《太阳能的开发和利用》课件

太阳能的开发和利用本次演示文稿将深入探讨太阳能的开发和利用，涵盖太阳能的基础知识、发电技术、热利用方式以及未来的发展趋势太阳能作为一种清洁、可再生的能源，正日益受到重视在全球能源转型的背景下，太阳能的开发和利用对于实现可持续发展具有重要意义我们将一起探索太阳能的无限潜力，共创绿色未来课程大纲1太阳能基础知识了解太阳能的来源、特性和资源分布2太阳能发电技术掌握光伏发电的原理、技术和应用3太阳能热利用探索太阳能热水、供暖、制冷和光热发电4太阳能应用和发展分析太阳能在建筑、交通、农业等领域的应用前景引言能源危机与可再生能源全球能源消耗持续增长化石燃料储量有限，环境污染严可再生能源的重要性日益凸显重随着经济发展和人口增长，全球能源需可再生能源作为替代能源，具有清洁、求不断攀升，对传统能源的依赖日益加化石燃料的过度开采和使用导致资源枯可持续的特点，对于解决能源危机和保剧竭和严重的环境污染，威胁人类健康和护环境至关重要生态安全太阳能取之不尽，用之不竭地球每年接收太阳能约相当于全球年能源消耗量的倍

1.5×10^18kWh10,000这一数字远超过人类当前以及未地球所接收的太阳能，足以满足来相当长时间内的能源需求总和全球能源需求的上万倍，潜力巨大清洁、可再生、分布广泛太阳能的开发利用不会产生污染物，是真正的绿色能源，且太阳能资源分布广泛，易于获取太阳能利用的历史古代文明1古代文明利用太阳能进行烹饪、取暖等活动，体现了人类对太阳能的早期认识和利用年21839贝克勒尔发现光电效应，为太阳能发电技术奠定了理论基础年31954贝尔实验室研发出首个实用太阳能电池，标志着太阳能发电技术进入了实用阶段太阳能基础知识太阳辐射太阳核心温度约万℃太阳表面温度约太阳常数15005800K1366W/m²太阳核心是核聚变反应的场所，产生巨大太阳表面释放出大量的光和热，形成太阳地球大气层外垂直于太阳光方向上的单位的能量辐射面积所接收到的太阳辐射功率太阳辐射的组成直接辐射未经大气散射或吸收，直接到达地面的太阳辐射散射辐射经过大气散射后到达地面的太阳辐射反射辐射经地面或其他物体反射后到达地面的太阳辐射影响太阳辐射的因素大气层地理纬度1大气层中的气体和悬浮物会吸收和散射纬度越高，太阳辐射强度越低2太阳辐射地形和海拔季节和时间4地形和海拔影响太阳辐射的接收角度和季节和时间影响太阳高度角和日照时长3大气厚度，从而影响太阳辐射全球太阳能资源分布赤道地区1年平均日照时间小时，太阳能资源非常丰富3000热带地区2年平均日照时间较长，太阳能资源丰富温带地区3太阳能资源相对较少，但仍具有开发潜力高纬度地区4太阳能资源匮乏，开发利用难度较大中国太阳能资源分布青藏高原1年辐射量，是中国太阳能资源最丰富的地区1750kWh/m²西北地区2年辐射量，太阳能资源丰富1400-1750kWh/m²华北地区3年辐射量，太阳能资源较丰富1050-1400kWh/m²东南沿海4年辐射量，太阳能资源相对较少1050kWh/m²太阳能利用的基本原理光电转换光热转换利用光电效应，将太阳能直接转换为电能，如光伏发电利用太阳辐射加热介质，将太阳能转换为热能，如太阳能热水器、太阳能供暖光电效应内光电效应半导体材料吸收光子，产生电子空穴对，改变材料的导电性-外光电效应金属表面吸收光子，释放出电子，形成光电流半导体的能带结构价带禁带导带电子占据的最高能带，参与化学键的形价带和导带之间的能量间隔，禁止电子电子可以自由移动的能带，导电性强成存在结的形成P-N型半导体N2掺杂了施主杂质的半导体，多数载流子为电子型半导体P1掺杂了受主杂质的半导体，多数载流子为空穴结界面P-N型半导体和型半导体结合的界面，形P N3成内建电场光生伏特效应光子激发1光子照射到结，激发产生电子空穴对P-N-电场分离2内建电场将电子和空穴分离，分别推向区和区N P形成电流3电子和空穴的定向移动形成光生电流，产生光生电压太阳能发电技术光伏发电直接转换寿命长模块化光伏发电直接将太阳能转换为电能，无光伏发电系统无机械运动部件，维护简光伏发电系统采用模块化设计，规模可需中间环节，效率高单，寿命长大可小，适应性强太阳能电池的基本结构前电极（栅线）收集光生电流，减少表面复合减反射涂层减少太阳光的反射，提高光吸收N型发射极形成结，产生光生伏特效应P-NP型基底提供载流子，支撑电池结构背电极收集光生电流，提供电连接太阳能电池的工作原理产生电子空穴对-吸收光子1光子能量激发半导体材料，产生电子空-太阳能电池吸收太阳光中的光子2穴对电流收集电荷分离4电子和空穴分别被电极收集，形成电流3结内建电场分离电子和空穴P-N太阳能电池的主要参数Voc Isc开路电压短路电流电池在开路状态下的电压电池在短路状态下的电流FFη填充因子转换效率反映电池性能的重要参数电池将太阳能转换为电能的效率太阳能电池的种类晶体硅电池薄膜电池新型电池包括单晶硅和多晶硅电池，技术成熟，包括非晶硅、、电池，成本包括钙钛矿、有机太阳能电池，效率高CdTe CIGS市场占比高低，柔性好，但稳定性有待提高晶体硅太阳能电池市场份额90%晶体硅电池是目前市场上最主流的太阳能电池单晶硅效率22-24%单晶硅电池具有较高的转换效率多晶硅效率18-20%多晶硅电池成本较低，但效率稍低于单晶硅电池寿命年25-30晶体硅电池具有较长的使用寿命薄膜太阳能电池材料用量少，成本低柔性、轻量化效率较低10-15%薄膜电池的材料成本较低，易于大规模生薄膜电池可以制成柔性器件，适用于特殊薄膜电池的转换效率相对较低产场合新型太阳能电池钙钛矿电池1效率，但稳定性有待提高，是目前研究的热点25%叠层电池2效率，但成本较高，适用于高效率要求的场合29%量子点电池3理论效率高，但仍处于研究阶段，有待进一步突破光伏组件串并联多个太阳能电池通过串并联连接，提高电压和电流封装采用、钢化玻璃、背板等材料封装，保护电池免受环境影EVA响接线盒、连接器用于连接光伏组件和逆变器等设备光伏系统的组成逆变器光伏组件将直流电转换为交流电，供家庭或工业21使用将太阳能转换为电能的核心部件控制器3控制光伏系统的运行，保护蓄电池5并网设备蓄电池将光伏系统与电网连接4存储电能，供离网系统使用光伏系统类型并网系统离网系统混合系统直接向电网输送电力，是目前应用最广独立供电，需要蓄电池存储电能，适用结合其他发电方式，如风力发电、柴油泛的光伏系统于偏远地区或无电网地区发电等，提高供电可靠性光伏电站地面电站分布式电站大规模，集中式，通常位于土地建筑屋顶、农光互补等，利用现资源丰富的地区有资源，减少土地占用漂浮电站水面上的光伏系统，减少土地占用，提高发电效率光伏发电的优势清洁无污染寿命长，维护简单模块化，适应性强光伏发电不产生污染物，是真正的清洁能光伏系统无机械运动部件，维护成本低光伏系统规模可大可小，适应各种应用场源景光伏发电的挑战初始投资高发电不稳定电池回收光伏系统的初始投资较高，是制约其发光伏发电受天气影响大，发电不稳定，电池回收和处理问题日益突出，需要建展的重要因素需要储能系统立完善的回收体系光伏发电成本趋势过去10年，光伏发电成本大幅下降，部分地区已实现平价上网预计未来成本将进一步降低，成为最具竞争力的发电方式太阳能热利用太阳能热水器利用太阳能加热水，供家庭或工业使用太阳能供暖制冷/利用太阳能进行建筑物供暖或制冷太阳能干燥利用太阳能对农产品、木材等进行干燥处理太阳能光热发电利用太阳能加热介质，产生蒸汽驱动汽轮机发电太阳能集热器类型平板型集热器真空管集热器聚光型集热器结构简单，成本低，适用于低温度要求保温性能好，适用于高温度要求的场合聚光比例高，温度高，适用于光热发电的场合平板型集热器吸热板吸收太阳辐射，将热量传递给介质玻璃盖板减少热量损失，保护吸热板保温层减少热量散失，提高集热效率真空管集热器真空层2有效减少热传导和对流，降低热损失双层玻璃管1内外两层玻璃管之间抽真空，形成真空绝热层吸热涂层吸收太阳辐射，将热量传递给管内介质3太阳能热水系统自然循环系统强制循环系统直接加热系统间接加热系统依靠热水密度差形成自然循依靠水泵强制循环，控制灵直接加热自来水，效率高，通过换热器加热，防止结垢环，结构简单，成本低活，适用于大规模热水系统但易结垢，适用于水质较差的地区太阳能热水器市场70%全球最大市场中国是全球最大的太阳能热水器市场，占比超过70%亿1000年产值太阳能热水器年产值超过1000亿元人民币20%城市普及率城市太阳能热水器普及率约为20%30%农村普及率农村太阳能热水器普及率约为30%太阳能供暖系统被动式太阳房利用建筑结构和材料吸收和存储太阳能，实现供暖主动式太阳能供暖利用太阳能集热器收集太阳能，加热介质，通过管道输送到室内太阳能地板辐射供暖利用太阳能加热地板下的管道，实现室内供暖蓄热供暖系统将太阳能存储在蓄热介质中，在需要时释放热量太阳能制冷吸收式制冷利用太阳能加热制冷剂，实现制冷吸附式制冷利用吸附剂吸附制冷剂，实现制冷热电制冷利用热电材料的塞贝克效应实现制冷太阳能干燥农产品干燥1利用太阳能干燥农产品，延长保质期，提高经济价值木材干燥2利用太阳能干燥木材，防止变形和腐烂工业物料干燥3利用太阳能干燥工业物料，降低能耗，减少污染太阳能光热发电塔式系统槽式系统碟式系统菲涅尔系统利用定日镜将太阳光反射到利用抛物面槽聚焦太阳光，利用抛物面碟形反射镜聚焦利用长条形反射镜聚焦太阳塔顶接收器，加热介质产生加热管道中的传热流体产生太阳光，驱动斯特林发动机光到固定接收器，加热介质蒸汽发电蒸汽发电发电产生蒸汽发电塔式太阳能光热发电定日镜反射工作温度℃效率高1000大量定日镜将太阳光反接收器工作温度高，效塔式系统发电效率高，射到塔顶接收器率高可大规模发电槽式太阳能光热发电加热管道2加热管道中的传热流体抛物面槽1利用抛物面槽聚焦太阳光蒸汽发电产生蒸汽驱动汽轮机发电3碟式太阳能光热发电碟形反射镜利用抛物面碟形反射镜聚焦太阳光斯特林发动机驱动斯特林发动机模块化设计模块化设计，灵活方便菲涅尔太阳能光热发电长条形反射镜1利用长条形反射镜聚焦太阳光固定接收器2聚焦到固定接收器成本低3结构简单，成本低光热发电的优势与挑战优势可配备储热系统，发电稳定挑战初始投资高，适用地区有限光热发电可以配备储热系统，实现小时连续发电，提高电力光热发电的初始投资较高，且需要充足的阳光资源，适用地区有24系统的稳定性限太阳能应用建筑一体化光伏建筑一体化太阳能幕墙将光伏组件与建筑物结构相结合，实现发电和建筑功能一体利用太阳能幕墙发电，美观大方，节能环保化太阳能瓦太阳能遮阳板用太阳能瓦替代传统瓦片，实现屋顶发电利用太阳能遮阳板发电，遮阳的同时产生电能太阳能应用交通领域太阳能汽车太阳能道路太阳能充电站利用太阳能电池驱动汽在道路表面铺设太阳能利用太阳能为电动汽车车，减少对传统燃料的电池，为交通设施供电充电，实现绿色出行依赖太阳能应用农业太阳能温室农光互补太阳能灌溉利用太阳能为温室供暖，提高农作物产在农田上建设光伏电站，实现发电和农利用太阳能驱动水泵进行灌溉，节约能量业双赢源太阳能应用水处理太阳能污水处理2利用太阳能进行污水处理，减少污染太阳能海水淡化1利用太阳能蒸馏海水，获得淡水资源太阳能消毒利用太阳能紫外线进行水体消毒，杀灭3细菌太阳能应用便携设备太阳能充电宝利用太阳能为手机等设备充电，方便实用太阳能手表利用太阳能驱动手表，无需更换电池太阳能计算器利用太阳能驱动计算器，节能环保太阳能背包在背包上安装太阳能电池，为电子设备充电全球太阳能产业现状714GW—20%累计装机量主要市场年增长率年全球光伏累计装机量达到中国、美国、日本、德国、印度是全球主全球太阳能产业年增长率超过2020714GW20%要的太阳能市场中国太阳能产业现状全球第一产量占比高十四五规划年光伏累计装机量达到，位太阳能电池产量占全球以上年非化石能源占比达到2020253GW70%202520%居全球第一太阳能产业链上游多晶硅、硅片生产商中游电池片、组件制造商下游系统集成商、运营维护商太阳能技术发展趋势高效率大尺寸

1、、等高效电池技大硅片成为趋势，降低成本，PERC HJTTOPCon210mm2术不断涌现提高效率智能化双面发电

4、智能逆变器提高系统效率和可MLPE3双面电池、双玻组件提高发电量靠性太阳能政策支持可再生能源配额制上网电价补贴税收优惠绿色信贷强制要求电力公司购买一定对可再生能源发电项目提供对可再生能源企业提供税收银行为可再生能源项目提供比例的可再生能源电力上网电价补贴，提高投资回优惠，降低运营成本优惠贷款，降低融资成本报率太阳能发展面临的挑战间歇性和不稳定性储能技术有待提高太阳能发电受天气影响大，发电具有间歇性和不稳定性储能技术成本高，容量有限，制约了太阳能的广泛应用并网消纳问题原材料供应风险太阳能发电的大规模并网对电网的稳定性和安全性提出了挑太阳能电池的原材料供应存在一定的风险战太阳能与其他可再生能源的协同风光互补结合风能和太阳能的优势，提高发电的稳定性和可靠性水光互补利用水力发电的调节能力，平滑太阳能发电的波动生物质能太阳能+利用生物质能为太阳能发电提供备用电源太阳能与能源互联网需求侧响应2利用需求侧响应技术，调节电力负荷，提高电网的稳定性分布式能源系统1将太阳能发电与分布式能源系统相结合，实现能源的就地生产和消费虚拟电厂将多个分布式能源系统组合成虚拟电厂3，参与电力市场交易太阳能的未来展望12000GW年全球光伏装机预测将超过20302000GW占比超过220%太阳能在全球能源结构中的占比将超过20%新型电池商业化3新型太阳能电池将实现商业化应用融合发展4太阳能储能氢能将实现融合发展++结语拥抱太阳能，共创绿色未来1技术创新是关键不断推进太阳能技术创新，提高发电效率，降低成本2政策支持是保障政府应继续加大对太阳能产业的政策支持力度，营造良好的发展环境3市场机制是动力建立完善的市场机制，促进太阳能产业的健康发展4全社会参与是基础鼓励全社会参与太阳能的开发利用，共同建设绿色未来。