第一章太阳能和光电转换教案

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1、新余学院课程名称：授课班级：授课时间：授课教师：授课学时：课程所属系部:太阳电池材料10光伏发电2班20门・8—20"・12欧惠68学时新能源科学与工程学院课程所属教研室:光伏材料教研室第一章太阳能和光电转换课时：2教学目标:通过本章的学习，了解太阳能的基本概念，人类利用太阳能的多种方式，太阳能对人类的意义，以及太阳能光电的研究和应用历史。教学重点及难点：太阳能辐射和吸收。教学内容：随着人类社会的不断发展，人与自然的矛盾也愈来愈突出。目前全世界范围面临的最为突岀的问题是环境与能源，即环境恶化和能源短缺。解决这一问题最为有效的方法：发展新材料及相应的技术。随着材料科学的不断进步，太阳

2、能材料愈来愈显示了诱人的发展前景。这一新型功能材料的发展，既可解决人类面临的能源短缺，又不造成环境污染。尽管太阳能材料的成本还较咼和性能还有待进一步提咼。可以预见，在下个世纪，太阳能材料将扮演更为重要的角色。就象半导体等功能材料的发展带来电信和计算机产业的兴起和发展一样，太阳能材料及相关技术也将带来太阳能器件的产业化的发展，使人类在环境保护和能源利用两方面的和谐达到更加完善的境界。1.1太阳能太阳内部处于高温、高压状态，不断地进行着核聚变反应，释放的辐射能，其中约二十亿分之一到达地球大气层，是地球上光和热的源泉。根据爱因斯坦相对论，通过热核反应，质量可以转化为能量，E=mc2（m为

3、物质的质量，c为真空中的光速3X108m/s）,质量亏损-太阳能。太阳每秒钟要损失大约400万吨的质量，对于巨大的太阳质量来说简直太微不足道了。从太阳诞生到目前的50亿年中，太阳仅消耗了0.03%的质量，即使再过50亿年也仅消耗太阳质量的0.06%。取之不尽用之不竭。1.2太阳能辐射和吸收1)2)臭氧层对紫外线的吸收最为强烈;水蒸气对能量的吸收最大，约20%被大气层吸收的太阳能是由于水蒸气的作用；灰尘及悬浮物妩能吸收也能反射太阳光。才=和tifa面心匚地面吸收4祸5太阳辐射强度取决于太阳的高度角、日地距离和日照时间。1）高度角：太阳高度角愈大，太阳辐射强度愈大。太阳高度角因时、因地

4、而异。一日之中，太阳高度角正午大于早晚；夏季大于冬季;低纬地区大于高纬度地区。2）口地距离：是指地球环绕太阳公转时，由于公转轨道呈椭圆形，口地Z间的距离则不断改变。地球上获得的太阳辐射强度与日地距离的平方呈反比。地球位于近日点时，获得太阳辐射大于远口点。据研究，1月初地球通过近口点时，地表单位面积上获得的太阳辐射比7月初通过远日点时多7%。3）口照时间：太阳辐射强度与口照时间成正比。口照时间的长短，随纬度和季节而变化。4）海拔高度：海拔高，空气稀薄，大气对太阳辐射的削弱作用弱，到达地而的太阳辐射就强；反Z,则弱。如青藏高原成为我国太阳辐射最强的地区。就全球而言，以非洲、澳大利亚、屮

5、东、屮国西藏和美国西南部的太阳能资源最为（居世界第二，仅次于丰富。就我国而言，太阳能资源十分丰富。其中青藏高原最好,撒哈拉沙漠），因为其南面是海拔约7000-8850m的喜马拉雅山脉，阻挡着印度洋的水蒸气，海拔高又空气稀薄。四川盆地相对较差，因为云雨天气多。对一个具体地理位置而言，太阳对地球表而的辐射取决于地球绕太阳的公转与自转、大气层的吸收与反射以及气象条件（阴、晴、雨）等。距离太阳一个天文单位处，垂直辐射到单位面积上的辐照通量（未进入大气层前）为一常数，称Z为太阳常数。其值为1.338kWm〜1.418kWm,在太阳电池的计算中通常取1.353kWmo由于太阳入射角不同，穿过大

6、气层的厚度随Z变化，通常用大气质量（airmass,AM）来表示。并规定，太阳光在大气层外垂直辐照时，大气质量为AMO,太阳入射光与地而的夹角为90。时大气质量为AMU其他入射角的大气质量可以用入射光与地面的夹角6的关系表达，即AM=l/cos0当太阳的天顶角0为48.19°时，为AM1.5o海平面上任意一点和太阳的连线与海平面的夹角叫天顶角。一般在地面应用的情况下，如无特殊说明，通常是指AM1.5的情况。1.3太阳能光电的研究和应用历史1.3.1太阳能利弊分析优点：（1）普遍；（2）无害；（3）巨大；（4）长久。缺点：⑴分散性；（2）不稳定性；（3）效率低和成本高。1.3.2太阳

7、能的利用三大技术领域(1)光化学转化：太阳辐射下，物质发生化学、生物反应。例如植物的光合作用，水+C02—有机物+。2。(2)光热转化：通过反射、吸收等方式收集太阳能辐射能，使之转化为热能。如太阳能热水器、太阳能灶、太阳能干燥器、太阳能温室等。(3)光电转化：利用光电转换器件如太阳电池板等将太阳能转化为电能。太阳电池应用广泛，人造卫星、铁路信号、电视信号、太阳能电站等等。1.3.3太阳能的应用历史人类利用太阳能已有3000多年的历史，但将其作为一种能源和动力加以利用，