太陽能？

【專家解說】：一、 太陽能的基本知識太陽能是最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風(fēng)能、潮汐能、水能等都來自太陽能，太陽內(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，這就是太陽能。太陽內(nèi)部的這種核聚變反應(yīng)可以維持很長時間，據(jù)估計(jì)約有幾十億至幾百億年，相對于人類的有限生存時間而言，太陽能可以說是取之不盡，用之不竭的。太陽能的總量很大，我國陸地表面每年接受的太陽能就相當(dāng)于1700億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，但十分分散，能流密度較低，到達(dá)地面的太陽能每平方米只有1000瓦左右。同時，地面上太陽能還受季節(jié)、晝夜、氣候等影響，時陰時晴，時強(qiáng)時弱，具有不穩(wěn)定性。根據(jù)太陽能的特點(diǎn)，必須解決以下四個基本技術(shù)問題，才能有效地加以利用。 1、太陽能采集 2、太陽能轉(zhuǎn)換 3、太陽能貯存 4、太陽能輸運(yùn)太陽能開發(fā)利用是當(dāng)今國際上一大熱點(diǎn)，經(jīng)過最近20多年的努力，太陽能技術(shù)有了長足進(jìn)步，太陽能利用領(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，人們已經(jīng)強(qiáng)烈意識到，一個廣泛利用太陽能和可再生能源的新時代——太陽能時代即將來到。 (1)、太陽的基本結(jié)構(gòu)太陽能是一個熾熱氣體構(gòu)成的球體，主要由氫和氦組成，其中氫占80％，氦占19％。 (2)、太陽常數(shù)太陽常數(shù)是指在太陽地球間平均距離外，在地球大氣層以上垂直于太陽光線的平面上，單位面積，單位時間內(nèi)的太陽輻射能的數(shù)值，該數(shù)值是個常數(shù)，一般取1367瓦/米2。(4920千焦/米2時)。由于通過地球外大氣層吸收反射，太陽光到達(dá)地面的輻射強(qiáng)度大大降低。 (3)、太陽輻射能和到達(dá)地球的太陽能整個太陽每秒鐘釋放出來的能量是無比巨大的，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。太陽輻射到達(dá)地球陸地表面的能量，大約為17萬億千瓦，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3.5萬倍。 (4)、我國的太陽能資源我國太陽能資源十分豐富，全國有2/3以上的地區(qū)，年輻照總量大于502萬千焦/米2，年日照時數(shù)在2000小時以上。 (5)、太陽能的特點(diǎn)太陽能作為一種新能源，它與常規(guī)能源相比有三大優(yōu)點(diǎn): 第一， 它是人類可以利用的最豐富的能源，據(jù)估計(jì)，在過去漫長的11億年中，太陽消耗了它本身能量的2％，可以說是取之不盡，用之不竭。 第二， 地球上，無論何處都有太陽能，可以就地開發(fā)利用，不存在運(yùn)輸問題，尤其對交通不發(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， 太陽能是一種潔凈的能源，在開發(fā)和利用時，不會產(chǎn)生廢渣、廢水、廢氣，也沒有噪音，更不會影響生態(tài)平衡。太陽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，給使用帶來不少困難。 (6)、太陽能利用的技術(shù)領(lǐng)域人類直接利用太陽能有三大技術(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，還有儲能技術(shù)。太陽能轉(zhuǎn)換技術(shù)的產(chǎn)品很多，如熱水器、開水器、干燥器，采暖和制冷，溫室與太陽房，太陽灶和高溫爐，海水淡化裝置、水泵、光伏發(fā)電、太陽能照明、熱力發(fā)電裝置及太陽能醫(yī)療器具。二、 光伏發(fā)電太陽能的光電轉(zhuǎn)換是指太陽的輻射能光子通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程，通常叫做“光生伏打效應(yīng)”，太陽電池就是利用這種效應(yīng)制成的。 當(dāng)太陽光照射到半導(dǎo)體上時，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。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。這樣，光能就以產(chǎn)生電子-空穴對的形式轉(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壘電場，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)有過剩的電子，P區(qū)有過剩的空穴，在P-n結(jié)附近形成與勢壘電場方向相反光的生電場。 光生電場的一部分除抵銷勢壘電場外，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勢。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。如此形成的一個個電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出功率。(一) 太陽能電池組件制造太陽電池的半導(dǎo)體材料已知的有十幾種，因此太陽電池的種類也很多。目前，技術(shù)最成熟，并具有商業(yè)價(jià)值的太陽電池要算硅太陽電池。硅是地球上極豐富的一種元素，幾乎遍地都有硅的存在，可說是取之不盡。用硅來制造太陽電池，原料可謂不缺。但是提煉它卻不容易，所以人們在生產(chǎn)單晶硅太陽電池的同時，又研究了多晶硅太陽電池和非晶硅太陽電池，至今商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的太陽電池，還沒有跳出硅的系列。其實(shí)可供制造太陽電池的半導(dǎo)體材料很多，隨著材料工業(yè)的發(fā)展、太陽電池的品種將越來越多。目前已進(jìn)行研究和試制的太陽電池，除硅系列外，還有硫化鎘、砷化鎵、銅銦硒等許多類型的太陽電池，舉不勝舉，以下介紹幾種較常見的太陽電池。單晶硅太陽電池單晶硅太陽電池是當(dāng)前開發(fā)得最快的一種太陽電池，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)用的太陽電池等采用太陽能級的單晶硅棒，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)過復(fù)拉制成太陽電池專用的單晶硅棒。將單晶硅棒切成片，一般片厚約0.3毫米。硅片經(jīng)過形、拋磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太陽電池片，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)過燒結(jié)，同時制成背電極，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，單晶硅太陽電池的單體片就制成了。單體片經(jīng)過抽查檢驗(yàn)，即可按所需要的規(guī)格組裝成太陽電池組件(太陽電池板)，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。用戶根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可將太陽電池組件組成各種大小不同的太陽電池方陣，亦稱太陽電池陣列。目前單晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為18％左右，實(shí)驗(yàn)室成果也有20％以上的。多晶硅太陽電池晶硅太陽電池的生產(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，在太陽電