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可再生能源与智能电网. 太阳能. 热能. 机械能. 电能. ?. 通过燃烧将化学能转变为热能. 光合作用. 太阳能变化学能. 内燃机. 燃气轮机. 锅炉. 埋在地下变成煤炭和油气. 光伏发电. 现代太阳电池板的发明. 贝尔实验室的三位太阳电池板发明人： Gerald L. Pearson, Daryl M. Chapin, and Calvin S. Fuller （ 1954 年）. Russell Ohl (1898-1987) 美国发明家 贝尔实验室.
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热能 机械能 电能 ? 通过燃烧将化学能转变为热能 光合作用 太阳能变化学能 内燃机 燃气轮机 锅炉 埋在地下变成煤炭和油气
现代太阳电池板的发明 贝尔实验室的三位太阳电池板发明人：Gerald L. Pearson, Daryl M. Chapin, and Calvin S. Fuller （1954年） Russell Ohl (1898-1987) 美国发明家 贝尔实验室 1940年Russell Ohl 发现了硅材料的 p-n 结和光电效应，并于1941年申请了世界上第一个硅基太阳电池专利。1954年贝尔实验室的三位发明家制成了世界上第一个太阳电池板。 贝尔实验室太阳电池板广告（约1955年），效率6％。 目前单晶硅太阳能电池效率最高达到24.7％
在硅中加进Ⅴ族元素磷，晶格中的一个磷原子的四个电子与周围四个硅原子的电子形成共价键，还剩一个价电子不能被安排在硅晶格正规价键结构中，因此游离而使磷原子电离。这样，磷在硅中的电离能比硅的禁带宽度小很多，只有很小的能量就可使电子跳到导带。这个游离的电子的能级对应禁带区域的一个孤能级，这个能级被称为施主能级，相应的杂质原子被称为施主。在硅中加进Ⅴ族元素磷，晶格中的一个磷原子的四个电子与周围四个硅原子的电子形成共价键，还剩一个价电子不能被安排在硅晶格正规价键结构中，因此游离而使磷原子电离。这样，磷在硅中的电离能比硅的禁带宽度小很多，只有很小的能量就可使电子跳到导带。这个游离的电子的能级对应禁带区域的一个孤能级，这个能级被称为施主能级，相应的杂质原子被称为施主。 在硅中加进Ⅲ族元素硼，一个硼原子在晶格中与周围四个硅原子构成共价键时，缺少一个价电子，因而很容易从别处夺来一个价电子，自身电离成负离子，并向价带提供空穴。这种杂质局部能级接近价带顶部能级，热运动动能就可使空穴跳到价带。空穴运动在禁带中共同创建了一个靠近价带的能级。这个能级被称为受主能级，相应的杂质原子被称为受主。 掺杂半导体 半导体通过适当的掺杂，可在禁带中产生附加的能级，价带中的电子先跃迁到这些能级上，然后再跃迁到导带中去，比电子从价带直接跃迁到导带去来得容易。
P-N结和太阳电池工作原理 N型区 p-n结 P型区 内建电场 方向 电子 空穴 太阳电池 工作原理 太阳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。 P-N结形成“内建电场”，犹如水库大坝，使电子和空穴定向流动。
太阳电池基本结构 减反膜 太阳电池由p掺杂和n掺杂的半导体材料组成电池核心，在n区表面沉积有减反射膜，降低电池表面对太阳光的反射，提高电池对光的吸收。光生电流由上电极和下电极引出。硅太阳电池作为电源使用需将若干个电池片串联、并联连接并严密封装成组件。
光伏并网发电系统 光伏并网发电系统，由光伏组件、并网逆变器、计量装置及配电系统组成。太阳能能量通过光伏组件转化为直流电力，再通过并网逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流，送入电网。
如何高效吸收太阳辐射能 光线传播的途径 真空集热管
槽式：94.57%；塔式：4.37%；菲涅尔式：0.89%；碟式：0.17%槽式：94.57%；塔式：4.37%；菲涅尔式：0.89%；碟式：0.17% 太阳能热发电类型 塔式 碟式 替 代 槽式 菲涅尔式
美国太阳能槽式热发电 在1985～1991年间，美国在南加州先后建成9座槽式太阳能热发电站，总装机容量354MW，年发电总量10.8亿度，发出的电力可供50万人使用。随着技术进步，系统效率由起初的11.5%提高到13.6％，建造费用由5976美元/KW降低到3011美元/kW，发电成本由26.3美分/KWh降低到了12美分/kWh。当发电成本降到8美分/KWh时，太阳能热发电可与常规矿物能源发电相媲美。 2005年在美国内华达州建成了“内华达太阳能一号”槽式热发电站，该电站采用了德国肖特公司生产的总长为72千米的中高温太阳能真空集热管，装机容量64MW，电站发电足以满足4万户家庭的生活用电。 加州9座槽式太阳能热发电站 内华达太阳能一号
太阳能碟式热发电 外燃机
用什么来替代蒸汽轮机 ？ 太阳能 核能 锅炉蒸汽 蒸汽冲动汽轮机 汽轮机 锅炉 发电机 切割磁力线发电
1897年 1891年 Poul la Cour （1846-1908） 丹麦风电先驱 安装在Askov Folk High School两台试验风机 利用齿轮箱来驱动两台9kW直流发电机，一台采用蓄电池充电，另一台采用电解水制氢。在学校设置的氢煤气照明系统，自1895年起持续使用了7年。 1869年获得气象学硕士，1872成为气象研究所副所长。1878年和太太因喜欢农村教育到Askov Folk High School任教，教数学和物理。1897年为实现农村现代化，发明了风电，并开办风电学员班。1903年成立丹麦风电公司，1908年拥有10～20kW级的风力发电机组72台。1905年成立风电工程师学会，会员356人。La Cour 为了设计高速风力发电机组的风轮，采用平板型、曲板型、弯曲型等各种翼型，以及改变它们的叶片数重复进行了多次风洞实验。 1904年风电学员班 和太太Christine 在 Askov
Johannes Juul （1887 – 1969） 丹麦风电工程师 Poul la Cour 1904年“风电学员班”的学生Johannes Juul 为风力发电事业做出了开创性工作。在1947年曾提议风力发电采用并网运行方式，输出交流电，他利用实验用的风力发电机组做了试验。Juul采用定桨距风轮失速特性去控制风力发电机组的输出。在此成果基础上，在1956-1957年成功地制造了Gedser盖瑟风力发电机组（直径24米，额定功率200kW），无故障运行10年。该风力发电机组采用三叶片上风向叶轮、电机偏航、异步发电机等开创性设计，并一直延续到现代风力发电机组。 现代风电技术起源
发电机 风力机 风 能 电 能 机械能 — 输出功率系数(风能利用系数） — 空气密度，kg/m3 A — 转轮旋转圆面积，m2 V — 风速，m/s 风力发电原理 风力机的输出功率L (W) 影响因素 风速 叶片设计 叶片受风面积
飞机起飞 叶轮转动 飞机在发动机驱动下向前飞行时，流过上下翼面气流的流速不一致，上翼面流速快于下翼面，造成上翼面空气压力低于下翼面，从而使机翼产生升力，当升力大于飞机的重力时飞机就能升空飞行了。 现代风力发电机组的叶片也采用飞机的机翼形状，产生的升力带动叶轮旋转。
风力发电机种类 • 1.水平轴式（螺旋桨式） • 风车的旋转轴是水平的，扇叶必须针对方向，所以其缺点是必须将发电机和控制设备安装在塔上方且要有尾翼以改变风车方向。
旋转叶片 控制柜 风速仪 低速轴 高速轴 发电机 偏航电机
2.垂直轴式 风车的旋转轴是垂直的，不论任何方向的分吹来都可以旋转扇叶发电，但风力不够强扇叶将不会转动。
风电场类型 陆上风电厂
风电场类型 海上风电场
我国首座海上风电场 上海东海大桥风电场由３４台单机容量为３兆瓦的风电机组组成，风机轮毂高度９０米、叶轮直径９１．５米，采用三叶片、水平轴、上风向的结构形式，总装机容量１０２兆瓦，设计年发电利用小时数２６２４小时，年上网电量２．６７亿千瓦时，项目总投资２３．６５亿元。每年可以节约８．６万吨标准煤，减轻排放温室效应性气体二氧化碳２３．７４万吨。
三峡电站 22.5GW
水能 势能转化为动能
太阳能是形成水能的原始动力 云层输送的雨水到高原形成水循环 太阳能使水蒸发到天空 高山流水 顺势而下
水坝是能量的聚集点 巨大能量的聚集需要电网远距离疏散
水电站 三峡水电站大坝高185米，蓄水高175米，水库长600余公里，总装机容量达到了2250万千瓦，是全世界最大的（装机容量）水力发电站 我国第一座水电站——云南石龙坝水电 1912年4月发电，装机容量为1440 kW
国际问题 怎样开发利用雅鲁藏布江水能资源 雅鲁藏布江水能资源丰富，全流域水能蕴藏量超过1.13亿kW，约占全国1/6
海洋能 波 潮
潮汐、波浪的形成 潮汐是海水受太阳、月亮的引力作用而形成的 波浪是在风直接作用下产生的水面波动
江厦潮汐电站 江厦电站位于浙江省温岭市西南角的江厦港上，离城约16公里，1972年由国家计委批准建设，从1980年5月4日第一台机组运行至1985年底5台机组全部投产，至今已运行三十多年，是我国运行情况最好和装机容量最大的电站，其装机容量3.2MW仅次于法国朗斯电站(24×10MW)，加拿大安纳波利斯电站（20MW）名列世界第三而备受瞩目。
