《化学能源与太阳能》课件

化学能源与太阳能探索两种不同来源的能量化学能和太阳能从储存、转换和利用的角度深:入了解它们的特点及应用课程大纲化学能源太阳能了解化学能量的基本概念及化学反探讨太阳能的基本原理、光伏效应应与能量的关系及太阳电池的工作机理电池技术可再生能源介绍不同类型电池的工作原理及性探讨可再生能源在能源转型中的重能特点包括燃料电池要作用及相关技术应用,化学能量的概念能量转化的体现化学键的能量关系化学能与其他能量形式化学能量是通过化学反应在分子间形成化学键的形成和断裂会导致能量的释放化学能可以转化为其他形式的能量如热,或破坏化学键而释放或吸收的能量这或吸收不同类型的化学键有不同的键能、电能等能量的相互转化遵循能量种能量转化是各种化学过程的动力源能决定了其在化学反应中的能量变化守恒定律是各种能源利用的基础,,化学键的形成共价键1通过电子共享达成稳定的电子排布离子键2通过电荷转移建立静电吸引力氢键3通过极性分子间的特殊相互作用化学键的形成是化学过程的基础不同类型的化学键如共价键、离子键和氢键通过电子的共享、电荷转移或极性相互作用来实现,原子间的稳定结合这些键的形成决定了物质的结构和性质是理解化学反应的关键,化学反应与能量化学反应过程中,化学键的形成和断裂会伴随着能量的变化通常情况下,共价键的形成会释放能量,而断裂则会吸收能量这些能量变化可以转换为其他形式的能量,如热能、电能等电池的工作原理化学反应1电池通过化学反应产生电流正负极之间会发生氧化还原反,应电子流动2电子从负极流向正极通过外部电路形成电流为电池供电,,离子迁移3电解质中的离子在正负极间移动维持电池内部的电中性,不同类型电池的特点碱性电池锂离子电池铅酸电池镍氢电池拥有较长的使用寿命相对重量轻能量密度高无记忆成本低容量大适用于汽车无毒环保记忆效应较小,,,,,,便宜适合适中负载设备效应但成本较高易受温等大功率设备但重量较重但能量密度较低自放电率,,,但有一定自放电率不适用度影响充电时间相对较长充放电效率不高易自放电高成本较高,,,,,于高功率设备燃料电池的原理燃料供给燃料电池需要持续供给氢气或其他燃料作为反应物电化学反应在阳极上,燃料发生氧化反应,产生电子在阴极上,氧气还原反应吸收电子离子传导电解质膜允许质子在阳极和阴极之间自由传导,完成电路电能输出产生的电子通过外部电路输出,为负载提供电能燃料电池的应用交通运输发电12燃料电池技术被应用于电动汽车、公交车和货运卡车等车型燃料电池可用于分布式发电系统为住宅和商业建筑提供可,为绿色出行提供动力靠、高效的电力供给,家用电器工业应用34燃料电池可为家用设备如电视、冰箱和照明系统等提供安静燃料电池可用于工厂、矿场和远程地区的电力系统满足工,、无污染的电力业生产的能源需求可再生能源的重要性保护环境可持续发展可再生能源的利用能够大幅减可再生能源源源不断能够满足,少温室气体排放有助于保护地未来能源需求确保经济社会的,,球环境可持续发展带动产业能源安全可再生能源产业的蓬勃发展也发展可再生能源有助于缓解对为相关制造业、研发等行业创化石燃料的依赖增强能源供给,造了大量就业机会的稳定性太阳能的基本原理太阳辐射光电效应能量转换太阳通过核聚变反应产生大当太阳光照射到某些材料表通过光电效应太阳辐射能,量热量和光能这些能量以面时会使材料表面的电子够被直接转换为电能这就,,,电磁波的形式辐射到地球表被激发而释放出来产生电是太阳能发电的基本机理,面这就是太阳辐射流这就是光电效应的基本,原理光伏效应的原理光照吸收1太阳光照射到光伏材料表面光生载流子2光子能量激发出电子-空穴对载流子分离3内建电场把电子和空穴分离电流输出4电子通过外部电路产生电流光伏效应是指当光照射到某些半导体材料上时,材料内部会产生电子-空穴对,在内建电场的作用下,电子和空穴分离并在外部电路中产生电流的现象这就是太阳电池的基本工作原理太阳电池的工作原理光电效应1吸收光子，产生电子-空穴对电子移动2电子-空穴对在pn结内分离电压产生3电子和空穴在电极间形成电压电流输出4电子通过电路输出产生电流太阳电池利用光电效应来转换光能为电能当太阳光照射到太阳电池表面时,光子被电池材料吸收,激发电子从价带跃迁到导带,形成电子-空穴对这些载流子在pn结内的电场作用下被分离,电子流向n型区域,空穴流向p型区域,从而产生电压和电流太阳电池的制造技术硅基太阳电池薄膜太阳电池目前最常见的制造工艺利用高利用非晶硅、碲化镉或铜铟镓,纯度单晶或多晶硅作为半导体硒等薄膜材料制造工艺简单、,材料制造而成制造过程复杂成本较低但转换效率偏低、成本较高有机太阳电池钙钛矿太阳电池利用有机聚合物或小分子化合近年新兴的制造技术利用钙钛,物作为光电活性层制造过程简矿材料作为光电活性层转换效,,单快捷成本低廉但稳定性较差率高成本较低正在快速发展,,,,太阳能系统的组成太阳能电池板充放电控制器将阳光转换为电能的核心组件可管理太阳能电池板的充电过程确保,根据需求选用不同类型及功率的太电池组正常工作延长使用寿命,阳能电池板储能电池组逆变器存储由太阳能电池板产生的电能以将直流电转换为交流电使其可以与,,备日后使用电池类型和容量根据电网并网或用于家用电器选型需实际需求而定根据系统规模和负荷情况太阳能利用的优势无污染环保可再生取之不尽技术逐步成熟太阳能发电过程中不产生任何碳排放或太阳能是一种取之不尽的自然资源只要随着近年来太阳能技术的不断进步太阳,,其他废弃物是一种完全清洁的可再生能太阳还在照耀太阳能就可以无限期地被能电池的转换效率和成本不断提升使得,,,源这有助于减少温室气体排放保护我利用这确保了太阳能的可持续性和长太阳能发电越来越具有经济性和竞争力,们脆弱的环境期稳定性太阳能利用的局限性天气依赖性强日照时间有限太阳能的发电量受天气条件太阳能只能在白天发电无法,影响较大阴雨天气会导致发连续供电需要配合能源存储,,电量下降系统转换效率有待提高初期投资成本高目前商业化的太阳能电池转太阳能电站建设需要大量初换效率一般在仍有提期资金投入影响了推广速度15-20%,,升空间太阳能在建筑中的应用被动式太阳能建筑光伏建筑一体化太阳能热水系统太阳能供暖系统这种建筑利用建筑本身的设将太阳能电池模组集成到建利用太阳能热水系统为建筑通过太阳能集热装置为建筑计来吸收和利用太阳能如筑物的屋顶和外墙作为建物提供生活热水减少化石物提供供暖降低建筑能耗,,,,利用大窗户、遮阳装置等实筑物的一部分来发电提高燃料的消耗广泛应用于住适用于寒冷地区现日光采集和调控了利用率和美观性宅和酒店等建筑太阳能发电系统设计选择合适的太阳能电池板根据用电需求和安装位置,选择高效、耐用的太阳能电池板考虑功率输出、转换效率和尺寸等参数确定合适的逆变器选择与电池板和用电设备相匹配的逆变器,确保能够稳定高效地将直流转换为交流电合理规划系统布局根据安装环境,设计电池板的方向和倾角,合理规划各组件的位置,以最大化发电效率考虑电池储能系统根据用电需求,选择合适的电池储能系统,确保在阴雨天气或夜间也能提供稳定的电力供应太阳能发电系统实例我们以某城市一座典型的住宅太阳能光伏电站为例该系统由多块高效太阳能电池板组成通过逆变器将直流转换为可用的交流电通过跟踪系统电,,池板能始终保持最佳角度吸收阳光从而提高发电效率,这种分布式的家庭太阳能发电系统不仅能满足自身用电需求还可将多余电,力上网并获得政府补贴减轻居民用电负担此外它还能助力实现节能减,,,排目标促进可再生能源在城市应用的推广,太阳能产业发展现状全球装机量年全球新增太阳能装机容量2021达到约，已超过风电成182GW为最大的可再生能源技术进步太阳能电池转换效率不断提高，从最初的左右提高到现在15%的商用水平20-22%成本下降太阳能系统成本大幅下降，已经达到电网平价水平，在部分地区已成为最便宜的发电方式之一应用广泛太阳能在建筑、交通、工业等领域的应用不断扩大，正走向主流能源地位太阳能产业发展趋势30%$150B年增长全球市场过去十年太阳能装机容量年均增长30%2022年全球太阳能市场规模达到150亿美元10GW15%中国装机成本下降2021年中国太阳能新增装机容量达10GW过去10年太阳能发电成本下降了15%太阳能产业正处于蓬勃发展期,未来几年全球太阳能市场规模将保持高速增长中国作为世界最大太阳能装机国,未来装机容量仍将保持两位数的增长同时,随着技术进步和产业规模化,太阳能发电成本不断下降,越来越具有竞争力能源结构转型的必要性消费模式转型迫切需要改变高碳排放的能源使用方式,提高能源利用效率环境可持续性传统化石能源使用会造成严重的环境污染和气候变化,必须向清洁能源转型能源安全保障依赖进口化石能源存在供给风险,发展自主可再生能源是实现能源安全的关键可再生能源在能源转型中的作用提高能源利用效率减少碳排放可再生能源系统通过新技术提可再生能源的广泛应用有助于高能源转换和利用的效率减少减少二氧化碳等温室气体排放,,能源浪费缓解气候变化问题推动产业升级增强能源安全可再生能源发展带动了新兴产可再生能源的开发利用有助于业的崛起促进了相关产业的技降低对进口化石能源的依赖提,,术创新和产业结构升级高能源供应的可靠性我国可再生能源发展战略构建多元化能源体系加强可再生能源基础设12施国家提出到年非化石能2030源占一次能源消费比重将达加大电网建设和储能技术投到25%的目标积极发展太入,提高可再生能源并网能力阳能、风能、水能等可再生和调峰能力能源完善政策法规体系推动技术创新与产业发34展出台配套政策法规为可再生,能源发展创造有利环境,并持支持可再生能源技术研发,加续优化相关政策快推广应用,促进产业链协同发展未来能源发展展望多元化发展可再生能源主导智能能源管理未来能源将呈现多元化发展趋势包括清可再生能源如风能、太阳能、水力、地未来能源系统将实现智能化管理利用人,,洁高效的可再生能源、先进的化石能源热等将成为主导能源占能源结构的大比工智能技术优化生产和配送提高能源利,,技术以及核能等组合应用重技术进步将大幅降低成本用效率化学能与太阳能的协同发展化学能与太阳能的深度转化和储存技术的创新系统集成的优化产业链的耦合融合化学能与太阳能系统的协同推动化学能和太阳能产业的化学能和太阳能作为两种重化学能和太阳能都需要依赖优化可以实现更高的整体深度融合构建完整的产业,,要的能源形式,它们之间存转化和储存技术来实现更广能源效率和可靠性通过优链条,有利于实现规模效应在着深度的协同效应通过泛的应用研发高效的电池化系统架构和控制策略发和协同创新共同推动能源,,技术创新,我们可以实现化、燃料电池等技术,可以提挥两种能源的最大价值转型目标的实现学能和太阳能的有效互补高能源的利用率和便携性,,提高能源的利用效率和可再促进两种能源的融合发展生性结语化学能源与太阳能是当今社会能源结构转型的关键领域化学能源通过电池和燃料电池提供高效清洁的电力而太阳能则直接利用太阳辐射转换为可,再生电能两者的协同发展将为人类社会构建可持续的能源未来做出重要,贡献问题讨论随着化学能源与太阳能技术的不断发展我们如何分析和评估两者的优劣势,,找到最佳的协同发展方案例如如何充分发挥化学能源的高能量密度优势,,并结合太阳能的环保无污染特点又或者如何设计出兼具可再生、高效和,经济的混合能源系统这些都是我们需要深入讨论和探索的关键问题。