3983金沙官网:随时充电或不是难题,实现全天候

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交通工具可以自己发电吗?现在有了薄膜电池,汽车可以装一个薄膜太阳能车顶,告别充电桩,智慧出行;快递车、共享单车装上这种太阳能电池,可以实现定位与续航;甚至,我们人类自己穿上发电外套,就可以解决移动互联网时代的充电难题……近来,在上海举办的国际太阳能光伏与智慧能源展览会上,一些可穿戴的薄膜发电设备吸引了众多的参观者。

随时充电或不是难题

近日,北京交通大学校园内的一幢楼成为很多人关注的“网红”,该楼的一组照片出现在很多网站首页醒目位置。在微信等社交媒体上,这组照片也广为传播。这幢一共10层的男生宿舍楼到底有什么引人瞩目的特别之处呢?答案就在该楼的外墙上:大楼向阳一侧的外墙上“爬满”了太阳能光伏面板,其数量之多、安装之密集让人惊叹。这就是该校推出的太阳能光伏示范项目,通过外墙分布式光伏和相关储能设备,既可以让该楼旧貌换新颜,又使宿舍楼这样传统上的能源消费中心变身为电能生产中心,静悄悄地完成了能源“身份”和“角色”的转换。

> 【中国环保在线 产品新闻3983金沙官网,】来自中国山东和云南的科学家日前研发了一种“全天候”发电的太阳能电池。优化的全天候太阳能电池太阳光照时的光电转换效率为10%,在夜晚的光电转换效率为25%以上。同时,这一类太阳能电池在夜晚的发电时间可以持续数小时。这一研究有助于延长太阳能电池的发电时间,有望实现在任何时段、任何天气下发电。 山东和云南的科学家研发了一种“全天候”发电的太阳能电池。纳米研究领域的知名期刊《美国化学会 纳米》和《纳米能源》杂志近日刊登文章,报道了中国海洋大学唐群委教授团队联合云南师范大学杨培志教授团队的这一研发成果。 唐群委指出,“全天候”太阳能电池的工作原理是:当太阳光照射到太阳能电池时,并不是所有的太阳能都能被电池所吸收并转换为电能,只有部分可见光被有效转换为电能。为此,他们在电池中引入一种关键材料。在白天太阳光照时,这一太阳能电池光电转换效率略有提高,同时还能把未被吸收的可见光和近红外光的能量储存在这种材料中,并在夜晚以单色可见光释放。此时,单色可见光又被光吸收剂吸收并转换为电能,从而实现了太阳能电池在白天和夜晚都可以发电。 他说,优化的全天候太阳能电池太阳光照时的光电转换效率为10%,在夜晚的光电转换效率为25%以上。同时,这一类太阳能电池在夜晚的发电时间可以持续数小时。这一研究有助于延长太阳能电池的发电时间,有望实现在任何时段、任何天气下发电。有关成果已在国内申请了发明。 这一成果已引起国际关注。另一知名化学期刊《欧洲化学杂志》近期邀请唐群委团队撰写文章。这篇题为《全天候太阳能电池:正在崛起的光伏革命》的文章已发表。 作为新能源的重要组成部分,太阳能一直是清洁能源研究的热门领域。去年,唐群委和杨培志团队开发了一种石墨烯材料使得太阳能电池雨天发电成为可能,并在德国《应用化学》期刊发表论文《一种既可在阳光下也可在雨水下发电的太阳能电池》。 原标题:我国科学家研发“全天候”发电的太阳能电池

印度在喜马拉雅山脉上建造的太阳能发电站

薄膜电池直接利用太阳能辐射发电,由于便于携带和移动、可随时充电,被称为移动能源。作为新一代太阳能电池,薄膜电池是缓解能源危机的新型光伏器件。以前由于造价高,薄膜电池只用在航天飞机和军事用途上。近年来,随着薄膜制造成本的下降,薄膜电池应用转向地上、民用,并呈现快速增长趋势。

交通工具可以自己发电吗?现在有了薄膜电池,汽车可以装一个薄膜太阳能车顶,告别充电桩,智慧出行;快递车、共享单车装上这种太阳能电池,可以实现定位与续航;甚至,我们人类自己穿上发电外套,就可以解决移动互联网时代的充电难题……近来,在上海举办的国际太阳能光伏与智慧能源展览会上,一些可穿戴的薄膜发电设备吸引了众多的参观者。

这场由太阳能光伏技术引发的能源革命不仅发生在大学校园等大型公共机构,而且已经渗透到中国的一些家庭。一批太阳能光伏的拥趸,特别是相关科研人员更是身体力行,率先在自己的家里实践清洁能源生产理想,上海电力研究所原所长赵春江就是其中的一位先行者。早在2006年,他就在自家屋顶建造了光伏电站,实际上这也是中国第一个“家庭光伏电站”。特别值得一提的是,赵春江的光伏电站不仅能完全满足全家使用,而且还实现了与国家电网并网,把余电输送出去。

据德国《航空杂志》网站日前报道,去年底,德国一个研究团队制造出一款太阳能无人机,可在大气平流层中停留,滞空时间长达3个月。根据研发进度,这架太阳能无人机在进行相关测验工作后,将很快试飞。与传统飞机相比,太阳能无人机无需携带任何燃料,利用太阳能电池产生的电量即可供飞机远距离飞行,夜间也能依靠白天储存的太阳能持续飞行。正因如此,太阳能无人机拥有十分广阔的应用前景,太阳能无人机只是外军在发展太阳能电池应用方面的一个缩影。 太阳能电池是利用半导体的光伏效应,直接将光能转换成电能的装置,因此又称为“光伏电池”。太阳能电池的大规模产业应用,即人们所说的太阳能产业。近年来,伴随太阳能电池技术的进步和应用,太阳能产业得以迅速发展。据悉,到2040年,可再生能源在全球总能源结构中占比将达到50%以上,作为可再生能源主力,太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比达20%。到21世纪末,这两项数据将分别增长到80%和60%。可见,光伏发电将在未来能源领域占据重要战略地位,而太阳能电池则是名副其实的“能源明日之星”。 技术突破推动应用 太阳能光伏发电因利用方便、对环境友好、维护简单、寿命长等优点,被认为是解决战场和航天能源供给的重要途径,备受各国军方重视。不过长期以来,各种太阳能电池的转换效率不高成为制约其大规模推广的主要原因。近年来,太阳能电池在诸多技术领域取得突破,大大推动光伏发电的军事应用。 光电转换效率实现重大突破

从产业形态来看,移动能源属于分布式电源的一种形式。移动能源通过与储能、控制、信息通信等技术的有机结合,实现能源可移动、全天候、高效率的供应。从产业链来说,移动能源产业链主要包括上游核心技术研发及高端装备制造、中游移动能源产品生产,以及下游移动能源产品的各种应用;同时也涉及分布式发电、储能等相关产业。

薄膜电池直接利用太阳能辐射发电,由于便于携带和移动、可随时充电,被称为移动能源。作为新一代太阳能电池,薄膜电池是缓解能源危机的新型光伏器件。以前由于造价高,薄膜电池只用在航天飞机和军事用途上。近年来,随着薄膜制造成本的下降,薄膜电池应用转向地上、民用,并呈现快速增长趋势。

3983金沙官网:随时充电或不是难题,实现全天候发电。今天,当我们行进在中华大地上,不经意间会发现,太阳能光伏早已经成为我们生产和生活中常见的一部分,无论是荒漠戈壁还是江河湖滩,无论是高楼鳞次栉比的城市还是辽阔空旷的乡野,那一片片深蓝色的太阳能光伏面板都随处可见,它们是碧蓝的天宇下一道道亮丽的科技风景。

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移动能源创造了一个新的太阳能利用市场。由于选用光吸收系数较大的材料为吸收材料,只需要几个微米厚度的材料即可全部吸收太阳光,薄膜电池大大降低了原材料的消耗,重量轻,柔性也好,与终端消费产品的深度融合,使能源的供应与使用更加高效、灵活与经济,具有“移动能源 ”的产品模式。

从产业形态来看,移动能源属于分布式电源的一种形式。移动能源通过与储能、控制、信息通信等技术的有机结合,实现能源可移动、全天候、高效率的供应。从产业链来说,移动能源产业链主要包括上游核心技术研发及高端装备制造、中游移动能源产品生产,以及下游移动能源产品的各种应用;同时也涉及分布式发电、储能等相关产业。

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英国“西风”号太阳能无人机

目前,薄膜电池产品主要进入两类市场:一是大众消费的个人电子信息产品与户外终端便携式产品,例如太阳能背包、太阳能衣服、便携式充电包、充电纸、小型分布电站等;二是作为轮船、汽车、无人机、人造卫星、太空电站动力系统的高端集成产品。

移动能源创造了一个新的太阳能利用市场。由于选用光吸收系数较大的材料为吸收材料,只需要几个微米厚度的材料即可全部吸收太阳光,薄膜电池大大降低了原材料的消耗,重量轻,柔性也好,与终端消费产品的深度融合,使能源的供应与使用更加高效、灵活与经济,具有“移动能源 ”的产品模式。

将光能直接转化为电能

外军利用太阳能电池的技术发展主要体现在提高其光电转换效率上,近年来,各类太阳能电池效率实现重要突破。2017年,日本研发出一款由薄层硅制成的太阳能电池,转换效率达26.3%,刷新太阳能电池转换效率纪录,且成本更低。2018年4月,德国科学家通过效仿蝴蝶翅膀的纳米结构,发现能高效提升太阳能电池吸光率的新途径,使电池的吸光率最高可提升207%。 可穿戴便携化电池备受青睐

相对于各类光伏发电形式,薄膜电池的光电转换效率提升较快。不过,薄膜电池的应用刚刚起步,市场规模较小,价格相对较高。决定移动能源成本的关键问题是生产薄膜电池设备。根据测算,薄膜太阳能电池的转换效率每提升1%,成本会下降约5%。德国、美国、日本等发达国家光伏企业在这一领域大力研发,光电转换效率不断刷新纪录。随着技术进步以及大规模量产,移动能源产品的成本下降,市场竞争力会逐步提升。

目前,薄膜电池产品主要进入两类市场:一是大众消费的个人电子信息产品与户外终端便携式产品,例如太阳能背包、太阳能衣服、便携式充电包、充电纸、小型分布电站等;二是作为轮船、汽车、无人机、人造卫星、太空电站动力系统的高端集成产品。

传统化石能源消耗对环境造成的危害日益突出,世界各国都纷纷把目光投向了可再生能源,希望可再生能源能够改变人类的能源结构,实现可持续发展。而太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源,是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。据测算,太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦,假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能,转变率5%,年发电量将是世界上能耗的40倍。

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移动能源具备高科技和清洁能源的双重属性,是一个环境友好型潜在新兴产业。随着技术进步和大规模的市场应用,移动能源和“移动能源 ”所代表的技术范式和新兴产业,前景看好。

相对于各类光伏发电形式,薄膜电池的光电转换效率提升较快。不过,薄膜电池的应用刚刚起步,市场规模较小,价格相对较高。决定移动能源成本的关键问题是生产薄膜电池设备。根据测算,薄膜太阳能电池的转换效率每提升1%,成本会下降约5%。德国、美国、日本等发达国家光伏企业在这一领域大力研发,光电转换效率不断刷新纪录。随着技术进步以及大规模量产,移动能源产品的成本下降,市场竞争力会逐步提升。

光伏就是对太阳能利用的直接方式之一。由于光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差,这就是光生伏特效应。太阳光伏发电就是依据此原理,把将太阳光中的光子直接转化为光电流的一种能量转换技术。发电原理也决定了其不涉及机械部件,大部分是电子元件,主要构成器件是太阳能电池板、控制器和逆变器,具有低噪音、耐磨耐用等优点。

美军研发的可穿戴式太阳能电池板安装在头盔上

移动能源具备高科技和清洁能源的双重属性,是一个环境友好型潜在新兴产业。随着技术进步和大规模的市场应用,移动能源和“移动能源 ”所代表的技术范式和新兴产业,前景看好。

目前广泛应用的太阳能电池板主要采用单晶硅、多晶硅等半导体材料,利用半导体界面的光生伏特效应,将一个个小的太阳能电池进行串联,封装后组成大范围电池组合件,一块块的太阳能电池板可以构成光伏发电阵列,通过功率控制器就可以将太阳能转化成电能直接供家庭使用或者通过逆变器将产生的电能供给输电网。

近几年,为减少士兵执行任务所需携带的电池数量,外军大力研发可折叠、便携式太阳能电池,为士兵随身携带的电子设备充电。美军研发出外形如细铜丝一般的太阳能电池,可随意弯曲,织入作战服后可以收集并存储太阳能,士兵穿戴上这种衣物后,白天行走中可收集太阳能,为携带的手机、传感器和其他设备充电,不再需要背负沉重的电池,大大提高机动能力。日本研发出一种新型薄片状有机太阳能电池,厚度只有3微米,用电熨斗熨烫后粘贴到衣服上即可使用,且在100℃高温下仍能保持性能不变,日本计划将其作为未来“智能衣服”中内嵌传感器的电源。 除以上两种外,各国还在开发电池新材料新结构,以提高太阳能电池的转换效率,推动产业发展。 从太空到海上,从空中到地面,新能源开发利用备受重视 当前,对太阳能电池的军事应用主要集中在野外基地供电、太阳能无人机、高空通信中继、太空发电、太阳能水下自主航行器等领域,总体来看,其应用前景非常广阔。 建设太阳能光伏电站,缓解军事基地用电压力 太阳能光伏发电被认为是军事作战基地使用的最佳能源。目前外军正逐步加大其在前方作战行动中的运用,以提高作战基地能源使用效率,减少能源消耗带来的财政支出和后勤补给负担,并摆脱对传统电源的依赖。 美军在多个军事基地建立太阳能发电站,并取得良好效益。例如,美陆军在位于加利福尼亚州莫哈韦沙漠里的欧文堡军事基地建造了一个年产500兆瓦电能的太阳能发电站。其他军方发电站位于新墨西哥州、亚利桑那州、加利福尼亚州及拉斯维加斯等地的军事基地,这些发电站可基本满足基地所有电力需求,为美军逐渐扩大的能量需求提供保障。 研发太阳能无人机,打造空中多任务机动平台 太阳能无人机无需携带燃料,具有续航时间长、使用灵活、运行成本低等优点,它可快速飞抵战区,成为执行高空侦察、监视、情报作战、通信中继等任务的理想空中平台。目前,美、俄、英、日等国均已研制出太阳能无人机。瑞士研制的新型太阳能无人机“阳光动力2号”,历时15个月,在不采用任何燃料的情况下完成绕地球飞行一周试验。 另外,携带无线通信设备的太阳能无人机将成为卫星替代品,为构建天-地立体通信网络提供新途径。例如,英国特种部队装备的一款“西风”号太阳能无人机。该机被称为“高纬度伪卫星”,能够在1.95万至2.1万米高空连续飞行一个多月,主要承担对地实时监控和无线通信等任务。目前,俄罗斯首架太阳能无人机也试飞成功,机上搭载的无线通话及视频信号转发器,可传输无线网络数据。 重视利用太空太阳能发电,拓展地面能源供应渠道 开发利用太空太阳能被认为是解决人类能源危机的新途径:通过太阳能卫星系统吸收地球大气层以外的太阳能,将其转成微波传输到地面接收天线,最终转化为可供人类使用的电能。太空太阳能电站可连续工作,能量利用率高,被认为是一种前景广阔的可再生能源系统。据预测,2050年前,太空太阳能发电站有望开始满足地球上的能源需求。另外,传统武器装备的远距离补给要依赖地面能源,这项技术实现后,轨道空间站可直接给战场提供电能,很大程度上为军事行动提供强有力的能源支持。 早在2003年日本宇航局就制定出太空太阳能电站发展路线图,目前正在开发“太空太阳能发电系统”。该局估计,在轨道上运行的一个直径2000米至3000米的太阳能电池板,可产生10亿瓦特电力,相当于一个核反应堆产生的电能。 加快发展太阳能海上航行器,充当海上不眠“战士” 外军认为,太阳能海上自主航行器可连续工作数月,进行海洋探测、定位与监控工作,并与岸基和水下仪器进行实时通信。航行器可预设下潜至水下,按指定路线航行,在合适条件时浮出水面利用太阳能充电,实现真正意义上的不依赖化石燃料和零排放。此外,使用太阳能为舰船输送电力,还可以将舰船的维护成本降到最低。 目前,外军对太阳能海上自主航行器的研发日渐重视,未来有望加大其在海上执行侦察、监视与通信任务领域的应用。2015年,美国展示由海浪波和太阳能混合驱动的自动化远程艇。该艇在没有任何维护的情况下可在海上航行一年之久,执行情报、监视、侦察任务、水下地形测绘、通信中继、数据传输等任务。

(作者为中国社科院工经所副所长)

对太阳能光伏发电的优势,已故中国光伏行业泰斗、上海交通大学教授崔容强教授曾将其总结提炼为4个方面:一是光伏发电是将光能直接转换成电能的能量转换技术,是一种直接的能量转化,不像水力发电、火力发电和风力发电等需要涡轮转动,光伏发电在发电过程中没有机械做工,故而损耗小;二是太阳能作为一种可再生能源,无枯竭危险,分布区域广、光照时间长且可再生,不需运输燃料,就地生产、就地消耗,是一种理想的能源;三是光伏发电在整个发电过程中,绿色安全,不会产生污染气体,也几乎没有噪音,是一种理想的发电技术;四是光伏发电设备相对简单,其安装和拆卸都很方便,运行中不需值守,很少需要维护,维护成本非常低。这些优势使得太阳能光伏技术成为各国竞相投入研发和取得突破的重点领域。

史 丹

1978年3月,在盛况空前的全国科学大会上,有一项科研成果获得重大科技成果奖,成为走进“科学春天”最先绽放的“迎春花”,这就是“NP结硅太阳电池”。彼时,这项科研成果还鲜为人知,而其应用对象则是运行在九天之上的中国实践一号卫星,这是中国自主研制的科学试验卫星系列首颗星,于1971年3月发射升空。为了克服性能衰减,给实践一号装配性能更优越的太阳能电池,中国科研人员进行了夙兴夜寐的苦战攻关,终于研发成功,使其在8年的寿命期内,功率衰降控制在设定范围。曾参与该项攻关的中国科学院院士、中国科学院半导体所研究员王占国不仅留下永恒的记忆,而且手上也留下攻关时被灼伤的疤痕。

史 丹

“美国1957年左右拉出了首块硅单晶,中国1958年也研制出了首块硅单晶,随后,中科院物理所新成立的半导体研究室正式开始研发太阳能电池。”王占国对中国太阳能光伏技术在起跑阶段取得的成就充满自豪之情。在上世纪60年代中期,中国太阳能光伏电池研制水平与国际上相差不大,并且在相当长时间主要应用于空间领域。王占国介绍说,进入改革开放初期,中国与国际同期开展了砷化镓太阳能电池研究,这类新型太阳能电池具有很高的光发射和光吸收系数,经过约20年潜心攻关,到1999年,使这类电池的转换效率大幅提升。从整体上而言,上世纪八九十年代,由于需求端牵引力不强等因素制约,中国太阳能光伏电池的研发工作进展并不快。就研发项目而言,比较大的是1986年国家计委在农村能源“1986—1990年第七个五年计划”中列出的太阳能电池专题,当时全国有6所大学和6个研究所进行晶体硅电池等的研究。

在科研攻关的同时,中国太阳能光伏应用也逐步从空间领域拓展开来,随着在浙江宁波和河南开封等地成立太阳能电池厂,太阳能电池开始进入批量生产阶段。20世纪80年代末期,中国引进了多条太阳能电池生产线,使中国太阳能电池的生产能力由原来的几百KW一下子提升到4.5MW。

随着国家于2000年之后启动“送电到乡”“光明工程”等一系列项目的实施,随着光伏发电技术成熟、成本逐步降低、上网电价初步明确以及国家改善能源结构的需要日益增加,集中式光伏发电得到迅猛的发展。从2009年开始,我国启动了旨在促进光伏发电产业技术进步和规模化发展、培育战略性新兴产业的“金太阳示范工程”,带动了大型光伏电站和分布式光伏快速增长。之后,等接连出台,光伏产业迎来跨越式增长时期。2016年11月出台的提出,到2020年底,中国太阳能发电装机达到1.1亿千瓦以上。

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发力薄膜太阳能电池

经过多年的发展,中国在太阳能电池硅材料生产、电池和组件生产、专用设备等方面取得很大进步。在王占国看来,这些突破和进步还是不够的,与国外最先进水平相比,仍然存在一些差距,主要表现在技术水平、产业和市场发展等方面。比如,无论是单晶硅还是多晶硅,其实验室效率都要比国外的来得要低一些。在太阳能电池制造设备方面,王占国认为要加强自主研发力度,实现进口设备的国产替代,一方面可以节省资金,进一步降低终端成本;另一方面,可以避免受制于人,实现技术自立。

在科研方面,中国太阳能光伏领域在目前阶段具备更雄厚的基础条件,应该瞄准最前沿领域。薄膜太阳能电池是太阳能光伏发电领域研究的重要方向,该类电池放弃或大幅减少对晶硅体材料的使用,直接采用薄膜,具有安全、可折叠、方便连接、轻巧、抗热性能好、不易破损等特点和优点,适应了太阳能电池高效率、低成本、大规模生产发展的需要。中国科学界和产业界要携手合作,争取尽快把薄膜非晶硅太阳能电池的转换效率提高到新水平,率先真正实现薄膜太阳能电池的低成本、大面积、高效率使用。

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