sunlight

英文资料

ENERGYFROMTHESUN

Thesunhasproducedenergyforbillionsofyears。Solarenergyisthesolarradiationthat

reachestheearth。Solarenergycanbeconverteddirectlyorindirectlyintootherformsofenergy，

ordrawbacks（problems,orissuestoovercome)ofsolar

energyare：(1）theintermittentandvariablemannerinwhichitarrivesattheearth'ssurfaceand,

(2）thelargearearequiredtocollectitataufulrate。Solarenergyisudforheatingwaterfor

domesticu，spaceheatingofbuildings，dryingagriculturalproducts，andgenerating

electricalenergy。

Inthe1830s，theBritishastronomerJohnHerscheludasolarcollectorboxtocookfood

，peoplearetryingtouthesun’nergyforlotsofthings.

Electricutilitiesaretryingphotovoltaics,aprocessbywhichsolarenergyisconverteddirectly

toelectricity。Electricitycanbeproduceddirectlyfromsolarenergyusingphotovoltaicdevices

orindirectlyfr

the14knownsolarelectricgeneratingunitsoperatingintheUSattheendof2004,10oftheare

inCalifornia,isticsarebeingcollectedonsolarplantsthatproduceless

than1megawattofelectricity,sotheremaybesmallersolarplantsinanumberofotherstates。

PHOTOVOLTAICENERGY

Photovoltaicenergyistheconversionofsunlightintoelectricitythroughaphotovoltaic(PVs）

cell，voltaiccellisanonmechanicaldeviceusuallymade

fromsiliconalloys.

Sunlightiscompodofphotons,hotonscontainvarious

amountso

photonsstrikeaphotovoltaiccell，theymaybereflected,passrightthrough,orbe

ough

sunlight（energy)isabsorbedbythematerial（amiconductor),electronsaredislodgedfrom

thematerial'satoms。Specialtreatmentofthematerialsurfaceduringmanufacturingmakesthe

frontsurfaceofthecellmorereceptivetofreeelectrons,sotheelectronsnaturallymigratetothe

surface。

Whentheelectronsleavetheirposition，nyelectrons,each

carryinganegativecharge,traveltowardthefrontsurfaceofthecell，theresultingimbalanceof

chargebetweenthecell’sfrontandbacksurfacescreatesavoltagepotentiallikethenegativeand

etwosurfacesareconnectedthroughanexternalload,

electricityflows.

dualcellscanvaryin

sizefromabout1cm（1/2inch)toabout10cm(4inches)across。However,onecellonly

produces1or2watts,whichisn'tenoughpowerformostapplications。Toincreapower

output，cellsareelectricallyconnectedintoapackagedweather—tightmodule。Modulescanbe

furtherconnectedtoformanarray。Thetermarrayreferstotheentiregeneratingplant，whether

modulesasneededcanbeconnected

toformthearraysize（poweroutput）needed.

econditions（e。

g。,clouds，fog）haveasignificanteffectontheamountofsolarenergyreceivedbyaPVarray

and,inturn，rrenttechnologyphotovoltaicmodulesareabout10

percentefficientinconvertingsunlightwithfurtherrearchbeingconductedtoraithis

efficiencyto20percent。

Thepvcellwasdiscoveredin1954byBellTelephonerearcherxaminingthensitivityof

aproperlypreparedsiliconwafertosunlight。Beginninginthelate1950s,pvswereudto

powerU。S。spacesatellites。ThesuccessofPVsinspacegeneratedcommercialapplications

plestphotovoltaicsystemspowermanyofthesmallcalculatorsand

mplicatedsystemsprovideelectricitytopumpwater,

powercommunicationquipment，andevenprovideelectricitytoourhomes。

Photovoltaicconversionisufulforveralreasons。Conversionfromsunlighttoelectricity

isdirect,sothatbulkymechanicalgeneratorsystemsareunnecessary。Themodular

characteristicofphotovoltaicenergyallowsarraystobeinstalledquicklyandinanysizerequired

orallowed.

Also，theenvironmentalimpactofaphotovoltaicsystemisminimal,requiringnowaterfor

systemcoolingandgeneratingnoby—oltaiccells，likebatteries，generate

directcurrent（DC）whichisgenerallyudforsmallloads(electronicequipment）.WhenDC

fromphotovoltaiccellsisudforcommercialapplicationsorsoldtoelectricutilitiesusingthe

electricgrid,itmustbeconvertedtoalternatingcurrent(AC）usinginverters,solidstatedevices

thatconvertDCpowertoAC。Historically，pvshavebeenudatremotesitestoprovide

electricity。However，amarketfordistributedgenerationfromPVsmaybedevelopingwiththe

unbundlingoftransmissionanddistributioncostsduetoelectricderegulation。Thesitingof

numeroussmall-scalegeneratorsinelectricdistributionfeederscouldimprovetheeconomicsand

reliabilityofthedistributionsystem。

SOLARTHERMALHEAT

Themajorapplicationsofsolarthermalenergyatprentareheatingswimmingpools,heating

waterfordomesticu,purpos,thegeneralpracticeis

touflat-platesolar-energycollectorswithafixedorientation（position）.

Wherespaceheatingisthemainconsideration,thehighestefficiencywithafixedflat—plate

collectorisobtainedifitfacesapproximatelysouthandslopesatanangletothehorizonequalto

thelatitudeplusabout15degrees。Solarcollectorsfallintotwogeneral

categories：onconcentratingtype,thecollectorarea

(i.e。theareathatinterceptsthesolarradiation）isthesameastheabsorberarea(i.e。,thearea

absorbingtheradiation).

Inconcentratingcollectors,theareainterceptingthesolarradiationisgreater，sometimes

hundredsoftimesgreater,emperaturesbelowabout200oFare

sufficient，suchasforspaceheating,flat-platecollectorsofthenonconcentratingtypeare

generallyud.

Therearemanyflat-platecollectordesignsbutgenerallyallconsistof(1）aflat—plate

absorber，whichinterceptsandabsorbsthesolarenergy,(2)atransparentcover（s)thatallows

solarenergytopassthroughbutreducesheatlossfromtheabsorber,(3）aheat-transportfluid(air

orwater）flowingthroughtubestoremoveheatfromtheabsorber,and(4)aheatinsulating

backing。

Solarspaceheatingsystemscanbeclassifiedaspassiveoractive。Inpassiveheatingsystems，

theairiscirculatedpastasolarheatsurface（s）andthroughthebuildingbyconvection(i。e。less

denwarmairtendstoriwhilemoredencoolerairmovesdownward)withouttheuof

veheatingsystems，fansandpumpsareudtocirculatetheair

ortheheatabsorbingfluid。

SOLARTHERMALPOWERPLANTS

Solarthermalpowerplantsuthesun'sraystoheatafluid,fromwhichheattransfersystems

maybeudtoproducesteam。Thesteam,inturn，isconvertedintomechanicalenergyina

turbineandintoelectricityfromaconventionalgeneratorcoupledtotheturbine。Solarthermal

powergenerationisntiallythesameasconventionaltechnologiexceptthatinconventional

technologiestheenergysourceisfromthestoredenergyinfossilfuelsreleadby

combustion。Solarthermaltechnologiesuconcentratorsystemsduetothehightemperatures

neededfortheworkingfluid。

PARABOLICTROUGH

Theparabolictroughisudinthelargestsolarpowerfacilityintheworldlocatedinthe

MojaveDertatKramerJunction,cilityhasoperatedsincethe1980and

accountedforthemajorityofsolarelectricityproducedbytheelectricpowerctorin2004。

Aparabolictroughcollectorhasalinearparabolic—shapedreflectorthatfocusthesun’s

lectortracksthesun

alongoneaxisfromeasttowestduringthedaytoensurethatthesuniscontinuouslyfocudon

eofitsparabolicshape，atroughcanfocusthesunat30to100timesits

normalintensity(concentrationratio)onareceiverpipelocatedalongthefocallineofthetrough，

achievingoperatingtemperaturesover400degreesCelcius.

Acollectorfieldconsistsofalargefieldofsingle-axistrackingparabolictrough

collectors。Thesolarfieldismodularinnatureandiscompodofmanyparallelrowsofsolar

collectorsalignedonanorth—ng（heattransfer）fluidisheated

asitcirculatesthroughthereceiversandreturnstoariesofheatexchangersatacentrallocation

amisthenfedtoa

conventionalsteamturbine/generatortoproduceelectricity。Aftertheworkingfluidpass

throughtheheatexchangers，ntis

usuallydesignedtooperateatfullratedpowerusingsolarenergyalone，givensufficientsolar

r，allplantsarehybridsolar/fossilplantsthathaveafossil-firedcapabilitythat

cplantisa

naturalgashybrid.

SOLARDISH

Asolardish/enginesystemutilizesconcentratingsolarcollectorsthattrackthesunontwo

axes，concentratingtheenergyatthefocalpointofthedishbecauitisalwayspointedatthe

sun。Thesolardish’sconcentrationratioismuchhigherthatthesolartrough，typicallyover

2,000,er—generatingequipmentud

withasolardishcanbemountedatthefocalpointofthedish，makingitwellsuitedforremote

operationsor，aswiththesolartrough,theenergymaybecollectedfromanumberof

installationsandconvertedtoelectricityatacentralpoint。Theengineinasolardish/engine

systemconvertsheattomechanicalpowerbycompressingtheworkingfluidwhenitiscold，

heatingthecompresdworkingfluid,andthenexpandingthefluidthroughaturbineorwitha

ineiscoupledtoanelectricgeneratortoconvertthemechanical

powertoelectricpower。

SOLARPOWERTOWER

Asolarpowertowerorcentralreceivergeneratelectricityfromsunlightbyfocusing

concentratedsolarenergyonatower-mountedheatexchanger(receiver).Thissystemus

hundredstothousandsofflatsun-trackingmirrorscalledheliostatstoreflectandconcentratethe

sun’rgycanbeconcentratedasmuchas1，500

lossfromthermal—energytransport

areminimizedassolarenergyisbeingdirectlytransferredbyreflectionfromtheheliostatstoa

singlereceiver,ratherthanbeingmovedthroughatransfermediumtoonecentrallocation,aswith

parabolictroughs。Powertowersmustbelargetobeeconomical。Thisisapromising

technologyforlarge—scalegrid—powertowersareintheearly

stagesofdevelopmentcomparedwithparabolictroughtechnology，anumberoftestfacilities

havebeenconstructedaroundtheworld。

LastRevid:July2008

Sources:EnergyInformationAdministration,ElectricPowerAnnual，FormEIA-860，Annual

ElectricGeneratorReportdataba。

来自太阳的能源

太阳产生能量已有数十亿年，太阳能是太阳辐射到地球的能量。太阳能可以

直接或间接地转换为其他形式的能源，如热能和电能。主要缺点(问题，或者问

题有待克服）太阳能是:(1）间歇方式到达地球表面,(2)大面积收集在一个大

容器中。

太阳能被用于加热家庭用水，供暖建筑物，干燥农产品,发电和电力能源。在

1830年代，英国天文学家约翰赫在一个探险队到非洲在烹调食物时采用太阳能

集热箱.现在,人们正试图用太阳的能量做很多东西.电力部门正试图利用光伏

发电,是太阳能直接转化为电能一个过程。电流可以直接由太阳能利用光电器件

或间接从蒸汽发生器产生，使用太阳能热收藏家——热工质收藏。

在美国2004年年底已出现的14个已知太阳能发电营运单位，其中主要在加

州和亚利桑那州。统计数据显示正在收集的太阳能,可以产生小于1兆瓦的电力，

因此,在其他一些国家可以应用较小的太阳能电厂.

光伏发电

光伏发电是把太阳光转换为电能，通过光伏（PV）的电池板，即俗称的太

阳能电池.光伏电池是一个非机械装置，通常制成硅合金.日光是由光子或粒子

组成的太阳能，这些光子含有不同量的能量相应于不同波长的太阳光谱.当光

子通过光伏电池可以反映出来，穿过的，或者被吸收，利用吸收光子的能量来发

电。当阳光不足(能源）时将所吸收的材料（半导体)，利用电子赶出了材料的

原子.特殊处理的材料表面在制造使得锋面的细胞更容易接受自由电子，所以

电子自然迁移到地表.当电子离开自己的位置，就形成空穴。当许多电子,带负电

荷的电子运动形成电流,由此产生的不平衡电荷之间产生电位从而由负极流向

正极。两个电极通过外部负载形成回路而产生电流。

光伏电池的基本构造光伏系统。电池板规模可大可小，可从1厘米（1/2

英寸）到10厘米(4英寸）。但是，一块小的电池板只产生1或2瓦特，这对

于大多数负载来说是远远不够用的。需要增加输出功率，将许多小的电池板模

块连接成一个紧凑模块。模块可以进一步连接组成一个电池板组。任期阵列指

的是整个发电厂的,不论它是由一个或几个单元组成。正如很多模块需要连接组

成一定大小的阵列。光伏阵列受到阳光的影响。气候条件（例如,云雾)对光伏阵

列收到的太阳能有重大影响。目前大多数科技光伏组件约有10％高效日光转换，

进一步的研究正在进行中，以把效率为提高为20％.

在1954年由贝尔电话研究者研究的敏感性,发明光伏电池，利用硅片吸收阳

光。50年代后期，被用于美国在太空的卫星。由于在太空的成功应用，光伏

技术逐渐应用于商业。许多小型计算器和手表都用最简单的光伏电源系统。更为

复杂的系统,提供电力抽水，电力通讯设备,甚至向用户提供电力。光电转换是有

很多优点.利用阳光直接产生电力，使得笨重机械发电机系统逐渐被取代。模

块化特性光伏发电阵列很快发展成可以满足任何尺寸要求。同时,光伏发电系统

对环境的影响是非常小的，它无需水冷却系统，也不会产生副作用。光伏电池，

产生直流电,即一般用于小负载（电子设备)。当直流的光伏电池用于商业应用

或利用电力网出售给电力企业，它必须用逆变器转换成交流电,固态装置转换成

直流电源空调.

在过去,光伏电池已用于在远程站点提供电力。然而，根据市场分布，使开

发与分拆输电和配电成本上涨。无数小型发电机，配电馈线能改善经济性和可靠

性的分配制度.

热力太阳能

目前供暖游泳池,热水供国内使用，和空间加热建筑物大量应用太阳能热能.

为实现上述目的，一般的做法是使用平板型太阳能储藏提供一个固定的方向(位

置)。如供暖主要是考虑效率最高，用固定平板式集热器获得,可以放到向南斜

坡上的一个角到地平线约15度。

太阳能集热器可分为两大类：非集中和集中。

在非集中型中的集热器面积(即该地区拦截太阳辐射)是相同的吸热面积（即

该地区吸收的辐射)。在集中收藏，该地区拦截太阳辐射较大，比吸热面积有

时高几百倍。在温度低的情况下,如供暖,平板集热器的类型非集中普遍使用。

有很多平板式集热器的设计，但一般都包括下列内容：（1）平板式减震器，

拦截，又吸收了太阳能，(2)透明覆盖板,使太阳能通过，降温的吸收剂，(3)

传热流体(空气或水),流经管道，以消除热量的吸收，（4）有保温的后盾。

太阳能采暖系统，可以划分为被动或主动。

被动式采暖系统，空气中散发了以往太阳能热表面和通过建设由对流(即较

稠密趋于上升,而更密冷空气向下移动)流过未经使用的机械设备。

主动的供暖系统，风机和水泵是用来流通空气或吸收热流体。

太阳热能发电厂

太阳能热电厂从传热系统利用太阳光照射的地热流体，可用于生产蒸汽.蒸

汽，继而转化为机械能的涡轮机发电，从常规发电机耦合的涡轮机。太阳能热

发电是相同的技术,但在传统技术的能源来源从能量储存在化学燃料释放的燃

烧。太阳能热利用技术体系选矿厂因高温所需要的工作流体.

抛物槽

抛物槽，是用最大的太阳能发电设备,在世界上位于莫哈韦沙漠克雷默路口，

加州，本基金运作以来,1980年到2004年占了大多数太阳能发电产生的电力。

抛物槽集热器的线性抛物面形反射器,重点是太阳的辐射呈线性接收机位于

焦点的抛物线。珍藏轨道太阳沿一条轴线从东到西,白天,以确保太阳不断集中

的接收机。由于其抛物线形，槽能集中的太阳30至100倍的正常强度(浓度

比），在接收管地处焦线的低谷，实现了操作温度超过400摄氏度。集热领

域包含了大量的外地单轴跟踪抛物面槽式集热器。太阳能领域的模块化性质，

是由许多平行排列整齐的太阳能集热器对准了南北横轴.工作(传热)液加热，因

为它通过循环接收并返回一系列热交换机在一个中央地点流体是用来产生高压

蒸汽.蒸汽,然后喂常规汽轮机/发电机产生电力.工作流体通过换热器，冷却液循

环通过太阳能领域.植物通常是旨在全面运作时，额定功率使用太阳能单，如果

有足够的太阳能。然而,所有植物杂交太阳/植物化石，有火的能力,可用于补充

的太阳输出期间低太阳能等。该电厂是一个天然气混合。

太阳能碟

太阳能碟式/发动机系统采用集中太阳能集热器跟踪太阳在两条轴线上，集

中精力在联络点,因为它总是指向太阳。他的太阳菜的浓度比例要高得多，太阳

谷底的时候，通常超过2，000元，同一个工作流体温度超过750℃.发电设备用

太阳能碟可以挂载在联络点的菜，使之适合于远程操作，或与太阳能海槽能源，

可从收集到的一些设备，并转换为电力的一个中心点。发动机太阳能碟式/发动

机系统的热量转化为机械功压缩的工作流体时,它是冷，暖气压缩的工作流体，

然后扩大流体通过涡轮或与活塞生产工作。发动机耦合的发电机把机械功率电

力.

太阳能发电塔

一个太阳能塔或中央接收机产生的电力来自阳光的重点集中太阳能塔装热

换热器(接收机）。这个系统使用了几百至几千单位太阳跟踪镜反映和集中太

阳的能量转嫁中央接收塔。能源，可以集中高达1500倍的能量来自太阳。能

量损失，从热能源的交通工具，尽量利用太阳能直接转反思,从单一接收机,而不

是穿过一条中型转移到一个中央位置,为抛物线斩断.杆塔要有大的是经济效益。

这是一个有前途的技术，进行大规模的电网相连的电厂.虽然杆塔处于早期发展

阶段相比抛物面槽技术，一些试验设施已经在世界各地建成。

最后修改：2008年7月

资料来源：能源信息管理系统,电力年报，

形成评估860个，每年发电报告数据库。