研究性學(xué)習(xí)報告

1、研究性學(xué)習(xí)報告太陽能歷史及應(yīng)用組員:劉揚(yáng)德符策竿李見波林和潘華城譚博文許潤博張勝存王柏程范輝探究目的:了解太陽能的開始及現(xiàn)代運(yùn)用報告結(jié)論:一.太陽能的定義太陽能是太陽內(nèi)部發(fā)生劇烈核聚變產(chǎn)生的能量,這種能量以輻射的方式散發(fā)到宇宙空間。二.太陽能的發(fā)展太陽能一直是地球生物生長的重要來源，而人類對與太陽能的運(yùn)用至今已有3000多年的歷史了。近代太陽能利用歷史可以從1615年法國工程師所羅門?德?考克斯在世界上發(fā)明第一臺太陽能驅(qū)動的發(fā)動幾算起。該發(fā)明是一臺利用太陽能加熱空氣使其膨脹做功而抽水的機(jī)器，此后到1900年有許多以聚光產(chǎn)生熱量蒸發(fā)水汽的動力裝置。但由于這類機(jī)器成本昂貴，效率低，是少部分人的愛好

2、。1900-1920年太陽能裝置有了一些改善，雖然還是用聚光方式產(chǎn)生能量但工質(zhì)從水變成了一些沸點(diǎn)更低的物質(zhì)?？墒浅杀疽廊桓甙?，效率不高。19201945年由于太陽能的利用效率低和礦物燃料的大量開發(fā)使用，太陽能的發(fā)展進(jìn)入低潮。19451965年一些有遠(yuǎn)見的人士已經(jīng)注意到石油和天然氣資源正在迅速減少，呼吁人們重視這一問題，從而逐漸推動了太陽能研究工作的恢復(fù)和開展，并且成立太陽能學(xué)術(shù)組織，舉辦學(xué)術(shù)交流和展覽會，再次興起太陽能研究熱潮。在這一時期太陽能的發(fā)展和研究有了重大進(jìn)展，1945年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成實(shí)用型硅太陽電池，為光伏發(fā)電大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ);1955年，以色列泰伯等在第一次國際太陽熱科

3、學(xué)會議上提出選擇性涂層的基礎(chǔ)理論，并研制成實(shí)用的黑鎳等選擇性涂層，為高效集熱器的發(fā)展創(chuàng)造了條件。此外，在這一階段里還有其它一些重要成果，比較突出的有:1952年，法國國家研究中心在比利牛斯山東部建成一座功率為50kW的太陽爐。1960年，在美國佛羅里達(dá)建成世界上第一套用平板集熱器供熱的氨水吸收式空調(diào)系統(tǒng)，制冷能力為5冷噸。19651973年太陽能的研究工作停滯不前，主要原因是太陽能利用技術(shù)處于成長階段，尚不成熟，并且投資大，效果不理想，難以與常規(guī)能源競爭，因而得不到公眾、企業(yè)和政府的重視和支持。19731980年由于中東戰(zhàn)爭國際油價上漲,從而使許多國家，尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國家，重新加強(qiáng)了對太陽能及

4、其它可再生能源技術(shù)發(fā)展的支持，在世界上再次興起了開發(fā)利用太陽能熱潮。19801992年由于石油價格回落，而太陽能產(chǎn)品價格居高不下，缺乏競爭力;太陽能技術(shù)沒有重大突破，提高效率和降低成本的目標(biāo)沒有實(shí)現(xiàn)，以致動搖了一些人開發(fā)利用太陽能的信心;核電發(fā)展較快，對太陽能的發(fā)展起到了一定的抑制作用。但研究工作并未中斷，有的項(xiàng)目還進(jìn)展較大，而且促使人們認(rèn)真地去審視以往的計劃和制定的目標(biāo)，調(diào)整研究工作重點(diǎn)，爭取以較少的投入取得較大的成果。1992年至今由于大量燃燒礦物燃料，造成了全球性的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，對人類的生存和發(fā)展構(gòu)成威脅。1992年聯(lián)合國在巴西召開“世界環(huán)境與發(fā)展大會”，會議通過了里約熱內(nèi)盧環(huán)境與

5、發(fā)展宣言，21世紀(jì)議程和聯(lián)合國氣候變化框架公約等一系列重要文件，把環(huán)境與發(fā)展納入統(tǒng)一的框架，確立了可持續(xù)發(fā)展的模式。這次會議之后，世界各國加強(qiáng)了清潔能源技術(shù)的開發(fā)，將利用太陽能與環(huán)境保護(hù)結(jié)合在一起，使太陽能利用工作走出低谷，逐漸得到加強(qiáng)。三（太陽能發(fā)展的意義首先，世界上越來越多的國家認(rèn)識到一個能夠持續(xù)發(fā)展的社會應(yīng)該是一個既能滿足社會需要，而又不危及后代人前途的社會。因此，盡可能多地用潔凈能源代替高含碳量的礦物能源，是能源建設(shè)應(yīng)該遵循的原則。而太陽能的利用就是主要發(fā)展方向之一。其次，大力開發(fā)新能源和可再生能源的利用技術(shù)將成為減少環(huán)境污染的重要措施。能源問題是世界性的，向新能源過渡的時期遲早要到來

6、。從長遠(yuǎn)看，太陽能利用技術(shù)和裝置的大量應(yīng)用，也必然可以制約礦物能源價格的上漲。四(太陽能的利用對于太陽能熱的利用，主要有太陽能集熱、太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能暖房等方式。太陽能集熱器是主要利用太陽能的工具，太陽能集熱器(solarcollector)在太陽能熱系統(tǒng)中，接受太陽輻射并向傳熱工質(zhì)傳遞熱量的裝置。按傳熱工質(zhì)可分為液體集熱器和空氣集熱器。按采光方式可分為聚光型集熱器和吸熱型集熱器兩種，集熱器是太陽能供暖機(jī)器的主力。太陽能熱還可以用來發(fā)電，太陽能熱發(fā)電是采用聚焦技術(shù)，將數(shù)平米甚至數(shù)千平米范圍上的陽光集中到一條線狀或點(diǎn)狀，由于高溫將介質(zhì)加熱并產(chǎn)生蒸汽，從而推動汽輪機(jī)工作并產(chǎn)生電力的過程。這個太

7、陽能光伏發(fā)電是兩種不同的太陽能發(fā)電形式。目前，太陽能熱發(fā)電通常有三種形式，槽式，塔式和碟式。其中槽式是公認(rèn)的最經(jīng)濟(jì)最成熟的技術(shù)。空間太陽能電源是人類對太陽能利用的另一種方式，第一個空間太陽電池載于1958年發(fā)射的VangtuardI,體裝式結(jié)構(gòu)，單晶Si襯底，效率約10%(28?)。到了1970年代，人們改善了電池結(jié)構(gòu)，采用BSF、光刻技術(shù)及更好減反射膜等技術(shù)，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(chǎn)量翻番;而空間太陽電池在空間環(huán)境下的性能，如抗輻射性能等得到了較大改善。由于80年代太陽電池的理論得到迅速發(fā)展，極大地促進(jìn)了地面和空間太陽電池性能的改善。到

8、了90年代，薄膜電池和?-?電池的研究發(fā)展很快，而且聚光陣結(jié)構(gòu)也變得更經(jīng)濟(jì)，空間太陽電池市場競爭十分激烈。在繼續(xù)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?？臻g太陽電池通常具有較高的效率，以便在空間發(fā)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(fā)射任務(wù)中，如微小衛(wèi)星（重量在50,100公斤）上應(yīng)用，要求單位面積或單位重量的比功率更高?？臻g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，主要原因是由于電子或質(zhì)子輻射使少數(shù)載流子的擴(kuò)散長度減小。其光電參數(shù)衰減的程度取決于太陽電池的材料和結(jié)構(gòu)。還有反向偏壓、低溫和熱效應(yīng)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，由于熱脹系數(shù)顯著不同，電池性能衰減可能更嚴(yán)重。太陽能電池的發(fā)電原理:太陽能電池是一對光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體為例描述光發(fā)電過程。P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P,N