太阳能全光谱利用方法研究+文献综述(2)
新能源包括太阳能，风能，生物质能，潮汐能，地热能，氢能等，其中太阳能由于其来源的无限性、利用的清洁性、分布的普遍性等优点，越来越受到人们的重视，被广泛应用于分布式能源系统中。
我国太阳能资源分布极其丰富，绝大部分地区的年平均日辐射量在4kWh/m2以上，而西藏地区可达到7kWh/m2。2012年，国家能源局颁布了《可再生能源发展“十二五”规划》，提出我国可再生能源发展的总体目标是，到2015年，我国可再生能源的年利用量将达4.78亿吨标准煤，其中太阳能发电量将达到2100万千瓦。[3]这将极大地促进中国太阳能应用产业的发展。
1.1.2 太阳能利用方式
常见的太阳能利用方式主要包括光伏发电，太阳能集热，光化学转换等。其中，光伏发电是最为重要的转化过程之一，这是因为电能是高品位能源，可以便捷的转化为热能、化学能、动能等，从而满足不同的能源需求。目前较为成熟的太阳能发电技术主要指光伏发电技术和太阳能热电转换技术。
光伏发电利用光电转换器件将太阳能直接转换为电能。光伏发电设备具有安全可靠、文护简单、使用寿命长等特点，是一种理想的替代能源。但目前太阳能光伏发电的成本较常规电力成本高出许多，在电力市场无法与常规能源竞争，因此光伏发电技术仍需进一步研究，以提高发电效率，降低成本。
太阳能温差发电是另一种有巨大发展潜力的太阳能利用技术，是利用热电材料的塞贝克效应（温差电效应）将热能转化为电能。将P型热电材料和N型热电材料的两端分别连接起来构成PN结，将一端置于高温热源处，另一端置于低温热源处，则回路中将形成电动势，将热能转化为电能[4]。温差发电的优点是结构简单、体积小、使用无污染、工作寿命长等。但是目前的热电材料，热电优值普遍较低，并且热电材料的制造成本过高，阻碍了其商业化应用。温差发电技术仍需要更深入的研究。
目前，光伏和热电材料的研究都取得了较大的进展。光伏领域，非晶硅电池的光电转换效率接近15%，高效晶体硅更是接近26%；热电领域，低温块体碲化铋材料的热电优值ZT可达到1.35[5]。
1.1.3 太阳能的全光谱利用
下图为大气质量1.0和1.5条件下的太阳能光谱图：
图1.1 太阳能光谱图
太阳辐射的能量99%是集中在波长200nm至3000nm范围内，其中紫外光和可见光(波长200nm至800nm)约占太阳辐射总能量的58%，而红外光(波长800nm至3000nm)约占太阳辐射总能量的42%。目前，基于单光子—电子空穴对理论的光电转换技术（光伏技术）只能有效利用紫外光部分和可见光部分的能量，而不能利用长波部分的能量。没有经光电转换的能量将使太阳能电池发热，根据太阳能电池的特性，温度升高将会降低太阳能电池的效率和使用寿命。为提高光伏电池的性能，研究者通常采取一些冷却措施，其中以主动式冷却居多，如风冷、微通道冷却技术等[6]。而这种散热方式不仅会使大量热能直接散失到环境中，而且需要额外消耗电能来驱动散热系统。对于单结电池，入射太阳辐照仅5%～20%的能量转化为电能，近60%～70%的能量转化为热能[7]。
在太阳光谱不同的波段，选取不同对应带宽的半导体材料做成多个太阳能子电池，最后将这些子电池串联，这一技术称为多结太阳能电池技术。例如，GaAs材料禁带宽度为1.43eV，可吸收波长范围为560~780nm的辐射；GaInP材料禁带宽度为1.9eV，可吸收波长范围为400~650nm的辐射；两种材料分别作为顶电池和底电池，用隧道结串接起来，就构成了双结电池。同理可发展到三结、四结电池。多结电池可以有效提高太阳能光谱利用范围，提高能量转换效率，但由于成本过高，很难得到大规模推广。目前研究最多的III-V族材料系，如InGaP/GaAs/Ge三结电池，据报道，能量转换效率可达42.8%左右。
下一篇：低温蓄冷系统设计与应用分析