新能源与材料科学论文

《新能源材料论文》 院系:辽宁科技大学无机11 姓名:杨赫学号:就目前来说,人类直接利用太阳能还处于初级阶段,主要有太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电等方式。 (1)太阳能集热器 太阳能热水器装置通常包括太阳能集热器、储水箱、管道及抽水泵其他部件。另外在冬天需要热交换器和膨胀槽以及发电装置以备电厂不能供电之需。太阳能集热器(solar collector)在太阳能热系统中,接受太阳辐射并向传热工质传递热量的装置。按传热工质可分为液体集热器和空气集热器。按采光方式可分为聚光型集热器和吸热型集热器两种。另外还有一种真空集热器:一个好的太阳能集热器应该能用20~30年。自从大约1980年以来所制作的集热器更应维持40~50年且很少进行维修。 (2)太阳能热水系统 早期最广泛的太阳能应用即用于将水加热,现今全世界已有数百万太阳能热水装置。太阳能热水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分。此外,可能还有辅助的能源装置(如电热器等)以供应无日照时使用,另外尚可能有强制循环用的水,以控制水位或控制电动部份或温度的装置以及接到负载的管路等。依循环方式太阳能热水系统可分两种: 1、自然循环式: 此种型式的储存箱置于收集器上方。水在收集器中接受太阳辐射的加热,温度上升,造成收集器及储水箱中水温不同而产生密度差,因此引起浮力,此一热虹吸现像,促使水在除水箱及收集器中自然流动。由与密度差的关系,水流量于收集器的太阳能吸收量成正比。此种型式因不需循环水,维护甚为简单,故已被广泛采用。 2、强制循环式: 热水系统用水使水在收集器与储水箱之间循环。当收集器顶端水温高于储水箱底部水温若干度时,控制装置将启动水使水流动。水入口处设有止回阀以防止夜间水由收集器逆流,引起热损失。由此种型式的热水系统的流量可得知(因来自水的流量可知),容易预测性能,亦可推算于若干时间内的加热水量。如在同样设计条件下,其较自然循环方式具有可以获得较高水温的长处,但因其必须利用水,故有水电力、维护(如漏水等)以及控制装置时动时停,容易损坏水等问存在。因此,除大型热水系统或需要较高水温的情形,才选择强制循环式,一般大多用自然循环式热水器。 (3)暖房 利用太阳能作房间冬天暖房之用,在许多寒冷地区已使用多年。因寒带地区冬季气温甚低,室内必须有暖气设备,若欲节省大量化石能源的消耗,设法应用太阳辐射热。大多数太阳能暖房使用热水系统,亦有使用热空气系统。太阳能暖房系统是由太阳能收集器、热储存装置、辅助能源系统,及室内暖房风扇系统所组成,其过程乃太阳辐射热传导,经收集器内的工作流体将热能储存,再供热至房间。至辅助热源则可装置在储热装置内、直接装设在房间内或装设于储存装置及房间之间等不同设计。当然亦可不用储热双置而直接将热能用到暖房的直接式暖房设计,或者将太阳能直接用于热电或光电方式发电,再加热房间,或透过冷暖房的热装置方式供作暖房使用。最常用的暖房系统为太阳能热水装置,其将热水通至储热装置之中(固体、液体或相变化的储热系统),然后利用风扇将室内或室外空气驱动至此储热装置中吸热,再把此热空气传送至室内;或利用另一种液体流至储热装置中吸热,当热流体流至室内,在利用风扇吹送被加热空气至室内,而达到暖房效果。 太阳能发电 即直接将太阳能转变成电能,并将电能存储在电容器中,以备需要时使用。 太阳能离网发电系统 太阳能离网发电系统包括1、太阳能控制器(光伏控制器和风光互补控制器)对所发的电能进行调节和控制,一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载,另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存,当所发的电不能满足负载需要时,太阳能控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后,控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时,太阳能控制器要控制蓄电池不被过放电,保护蓄电池。控制器的性能不好时,对蓄电池的使用寿命影响很大,并最终影响系统的可靠性。2、太阳能蓄电池组的任务是贮能,以便在夜间或阴雨天保证负载用电。3、太阳能逆变器负责把直流电转换为交流电,供交流负荷使用。太阳能逆变器是光伏风力发电系统的核心部件。由于使用地区相对落后、偏僻,维护困难,为了提高光伏风力发电系统的整体性能,保证电站的长期稳定运行,对逆变器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源发电成本较高,太阳能逆变器的高效运行也显得非常重要。 太阳能离网发电系统主要产品分类A、光伏组件 B、风机 C、控制器D、蓄电池组E、逆变器F、风力/光伏发电控制与逆变器一体化电源。 (4)太阳能并网发电系统 可再生能源并网发电系统是将光伏阵列、风力机以及燃料电池等产生的可再生能源不经过蓄电池储能,通过并网逆变器直接反向馈入电网的发电系统。 因为直接将电能输入电网,免除配置蓄电池,省掉了蓄电池储能和释放的过程,可以充分利用可再生能源所发出的电力,减小能量损耗,降低系统成本。并网发电系统能够并行使用市电和可再生能源作为本地交流负载的电源,降低整个系统的负载缺电率。同时,可再生能源并网系统可以对公用电 网起到调峰作用。并网发电系统是太阳能风力发电的发展方向,代了21世纪最具吸引力的能源利用技术。 太阳能并网发电系统主要产品分类A、光伏并网逆变器B、小型风力机并网逆变器C、大型风机变流器(双馈变流器,全功率变流器)。 我国的新能源技术主要包括1)目前新能源包括核能,潮汐能,风能,太阳能,地热能,生物能原子能、雷电能、宇宙射线能、火山能、地震能等。 等。太阳能、氢能、核能、生物质能、化学能源、风能、海洋能和地热能等领域的新进展,在太阳能补充了多晶硅太阳电池及多晶硅材料制备、聚合物太阳能电池、染料敏化太阳能电池、屋顶计划和并网发电技术; a氢能适合我国国情的煤气化重整制氢和焦炉气重整制氢技术; b核能第四代核能技术、高温气冷堆技术和核聚变堆进;生物质能我国目前加大沼气的建设,已形成年产沼气数十亿立方米的能力; c化学能源钒电池、微生物燃料电池及有机聚合物锂离子电池等内容; d“风能” 风机大型化技术。 (2)新技术如:纳米技术,克隆技术,超导体技术,云计算,洁煤技术,天然气液化,蓄能技术等等等。 我国能源结构特征总体看,呈现出以下主要特征:(1)以煤为主的能源结构从总量看,我国水能资源、煤炭资源、是有资源和天然气资源分别局世界第1位、第2位、第12位和第24位。我国煤炭资源总量为5.6万亿吨,其中已探明储量为1万亿吨,占世界总储量的11%,(石油占2.4%,天然气占1.2%)。从人均可采储量看,仅相当于世界水平的1/2.据专家,我国石油天气资源短缺,人均水资源相对不足,煤炭是保障国家能源安全最重要的资源。(2)能源结构不断优化1997年煤炭进入买房市场后库存持续上升的势头基本得到歇制,煤炭消费比重由1990年76.2%下降到2000年的61.3%。一次能源生产中石油。天然气和水电等清洁能源所占比重由1990年的19%、2%和4.8%上升为2000年的20.94%、3.3%和9.64%,新能源和可再生能源也得到了迅速发展。我国能源资源的基本特点(富煤、贫油、少气)决定了煤炭在一次能源中的重要地位。建国以来,煤炭在一次能源生产和消费中的比例长期占70%以上,2001年全国开采量近13亿吨。专家预测,据有关部门预测,到2005年,全国一次能源生产 量为12.3亿吨煤,其中煤炭为7.85亿吨标准煤(折合11亿吨原煤),仍占63.8%。在21世纪前30年内,煤炭在我国一次能源结构中仍将占主导地位。 低碳经济”是以低能耗低污染为基础的经济。在全球气候变化的背景下,“低碳经济”、“低碳技术”日益受到世界各国的关注。低碳技术涉及电力、交通、建筑、冶金、化工、石化等部门以及在可再生能源及新能源、煤的清洁高效利用、油气资源和煤层气的勘探开发、二氧化碳捕获与埋存等领域开发的有效控制温室气体排放的新技术。 我选择太阳能电池理由: (1)公司实力:太阳能热似乎已席卷天下,但如此大规模,大手笔确实是中国第一家,投资总额超过了中国最大的光伏产品(太阳能电池等)制造商无锡的尚德光伏有限公司。 尚德今年初在上海近郊投资的9999万美元,建造薄膜太阳能电池研发及生产基地,产能在40~50MW。因为,尚德CEO施正荣也将薄膜太阳能电池定为无锡尚德未来的发展方向。太阳能产业成了资本追逐的产业,早就不以为奇了,但携手行业精英,打造行业的航空母舰,其力度确实大。 (2)现状所需:众所周知,传统的燃料能源正在一天天减少,对环境造成的危害日益突出,同时全球还有20亿人得不到正常的能源供应。 目前制约太阳能电力大规模普及的,主要还是因为发电成本太高。科学家预测,未来8~10年,太阳能的发电成本将比传统的火力发电低,成为主要的发电方式。而且,最近国际上一份报告预测,到2010年,只要年日照时数达到2000小时,太阳能发电成本就将达到每度电10美分。 在此背景下太阳能产业发展状态可想而知,相对于2003年太阳能电池全球装机容量将增加30%,这将需要增加4,4000亿美元用于基础设施建设。现在,全球67%的电力来自于化石能源,这存在很大的地缘政治、经济和环境风险。作为一种清洁、可再生并且可靠的能源,光伏发电(利用阳光光子直接转换成电子)的成本越来越低,并且未来9年,光伏市场年增长率有望>46%。我们公司CSP将采用叠层非晶硅(a-Si/μ-Si)技术,a-Si/μ-Si技术的转换效率没有晶体硅产品高(非晶硅转换效率为9-12%,而晶体硅转换效率为 14-22%)。而,a-Si/μ-Si薄膜产品拥有许多优势: (3)成本低:预计2010年,成本可降至$1.20/Wp;2015年可降至$1.00/Wp,且绿色环保,原材料丰富,生产工艺温度要求低,更好的弱光效应,同样功率的非晶硅电池年发电量大于晶体硅电池。 而目前晶体硅产品成本为$2.40/Wp;预计2010年,晶体硅产品的成本可降至$2.00/Wp。晶体硅产品75%的成本是供应不足的高纯度太阳能级硅。 薄膜太阳能电池用硅量极少,更容易降低成本,根据目前测算,每瓦成本可降到1.2美元。同时它既是一种高效能源产品,又是一种新型建筑材料,更容易与建筑完美结合。 从以上分析可知,太阳能电池的市场容量巨大且增长迅速(26%每年),有高度碎分的非垄断市场,大 面积的薄膜电池组(1.1m*1.4m),初始产能可迅速达到64兆瓦,预计2015年产能将达560兆瓦。 如此成本上的优势,也是CSP看好薄膜太阳能电池的所在,其营业利润率高达(38%+),而整套生产线供应商的生产能力有限。也就是急速成长的市场,导致投资小,回报高。电池模块价格预测–按2005年美元价值,由于硅短缺导致价格上涨 (4)成本效益突出:从1980年到2005年,由于技术和经验增加,生产规模扩大,产能增加,光伏电池模组价格每年下降5%,预计从2008年到2015年,价格下降幅度将稳定为5%,非晶硅产品成本低,售价低。 非晶硅a-Si/μ-Si薄膜电池的优势,成熟技术,已经存在超过15年,不受硅供应短缺影响,显著的成本优势,可以利用LCD行业的大规模生产工艺和设备,下一步发展为更低成本,喷膜在导电玻璃的薄膜电池,绿色环保,工艺温度低,更好的弱光效应,可产生更多的电能,综合建筑一体化的理想材料(BIPV),统一和美观的样式,玻璃是建筑中的常用材料,大尺寸(1.1mx1.4m),半透明。