【文章內(nèi)容簡介】 .......................................... 28 RS485芯片的選著及其電路設(shè)計 .................................................................................................. 29 4 結(jié)論 ................................................................................................................................................................... 31 致謝 .......................................................................................................................................................................... 32 參考文獻 ................................................................................................................................................................. 33 附件 .......................................................................................................................................................................... 37 1 緒論 1 1 緒論 課題背景 發(fā) 展太陽能的背景 能源是人類生存發(fā)展必須具有的基本資源。從古至今人類獲得能源的途徑，可分為地上能源、地下能源與天上能源等三個層面或者說成是三個階段。地上能源主要是植物能源 (柴、草 )，還有水能、風能等，在人類農(nóng)業(yè)經(jīng)濟社會階段主要是植物能時代，或稱地上能時代。到了現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟社會階段，主要是煤石能源(煤炭、石油、還有天然氣、地熱能等 )，可稱為煤石能時代，或地下能時代。隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展進入 21 世紀以來，各國對能源的消耗以日俱增。能源短缺已成為人類社會面臨的一個非常重大的挑戰(zhàn)，作為世界主要能源的石油，其價格居高不下 ，前期每桶原油最高單價已突破 100 美元。雖然人類的科學技術(shù)正在高速發(fā)展，但面對石油這些不可再生性的資源，必須在其耗盡之前尋找到替代能源，否則未來世界將會因此不斷爆發(fā)能源危機。資料表明，按照現(xiàn)在已經(jīng)探明的儲量及開采速度，到 21世紀 80 年代，石油、天然氣資源將枯竭。到 22 世紀 20 年代，煤資源也將被耗盡。即使是以鈾為燃料的核電拋開價格、政治、發(fā)生危險泄露的因素不談，也存在資源短缺的間題，已探明儲量的鈾礦資源也將在 2030 年前開采完 [1]。 從我國的能源利用狀況來看，自上世紀 70 年代初開始，我國已經(jīng)經(jīng)歷了三次大的能 源危機： 19701984 年間持續(xù)的能源供應緊張局面使全國約 25%的企業(yè)開工不足； 1988 年再次出現(xiàn)類似情況，農(nóng)業(yè)用電缺口超過 60%，推動煤炭價格在當年漲幅達到 87%，成為 1989 年以后小煤窯遍地開花的驅(qū)動力； 20xx 年以來伴隨著國際能源危機的逐步加深，我國能源供應緊張，主要常規(guī)能源的價格漲幅已達 103%，大量進口石油引起國際社會的嚴重關(guān)切，能源已成為國家安全的重要影響因素。資料表明，作為世界上最大的發(fā)展中國家，我國目前能源生產(chǎn)量僅次于美國和俄羅斯，居世界第 3位；基本能源消費占世界總消費量的 %，僅次于美國，居世界第 2 位，可見我國已經(jīng)成為一個能源生產(chǎn)和消費大國。 20xx 年一次能源消費量為 億噸油當量，到本世紀中葉我國全面達到小康水平時，一次能源的消費量將達到 30 多億噸油當量。然而 20xx 年，世界人均一次能源消費量為 噸油當量，日本、美國分別為 噸和 噸油當量，而中國僅為 噸油當量，約為世界平均水平的 3/日本的 1/美國的 1/7。預計到20xx 年，我國石油供需缺口 1 億噸，天然氣缺口 400 億立方米。而且，隨著中國的工業(yè)化和城市化進程，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和民用建筑階段，能源需求 量特別大，西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 目前能源消費總量已經(jīng)接近歐盟 15 國的總量。值得注意的是，過去二十多年來，我國汽車保有量以年均 2%的速度迅速增加，亞太能源研究中心的預測， 2020 年我國交通部門的用能比例將增長到 16%。與此同時，能源資源相對短缺又制約了我國能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，能源技術(shù)相對落后影響了能源供給能力的提高。目前，國內(nèi)的能源生產(chǎn)已經(jīng)遠遠不能滿足高速經(jīng)濟增長，能源進口量持續(xù)增加，能源對外依存度在 7%左右，其中石油對外依存度在 43%左右。有專家預測，到 2020 年前后，中國有可能成為世界第一大油品進口國 [13]。 就我國實際情況 來看，我國太陽能資源非常豐富，理論儲量達每年 17000 億噸標準煤。我國大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在每平方米 4千瓦時以上，西藏日輻射量最高達每平米 7 千瓦時。年日照時數(shù)大于 20xx 小時。與同緯度的其它國家相比，與美國相近，比歐洲、日本優(yōu)越得多，因而有巨大的開發(fā)潛能。近 20 年來，中國光伏產(chǎn)業(yè)長期維持在全球市場 1%左右的份額。 20xx、 20xx 年中國太陽電池組件的生產(chǎn)量有了大幅度增長， 20xx年達 ，約占世界份額的 %，20xx 年達 萬千瓦，約占 3%。為解決我國的能源短缺問題，太陽能發(fā)電將在中國未來 的電力供應中扮演重要的角色。 國務院參事、中國可再生能源協(xié)會理事長石定寰在上海召開的 “ 第二屆中歐國際太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇 ” 上預計，20xx年中國太陽能光伏發(fā)電裝機容量達 1GW， 20xx年預計達 5GW， 2O2O年達 20GW。而 20xx 年，全國太陽能發(fā)電裝機容量僅為 ，這就意味著在未來的幾年內(nèi)，中國太陽能裝機容量的復合增長率將會高達 38%以上。根據(jù)電力科學院的預測，到 2050 年中國可再生能源發(fā)電將占到全國總電力裝機的 25%，其中光伏發(fā)電占到 5%。國內(nèi)太陽能電池產(chǎn)業(yè)主要應用在通信和工業(yè)領(lǐng)域 (約占 36%)、農(nóng)村和邊遠地區(qū)領(lǐng)域 (約占 51%)、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) (約占 4%)以及太陽能商品及其它 (約占9%)[46]。 由此可見，面對日益嚴重的能源危機，根本出路在于盡快從采用煤石能轉(zhuǎn)而采用太陽能，即從地下能時代轉(zhuǎn)向天上能時代，或稱太陽能時代。太陽能比起煤石能具有眾多優(yōu)點，具有不斷再生性，能源分布范圍廣泛，安全，無污染，可謂取之不盡，用之不竭，能夠全面保護自然平衡與氣候溫度平衡，便于開發(fā)與使用等。太陽能每秒鐘到達地面的能量高達 80 萬千瓦，假如把地球表面 %的太陽能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率 5%，每年發(fā)電量可達 1012 千瓦小時，相當于目前世界上能耗的 40 倍。因此，太陽能等可再生能源產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進步及世界各國政府支持已使可再生能源行業(yè)爆發(fā)式發(fā)展。根據(jù)歐洲、日本等能源機構(gòu)預測， 2020年，光伏發(fā)電將占到全球發(fā)電量的 1％， 2040 年將占到全球發(fā)電量的 21％， 2050年左右，太陽能將成為全球主力替代能源 [78]。 國內(nèi)外太陽能利用現(xiàn)狀 西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 從國際上看，世界各國從能源供應安全和清潔利用的角度出發(fā)，把太陽能的商業(yè)化開發(fā)和利用作為重要的發(fā)展趨勢。自 20 世紀 80 年代以來，光伏產(chǎn)業(yè)可以說是世界上增長最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。歐盟、日 本和美國把 2030 年以后能源供應安全的重點放在太陽能等可再生能源方面。美國頒布一系列優(yōu)惠政策， 20xx 年能源政策法規(guī)定，光伏系統(tǒng)投入費用可免稅 30%。據(jù) SEIA 的統(tǒng)計， 20xx年美國太陽能光伏市場增長達 72%。美國新的太陽能啟動計劃對太陽能項目研究的資助 20xx 年達到 6500 萬美元， 20xx 年將達到 億美元，而對美國國家可再生能源實驗室（ NREL）的太陽能研發(fā)資助達 4500 萬美元，其研究目標是到 20xx年使光伏能量可與其它電源相競爭。日本政府于 20xx 年年末宣布，要大力普及家庭太陽能發(fā)電，計劃到 2030年使家庭采用太陽能發(fā)電的由現(xiàn)在的約 40萬戶擴大到 1400 萬戶，相當于日本全國家庭總數(shù)的約 30％，該項目標已列入日本的“能源革新技術(shù)計劃”。日本政府決定將在 20xx 年成立由國內(nèi)外專家組成的國際研究機構(gòu)，專門從事低成本新型太陽能板的研制開發(fā)，并在年度預算中列入相關(guān)經(jīng)費20 億日元。據(jù)國際能源機構(gòu)的統(tǒng)計， 20xx 年包括企業(yè)在內(nèi)，日本的太陽能發(fā)電容量為 171 萬千瓦。目前日本住宅用太陽能發(fā)電設(shè)備的價格在 200 萬日元左右，包括發(fā)電成本在內(nèi)，太陽能發(fā)電的低價格化是普及太陽能發(fā)電的一大課題。因此，日本政府提出將開發(fā)使能源 效率比現(xiàn)在提高 12倍的新型太陽能板，使發(fā)電成本大體上與火力發(fā)電相當，到 2030年其成本由現(xiàn)在的每千瓦 46日元降低到 7日元。日本政府的目標是，在 2030 年之前要將住宅用太陽能電力容量 (現(xiàn)在為 130 萬千瓦 )擴大到 30 倍。德國是一個能源緊缺的國家，能源供應在很大程度上依賴進口。為擺脫對進口和傳統(tǒng)能源的依賴，德國近年把能源政策重點放在節(jié)約傳統(tǒng)能源和發(fā)展新型能源兩個方面，以期實現(xiàn)能源生產(chǎn)和消費的可持續(xù)發(fā)展。德國對可再生能源的利用通過立法、政府大量補貼等措施，使德國成為繼日本之后世界光伏發(fā)電發(fā)展最快的國家。德國 20xx年太陽能投資為 37 億歐元，與風電和生物能一樣同屬發(fā)展最快的新能源之一。根據(jù)太陽能協(xié)會 BSW 的數(shù)據(jù)，德國在 20xx 年前 3年中，太陽能相關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)量增加了 5 倍，增速比其它國家平均水平高一倍。全球最大的太陽能發(fā)電廠于 20xx 年 9 月在德國南部巴伐利亞州投入使用，其發(fā)電總?cè)萘窟_ 12 兆瓦，能夠為 3500 多個家庭供電。該發(fā)電廠擁有 1400 多個可移動太陽能吸熱發(fā)電板，這些發(fā)電板能夠隨著太陽的移動而自動旋轉(zhuǎn)，從而最大限度吸收太陽熱能。這項技術(shù)使這家發(fā)電廠的發(fā)電能力比普通太陽能發(fā)電廠高出35％。雖然目前太陽能占德國的能源供給 不到 1％，但到 2020 年將超過 5%。此外，在節(jié)能建筑應用太陽能方面，歐美一些先進國家，目前正在廣泛開展應用“光電玻璃幕墻制品”，這是一種將太陽能轉(zhuǎn)換硅片密封在雙層鋼化玻璃中，安全地實現(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的一種新型生態(tài)建材。比如美國的“光伏建筑計劃”、西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 歐洲的“百萬屋頂光伏計劃”、日本的“朝日計劃”以及我國已開展的“光明工程”等。近幾年來發(fā)達國家的“零能房屋”已有相當發(fā)展水平，許多國家的政府（如美國、德國）還制定了太陽能在國家總能源消耗中的所占比例應超過 20％的計劃，如德國實施的 綠電計劃 — 10 萬家屋頂光伏發(fā) 電計劃自 1999 年開始實施， 20xx 年該計劃順利完成。目前，光伏發(fā)電已向德國普通家庭推廣。日本自1992 年啟動了“新陽光計劃”，同時頒布了新的凈電計量法，要求電力部門以商品價格購買多余的光伏電量，并實行補貼政策。日本居民光伏屋頂系統(tǒng)最近 5 年平均年增長率為 %[912]。 我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展從 20 世紀 50年代開始研究，到 70 年代開展空間應用和地面應用，光伏產(chǎn)業(yè)初步形成實際上是從 20 世紀 50 年代中后期開始，并在 90年代以后才得到迅速發(fā)展。目前，隨著《中華人民共和國可再生能源法》的頒布和實施、京都議定書的簽 定以及各項環(huán)保政策的出臺和對國際的承諾，為太陽能利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了政策的保障，給太陽能利用產(chǎn)業(yè)帶來機遇。再加上西部的大開發(fā)，原油價格的上漲，中國能源戰(zhàn)略的調(diào)整，以及政府加大對可再生能源發(fā)展的支持的力度，所有的這些都為中國太陽能利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來極大的機會。目前，我國太陽能產(chǎn)業(yè)規(guī)模已位居世界第一，是全球太陽能熱水器生產(chǎn)量和使用量最大的國家和重要的太陽能光伏電池生產(chǎn)國。隨著無錫尚德太陽能電力有限公司成功登陸納斯達克，國內(nèi)掀起一股進軍光伏產(chǎn)業(yè)的熱潮。目前，我國的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)基地的省份主要集中于環(huán)渤海區(qū)域，長三 角區(qū)域的江蘇，華中華南地區(qū)的湖北以及廣東，多晶硅的生產(chǎn)基地則多分布于中西部地區(qū)，其中江蘇的光伏產(chǎn)業(yè)位居全國前列，以無錫尚德太陽能電力有限公司為代表的企業(yè)已具備較好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。據(jù)中國太陽能學會秘書長孟憲淦介紹，我國是太陽能資源豐富的國家之一，我國有荒漠面積 108 萬平方公里，大多分布在光照資源豐富的西部高原地區(qū)，一平方公里面積可安裝 100 兆瓦光伏陣列，每年能發(fā)電 億度。只要開發(fā)利用1%的荒漠，就可以發(fā)出相當于我國 20xx 年全年的耗電量。看來，在我國加快采用太陽能是有很好的基礎(chǔ)的。據(jù)發(fā)展改革委能源局介紹，截至 20xx 年年底，我國太陽能熱水器年生產(chǎn)能力達到 1500 萬平方米，在用太陽能熱水器總集熱面積達１億平方米，生產(chǎn)量和使用量均居世界第一。全國有 1000 多家太陽能熱水器生產(chǎn)企業(yè)，年總產(chǎn)值近 120 億元，已形成較完整的產(chǎn)業(yè)體系，從業(yè)人數(shù)達 20 多萬人。到 2020 年，太陽能光伏發(fā)電將達到 180 萬千瓦，太陽能熱水器總面積將達到３億平方米，太陽能利用年替代能源 6000 萬噸標準煤 [1314