太阳能的利用与发展

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1、太阳能的发展与利用高二九班课题组组长：朱梦涵组员：鹿婷郭松梅殷素素江雨晨李悦1.1我们所知道的太阳太阳是整个太阳系里头最大物体，它所释放的能量是维持整个地球生命最主要的来源，下图是太阳与地球的相对大小，基本上，它的特性是很难用地球上的常用的度量单位去描述的。太阳的质量约为2×10^30公斤，其直径大小约为地球的109倍。太阳内部最主要的成分为氢与氦，其所占的比例分别为75%及25%左右。太阳中心的密度为1.5×10^5kg/m3,因为热核反应，不断的将氢转变为氦。据估计，每秒钟有3.9×10^45个原子参与这样的核反应，因而使得产生的能量以光的形式从太阳

2、表面散发出去。在太阳所释放的辐射能量中，地球只独得总辐射量的22亿分之一，这相当于1367W/m2，这数值也就是太阳常数。太阳的表面温度可以高达5500℃，其内部的温度更高于此，如此的高温，这样的高温，使得太阳上的所有物质都处于放电状态。也由此太阳不是固体，因此它的赤道会比高纬度地区旋转得更快。这种在不同纬度的自转速度之差别会造成了它的磁力线随时间扭曲，引起磁场回路从太阳表面喷发，并引起太阳黑子与日珥地球相对太阳大小1.2太阳辐射从太阳辐射出来的能量非常巨大，是地球生物赖以维生的主要能源。它不仅决定了地表的温度，也实质提供了主导全球自然界系统运转的能量。

3、不像其他很多星球以X光或无线电波讯号来释放能量，我们的太阳辐射之光谱，所放射出来的能量90%是位于0.1至3μm之间，大部分属于可见光范围。但可见光仅占整个辐射光谱之部分而已（如下图），红外线及紫外线也占整个太阳辐射光谱很重要的一部分。太阳辐射光波长、频率及光子能量的关联性如上图，太阳辐射的光线波长在2×10^-7to4×10^-6公尺之间，每一个波长相对应一个光子能量与频率，越短的波长代表越高的频率与越大的能量。例如，可见光的范围是从波长0.3μm之紫外光到波长数微米之红外光，若将这些不同颜色的可见光换算成光子能量，则约为0.4ev到4ev之间。对于会

4、照黑我们皮肤的紫外线而言，其能量比可见光还高；而红外线的能量则比可见光低。若将太阳表面放射出来的能量换算成电力的话，它相当于4×10^20MW左右。下图是太阳辐射到地球表面之过程示意图，当太阳能在传送到地球大气层以后，有约2%属于紫外线及其他对人体有害的辐射线会被大气层上部之臭氧层所吸收，有20%被对流层中之水汽、云层和微尘物所吸收。尚有35%的能量被地面、大气或云层等反射返回太空中，约剩43%可以直接到达地面。单就到地面的那一部分来讲，就等于目前全世界商业上年用量的13000倍！这些照射在地球的太阳能量之平均电力约为每平方公尺180W左右。如果这些太阳

5、能可以充分被转换成电能的话，可以成为最佳的替代能量来源之一太阳辐射到达地表过程反应示意图太阳辐射照射于地表水平面之强度一般叫做日照率，其照射强度因季节、所处纬度、天气以及一天中时间之不同而异，可以在每分钟每平方公分0卡至1.5卡之间。而且一般包括直射之太阳辐射能与散射部分。散射部分在晴天时所占的比率很低，但在阴天可达90%之多。太阳电池对于不同波长、颜色的光线会有所不同的反应，例如硅晶太阳电池可以在整个可见光及部分红外光下运作。但一些较长波长的红外光，其能量小于半导体的能隙，所以不足以让太阳电池产生电流。较高能量的辐射光可以产生电流，但大部分的能量则无法

6、被利用，会以热的形式消耗掉1.3太阳能发电的优缺点太阳能发电产业是一个充满发展远景的新兴产业，它具有以下的优点和缺点：1.优点①太阳能取之不尽，用之不竭。在过去漫长的十亿年当中，太阳只消耗了它本身能量的2%而已，照射到地表的1.22×10^17W能源中，已足够应付人类1.33×10^22W的电力需求。②太阳能可以随地免费取得，没有运输的费用③太阳能发电不会产生环境污染，很环保、很清洁，且不会消耗其他地球资源或导致地球温室效应。④太阳能发电的使用安全性远高于其他的发电方式，且发电设备的维修简单⑤在一些取电困难的地点（例如太空或偏远落后地区），太阳能发电的成

7、本反而比较低缺点：①因为发电密度低，太阳能发电的设备，必须具有相当大的安装地面。②太阳能受气候、昼夜的影响较大。在晚上无法发电。因此必须配有电力贮存装置。在高纬度或多云的日照地区，较不易推广太阳能发电。③太阳电池产生直流电，若要转换成交流电，会流失4~12%的能量1.4何为太阳能电池太阳电池（solarcell）是一种能量转换的光电元件，它在经由太阳光照射后，可以把光的能量转换成电能。从物理学的角度来看，有人称之为光伏电池（Photovoltaic,简称PV）,其中Photo就是光，而Voltaic就是电力（electricity）。1.5太阳电池分类如

8、下图所示，太阳电池的种类繁多，若依材料的种类来区分，可分为单晶硅(SingleC