地球上的化石能源主要有石油、煤、天然气和海底甲烷水合物，目前，人类使用的能源主要是化石能源．由于这些矿物燃料的大量消耗，已导致全球气候变暖，引起严重的生态环境问题，而且化石能源贮量有限，分布不均，有朝一日，必然枯竭．人类今后使用何种能源，这已成为摆在我们面前的问题．太阳能遍布地球，取之不尽，用之不竭，对环境无污染，这是人类未来能源的最佳选择．
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1.太阳能电池
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1．1 太阳能电池 将太阳能转化为电能，一直是人类美好的理想．1954年美国贝尔实验室制成了世界上第一块单晶硅太阳能电池，从此，人类这一理想就逐渐转变为现实．太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置，是由各种具有不同电子特性的半导体材料制成的平面器件，具有强大的内部电场．内部电场在太阳光的照射下，发生了电子和空穴的分离，电子和空穴分别向两个相反的方向移动，正、负电荷分别聚集而产生电动势rtl，即在太阳能电池的正面和背面之间产生电压，接通外电路后就能输出直流电流．例如以N半导体砷化掠和碳组成的电池(N。GaAs[K2Se—KzSe《OH[C]就是一种典型的太阳能电池．近年来，太阳能电池得到飞速发展，20世纪80年代以来，发展为以硫化镐、砷化掠等新型半导体材料为基础的无机太阳能电池和以份普(又称都花普)、酞普及叶绿素等为基材的有机太阳能电池．太阳能电他的效率(即光能转化为电能的比例)也得到很大的提高，例如单晶硅太阳能电池的效率从最初的6．0％提高到24．7％；薄膜蹄化锦太阳能电他的效率为16．4％；在单晶硅片上、下表面分别沉积P型和N型非晶硅薄膜制成的HIT型电池，效率已达21．0％．当今世界上光电转化效率最高的当属砷化掠多结太阳能电池，它在聚油船倍的阳光条件下，光电转化效率已高达35．0％，并向40．0％的高峰攀升．
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4 J- v5 K* X; D% U1 k" {现以硅电池为例介绍太阳能电池的制作：首先在硅片上制作一个平面州结，然后在硅片的正面和背面分别制作电极，为了增加对阳光的吸收，有时还在上表面制备一层减反射膜．为了对电能进行大功率输出，须将大量的单个太阳能电他用串联和并联的方式连接起来．为了保护太阳能电池，安装时还需用钢化玻璃将太阳能电池封装起来．封装起来的多个太阳能电池形成的太阳能电池方阵，就称太阳能电池板．太阳能电池的研究方兴未艾，目前研究工作主要集中于提高大阳能电他的光电转化效率，寻找新型材料和改进制作工艺及降低成本等方面．
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' G$ |6 t4 ?; M- \* T8 F# X- B% l7 ~1．2太阳能建筑 1941年美国麻省理工学院就建立了第一批太阳能建筑并取得专利．澳大利亚悉尼市政府为了举办2000年奥运会，建筑了665套永久性太阳能住宅和500座太阳能活动房，供各国运动员下塌，并且在悉尼奥运村中的宴会厅和自助餐厅的屋顶上安装了太阳能电池，此举开创了“绿色奥运”的先河．此外在悉尼奥林匹克林荫大道上，排列着19座太阳能灯塔，灯塔上的太阳能电池，白天将阳光的光能转化为电能，贮存于蓄电池中；当暮色降临时，蓄电池中的电能自动释放，将路灯点亮．这项技术在航海灯塔上也已得到应用．
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太阳能电池向建筑供电的形式非常灵活，既可安装太阳能电池屋顶，也可将房屋的墙壁做成太阳能幕墙，或将窗台做成太阳能窗沿．安装在美国纽约第四时代广场35—48层的太阳能幕墙为整栋大楼提供了1*5％的电力，而目前太阳能利用最常见的形式是将太阳能电池铺设在倾斜的屋顶上．世界上最大的太阳能屋顶位于德国Hema，功率为1MW．
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上海交通大学太阳能研究所在该校阅行校区建设的生态能源房，为单层建筑，建筑面积245m2，内设展示厅、休息室、物品存放室、厕所和太阳能浴室等．该生态能源房安装了功率4kW的太阳能电池、1kW的风能发电机、10m2的太阳能集热器和2kW的地热泵等设施．由这些绿色能源系统向生态能源房供电、供热和供冷*其中太阳能和风能发出的电能充入蓄电池，转变成220V交流电后，向室内的电灯、电视、空调、传真机、计算机和洗衣机等供电，2kW的地热泵用井水循环，可对室内供冷、供热，而10m2的太阳能集热器可为室内24喉供热水．这对未来住房设计是一种有益的探索.
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1.3 太阳能交通工具 太阳能电池应用非常广泛，也能较好地应用于交通工具．最近，美国研制了一种新型的太阳能电池驱动的飞行器，称“太阳神原型机”．该机质量只有700kg，翼展74m，机翼上面装有6．5万块太阳能电池板，首次试飞就成功地升到24．7km的高空，理论飞行高度可达30．9km*该飞行器的研制是航天航空技术领域的一次革命，显示了太阳能电池在飞行器上的广阔应用前景*太阳能电池在车、船上的应用研究也相当成功，例如，日本京都陶瓷公司和Kitami理工学院共同研制开发的太阳能汽车“蓝鹰”号，在第五届世界太阳能汽车技力赛上表现非常突出．澳大利亚的太阳能汽车Auroral01，外型新颖别致，像个飞碟，行程3*010Mm，仅耗时41*1h，平均速度达72*96knVh*1996年日本人肯尼兹·霍维也号驾驶一条由回收废罐头盒制成的太阳能光电动船，整条船上的船篷都装有太阳能电池，从厄瓜多尔航行到日本，航程16Mm，历时120d，此举充分显示了太阳能电池的广阔应用前景．
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1 [) `. {9 k6 D- k) M! }1．4 太阳能电池在航空航天和通讯上的应用 太空中只有白天，没有黑夜，太阳光强度也不受天气变化和季节更替的影响*最初太阳能电池主要是广泛应用于人造卫星和航空航天领域，如人造卫星、宇宙空间站上的能源都是由太阳能电池提供．近年世界上正在研制一种现代化通讯工具“太阳能平流层平台”．它是一架长240m，直径80m的巨型飞艇．飞艇内充满氮气，由浮力克服重力，将飞艇锁定在20km的高空，飞艇上螺旋桨的推力来平衡平流层内速度高达30m／s的气流，使飞艇在高空定位，由飞艇上安装的微波通讯发射和接收系统来代替全球卫星定位系统，确保所辖区域的各种地面微波通讯的可靠运行．这一设施可能不久就会面世．
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0 V3 @% {. |! W; B1 r) o! ~4 C太阳能电池的应用远不止上述各方面，白1973年能源危机爆发后，太阳能电池的应用领域不断扩展．目前，甚至还建立了很多完全由太阳能电池供电的设施，如微波中转站、航海灯塔、路灯、捕虫器、公共汽车站牌等等．太阳能电池的应用可见一斑.
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2 太阳能光能热利用发电 太阳能炉灶和太阳能热水器等是太阳能光能利用方面除日常生活应用之外的较简单的形式．太阳能的光能热利用的发电形式主要有太阳能烟筒发电、塔式发电、碟式发电和槽式发电等．
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0 S7 Y2 c4 c2 c" H& l" f2．1 太阳能烟筒发电 太阳能烟筒是最简单的发电方法．在一块空旷圆型的土地上盖满透明的玻璃，正中建一个烟筒，烟筒内安装涡轮式发电机，在阳光照射下，玻璃下的地面吸收阳光，产生热气，热气从烟筒中上升，形成气流，气流驱动涡轮机而发电.
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2．2 塔式发电 太阳能塔式发电是在空旷的平地上建立高大的坚塔，塔顶安装接收器(相当于锅炉)，以塔为中心在其周围安置许多大阳追踪镜(又称定日镜)*定日镜将日光聚集并反射到塔顶接收器上，太阳光产生的热能使接收器内的水产生高温蒸汽，以蒸汽推动汽轮机来发电*1981年在日本四国建成的世界上首座电塔开始运行，电站总面积13000m2，装有定日镜800多面，发电功率1MW．世界上最大的试验性电塔(太阳1号电塔)1982年于美国加利福尼亚州落成，发电功率10MW．后改为太阳2号电塔，其中央接收器用太阳光聚焦方法加热到约556cC，融化硝酸盐，并利用其热量使水沸腾和产生蒸汽，推动汽轮机发电，为加利福尼亚州1万个家庭供电．
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2．3 碟式发电和槽式发电 对分散的太阳光线，可利用一组抛物形碟状反射镜或槽状反射镜来聚集太阳光，并聚焦到一系列的接收器上，抛物形碟把太阳光聚集于一个焦点，而抛物形槽则沿着一条线聚集太阳光，这些圆形或条形的接受器用管道串通，抽上来的水被强烈的阳光加热至高温，得到热水或蒸汽，既可提供热量，也可发电．座落在美国加利福尼亚州华纳泉附近的一个碟式太阳能发电系统，功率达4MW．
发表于 2007-8-22 19:50:54
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