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太阳能及光伏发电的特点与优势

作者:admin发布时间:2020-09-12 13:43

  太阳能及光伏发电的特点与优势_物理_自然科学_专业资料。第 1 章绪论 1.1 课题研究的背景 目前世界上的能源消耗几乎全靠“初级能源或“常规能源来供应,它包括:煤炭、 石油、天然气和核裂变等。由于地球上的初级能源的资源有限、矿产开采费用越来越高、人 类能

  第 1 章绪论 1.1 课题研究的背景 目前世界上的能源消耗几乎全靠“初级能源或“常规能源来供应,它包括:煤炭、 石油、天然气和核裂变等。由于地球上的初级能源的资源有限、矿产开采费用越来越高、人 类能源需求激增的趋势 以及环境污染严重等原因,以常规能源为基础的能源结构随着资源 的不断耗用将愈来愈不适应可持续发展的需要。所以新能源和可再生能源既是近期急需的补 充能源,又是将来能源结构的基础。在能源领域中,加速开发利用以太阳能为主体的可再生 能源已成为人们的共识。 近年来,国际上太阳能光伏发电技术在许多方面取得突破。 太阳能电池性能和可靠性有了很大提高,成本和售价不断下降,有经济效益的应用范围 不断扩大,市场迅速发展,产业已达到规模化、自动化阶段。光伏发电的竞争力越来越强。 预计不久就可以成为火力发电的主要竞争者,前景十分广阔。 1.1.1 能源及环境污染问题 能源是社会经济和人民生活的主要物质基础,对于社会经济的发展和人民生活水平的 提高极为重要。然而,随着人类对能源需求的日益增加,化石能源的储量正日趋枯竭。全世 界对能源的消耗在 1970 年约为 83 亿吨标准煤,而在 1995 年,这种消耗达到了 140 亿吨标 准煤,即 25 年间增长了 69.7%,并预计,到 2020 年全世界对能源的消耗会达到 195 亿吨 标准煤。 根据公认的估算,如果人类对能源的需求以目前的速度增长,全世界的石油将在今后 40 年间被耗尽,而天然气和煤也最多分别能维持 60 年和 200 年左右。在我国,这一情况也 不容乐观,据官方统计,仅在 2004 年一年,我国就进口原油约 1.5 亿吨。 按目前的消耗速度,我国的现有能源储量至多可以使用 50 年。可见,矿物燃料并不是 取之不尽的。 同时,化石能源在开采、运输和使用过程中都会对空气和人类生存环境造成严重的污 染。根据相关资料显示,目前,大量使用化石燃料己经为人类生存环境带来了污染,由于大 量使用化石能源,全世界每天产生约 1 亿吨温室效应气体,使得地球表面气温逐年升高口近 若干年来全球 C02 排放量迅速增长,如果不加控制,温室效应将使南、北两极的冰山融化, 这可能会使四分之一的人类生活空间将由此受到极大威胁。 因此,环境污染问题成为人们普遍关注的焦点。 环境污染对人类 以及其他生物的生存和发展会产生不利影响。例如,由于化石燃料的 燃烧,大气中的颗粒物和二氧化硫浓度增高,危及人类和其他生物的身体健康,同时还会腐 蚀材料,给人类社会造成损失;工业废水和生活污水的排放,危及水生生物的生存,给生态 系统造成直接的破坏和影响。除此之外,污染物的积累和迁移转化还会引起多种衍生的环境 效应,给生态系统和人类社会造成间接的危害,有时这种间接的环境效应的危害比直接危害 更大,更难消除。 环境污染所带来的最直接、最容易被人们所感受的后果就是使人类环境的质量下降,影 响人类的生活质量、身体健康和生产活动。 严重的环境污染还会造成社会问题。随着污染的加剧和人们环境意识的提高,由污染引 起的人群纠纷和冲突曰益增加。随着经济和贸易的全球化,环境污染也日益呈现国际化趋势, 近年来出现的危险废物越境转移问题就是这方面的突出表现。 1.1.2 太阳能及光伏发电的特点与优势 太阳能可以不分地域地辐射到地球的每一个角落,从而成为二十一世纪最具大规模开 发潜力的新能源之一。太阳是个巨大的能源,地球上绝大部分能源归根究底是来自太阳的。 煤炭,石油都是古时候由动物或植物存储下来的太阳能。太阳每秒钟发出的能量有 3.865X1026J,相当于每秒钟燃烧 1.32X1016t 标准煤所发出的能量。全世界人们~年所用 的各种能量之和也只有到达地球表面的太阳能的数万分之一。太阳能作为一种巨量可再生能 源,利用太阳能的潜力是十分巨大的。 和常规能源相比较,太阳能资源具有如下 5 个优越性: (1)取之不尽,用之不竭 太阳内部由于氢核的聚变热核反应,从而释放出巨大的光和热, 这就是太阳能的来源。 根据氢核聚变的反应理论计算,如果太阳象目前这样,稳定地每秒钟向其周围空间发射 3.286×1028j 的辐射能,在氢核聚变产能区中,氢核稳定燃烧的时间,可在 60 亿年以上。 也就是说太阳能至少还可象现在这样有 60 亿年可以稳定地被利用。 (2)就地可取,不需运输 矿物能源中的煤炭和石油资源在地理分布上的不均匀,以及全世界工业布局的不均衡 造成了煤炭和石油运输的不均衡。这些矿物能源必须经过开采后长途运送,才能到达目的地, 给交通运输造成压力。 (3)分布广泛,分散使用 太阳能年辐射总量一般大于 5.04×106kJ/m2,就有实际利用价值,若每年辐射量大 于 6.3×106kJ/m2,则为利用较高的地区。世界上约有二分之一的地区可以达到这个数值。 虽然太阳能分布也具有一定的局限性,但与矿物能、水能和地热能等相比仍可视为分布较广 的一种能源,称得上具有分布较广、到处都有的优点。 (4)不污染环境,不破坏生态 人类在利用矿物燃料的过程中,必然释放出大量有害物质,如 S02、C02 等,使人类赖 以生存的环境受到了破坏和污染。此外,其他新能源中水电、核能、地热能等,在开发利用 的过程中,也都存在着一些不能忽视的环境问题。但太阳能在利用中不会给空气带来污染, 也不破坏生态,是一种清洁安全的能源。 (5)周而复始,可以再生 在自然界可以不断生成并有规律地得到补充的能源,称为可再生能源。太阳能属于可 再生能源。煤炭、石油和天然气等矿物能源经过几十亿年才形成,而且短期内无法恢复。 当今世界消耗石油、天然气和煤炭的速度比大自然生成它们的速度要快一百万倍,如果 按照这个消耗速度,在几十亿年时间里所生成的矿物能源将在几个世纪内就被消耗掉。 太阳能的利用主要有光热利用、光伏利用、光化学利用等三种形 式。光热利用是将太阳能转换为热能储存起来,其中太阳能热水器是光热利用最成功的领域, 此外还有太阳房、太阳灶、太阳能温室、太阳能干燥系统、太阳能土壤消毒杀

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