太陽(yáng)能？

【專(zhuān)家解說(shuō)】：一、 太陽(yáng)能的基本知識(shí)太陽(yáng)能是最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風(fēng)能、潮汐能、水能等都來(lái)自太陽(yáng)能，太陽(yáng)內(nèi)部進(jìn)行著由氫聚變成氦的原子核反應(yīng)，不停地釋放出巨大的能量，不斷地向宇宙空間輻射能量，這就是太陽(yáng)能。太陽(yáng)內(nèi)部的這種核聚變反應(yīng)可以維持很長(zhǎng)時(shí)間，據(jù)估計(jì)約有幾十億至幾百億年，相對(duì)于人類(lèi)的有限生存時(shí)間而言，太陽(yáng)能可以說(shuō)是取之不盡，用之不竭的。太陽(yáng)能的總量很大，我國(guó)陸地表面每年接受的太陽(yáng)能就相當(dāng)于1700億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，但十分分散，能流密度較低，到達(dá)地面的太陽(yáng)能每平方米只有1000瓦左右。同時(shí)，地面上太陽(yáng)能還受季節(jié)、晝夜、氣候等影響，時(shí)陰時(shí)晴，時(shí)強(qiáng)時(shí)弱，具有不穩(wěn)定性。根據(jù)太陽(yáng)能的特點(diǎn)，必須解決以下四個(gè)基本技術(shù)問(wèn)題，才能有效地加以利用。 1、太陽(yáng)能采集 2、太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換 3、太陽(yáng)能貯存 4、太陽(yáng)能輸運(yùn)太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用是當(dāng)今國(guó)際上一大熱點(diǎn)，經(jīng)過(guò)最近20多年的努力，太陽(yáng)能技術(shù)有了長(zhǎng)足進(jìn)步，太陽(yáng)能利用領(lǐng)域已由生活熱水，建筑采暖等擴(kuò)展到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)許多部門(mén)，人們已經(jīng)強(qiáng)烈意識(shí)到，一個(gè)廣泛利用太陽(yáng)能和可再生能源的新時(shí)代——太陽(yáng)能時(shí)代即將來(lái)到。 (1)、太陽(yáng)的基本結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能是一個(gè)熾熱氣體構(gòu)成的球體，主要由氫和氦組成，其中氫占80％，氦占19％。 (2)、太陽(yáng)常數(shù)太陽(yáng)常數(shù)是指在太陽(yáng)地球間平均距離外，在地球大氣層以上垂直于太陽(yáng)光線的平面上，單位面積，單位時(shí)間內(nèi)的太陽(yáng)輻射能的數(shù)值，該數(shù)值是個(gè)常數(shù)，一般取1367瓦/米2。(4920千焦/米2時(shí))。由于通過(guò)地球外大氣層吸收反射，太陽(yáng)光到達(dá)地面的輻射強(qiáng)度大大降低。 (3)、太陽(yáng)輻射能和到達(dá)地球的太陽(yáng)能整個(gè)太陽(yáng)每秒鐘釋放出來(lái)的能量是無(wú)比巨大的，高達(dá)3.826×1033爾格或37.3×106兆焦，相當(dāng)于每秒鐘燃燒1.28億噸標(biāo)準(zhǔn)煤所放出的能量。太陽(yáng)輻射到達(dá)地球陸地表面的能量，大約為17萬(wàn)億千瓦，僅占到達(dá)地球大氣外層表面總輻射量的10％。即使這樣，它也相當(dāng)目前全世界一年內(nèi)能源總消耗量的3.5萬(wàn)倍。 (4)、我國(guó)的太陽(yáng)能資源我國(guó)太陽(yáng)能資源十分豐富，全國(guó)有2/3以上的地區(qū)，年輻照總量大于502萬(wàn)千焦/米2，年日照時(shí)數(shù)在2000小時(shí)以上。 (5)、太陽(yáng)能的特點(diǎn)太陽(yáng)能作為一種新能源，它與常規(guī)能源相比有三大優(yōu)點(diǎn): 第一， 它是人類(lèi)可以利用的最豐富的能源，據(jù)估計(jì)，在過(guò)去漫長(zhǎng)的11億年中，太陽(yáng)消耗了它本身能量的2％，可以說(shuō)是取之不盡，用之不竭。 第二， 地球上，無(wú)論何處都有太陽(yáng)能，可以就地開(kāi)發(fā)利用，不存在運(yùn)輸問(wèn)題，尤其對(duì)交通不發(fā)達(dá)的農(nóng)村、海島和邊遠(yuǎn)地區(qū)更具有利用的價(jià)值。 第三， 太陽(yáng)能是一種潔凈的能源，在開(kāi)發(fā)和利用時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生廢渣、廢水、廢氣，也沒(méi)有噪音，更不會(huì)影響生態(tài)平衡。太陽(yáng)能的利用有它的缺點(diǎn):第一， 能流密度較低，日照較好的，地面上1平方米的面積所接受的能量只有1千瓦左右。往往需要相當(dāng)大的采光集熱面才能滿(mǎn)足使用要求，從而使裝置地面積大，用料多，成本增加。第二， 大氣影響較大，給使用帶來(lái)不少困難。 (6)、太陽(yáng)能利用的技術(shù)領(lǐng)域人類(lèi)直接利用太陽(yáng)能有三大技術(shù)領(lǐng)域，即光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和光化學(xué)轉(zhuǎn)換，此外，還有儲(chǔ)能技術(shù)。太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換技術(shù)的產(chǎn)品很多，如熱水器、開(kāi)水器、干燥器，采暖和制冷，溫室與太陽(yáng)房，太陽(yáng)灶和高溫爐，海水淡化裝置、水泵、光伏發(fā)電、太陽(yáng)能照明、熱力發(fā)電裝置及太陽(yáng)能醫(yī)療器具。二、 光伏發(fā)電太陽(yáng)能的光電轉(zhuǎn)換是指太陽(yáng)的輻射能光子通過(guò)半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程，通常叫做“光生伏打效應(yīng)”，太陽(yáng)電池就是利用這種效應(yīng)制成的。 當(dāng)太陽(yáng)光照射到半導(dǎo)體上時(shí)，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半導(dǎo)體吸收或透過(guò)。被吸收的光，當(dāng)然有一些變成熱，另一些光子則同組成半導(dǎo)體的原子價(jià)電子碰撞，于是產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。這樣，光能就以產(chǎn)生電子-空穴對(duì)的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?、如果半?dǎo)體內(nèi)存在P-n結(jié)，則在P型和n型交界面兩邊形成勢(shì)壘電場(chǎng)，能將電子驅(qū)向n區(qū)，空穴驅(qū)向P區(qū)，從而使得n區(qū)有過(guò)剩的電子，P區(qū)有過(guò)剩的空穴，在P-n結(jié)附近形成與勢(shì)壘電場(chǎng)方向相反光的生電場(chǎng)。 光生電場(chǎng)的一部分除抵銷(xiāo)勢(shì)壘電場(chǎng)外，還使P型層帶正電，n型層帶負(fù)電，在n區(qū)與p區(qū)之間的薄層產(chǎn)生所謂光生伏打電動(dòng)勢(shì)。若分別在P型層和n型層焊上金屬引線，接通負(fù)載，則外電路便有電流通過(guò)。如此形成的一個(gè)個(gè)電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來(lái)，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出功率。(一) 太陽(yáng)能電池組件制造太陽(yáng)電池的半導(dǎo)體材料已知的有十幾種，因此太陽(yáng)電池的種類(lèi)也很多。目前，技術(shù)最成熟，并具有商業(yè)價(jià)值的太陽(yáng)電池要算硅太陽(yáng)電池。硅是地球上極豐富的一種元素，幾乎遍地都有硅的存在，可說(shuō)是取之不盡。用硅來(lái)制造太陽(yáng)電池，原料可謂不缺。但是提煉它卻不容易，所以人們?cè)谏a(chǎn)單晶硅太陽(yáng)電池的同時(shí)，又研究了多晶硅太陽(yáng)電池和非晶硅太陽(yáng)電池，至今商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的太陽(yáng)電池，還沒(méi)有跳出硅的系列。其實(shí)可供制造太陽(yáng)電池的半導(dǎo)體材料很多，隨著材料工業(yè)的發(fā)展、太陽(yáng)電池的品種將越來(lái)越多。目前已進(jìn)行研究和試制的太陽(yáng)電池，除硅系列外，還有硫化鎘、砷化鎵、銅銦硒等許多類(lèi)型的太陽(yáng)電池，舉不勝舉，以下介紹幾種較常見(jiàn)的太陽(yáng)電池。單晶硅太陽(yáng)電池單晶硅太陽(yáng)電池是當(dāng)前開(kāi)發(fā)得最快的一種太陽(yáng)電池，它的構(gòu)和生產(chǎn)工藝已定型，產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面。這種太陽(yáng)電池以高純的單晶硅棒為原料，純度要求99.999％。為了降低生產(chǎn)成本，現(xiàn)在地面應(yīng)用的太陽(yáng)電池等采用太陽(yáng)能級(jí)的單晶硅棒，材料性能指標(biāo)有所放寬。有的也可使用半導(dǎo)體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料，經(jīng)過(guò)復(fù)拉制成太陽(yáng)電池專(zhuān)用的單晶硅棒。將單晶硅棒切成片，一般片厚約0.3毫米。硅片經(jīng)過(guò)形、拋磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太陽(yáng)電池片，首先要在硅片上摻雜和擴(kuò)散，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。擴(kuò)散是在石英管制成的高溫?cái)U(kuò)散爐中進(jìn)行。這樣就硅片上形成P?/FONT>N結(jié)。然后采用絲網(wǎng)印刷法，精配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經(jīng)過(guò)燒結(jié)，同時(shí)制成背電極，并在有柵線的面涂覆減反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉。因此，單晶硅太陽(yáng)電池的單體片就制成了。單體片經(jīng)過(guò)抽查檢驗(yàn)，即可按所需要的規(guī)格組裝成太陽(yáng)電池組件(太陽(yáng)電池板)，用串聯(lián)和并聯(lián)的方法構(gòu)成一定的輸出電壓和電流。最后用框架和裝材料進(jìn)行封裝。用戶(hù)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可將太陽(yáng)電池組件組成各種大小不同的太陽(yáng)電池方陣，亦稱(chēng)太陽(yáng)電池陣列。目前單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率為18％左右，實(shí)驗(yàn)室成果也有20％以上的。多晶硅太陽(yáng)電池晶硅太陽(yáng)電池的生產(chǎn)需要消耗大量的高純硅材料，而制造這些材料工藝復(fù)雜，電耗很大，在太陽(yáng)電