(jié)合不同帶隙材料串聯(lián)堆棧和最大濃度下可以達到71%的效率理論基于2-4和超出許多不同的帶隙?，F(xiàn)在,這些是昂貴的(> 7 w?1美元),它們用于空間應用程序,以及太陽能發(fā)電站地面集中器系統(tǒng)小面積是必要的。3.納米SCs 這是串聯(lián)細胞的效果可以結(jié)合在一種材料中的高效率和低成本的半導體。所有這些問題都是我們對新技術(shù)和新概念的一個新的問題。串聯(lián)的方式影響細胞可以組合在一個高效和低成本的半導體材料。必須注意的是，在太陽能轉(zhuǎn)換領域的納米技術(shù)的權(quán)力。對應用于SCs的后四個類型的納米結(jié)構(gòu)進行了調(diào)查;●納米復合材料(3 D), ●量子井(2 D), ●納米線和納米管((準)1 D), ●納米顆粒和量子點(量子點)[(準)0 D]。

這些結(jié)構(gòu)被用于各種性能/能量轉(zhuǎn)換增強策略。每種類型提到的現(xiàn)象將很快解釋;將納米級熒光粉顆粒吸收光譜的一部分,轉(zhuǎn)換為更適合SC的能量稱為納米復合材料系統(tǒng)能源轉(zhuǎn)換器。第一個3 D納米應用的例子,色素增感太陽能電池光伏設備(DSC),最初是由Greatzel和奧雷根。這種結(jié)構(gòu),結(jié)合新的分子吸收,有助于提高DSCs 性能,一些公司試圖擴大到模塊級別。此外,DSCs液態(tài)電解質(zhì)的存在激發(fā)了開發(fā)聚合物SCs的工作。

Nanu等人，噴涂CuInS 2復合（CIS）和TiO 2納米顆粒在石墨/納米二氧化鈦電極結(jié)構(gòu)完成了結(jié)構(gòu)致密的二氧化鈦膜由透明導電氧化物（TCO）約有5%的能量轉(zhuǎn)換效率。作者展示了創(chuàng)建納米復合材料。納米結(jié)構(gòu)的另一種形式是納米晶硅的使用更換無定形硅或?qū)⑺鼈兘Y(jié)合在一起的串聯(lián)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的晶界，顯著提高復合中心濃度以及重組的概率因為載流子要遍歷很多界限高表面積。

量子威爾斯也具有高的吸收，由于較高的密度，導致高的短路電流的帶邊的高密度。多量子威爾斯插在基于三–V的材料主要是GaAs和相關(guān)合金如AlGaAs和InGaAs SC器件的有源區(qū)，一直關(guān)注了好幾次。下一個二維受限的納米結(jié)構(gòu)，即納米線和納米管提供準或真實的一維結(jié)構(gòu)。

納米線作為一個直接的路徑不存在晶界的電荷傳輸，從而導致增強的性能相比，縱橫比接近1:1的納米結(jié)構(gòu)的應用。他們提供了一個更直接的路徑，電荷傳輸?shù)慕佑|，而樹枝狀的納米線結(jié)構(gòu)，可以提高光的收獲。例如，楊和他的同事表明與基于DSC的最大功率轉(zhuǎn)換效率1.5% AM1.5光下納米TiO2相比短路電流密度的增大。此外，納米線還提供了增強的光吸收特性的潛力。tsakalakos等人，已經(jīng)顯示出這種效果直接在硅納米線的制備直接在熔融石英襯底上

阿撒托斯和同事顯示的所有無機納米棒SC組成的層上沉積的CdTe納米棒的CdSe納米棒。這些電池產(chǎn)生的功率轉(zhuǎn)換效率為1%，并進一步燒結(jié)的納米線的復合膜，允許更好的粘附/接合的納米線的接口產(chǎn)生的效率約3%的細胞。

總之，納米線和納米棒未來的供應鏈設備顯示出巨大的前景，剩余的技術(shù)挑戰(zhàn)，包括適當?shù)谋砻驸g化，分流和高品質(zhì)的接觸。碳納米管（碳納米管）也被證明能產(chǎn)生光伏效應。李等，顯示一個單獨的碳納米管的二極管，靜電摻雜在分裂柵場效應晶體管的結(jié)構(gòu)，是一種理想的P N結(jié)一理想因子。他們已經(jīng)得出結(jié)論，碳納米管沒有表面狀態(tài)，因為碳鍵的石墨烯結(jié)構(gòu)的碳納米管是飽和的。這種裝置被證明具有小的光伏效應，估計功率約5%的轉(zhuǎn)換效率。碳納米管也正在探索作為電極。在所有提到的納米結(jié)構(gòu)，量子點已經(jīng)成為如此著名，由于它們的潛在的實施在各種光伏應用和增強計劃。對該量子點在基于兩大概念的SC結(jié)構(gòu)這一特性可以通過特殊性能的納米結(jié)構(gòu)改性后的現(xiàn)實?！穸嗉ぷ赢a(chǎn)生(MEG)或碰撞電離(II): 在這個概念中,高能量光子能量大于兩個帶隙應通過II產(chǎn)生兩個或更多的電子空穴對的效果。量子化的量子點納米級別的概率是一個好主意來增強這種效果。Nozik理論上首次提出這個概念。

最近的硒化鉛和PbS納米晶體實驗表明,它確實是可以用數(shù)量的激子單光子吸收。實踐方面,包括電荷分離等,需要額外的基礎研究?！裰虚g帶的概念: 中間帶源于集成量子點的量化水平。這個概念可以解決一個大問題，有著悠久的歷史，在供應鏈的材料設計。如果一個中間能帶中間能帶通過主機材料帶隙，可以利用光子的間隙可以利用。這樣的能帶結(jié)構(gòu)會有一個有限的效率超過60%，因此它有很大的希望。制這個很有前途的方法，通過在量子點嵌入在p-i-n結(jié)構(gòu)的有源區(qū)結(jié)構(gòu)，引入了一個中間帶的半導體，是類似于盧克和同事的做法的差距。4 結(jié)論

有一個光伏技術(shù)實現(xiàn)用戶社區(qū)，提高電池的效率。同時降低成本將是至關(guān)重要的，如果光伏技術(shù)被廣泛用于初級或二次能源需求。

未來發(fā)展的納米結(jié)構(gòu)的南海將關(guān)注未來發(fā)展的供應鏈效率。

利用納米結(jié)構(gòu)材料的物理和化學性質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)材料的動機出現(xiàn)了。流形的研究活動一直專注于納米結(jié)構(gòu)材料在太陽能轉(zhuǎn)換領域的應用。特殊的物理效應，涉及到納米級的規(guī)模，增加有趣的宏觀特性。目前調(diào)查，正如上面所討論的，直接相關(guān)的納米結(jié)構(gòu)材料的新現(xiàn)象。由于納米技術(shù)是一個領域的相當大的研究活動，這一發(fā)現(xiàn)可能引發(fā)太陽能技術(shù)的主要興趣。Review on the application of nanostructure materials in solar cells Elham N.Afshar(Department of New Technologies, University of Tabriz, Tabriz 51566, Iran Georgi Xosrovashvili Department of Engineering, Ilia Chavchavadze State University,Kutaisi, 4600 Tbilisi, Georgia Rasoul Rouhi and Nima E.Gorji ?Department of New Technologies, University of Tabriz, Tabriz 51566, Iran)Abstract: In recent years, nanostructure materials have opened a promising route to future of the renewable sources, especially in the solar cells.This paper considers the advantages of nanostructure materials in improving the performance and stability of the solar cell structures.These structures have been employed for various performance/energy con-version enhancement strategies.Here, we have investigated four types of nanostructures applied in solar cells, where all of them are named as quantum solar cells.We have also discussed recent development of quantum dot nanoparticles and carbon nanotubesenabling quantum solar cells to be competitive with the conventional solar cells.Fur-thermore, the advantages, disadvantages and industrializing challenges of nanostructured solar cells have been investigated.

第二篇：太陽能結(jié)業(yè)論文

TAIYUANG 太陽能的開發(fā)與利用

太陽能作為一種能源，與煤炭、石油等化石能源和核能等相比，有著普遍性、無害性、長久性、巨大性的獨具特點。根據(jù)目前世界上已探明的可采儲量和能源的年消耗量來計算，占世界能源供應40%的石油資源再過40-50年左右就將耗盡，而化石能源在轉(zhuǎn)換過程中造成的污染也帶來越來越尖銳的生態(tài)危機。我國不僅是世界上少數(shù)幾個能源以煤為主的國家之一，也是世界上最大的煤炭消費國。年排放SO2近2000萬t，酸雨面積已占國土面積的30%，空氣質(zhì)量達標城市僅占1/3，流經(jīng)城市的河段70%受到不同程度污染，固體廢棄物堆存量已達70多億噸。盡快遏制生態(tài)環(huán)境惡化狀況，改善環(huán)境質(zhì)量已成為我國可持續(xù)發(fā)展亟待解決的問題。轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，建設節(jié)約型、環(huán)境友好型的社會迫在眉睫。由鑒于此，作為地球上最重要的綠色可再生能源——太陽能，其開發(fā)利用潛力巨大。國外概況及趨勢

太陽能的利用分為廣義和狹義兩種。廣義的太陽能利用指對太陽輻射能及其所產(chǎn)生的其它自然能,如水力、風能、潮汐能、海洋溫差和生物質(zhì)能等的轉(zhuǎn)化與利用;狹義的太陽能利用指對太陽輻射能的直接轉(zhuǎn)化和利用[3]。本文僅討論狹義的太陽能利用。太陽能的直接轉(zhuǎn)化和利用技術(shù)主要是通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能、電能等方式實現(xiàn)的，由于光電轉(zhuǎn)換裝置通常利用半導體器件的光伏效應原理實現(xiàn)，因此又稱太陽能光伏技術(shù)。20世紀50年代，太陽能利用領域出現(xiàn)兩項重大技術(shù)突破:一是1954年美國貝爾實驗室研制出6％的實用型單晶硅電池;二是1955年以色列Tabor提出選擇性吸收表面概念和理論并研制成功選擇性太陽吸收涂層,為太陽能利用進入現(xiàn)代發(fā)展時期奠定了技術(shù)基礎。自上世紀7O年代以來，隨著常規(guī)能源供給的有限性和環(huán)保壓力的增加，世界上許多國家掀起了開發(fā)利用太陽能的熱潮，紛紛制定了明確的長、中、短期的戰(zhàn)略發(fā)展目標。美國、日本、德國相繼實施了“陽光計劃”和“萬戶、百萬戶太陽能屋頂計劃”，法國、英國、意大利等歐盟國家及一些發(fā)展中國家也紛紛制定了相應的發(fā)展計劃。20世紀90年代以來聯(lián)合國召開了一系列太陽能高峰會議，討論和制定世界太陽能戰(zhàn)略規(guī)劃，進一步推動全球太陽能的開發(fā)利用，使其成為各國制訂可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。

太陽能熱水器是太陽能熱利用中商業(yè)化程度最高、應用最普遍的技術(shù)。塞浦路斯和以色列人均使用太陽能熱水器面積居世界首位，分別為1 m2/人。日本和以色列太陽能熱水器戶用比例分別為20%和80%，但世界太陽能熱水器的平均戶用比例還非常低，約1%-2%。世界太陽能建筑發(fā)展迅速。據(jù)統(tǒng)計，建筑能耗占世界總能耗的1/3，其中空調(diào)和供熱能耗占有相當大的比例。試驗表明，太陽能建筑節(jié)能率大約75%左右，是太陽能熱利用的重要市場，因此太陽能建筑已成為最具發(fā)展前景的領域之一。太陽能熱發(fā)電技術(shù)同其它太陽能技術(shù)一樣，在不斷完善和發(fā)展，但其商業(yè)化程度還未達到熱水器和光伏發(fā)電的水平。目前世界光伏發(fā)電主要集中在日本、德國和美國3個經(jīng)濟強國，約占世界光伏發(fā)電市場的 80％。據(jù)專家估計，21世紀世界太陽能利用將具六大趨向：一是光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)以高增長速率發(fā)展。預計到下世紀中葉, 光伏發(fā)電將成為人類的基礎能源之一；二是太陽能熱發(fā)電將在2020年左右初步實現(xiàn)商業(yè)化；三是太陽電池組件成本將大幅度降低；四是光伏產(chǎn)業(yè)向百兆瓦級規(guī)模和更高技術(shù)水平發(fā)展；五是薄膜電池技術(shù)將獲得突破；六是光伏系統(tǒng)和建筑結(jié)合將使太陽能光伏發(fā)電向替代能源過渡，成為世界能源結(jié)構(gòu)組成的重要部分[4]。國內(nèi)概況及趨勢

20世紀70年代初世界上出現(xiàn)的開發(fā)利用太陽能熱潮，對我國也產(chǎn)生巨大影響。1975年，在河南安陽召開的“全國第一次太陽能利用工作經(jīng)驗交流大會”，進一步推動了我國太陽能事業(yè)的發(fā)展。此后，我國政府一直把研究開發(fā)太陽能技術(shù)和推廣工作列入國家計劃，一些大學和科研院所，相繼開展太陽能課題研究,成立研究室，有條件的地方開始籌建太陽能研究所。太陽能利用已廣泛應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，尤其以太陽光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)產(chǎn)品最多，如太陽能熱水器、太陽能干燥器、日光溫室、太陽房、太陽灶、太陽能采暖和制冷系統(tǒng)等。主要體現(xiàn)：一是太陽能熱水器。成為我國太陽能利用中應用最廣泛、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最迅速的領域。太陽熱水器技術(shù)性能得到進一步改善，其應用方式已由季節(jié)性、間歇式應用發(fā)展到全天候、連續(xù)性應用。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止到2004年，全國太陽熱水器使用保守累計量約6300萬m2，年銷售量為歐洲的10倍，達1200萬m2，都位居世界第一。但戶用比例僅為3%，與日本和以色列等國家相比，差距很大;二是太陽能建筑。我國自20世紀70年代開始被動太陽房采暖建筑的研究開發(fā)和示范, 其采暖節(jié)能效率為60%-70%，至今已建成建筑面積約1 000萬m2，每年可節(jié)約20-40萬tce。太陽能熱利用與建筑一體化技術(shù)開發(fā)取得實質(zhì)進展，但在技術(shù)水平上同國外還有相當大的差距。根據(jù)國家建設部的建筑節(jié)能規(guī)劃，爭取在2010年和2030年分別實現(xiàn)民用建筑太陽房達到10%和30%，其開發(fā)利用前景廣闊;三是太陽能熱發(fā)電。其研發(fā)工作始于20世紀70年代末，目前還沒有試驗樣機。

我國的光伏發(fā)電研究始于上世紀50年代末，80年代中后期，通過引進國外太陽電池生產(chǎn)線和關(guān)鍵設備，初步形成4.5MW的生產(chǎn)能力?！熬盼濉逼陂g國產(chǎn)晶體硅電池效率達到了11-14%，比“八五”時期提高2%。經(jīng)過20 多年的發(fā)展，我國光伏組件生產(chǎn)成本不斷降低、市場不斷擴大、裝機容量逐年增加，1999年底累計約15MW。應用領域包括農(nóng)村電氣化、交通、通信、石油、氣象、國防等。特別是光伏電源系統(tǒng)解決了許多農(nóng)村學校、醫(yī)療所、家庭照明、電視等用電，對發(fā)展邊遠貧困地區(qū)的社會經(jīng)濟和文化發(fā)揮了十分重要的作用。但在總體水平上同國外相比還有很大差距，尤其是在向生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化和應用領域方面差距很大。表現(xiàn)為：一是生產(chǎn)規(guī)模?。欢羌夹g(shù)水平較低；三是專用原材料性能有待進一步改進；四是成本高；五是市場培育和發(fā)展遲緩。根據(jù)專家預測：21世紀我國光伏發(fā)電在采用2種發(fā)展模式的情況下，即年增長率約15%的常規(guī)模式或在政策法規(guī)驅(qū)動下年增長率約25%的快速模式，在2030年左右光伏技術(shù)的發(fā)電成本在幾乎整個電力市場上都具有競爭力。太陽能資源開發(fā)利用存在的主要問題

(1)缺乏統(tǒng)一、可持續(xù)的戰(zhàn)略支持政策

主要表現(xiàn)在三個方面：一是政府決策尚停留在宏觀層面上，缺乏統(tǒng)一、具體的戰(zhàn)略目標和指導方針；二是缺乏寧夏太陽能開發(fā)利用總體戰(zhàn)略布局及短、中、長期發(fā)展規(guī)劃；三是缺乏制定強制性的適用本地區(qū)太陽能開發(fā)利用的政策和規(guī)定。(2)缺乏系統(tǒng)、完善的經(jīng)濟激勵政策

主要體現(xiàn)在四個方面：一是缺乏完善的對投資者、用戶及相關(guān)產(chǎn)品的補貼政策；二是缺乏系統(tǒng)的稅收優(yōu)惠或強制性稅收政策；三是缺乏優(yōu)惠的價格政策；四是缺乏低息（貼息）貸款政策。

(3)缺乏新能源應具有的戰(zhàn)略位置

(4)資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢的差距較大

雖然部分的太陽能資源豐富，具有得天獨厚的優(yōu)越條件，但太陽能資源開發(fā)利用狀況與國外相比差距懸殊。不僅與歐美等國家相比差距懸殊，就是同一些發(fā)展中國家相比也有很大的差距。

(5)缺乏保障機制

一是無統(tǒng)一的組織管理機構(gòu)。多年來，我區(qū)的太陽能等新能源與可再生能源的管理工作分散在多個部門，如發(fā)改委、經(jīng)委、農(nóng)業(yè)廳等都設有專門的處室負責其中的一部分工作，形成職能交叉、資金分散、重復建設、政出多門；二是對太陽能等新能源與可再生能源資金投入太少。我區(qū)太陽能等新能源與可再生能源建設項目目前還沒有規(guī)范地納入各級政府財政預算和計劃；三是缺乏項目支持。國家與地方應積極組織倡導太陽能開發(fā)利用項目，以使之持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。

(6)認識不到位、信息不暢通

一是對開發(fā)太陽能等新能源與可再生能源戰(zhàn)略意義認識不足，寧夏太陽能的開發(fā)利用行動大多體現(xiàn)在政府的文件和應對國家需求上；二是在太陽能等新能源研究開發(fā)方向上，僅僅表現(xiàn)出國家的積極性，我區(qū)地方或企業(yè)界基本沒有介入或介入甚少；三是太陽能等新能源與可再生能源信息不暢，導致此方面的信息難以掌握。符合國情的太陽能資源開發(fā)利用對策及建議

(1)加強立法工作：從法律和政策層面保證太陽能等可再生能源的發(fā)展。我國各級政府的有關(guān)部門應根據(jù)《中華人民共和國可再生能源法》、《中華人民共和國清潔生產(chǎn)促進法》等相關(guān)法律、法規(guī)的相關(guān)規(guī)定，研究、制定適宜我區(qū)的具體實施方案和細則，并進一步明確我區(qū)各個地區(qū)太陽能等可再生能源發(fā)展的合理比例，從而形成一套上下配合、互為補充、完整有力的政策體系。

(2)制訂發(fā)展規(guī)劃：邀請國內(nèi)外知名專家，匯集國內(nèi)精英，共商太陽能發(fā)展大計，謀劃符合國情的太陽能開發(fā)利用戰(zhàn)略目標和指導方針，研討制訂太陽能開發(fā)利用總體戰(zhàn)略布局及短、中、長期發(fā)展規(guī)劃，提出戰(zhàn)略措施，部署戰(zhàn)略任務。

(3)規(guī)劃經(jīng)濟激勵政策：各級政府要從補貼、稅收、價格、低息（貼息〕貸款政策等方面，建立系統(tǒng)的、完善的、可操作性強的經(jīng)濟激勵政策，一定要明確享受國家優(yōu)惠政策的對象應具備的條件以及享受優(yōu)惠條件后應達到的經(jīng)濟目標和技術(shù)目標等。

(4)創(chuàng)建研發(fā)基地：切實加強應用基礎研究，高度重視實用技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新，提高太陽能等新能源與可再生能源的應用基礎理論研究水平。建議選擇國內(nèi)具備一定研發(fā)能力和經(jīng)濟實力的企業(yè)，邀請國內(nèi)有關(guān)知名專家或企業(yè)參與，并以此為基礎，組織建立競爭、流動、開放的太陽能等新能源研究所，政府在資金、項目、經(jīng)濟政策方面給予一定的傾斜，為提高我國太陽能開發(fā)利用綜合實力提供有力技術(shù)支撐。

(5)建立保障機制：首先應理順關(guān)系，建立統(tǒng)一的組織管理機構(gòu)。將我國的太陽能等新能源與可再生能源的管理工作統(tǒng)一規(guī)劃在一個管理部門，強化各級政府的宏觀調(diào)控力度；其次應加大太陽能等新能源與可再生能源資金投入。將我國太陽能等新能源與可再生能源建設項目納入各級政府財政預算和計劃，將有限資金集中使用，引導促進其向產(chǎn)業(yè)化、市場化方向發(fā)展；第三是建立落實配套項目支持機制。對各級政府開展的太陽能開發(fā)利用項目，均應落實配套項目資金及人力、物力的支持，以保障其可持續(xù)發(fā)展。

(6)適宜途徑及技術(shù):結(jié)合我國實際建議短期內(nèi)從日光溫室、太陽能熱水器、太陽能堿水淡化、太陽能枸杞干燥室、太陽能養(yǎng)魚、育苗等技術(shù)項目入手,在農(nóng)村能源建設、太陽能與建筑結(jié)合、示范推廣太陽能專項計劃、建立多能互補、相互協(xié)調(diào)的供能和用能體系等方面重點開展技術(shù)開發(fā)和利用工作。

(7)建立宣傳培訓機制：擴大宣傳教育，提高全社會，尤其是各級政府領導和企業(yè)家的環(huán)境意識，增強其參與太陽能等可再生能源研究開發(fā)的能力及主動性。并將太陽能等可再生能源的宣傳、教育和培訓列入各級政府的工作計劃，配備專項經(jīng)費，建立長效機制，營造利用循環(huán)經(jīng)濟，建設節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的人文環(huán)境。

第三篇：創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)論文-空間太陽能研究

Central South University

空間太陽能的研究

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2013年03月9日 星期六

空間太陽能電站及無線能量傳輸

摘要：空間太陽能電站是一項非常龐大的系統(tǒng)工程，幾乎牽涉到各個技術(shù)行業(yè)。它能為人類社會提供源源不斷的能源，從而徹底解決能源問題。而無線能量傳輸技術(shù)是空間太陽能電站的主要關(guān)鍵技術(shù)，亟待突破。

關(guān)鍵詞：空間太陽能電站，無線能量傳輸技術(shù)，能量

Abstract：Space solar power stations is a very huge system engineering, involving almost every industry.It can provide a steady stream of energy for human society, so as to thoroughly solve the energy problem.The wireless energy transmission technology is the main key of space solar power technology,and it needs to break through.Key words: Space solar power station Wireless energy transfer technology energy 0.引言

隨著人類社會的快速發(fā)展，人類所面臨的能源問題和環(huán)境問題越來越突出，地球礦物資源的大量開采與消耗, 使石油、煤炭等資源日趨短缺，據(jù)估計包括化石能源在內(nèi)的所有能源儲量僅能夠人類使用100～200年左右。目前全球原油年消耗量約為35億噸，而亞洲的原油尤其是中國的年消耗量正在激增中。在今后25年中，全球原油平均每年消耗將達50億噸，足以把現(xiàn)已探明的全部儲量耗盡。中國人均能源消耗約為世界人均能源消耗的1/2,為發(fā)達國家的1/10，為美國的1/13,比其他任何國家更快遇到能源短缺問題。我國如不及早地開展從根本上解決能源問題的研究 能源危機將會嚴重制約我國經(jīng)濟的發(fā)展，甚至威脅到國家的安全。另外過量消耗礦物燃料造成地球生態(tài)環(huán)境的惡化, 也促使人們尋找新能源和各

種可再生能源；再者世界經(jīng)濟的迅速發(fā)展,對能源的需求越來越大。由于空間太陽能具有能流密度大、持續(xù)穩(wěn)定、不受晝夜氣候影響、潔凈、無污染等優(yōu)點, 且隨著人類征服太空能力的加強,利用空間太陽能發(fā)電SPS（Solar Power from Space）已越來越受世界各國的關(guān)注。

而對于其他類型的能源如風能、潮汐能、水電能、地面太陽能、地熱能等都由于各種各樣的限制而無法為人類提供全面的能源需求，而剩下的可供選擇的就只有核聚變能和空間太陽能，而核聚變能在50年能否實現(xiàn)商業(yè)化還是一個問題，而空間太陽能電站在20～30年內(nèi)有可能實現(xiàn)商業(yè)化，且大氣層外沒有云層、霧、塵埃等，太陽光線不會被減弱，強度是地面上的7～15倍。且太陽光的輻射能量十分穩(wěn)定，在靜止軌道上建設的太陽能電站1年中99%的時間是白天，其利用效率比在地面上高出6～15倍。所以，太陽能空間站的使用將極大緩解人類社會的能源緊張局面?？臻g太陽能的概念及發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 空間太陽能概念的提出

1968年，美國的Peter Glaser博士提出了太陽能發(fā)電衛(wèi)星（Solar Power Satellite，簡稱SPS）。其基本構(gòu)想是在地球外層空間建立太陽能發(fā)電衛(wèi)星基地，利用取之不盡的太陽能來發(fā)電，然后通過微波將電能送到地面的接收（天線）裝置，再將所接收的微波能束轉(zhuǎn)變成電能供人類使用。空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)基本由三部分組成：太陽能發(fā)電裝置、能量的轉(zhuǎn)換和發(fā)射裝置以及地面接收和轉(zhuǎn)換裝置。

太陽能發(fā)電裝置將太陽能轉(zhuǎn)化成為電能；能量轉(zhuǎn)換裝置將電能轉(zhuǎn)換成微波或激光，并利用天線向地面發(fā)送能量；地面接收系統(tǒng)利用地面天線接收空間發(fā)射來的能量，通過轉(zhuǎn)換裝置把其轉(zhuǎn)換成為電能供人類使用。整個過程經(jīng)歷了太陽能一電能一微波一電能的能量或者太陽能一激光一電能轉(zhuǎn)變過程。

1.2 空間太陽能的發(fā)展現(xiàn)狀

1.21國外空間太陽能的發(fā)展現(xiàn)狀

美國在20世紀70年代，投入約5000萬美元進行空間太陽能電站和關(guān)鍵技術(shù)研究，并且提出5GW的“1979 SPS基準系統(tǒng)”方案。1995年7月，NASA開展了重新評估SPS可行性的研究，并提出多種創(chuàng)新方案。1999年，NASA在2年內(nèi)投資2200萬美元，開展“空間太陽能探索性研究和技術(shù)”的計劃，提出SPS未來發(fā)展的技術(shù)路線圖計劃于2020年實現(xiàn)10MW系統(tǒng)的空間驗證。2001年后，NASA和美國科學基金會共同出資開展“空間太陽能電站概念和技術(shù)程度研究”。2007年美同國防部組織專家完成了《空間太陽能電站作為戰(zhàn)略安傘的機遇》中期評估報告。報告對于美國政府組織開展奪間太陽能電站研究提出4點建議：①要有效的進行組織，以解決SPS研制存在的問題；②要為SPS的商業(yè)發(fā)展清除主要的技術(shù)風險；③為SPS的研制創(chuàng)造一個有利的政策、制度和法律環(huán)境；④政府應成為SPS早期的驗證者、研制者和用戶，并且激勵其持續(xù)發(fā)展。

日本是能源極缺的國家，從20世紀80年代就開始進行SPS概念和關(guān)鍵技術(shù)研究。目前共有200多名科學家參加15個技術(shù)工作組，90年代起陸續(xù)推出SPS2000、SPS2001、SPS2002、SPS2003、分布式繩系SPS系統(tǒng)等概念設計，并且重點在微波傳輸、激光傳輸、材料及空間機器人技術(shù)方面開展工作。2003年2月27日，日本

提出“促進空間太陽能利用”計劃，已列為國家計劃，目標是在20～30年后實現(xiàn)商業(yè)化，目前已經(jīng)提出在2030年實現(xiàn)1GW商業(yè)系統(tǒng)運行的技術(shù)路線圖。

歐洲在1998年開展了“空間及探索利用的系統(tǒng)概念、結(jié)構(gòu)和技術(shù)研究”計劃，提出了名為太陽帆塔的概念設計。2002年8月，歐空局先進概念團隊組建了歐洲空間太陽能電站研究網(wǎng)，重點在高效多層太陽電池、薄膜太陽電池、高效微波轉(zhuǎn)化器、輕型大型空間結(jié)構(gòu)等先進技術(shù)方面開展研究工作。1.22 國內(nèi)空間太陽能的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，我國在發(fā)展地面太陽能可再生能源方面做了大量的工作，但利用規(guī)模還十分有限，發(fā)展空間太陽能發(fā)電技術(shù)、解決太陽能的大規(guī)模利用問題才是我國發(fā)展的主要方向。作為空間太陽能發(fā)電的主要關(guān)鍵技術(shù)，WPT在能量傳輸方面起重要作用。我國在雷達技術(shù)研究、應用方面具有一定基礎，激光技術(shù)也已成熟。微波技術(shù)、激光技術(shù)在許多方面得到了應用，表明我國在WPT技術(shù)上已具有相當基礎。我國已具備了太陽能電池的技術(shù)基礎與空間應用能力。盡管就我國的目前空間技術(shù)水平相比還存在許多差距，但就空間工業(yè)基礎來講，我國已具備建設 太空太陽能電站所需空間技術(shù)的潛能。

2、空間太陽能電站系統(tǒng)方案

國際上已經(jīng)提出幾十種空間太陽能電站概念構(gòu)想，總得來說空間太陽能電站概念可以分為兩大類：一類是非聚光式，另一類是聚光式，而這兩類又分別可以分為平臺式和分布式。平臺式非聚光空間太陽能電站的典型代表是美國提出的“1979 SPS基準系統(tǒng)”；分布式非聚光窄間太陽能電站的典型代表是日本提出的“分布式繩系太陽能電站衛(wèi)星”；平臺式聚光空間太陽能電站的典型代表是美國提出的“集成對稱聚光系統(tǒng)”；分布式聚光空間太陽能電站的典型代表是日本提出的“SPS2003”。從發(fā)展趨勢上，空間太陽能電站概念的發(fā)展重點是從系統(tǒng)的輕型化、模塊化等方面開展工作，同時要重點解決系統(tǒng)的散熱和空間大功率電力的傳輸難題。下面給出幾種典型的空間太陽能電站概念。

2.1 1979 SPS基準系統(tǒng)

1979年美國提出第一個空問太陽能電站概念，名為“1979 SPS基準系統(tǒng)”。

該設計方案為在地球靜止軌道上布置60個發(fā)電能力各為5GW的發(fā)電衛(wèi)星，總設計目標為300GW，約為美國電負荷的一半，系統(tǒng)主要性能參數(shù)見表1。

表1 1979 SPS基準系統(tǒng)主要性能參數(shù)

系統(tǒng)采用桁架式太陽電池陣結(jié)構(gòu)設計，體積和重量均較大，是后來的SPS概念設計的基礎。設計微波波束到達地面時的功率密度很小，波束中心約為23mW／cm2，邊緣只有1mW／cm2，對人、畜和莊稼不會造成危害。

2.2 集成對稱聚光系統(tǒng)

NASA在20世紀90年代末的SERT研究計劃中提出新一代的名為“集成對稱聚光系統(tǒng)”的設計方案，結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。采用了薄膜聚光設計，薄膜聚光采用O．5mm厚的Kapton膜，表面太陽光反射率達到0．9，聚光膜到光伏電池的集光率為4．25。設計將聚光太陽陣與微波發(fā)射天線布置在很近的位置，可以大大減小空間電力傳輸系統(tǒng)的體積和質(zhì)量。

圖2 集成對稱聚光系統(tǒng)

2.3 日本空間太陽能電站方案概念

日本在空間太陽能電站研究中提出了多種方案，主要包括SPS2001、SPS2002、SPS2003、分布式繩系太陽能電站衛(wèi)星概念等(見圖3)。

其中SPS2001采用了聚光系統(tǒng)，并且創(chuàng)新性的提出將太陽電池、微.波轉(zhuǎn)換裝置和發(fā)射天線集成為夾層結(jié)構(gòu)，大大簡化了結(jié)構(gòu)設計和空間裝配的難度，但散熱問題

極難解決。在SPS2002方案中，改進了SPS2001的夾層結(jié)構(gòu)，將太陽電池、發(fā)射天線布置在同一面，另一面作為熱輻射器，可以大大改善熱控的效果，但給能量轉(zhuǎn)化效率和電池兼容性帶來一定問題。SPS2003方案是在SPS2002方案的基礎上，在輻射面后面增加了太陽屏，更加有利于系統(tǒng)的散熱。SPS2003的另一個重要特點是各部件將采用編隊飛行的方式保持相對位置穩(wěn)定，是一個真正的分布式系統(tǒng)。分布式繩系太陽能電站衛(wèi)星概念減小了單個模塊的復雜性和重量，更有利于系統(tǒng)的構(gòu)建和組合。其基本單元由尺寸為100m×95m的單元板和衛(wèi)星平臺組成，單元板為太陽電池、微波轉(zhuǎn)換裝置和發(fā)射天線組成的夾層結(jié)構(gòu)板。每個單元板的總重約為42．5t，微波能量傳輸功率為2．1MW，單元板和衛(wèi)星平臺間采用4根2-10km的繩系懸掛在一起。由25塊單元板組成子板，25塊子板組成整個系統(tǒng)。

2.4 太陽帆塔

歐洲在1998年開展了“空間及探索利用的系統(tǒng)概念、結(jié)構(gòu)和技術(shù)研究”計劃，提出了太陽帆塔概念，主要參數(shù)見表2。表2 歐洲太陽帆塔基本概念

該方案設計基礎是基于美國提出的太陽塔概念，但采用丁許多新技術(shù)，主要是采用了可展開的輕型結(jié)構(gòu)——太陽帆，可以大大降低系統(tǒng)的總重量、減小系統(tǒng)的裝配難度。每一塊太陽帆電池陣為一個模塊，尺寸為150m×150m，發(fā)射入軌后自動展開，在低地軌道進行系統(tǒng)組裝，再通過電推力器運往地球同步軌道。

3.空間太陽能電站的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 低成本、高效率、強抗輻射的光電能量轉(zhuǎn)換

需要發(fā)展聚光太陽電池和薄膜太陽電池，以減輕產(chǎn)品質(zhì)量，增強抗輻射能力，降低生產(chǎn)成本。

3.2 低成本的地面與軌道間的運輸

運輸成本與每次發(fā)射的有效載荷包裝的大小有關(guān)。大包裝（80t）有利于減少發(fā)射和太空組裝次數(shù)，但需研制重型運載器；小包裝（20t左右）則可利用成熟的運載器或運輸系統(tǒng)，節(jié)省成本，但運輸和空間組裝次數(shù)相應增加。當前使用的運載火箭和航天飛機的發(fā)射成本仍然居高不下，平均在20000美元/Kg以上，應盡量使之降到400美元/美元以下?？臻g太陽能電站體積大、重量大，需要多次發(fā)射到近地軌道(LEO)進行組裝，再送往地球同步軌道(GEO)。岡此，空間太陽能電站系統(tǒng)需要兩類空間運輸技術(shù)：低成本大運載近地運載器，高性能軌道問推進系統(tǒng)。目前最大的運載火箭包括美國的土星五號和俄羅斯的能源號運載火箭，近地軌道運載能力超過100t。而目前廣泛使用的商用運載火箭，包括“德爾塔”、“質(zhì)子”、“阿里亞娜”和“長征”等，近地軌道運載能力從11．2—25．0t不等。為了節(jié)約成本，有必要發(fā)展大刑的可重復使用的運載丁具。高比沖、長壽命的電推進系統(tǒng)是空間太陽能電站最有前途的空間軌道轉(zhuǎn)移推進方式。美國已經(jīng)研制50kW霍爾電推力器，需要進一步研究大推力的電推進系統(tǒng)，以適應空間太陽能發(fā)電站的需求。

空間太陽電站的太陽能發(fā)電考慮兩種形式，即光電轉(zhuǎn)化形式和熱電轉(zhuǎn)化形式。上世紀90年代，考慮到熱電轉(zhuǎn)換的較高效率，在空間站的電源系統(tǒng)設計中曾對空間太陽能熱動力系統(tǒng)進行了廣泛研究。隨著光電轉(zhuǎn)化技術(shù)的進步，其較高的效率(已經(jīng)成熟的空間太陽能電池的效率接近30％)和高可靠性使得空間太陽能電站的太陽能發(fā)電更多的立足于光電轉(zhuǎn)化。目前。從空間太陽能電站的需求來看，為了提高系統(tǒng)的效率，降低系統(tǒng)的質(zhì)量，研究重點是發(fā)展聚光太陽電池和薄膜太陽電池技術(shù)，以提高能量轉(zhuǎn)換效率，減輕產(chǎn)品重量，并需要進一步增強抗輻射等

空間環(huán)境適應能力，降低生產(chǎn)成本。其中聚光太陽電池最為看好，也是目前空間太陽能電站系統(tǒng)較多采用的方案。圖4為美國的SERT計劃給出的與空間太陽能電站發(fā)展目標相對應的太陽能發(fā)電技術(shù)目標。

圖4 太陽能發(fā)電技術(shù)目標

3.3 無線能量傳輸技術(shù)

無線能量傳輸技術(shù)是空間太陽能電站最關(guān)鍵的技術(shù)。無線能量傳輸主要有微波和激光兩種，激光穿過大氣時損耗太大，故目前主要考慮用微波。首先，要提高微波發(fā)生器將電流轉(zhuǎn)化為微波的效率，提高地面硅整流二極管的接受和轉(zhuǎn)化效率，以及其它微波器件的效率。其次，要解決微波波速的生成和指向控制技術(shù)。第三，要確定微波頻率的選擇。無線能量傳輸技術(shù)是空間太陽能電站的主要關(guān)鍵技術(shù)，在空間將太剛能轉(zhuǎn)換成電能后，進一步轉(zhuǎn)換為微波或激光，通過WPT傳輸?shù)降孛?，再通過微波或激光接收裝置轉(zhuǎn)換回電能。目前來看，微波無線能量傳輸技術(shù)相對更為可行。1964年，一個2．4kg重的無線電力傳輸直升飛機進行了驗證，接收功率達到270W，飛行高度為15m。1975年，更大功率的微波電力傳輸試驗在美國的JPL試驗成功，傳輸距離達到1．6km，接收功率達到30kW，接收端的直流轉(zhuǎn)化效率達到0．84。13本已進行了幾次空間微波電力傳輸試驗，主要研究微波

波束在空間等離子體環(huán)境下的相瓦作用。激光傳輸能量集中，所需的接收設備小，造價便宜，且可以直接轉(zhuǎn)化為氫等存儲起來。但是，激光穿過大氣層時，有能量損耗，在惡劣氣候條件下不能使用，而且大功率的激光技術(shù)目前還有許多難點，需要進一步研究才能應用。日前無線能量傳輸技術(shù)研究的重點是大功率、高效率、長壽命的能量轉(zhuǎn)化器件技術(shù)，這對于降低系統(tǒng)的質(zhì)量、減小熱控等的復雜性都非常重要。

3.4空間技術(shù)

1)空間組裝、維護和維修技術(shù)

空間太陽能電站系統(tǒng)體積和重量巨大，需在近地軌道進行空間裝配，而且系統(tǒng)在軌工作壽命達30～40年，在全任務周期內(nèi)，面臨著大量空間碎片和微流星體等的威脅，此外由于空間太陽能電站運行時問長，其攜帶的燃料有限，需要進行在軌加注，維護任務需求很大，需要研究結(jié)構(gòu)和部件模塊自主組裝技術(shù)、空間無人維護和維修技術(shù)。2006年1月22 13，日本成功發(fā)射了Furoshiki衛(wèi)星，多個衛(wèi)星在空間釋放后，相互展開形成天線網(wǎng)格，之后整個系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)，以保證天線網(wǎng)格的張力。天線網(wǎng)格搭建完畢后，機器人就可以在網(wǎng)格上工作以建造相控陣天線。主要驗證新型自主空間展開天線和空間機器人技術(shù)。

2)姿態(tài)控制及波束指向控制技術(shù)

空間太陽能電站的面積將達到幾十平方公里，在運行過程中，既要保證太陽電池陣盡可能對日定向，又要保證微波波束與地面接收天線精確定向，給系統(tǒng)的姿態(tài)控制和波束指向控制帶來很大的難題。特別是波束指向控制技術(shù)對于空間太陽能電站的安全有效運行極其重要。

3)熱控材料及熱控技術(shù)

空間太陽能電站中的光、電、微波能量轉(zhuǎn)換過程中所產(chǎn)生的熱量排散是方案設計中的主要技術(shù)難題之一，而適合的工作溫度又是保證系統(tǒng)長期正常工作的必要條件，采用合理的熱控方案和熱控材料對于提高系統(tǒng)可靠性、降低系統(tǒng)質(zhì)量具有重要意義。

4)空間電力管理與輸送技術(shù)

空間太陽能電站的輸出功率達到GW級，其電流十分強大，如果采用常規(guī)技術(shù)，需要大量的電纜、絕緣材料和散熱材料，嚴重影響到空間太陽能電站的重量和成

本。需研制高溫超導輸電電纜、長壽命高可靠制冷器、高效直流變換器及新型的絕緣、散熱材料等。

5)輕型、長壽命的結(jié)構(gòu)及其部件

空間太陽能電站的體積巨大，工作壽命長達30年以上，為降低發(fā)射成本，需研制超輕型的展開式結(jié)構(gòu)、充氣膨脹結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新的多功能結(jié)構(gòu)以及耐空間輻射環(huán)境的輕型復合材料。

6）太空自主組裝及機器人

未來在太空建造太陽電站時，簡單的、規(guī)范化的組裝任務由結(jié)構(gòu)和部件模塊自主完成，復雜的組裝、維修和服務任務由機器人輔助完成。要在航天飛機和國際空間站遙控操作臂的基礎上，發(fā)展遙控機器人，繼而研究6自由度的機器人。

7）結(jié)構(gòu)與部件的高度模塊化和批量生產(chǎn)

太陽電站的結(jié)構(gòu)與部件需制作成大小適中，具有高包裝效率的模塊，使其能用成熟的運載器或運輸系統(tǒng)發(fā)射，便于在太空自主裝配、在軌維修和更換。

8）微波傳輸能量的分析

目前來看，微波無線能量傳輸技術(shù)相對更為可行。1964年，一個2.4kg重的無線電力傳輸直升飛機進行了驗證，接收功率達到270w，飛行高度為15m。1975年，更大功率的微波電力傳輸試驗在美國的JPL試驗成功，傳輸距離達到1.6km，接收功率達到30kw，接收端的直流轉(zhuǎn)化效率達到0.84。日本已進行了幾次空間微波電力傳輸試驗，主要研究微波波束在空間等離子體環(huán)境下的相互作用。在地球大氣層外，太陽在單位時間內(nèi)投射到日地平均距離處，且垂直于射線方向地單位面積上地全部輻射能，叫做太陽常數(shù)。美國宇航局標準取太陽常數(shù)為135.3mW／cm2。美國的“參考系統(tǒng)”太陽能空間發(fā)電衛(wèi)星設計位于地球同步軌道，發(fā)射時的能量密度為23mW／cm2；日本設計的SPS2000位于低軌道，發(fā)射時能量密度為57.4ｍW／cm2，到達地面時的能量密度為0.9ｍW／cm2。目前國際上關(guān)于微波使用的安全性標準：美國和西歐為10mW／cm2；日本為5ｍW／cm2。所以傳輸電能的微波不會對地球表面生物造成傷害。同時，SPS不會引起致命的病變，在這方面也不會有大規(guī)模殺傷性。這也就意味著，“作為武器，水槍比SPS更有效?！盡oss認SPS“微波光束列始終在接收站的絕對控制下，稍稍偏離天線的精

確軌道，就會迅速關(guān)閉。并且，最重要的是，接觸微波能并不會致命。它不象激光那樣具有熱‘攻擊性’，也不象X光輻射那樣離子化

微波的頻率為2.45GHz或5.8GHz，這是分配給工業(yè)，科學和醫(yī)療使用的頻率，不會對通訊造成影響。但是空間太陽能發(fā)電衛(wèi)星發(fā)出的微波束穿過電離層和大氣層到達地面時，大功率微波將與空間等離子體、大氣粒子相互作用，在波束通過的區(qū)域和臨近區(qū)域引起一些變化，如電子被加熱，電離度增大，激勵產(chǎn)生等離子體波等；同時微波束的特性也將被改變。這些問題需要研究和實驗。

激光傳輸能量的分析：激光方向性強、能量集中，所需的接收設備小，造價便宜，且可以直接轉(zhuǎn)化為氫等存儲起來。利用激光可以攜帶大量的能量，可以用較小的發(fā)射功率實現(xiàn)較遠距離的輸電。有關(guān)研究選擇激光的優(yōu)勢在于。所需的傳輸和接收設備是微波所需的1/10。不存在干擾通信衛(wèi)星的風險--使用微波卻存在這種問題。不足點之一是障礙物會影響激光與接收裝置之間的能量交換。在惡劣氣候條件下不能使用，使用激光不能像微波那樣穿過云層能量會在中途喪失一半。用激光傳輸能量整個過程首先在太空中把太陽光直接泵浦成激光，或先把太陽光轉(zhuǎn)換為電能再轉(zhuǎn)換成激光。第二步，把激光發(fā)射回地面。第三步，把激光轉(zhuǎn)換成電能或直接轉(zhuǎn)化為氫等存儲起來。

一些國家開展了太陽能直接泵浦固體激光器的研究，包括美國、日本、以色列、中國等，但是轉(zhuǎn)換效率都很低，遠遠未達到商業(yè)化應用階段。

4、總結(jié)以及個人看法

（1）我國以及世界的能源現(xiàn)狀表明，發(fā)展空間太陽能電站是解決未來的能源需求，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的合理選擇。

（2）太陽能空間電站有巨大開發(fā)價值，但在關(guān)鍵技術(shù)上需進行重點攻關(guān)，加快發(fā)展載人航天及空間站技術(shù)和無線能量傳輸技術(shù)。

（3）如果從現(xiàn)在起開展空間電站各種相關(guān)技術(shù)的準備工作，可能在20年左右 時間內(nèi)實現(xiàn)太陽能空間站的商業(yè)化。

（4）在研究外太空的太陽能利用，全國甚至全世界的科研機構(gòu)應該團結(jié)協(xié)作，盡快把關(guān)鍵技術(shù)弄好，以解決全球的能源問題。

第四篇：太陽能光伏發(fā)電論文太陽能發(fā)電論文太陽能路燈論文

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廣西電力建設科技 信息 2008 年第 1 期(總 122 期)年底, 我省風電裝機容量已達到 50 萬 kW。在酒泉市, 年風力發(fā)電量已達 8 億 kW h, 風電裝 機容量占全國的五分之一, 成為全國五大風力發(fā)電場之一。

轉(zhuǎn)載自 中國電力 網(wǎng)!? 2008-02-19 2010 年蘇滬沿海將建成百萬千瓦級風電基地

國家發(fā)改委網(wǎng)站公布了我國 可再生能源發(fā)展# 十一五? 規(guī)劃!。規(guī)劃!指出, # 十一五?期 間, 我國將在經(jīng)濟較發(fā)達的江蘇、上海、福建、山東和廣東等沿海地區(qū)加快開發(fā)利用風能資源, 尤其在蘇滬沿海連片建設大型風電場, 形成百萬千瓦級風電基地。而根據(jù)我國可再生能源發(fā) 展# 十一五?規(guī)劃, 2010 年蘇滬沿海地區(qū)風電裝機容量達到 100 萬 kW 以上。根據(jù) 規(guī)劃!, 推動百萬千瓦風電基地建設、持風電設備國產(chǎn)化和進行近海風電試驗, 是# 十 一五?期間我國發(fā)展風電的重點。其中, 將在蘇滬沿海、河北張家口壩上、甘肅安西和昌馬、內(nèi) 蒙古輝騰錫勒和吉林白城等風能資源條件好、電網(wǎng)接入設施完備、電力負荷需求大的地區(qū)興建 百萬千瓦級風電基地。在風能資源和電力市場優(yōu)良的地區(qū)建成數(shù)十個 10 萬 kW 級的大型風 電場。規(guī)劃!強調(diào), 在進行大型風電場、特別是百萬千瓦風電基地建設時, 要支持風電設備國產(chǎn) 化。具體做法是, 重點扶持幾個技術(shù)創(chuàng)新能力強的國內(nèi)風電設備整機制造企業(yè), 全面提高國產(chǎn) 風電設備零部件的技術(shù)水平和制造能力。同時建立國家級試驗風電場, 支持風電設備檢測和 認證能力建設。根據(jù)最新風能資源評價成果, 全國陸地上的技術(shù)可開發(fā)風能資源約 3 億 kW。2003 年以 來, 國家組織開展了全國風能資源評價和風電場選址工作, 同時實施了風電特許權(quán)項目。政府 承諾落實電網(wǎng)接入系統(tǒng)和全額接受風電發(fā)電量, 以上網(wǎng)電價和風電設備的本地化率為條件, 通 過招標選擇投資者。# 十五?時期實施了三期招標工作, 確定了總裝機容量 160 萬 kW 的風電 項目。為了加快風電的規(guī)?；l(fā)展, 國家采取了特許權(quán)招標方式推進大型風電項目建設, 并促進 風電設備本地化生產(chǎn)和風電技術(shù)的自主創(chuàng)新。截至 2005 年底, 全國已建成并網(wǎng)風電場 60 多 個, 總裝機容量達到 126 萬 kW, 為風電的大規(guī)模發(fā)展奠定了基礎。

轉(zhuǎn)載自 中國電力 網(wǎng)!? 2008-03-19 海南太陽能發(fā)電潛能抵 51 個三峽電站

日上午, 海南省政協(xié)委員孫業(yè)生在政協(xié)海南省五屆一次會議大會發(fā)言時呼吁: 大規(guī)模 5 廣西電力建設科技信息 2008 年第 1 期(總 122 期)國內(nèi)電力科技信息

推廣開發(fā)太陽能光伏產(chǎn)業(yè), 把海南建設成為一個獨具光伏產(chǎn)業(yè)特色的島嶼和人居環(huán)境。打造海南光伏島 孫業(yè)生在題為 借太陽之能舉全省之力打造海南# 光伏島?!的發(fā)言中說, 據(jù)預測, 全世界石 油儲量只夠開采 30~ 40 年, 天然氣約 60 年。能源安全日益上升到國家安全的高度。各國紛 紛開發(fā)清潔環(huán)保的新能源以解決能源危機。而海南省無論是太陽能、風能、潮汐能等清潔能源的儲量都相當豐富, 尤其是太陽能, 是海 南省最適宜大規(guī)模開采的清潔能源。據(jù)建設部有關(guān)資料顯示, 我省年均日照天數(shù) 225 天, 一年 光照時長可達 2400h 以上, 太陽年總輻照量 4500~ 5800M J/ m 2。如果一年到達海南地表的太 陽能都被利用來發(fā)電的話, 則一年可發(fā)電 43750 億 kW h, 比 51 個三峽水電站一年的發(fā)電總 量還要高。推廣使用清潔能源 孫業(yè)生委員在發(fā)言中也指出, # 我省發(fā)展太陽能經(jīng)濟的基礎較好, 在全省推廣使用清潔能 源, 可行性很高。? 據(jù)調(diào)查, 目前, 海南省生產(chǎn)、組裝太陽能熱水器的廠家有 20 多家, 省內(nèi)大部分高檔酒店、賓 館, 以及醫(yī)院等熱水需求量大的單位, 普遍安裝了太陽能熱水器。一些企業(yè)積極利用太陽能技 術(shù)解決能源需求, 比如中國城擬用屋頂安裝太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng), 將其改造成為低能耗示范建 筑。太陽能路燈也走上了市政道路和一些公共場所、三亞市政交通站改造安裝建設了太陽能 候車亭 % %我省# 十一五?發(fā)展規(guī)劃, 提出大力發(fā)展新能源技術(shù);省# 十一五?科技發(fā)展規(guī)劃, 也 將開發(fā)利用太陽能資源列入重點發(fā)展專項。孫業(yè)生委員說, 海南豐富的太陽能資源吸引了不少有遠見的企業(yè)。比如排名全球第三、中 國第一的無錫尚德太陽能公司, 目前正積極與海南拓成太陽能有限公司開展合作, 計劃在我省 建設光伏電站。目前, 省發(fā)改廳已同意兩家公司聯(lián)合在三亞建設 15MW、洋浦 10MW、海口 10MW 光伏并網(wǎng)電站。建議發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè) 孫業(yè)生提出了發(fā)展太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的建議: 全面進行全省太陽能資源的普查評估。盡快制定海南光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的總體規(guī)劃, 爭取把太陽能作為海南省未來的支柱能源;加大對太 陽能利用知識的普及, 加強公眾環(huán)境教育, 在全社會形成利用新能源、保護環(huán)境的良好氛圍;制 定優(yōu)惠的產(chǎn)業(yè)政策, 扶持太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。研究制定海南省太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、措施, 將光 伏發(fā)電等大型的利用太陽能的建設項目納入省級財政預算和計劃, 科學制定合理資金比例和 增長速度以保障太陽能產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展;選擇起點高、技術(shù)能力強的太陽能企業(yè), 扶持其發(fā) 展成為太陽能光伏發(fā)電的龍頭產(chǎn)業(yè)。在今年內(nèi), 積極協(xié)助海南省企業(yè)爭取將其三地 35M W 光 伏并網(wǎng)電站建設列入國家 300M W 的光伏發(fā)電總體規(guī)劃, 以獲得國家資金支持;有選擇性地建 設太陽能示范小區(qū)、示范街道、太陽能示范建筑, 大力推廣使用太陽能路燈、太陽能熱水器、太 陽能空調(diào)等;建立太陽能利用技術(shù)研發(fā)中心。

轉(zhuǎn)載自 海南日 報!? 2008-01-29 6 1

第五篇：太陽能學習心得

太陽能發(fā)電系統(tǒng)學習心得

太陽能發(fā)電類型

利用太陽能發(fā)電有兩大類型，一類是太陽光發(fā)電（亦稱太陽能光發(fā)電），另一類是太陽熱發(fā)電（亦稱太陽能 發(fā)電）。

太陽能光發(fā)電是將太陽能直接轉(zhuǎn)變成電能的一種發(fā)電方式。它包括光伏發(fā)電、光化學發(fā)電、光感應發(fā)電和光生物發(fā)電四種形式，在光化學發(fā)電中有電化學光伏電池、光電解電池和光催化電池。

太陽能熱發(fā)電是先將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，再將熱能轉(zhuǎn)化成電能，它有兩種轉(zhuǎn)化方式。一種是將太陽熱能直接轉(zhuǎn)化成電能，如半導體或金屬材料的溫差發(fā)電，真空器件中的熱電子和熱電離子發(fā)電，堿金屬熱電轉(zhuǎn)換，以及磁流體發(fā)電等。另一種方式是將太陽熱能通過熱機（如汽輪機）帶動發(fā)電機發(fā)電，與常規(guī)熱力發(fā)電類似，只不過是其熱能不是來自燃料，而是來自太陽能。結(jié)構(gòu)和工作原理

太陽能發(fā)電是利用電池組件將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。太陽能電池組件(Solar cells)是利用半導體材料的電子學特性實現(xiàn)P-V轉(zhuǎn)換的固體裝置，在廣大的無電力網(wǎng)地區(qū)，該裝置可以方便地實現(xiàn)為用戶照明及生活供電，一些發(fā)達國家還可與區(qū)域電網(wǎng)并網(wǎng)實現(xiàn)互補。目前從民用的角度，在國外技術(shù)研究趨于成熟且初具產(chǎn)業(yè)化的是“光伏--建筑(照明)一體化”技術(shù)，而國內(nèi)主要研究生產(chǎn)適用于無電地區(qū)家庭照明用的小型太陽能發(fā)電系統(tǒng)。太陽能發(fā)電原理

太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要包括：太陽能電池組件(陣列)、控制器、蓄電池、逆變器、用戶即照明負載等組成。其中，太陽能電池組件和蓄電池為電源系統(tǒng)，控制器和逆變器為控制保護系統(tǒng)，負載為系統(tǒng)終端。

1.1 太陽能電源系統(tǒng)

太陽能電池與蓄電池組成系統(tǒng)的電源單元，因此蓄電池性能直接影響著系統(tǒng)工作特性。(1)電池單元：

由于技術(shù)和材料原因，單一電池的發(fā)電量是十分有限的，實用中的太陽能電池是單一電池經(jīng)串、并聯(lián)組成的電池系統(tǒng)，稱為電池組件(陣列)。單一電池是一只硅晶體二極管，根據(jù)半導體材料的電子學特性，當太陽光照射到由P型和N型兩種不同導電類型的同質(zhì)半導體材料構(gòu)成的P-N結(jié)上時，在一定的條件下，太陽能輻射被半導體材料吸收，在導帶和價帶中產(chǎn)生非平衡載流子即電子和空穴。同于P-N結(jié)勢壘區(qū)存在著較強的內(nèi)建靜電場，因而能在光照下形成電流密度J，短路電流Isc，開路電壓Uoc。若在內(nèi)建電場的兩側(cè)面引出電極并接上負載，理論上講由P-N結(jié)、連接電路和負載形成的回路，就有“光生電流”流過，太陽能電池組件就實現(xiàn)了對負載的功率P輸出。

理論研究表明，太陽能電池組件的峰值功率Pk，由當?shù)氐奶柶骄椛鋸姸扰c末端的用電負荷(需電量)決定。

(2)電能儲存單元：

太陽能電池產(chǎn)生的直流電先進入蓄電池儲存，蓄電池的特性影響著系統(tǒng)的工作效率和特性。蓄電池技術(shù)是十分成熟的，但其容量要受到末端需電量，日照時間(發(fā)電時間)的影響。因此蓄電池瓦時容量和安時容量由預定的連續(xù)無日照時間決定。

1.2 控制器

控制器的主要功能是使太陽能發(fā)電系統(tǒng)始終處于發(fā)電的最大功率點附近，以獲得最高效率。而充電控制通常采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)即PWM控制方式，使整個系統(tǒng)始終運行于最大功率點Pm附近區(qū)域。放電控制主要是指當電池缺電、系統(tǒng)故障，如電池開路或接反時切斷開關(guān)。目前日立公司研制出了既能跟蹤調(diào)控點Pm，又能跟蹤太陽移動參數(shù)的“向日葵”式控制器，將固定電池組件的效率提高了50%左右。

1.3 DC-AC逆變器

逆變器按激勵方式，可分為自激式振蕩逆變和他激式振蕩逆變。主要功能是將蓄電池的直流

電逆變成交流電。通過全橋電路，一般采用SPWM處理器經(jīng)過調(diào)制、濾波、升壓等，得到與照

明負載頻率f，額定電壓UN等匹配的正弦交流電供系統(tǒng)終端用戶使用。2 效率

在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，系統(tǒng)的總效率ηese由電池組件的PV轉(zhuǎn)換率、控制器效率、蓄電池效率、逆變器效率及負載的效率等組成。但相對于太陽能電池技術(shù)來講，要比控制器、逆變器及照明負載等其它單元的技術(shù)及生產(chǎn)水平要成熟得多，而且目前系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換率只有17%左右。因此提高電池組件的轉(zhuǎn)換率，降低單位功率造價是太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)化的重點和難點。太陽能電池問世以來，晶體硅作為主角材料保持著統(tǒng)治地位。目前對硅電池轉(zhuǎn)換率的研究，主要圍繞著加大吸能面，如雙面電池，減小反射；運用吸雜技術(shù)減小半導體材料的復合；電池超薄型化；改進理論，建立新模型；聚光電池等。幾種太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率見表1。

表1 轉(zhuǎn)換效率

實驗室典型電池 商品薄膜電池

各種太陽能電池 ηmax(%)各種太陽能電池 η(%)

單晶硅 24.4 多晶硅 16.6

多晶硅 18.6 銅銦鎵硒 18.8

GaAs(單結(jié))25.7 碲化鎘 16.0

a-si(單結(jié))13 銅銦硒 14.1

充分利用太陽能是綠色照明的重要內(nèi)容之一。而真正意義上的綠色照明至少還包括：照明系統(tǒng)的高效率，高穩(wěn)定性，高效節(jié)能的綠色光源等。