学会邮局 |法律声明 |联系我们 |设为首页 |
你现在的位置:首页 > 首页 > 重点推荐

光伏产业及“左手材料”的发展其应用


 来源:四川省电子学会副秘书长 专家工作委员会秘书长 张光明    上传时间:2013-11-13   访问量:24238   最近访问时间:2018-04-23   

 光伏产业及“左手材料”的发展其应用
四川省电子学会副秘书长  专家工作委员会秘书长  张光明
 
光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。太阳能电池发电的主要原理是半导体的光电效应。硅原子有4个电子,如果在纯硅中掺入有5个电子的原子如磷原子,就成为带为负电的N型半导体;若在纯硅中掺入有3个电子的原子如硼原子,形成带正电的P型半导体。当P型和N型结合在一起时,接触面就会形成电势差,成为太阳能电池。当太阳光照射到P-N结后,空穴由N极区往P极区移动、电子由P极区向N极区移动,形成电流。不论是独立使用还是并网发电,光伏发电系统主要由太阳能电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成,它们主要由电子元器件构成,不涉及机械部件,所以,光伏发电设备极为精炼,可靠稳定寿命长,安装维护简便。理论上讲,光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩具,光伏电源无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池(片)有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。
人类对太阳能的利用有着悠久的历史。我国早在两千多年前的战国时期就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火;利用太阳能来干燥农副产品。2008年北京奥运会部分场馆用电都由太阳能发电和风力发电提供。
光伏产业的发展状况及前景
据合肥工业大学教育部光伏系统工程研究中心常务副主任张晓安博导介绍,传统的燃料能源正在一天天减少,对环境造成的危害日益突出,同时全球还有20亿人得不到正常的能源供应。这个时候,全世界都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,维持长远的可持续发展。这之中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。
近几年国际上光伏发电快速发展,2007年全球太阳能新装容量达2826MWp,其中德国约占47%,西班牙约占23%,日本约占8%,美国约占8%。2007年,在太阳能光电产业链中有大量的投资集中到新产能的提升上。除此之外,太阳能光电企业在2007年间的贷款融资金额增长了近100亿美元,使得该产业规模不断扩大。
2008年全球光伏市场增至5.5GW,其中,按地区排名西班牙名列首位,德国第二。2008年,全球太阳能安装总量已累计达15GW,西班牙新装量为2.5GW,约占2008年新增安装量的一半。虽然受金融危机影响,德国、西班牙对太阳能光伏发电的扶持力度有所降低,但其它国家的政策扶持力度却在逐年加大。日本政府2008年11月发布了“太阳能发电普及行动计划”,确定太阳能发电量到2030年的发展目标是要达到2005年的40倍,并在3-5年后,将太阳能电池系统的价格降至目前的一半左右。2009年还专门安排30亿日元的补助金,专项鼓励太阳能蓄电池的技术开发。2008年9月16日,美国参议院通过了一揽子减税计划,其中将光伏行业的减税政策(ITC)续延2-6年。
中国太阳能资源非常丰富,理论储量达每年17000亿吨标准煤。太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。中国光伏发电产业于20世纪70年代起步,90年代中期进入稳步发展时期。太阳电池及组件产量逐年稳步增加。经过30多年的努力,已迎来了快速发展的新阶段。在“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下,中国光伏发电产业迅猛发展。到2007年年底,全国光伏系统的累计装机容量达到10万千瓦(100MW),从事太阳能电池生产的企业达到50余家,太阳能电池生产能力达到290万千瓦(2900MW),太阳能电池年产量达到1188MW,超过日本和欧洲。
在金融危机形势下,2009年3月23日,财政部、住房和城乡建设部出台《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》,并出台了《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》,决定有条件地对部分光伏建筑进行每瓦最多20元人民币的补贴。这两个文件的出台,让国内太阳能光伏企业看到了光明的前景。
光伏产品应用广泛,除一般常用的路灯、庭院灯、电阳能发电照明外,还可开发地质灾害应急监测仪、道路应急灯,隧道照明等多种产品。
“左手材料”(left-handed materials, LHM)是近年来国际电磁学和物理学的一个开发研究热点,是一个全新的领域。此材料在材料科学固体物理、光学和应用电磁学范围获得愈来愈广泛青睐。国家基金委信息学部已对“异向介质理论与应用基础研究”列入2005年重点项目指南(异向介质是左手材料的另一个名称)。众所周知,物质的电磁特性可以用介电常数e和磁导率μ这两个宏观参数来描述。对于通常物质e>0,μ>0,电场、磁场和波矢量之间满足右手螺旋关系(称为右手材料),这一麦克斯韦方程所揭示的物理常规似乎从未有人怀疑过。如果e<0,μ<0,电场、磁场和波矢量之间将满足左手螺旋关系,即能量的传播方向与波矢量是相反的。苏联科学家菲斯拉格(Veselago)发表了一篇论文,他在理论研究中发现,当e和μ都为负值时,电场、磁场和波矢量之间构成左手关系。他称这种物质为“左手材料”。他同时指出,电磁波在左手材料中的行为与在右手材料中相反,比如负折射指数、逆切连科夫效应、逆多普勒效应等等。左手材料突破了传统电磁场理论中的一些重要概念,它表现出许多新奇的电磁特性。利用以铜为主的复合材料首次制造出在微波波段具有负介电常数、负磁导率的物质,他们使一束微波射入铜环和铜线构成的人工介质,微波以负角度偏转,从而证明了左手材料的存在。迄今为止,负折射指数材料都是人工合成材料,由大量称为电(e<0)或磁(μ<0)“粒子”的基本单元构成,它们的特征尺寸比工作波长小得多。构成左手材料的方法很多。
左手材料的应用1、天线覆层—由于平板左手材料具有聚焦作用,合理选取左手材料覆层,将类似凸透镜把点源发散光聚集成平行光,这将显著地改善贴片天线的方向性。浙江大学在微带贴片天线上覆盖左手材料,使工作在2.6GHz的贴片天线方向性由7.7dB提高到16.8dB。2、控制电磁波的辐射方向—由于左手材料的负折射指数与频率有关,用不同结构做成折射指数渐变的平板透镜,当频率扫描时,可实现天线波束扫描,不需要收发组件。3、手机天线辐射技术—同济大学物理实验室制造出新型左手材料,通过人造结构来控制电磁波传播方向,用它制成定向天线,可以智能寻找附近的基站发射信号,然后只向该基站方向发射信号,并通过相关技术阻止信号向人脑方向传播,从而可避免电磁波对手机使用者造成辐射伤害。4、隐身技术—南京大学在研究中发现将左手材料覆盖在金属棒或金属球外面,在特定的实验条件下,电磁波经过它时,并没有发生通常出现的“反射”现象。这预示着利用左手材料有可能使某些金属结构对电磁波产生“隐身”效果,左手材料可望用于隐身技术。5、屏蔽技术—电子科大利用左手媒质设计了微波空间滤波器,其滤波特性有很好的矩形度,带外隔离度非常大,是用普通媒质设计的滤波器无法比拟的。左手媒质微波空间滤波器的优良特性在军事上有广泛的应用前景,例如军机的雷达罩和微波天线防干扰和防微波高能武器的屏蔽罩等。6、微波部件小型化—用左手材料制作的微波部件可显著减小体积。一种左手复合传输线双模带阻滤波器,中心频率1.12GHz,尺寸11㎜×50㎜,是普通滤波器尺寸的1/5。
进入21世纪,左手材料的研究在国内外已成燎原之势,从理论研究到工程应用,从微波频段到光波,采用的工艺手段从常规的机械、化学和LTCC工艺到微纳米制造技术。历史上任何一种新型材料的出现,都将带来应用技术的革命,左手材料同样如此。经过各领域科学工作者的共同努力,左手材料必将得到广泛应用,或许会在不远的将来改变我们的生活。
 

 

   文章总数:982   今日文章:0   本日访问:141   本月访问:3234   总访问量:603234
Copyright 2012-2015 scsdzxh.org All Rights Reserved
主办:四川省电子学会承办:四川省电子学会
联系电话:028-83206889,83205986,Email:scsdzxh@163.com,通信地址:四川省成都市建设北路二段4号电子科技大学通信大楼5楼(610051)
版权所有:四川省电子学会,未经授权不得转载!