东北大学 新能源 考试试题及答案

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新能源定义和特点：新能源与常规能源是一个相对的概念，随着时代的发展，新能源的内涵不断变化和更新。目前，新能源主要包括太阳能、风能 、生物质能、氢能、核能、化学能、地热能和海洋能等。 区别和联系：（1）可再生能源：即不会随其本身的转化或人类的利用而越来越少的能源，如水能、风能、潮汐能、太阳能等；（2）新能源：目前，新能源主要包括太阳能、风能 、生物质 能、氢能、核能、化学能、地热能和海洋能等。（3）清洁能源：对环境无污染或污染很小的能源，如太阳能、水能、海洋能等。 新能源包括各种可再生能源和核能。相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源（特别是化石能源）枯竭问题具有重要意义。同时，由于很多新能源分布均匀，对于解决由能源引发的战争也有着重要意义。

清洁能源是不排放污染物的能源 可再生能源是指可以再生的能源总称 能源就是向自然界提供能量转化的物质。能源是人类活动的物质基础。 2、六种能量形式：机械能、热能、电能、辐射能、化学能、核能

遵循定律：能量守恒定律、热力学第二定律、热力学第三定律,

能量贬值原理 能量守恒与转换定律

3、（1）单机容量增大；（2）风电机桨叶的变化：桨叶长度增长，最长的叶片超过50m；桨叶叶形的优化设计；桨叶的材料由玻璃纤维增强树脂 —— 强度高质量轻的碳纤维 —— 向柔性发展；（3）塔架高度上升；（4）控制技术的发展（5）海上风力发电

3、风力发电的特点是随机性强，难控制，不稳定，有地域性这些特点使得风电无法在现有的科技条件下作为主干电力使用.。 趋势（1）单机容量增大；（2）风电机桨叶的变化：桨叶长度增长，最长的叶片超过50m；桨叶叶形的优化设计；桨叶的材料由玻璃纤维增强树脂 —— 强度高质量轻的碳纤维 —— 向柔性发展；（3）塔架高度上升；（4）控制技术的发展（5）海上风力发电

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(1)塔式电站 Power Towers

塔式电站用一个中心吸收器取代火力发电站的锅炉。吸收器利用由许多反射镜聚集的阳光把其中的介质(如水)加热，并产生温度和压力都相当高的蒸汽。蒸汽驱动汽轮发电机组发电。

塔式电站的聚光倍数高(1000～3000)，其介质工作温度通常大于350℃，因此通常被称为高温太阳能热发电。

塔式电站的优点是聚光倍数高，容易达到较高的工作温度；能量集中过程由反射光一次完成，方法简捷有效；吸收器散热器面积相对较小，光热转换效率高。

但塔式电站建设费用高，其中反射镜的费用占50%以上。太阳能塔式电站的总体效率可以达到20%。

塔式电站的致命缺点是太阳能电站规模越大，反射镜阵列的占的面积越大，吸收塔的高度也要提升。

(2)碟式电站 Dish technology

采用碟状(也称盘状)抛物镜作集热器

碟式电站缺点——系统复杂 ? 抛物镜

如建立一个100MW的碟状抛物镜集热器分散布置的太阳能电站，约需要1～2万个直径为6m的抛物镜。 ? 高温接收器

? 管路及绝热材料 ? 跟踪控制系统

(3)槽式电站 Parabolic Troughs

? 槽式电站与碟式电站相似，它把聚焦器分散布置，使载热介质在单个分散的太阳能聚焦集热器中加热成蒸汽，再汇集至汽轮机。

? 如采用双回路系统，则加热后的载热介质不直接送到汽轮机，而是集中在一个热交换器内，然后把热量传递给汽轮机回路中的工质。 (4) 烟囱发电 Solar thermal chimney

? 太阳能烟囱发电系统由太阳能集热棚、太阳能烟囱和涡轮机发电机组3个基本部分所构成

? 太阳能热风发电构想是由德国斯图加特大学的J.Schlaich 教授于1978 年提出

塔式、槽式和碟式三种电站技术比较：

? 塔式电站和碟式抛物镜集热器分散布置式电站均为点聚焦，聚光倍数高达500以上。

? 但塔式电站的跟踪代价高，碟式电站的能量集中代价大，二者受到了目前技术水准的限制，实现商业化尚需时日。

? 槽式电站是线聚焦，聚光倍数小于100。但槽式电站跟踪精度低，导致控制代价小，同时采用管状吸收器，工作介质受热流动同时集中能量。槽式电站的总体代价相对小，经济效益相对提高，所以目前槽式电站发展迅速。

5、单晶硅（single crystalline silicon）

原子排列全部是朝一个方向，具有比较少的晶格缺陷，制作成的太阳电池效率高。 多晶硅（multi-crystalline silicon）

其结构由许许多多不同排列方向的单晶粒所组成，在晶粒与晶粒之间存在着原子排列不规则的界面，即晶界。

非晶硅（amorphous silicon）

非晶硅的原子排列非常松散而没有规则，是一种类似玻璃的非平衡态结构。 多晶硅原料之制造流程

用高纯度的硅砂在电弧炉内还原成冶金级的多晶硅原料或称金属硅，再经由一系列的纯化步骤以提高纯度，将之转换为太阳能级的多晶硅。 太阳电池级硅单晶片制造技术

在工业上有两种方法生长单晶硅，其中Czochralski（简称CZ）法占了约85%，另一个方法为浮融法（Float Zone，简称FZ）。 CZ拉单晶法是将

（1）加料：将多晶硅原料及掺杂物（dopant）至于石英坩埚内。

（2）熔化：加料完毕，抽真空并使之维持在一定的压力范围，开启石墨加热器，加热至熔化温度以上，将多晶硅原料熔化。

（3）稳定化：当硅溶液全部熔化后，调整硅溶液温度至适合拉晶的稳定状态。

（4）晶颈生长：当硅溶液的温度稳定后，将晶种慢慢浸入硅溶液中。将晶种快速向上提升，使长出的晶体的直径缩小到一定的大小。

（5）晶冠生长：长完晶颈之后，需降低拉速与温度，使得晶体的直径逐渐增大到所需的大小。

（6）晶身生长：使直径维持在正负0.2mm之间。

（7）尾部生长：将晶棒的直径慢慢缩小，直至成一尖点而与液面分开。 FZ法生产单晶硅： 依靠熔体的表面张力，使熔区悬浮于多晶硅棒与下方生长出的单晶之间，通过熔区向上移动进行提纯和生长单晶

非晶硅太阳能电池一般是用高频辉光放电等方法使硅烷气体分解沉积而成的，辉光放电法时将一容器抽成真空，充入稀释的硅烷，用射频电源加热，使硅烷电离形成等离子体，非晶硅膜就沉积在被加热的沉底上。

非晶硅的沉积与通常使用常见的的薄膜沉积制备技术相似，如PECVD，HWCVD，Sputtering等。连续作业在玻璃基板上利用PECVD法生产p-i-n结构的过程如下。首先将镀有TCO（Transparent Conductive Oxide）的玻璃基板，先传送至第一个炉室内长p型非晶硅薄膜，第一个炉室内的气体为SiH4和B2H6。接着传送至第二个炉室内长i型非晶硅薄膜。最后再传输至第三个炉室内长n型非晶硅薄膜，此时使用SiH4和PH3气体。

11氢能，新的含能体能源

由于目前“过程性能源”尚不能大量地直接储存，因此汽车等交通工具只能采用汽油、柴油这一类“含能体能源”。

随着常规能源危机的出现，在开发新的一次能源(如可燃冰)的同时，人们将目光也投向寻求新的“含能体能源”，氢能正是一种值得期待的新型二次能源。 已有资料表明，如车用燃料使用20% H2 + 80% CH4，尾气中COx(CO与CO2)可降低20%、NOx可降低40%。 ? 氢的资源丰富 存在形式 ? 氢的来源丰富 制取方法 ? 氢是最环保的能源 利用低温燃料电池，由电化学反应将氢转化为电能和水，不排放CO2和NOx；使用氢燃料内燃机，也可显著减少污染。

? 氢气具有可储存性 与电、热最大的不同 ? 氢的可再生性 循环－永无止境 ? 氢是“和平”能源 －中东战争

? 氢是安全能源 氢的扩散能力很大，不具毒性及放射性

现状与展望

目前全世界每年约生产5×1012 Nm3氢气，主要用于化学工业，尤以合成氨和石油加工工业的用量最大。90%以上的氢气是以石油、天然气和煤为原料制取的，北美95％的氢气产量来自天然气蒸汽重整。若设想将这些氢气全部作为能源，仅相当于全球年能耗的1.5%。

? 真正的“氢经济”距离人们的日常生活还比较遥远

? 主要原因是氢能的大规模利用离不开大量廉价氢的获得和安全、高效的

氢气储存与输送技术，以及应用技术的开发。而现阶段的科技水平与这些条件相比尚存在一定差距，急需解决很多技术方面的难题。

譬如，就目前而言，只有通过矿物燃料(主要是天然气)重整技术才能获得相对廉价的氢，并非长远之计，因而，能否开发其他真正可持续发展的、大规模的廉价制氢技术将成为“氢经济”能否最终实现的关键所在；另外，氢气以何种方式储存及输送最经济、最合理也是亟待解决的问题 。

6由于在切片过程中还是会导致相当程度的材料切损，为此，发展出生产多晶硅薄板的技术（ribbon growth）。薄板多晶硅片或多晶硅带（ribbon silicon）的生产技术可大幅减少因切片造成的材料损失。

1、EFG（Edge Defined Film Feed）法 ：一个挖有薄细开口的石墨模板（graphite die）浸入硅溶液中，硅溶液便会藉由虹吸管作用力（capillary action）爬升至石墨模板顶端，再将一晶种（seed crystal）粘到石墨模板上端后，开始往上提拉，于是在晶种下不断凝结出多晶硅来，而硅溶液也持续藉由虹吸力往上补充，如此，可拉出一整块的薄板装多晶硅。

长出的薄板厚度主要由模板顶部的厚度决定，而不是由开口的宽度决定。但拉速、温度和液面高度都可能会稍微影响到长出薄板的厚度。

利用EFG法长出的硅薄板厚度可做到100μm左右。这已经比现在线切割机所切出的硅晶片还薄。

更为先进的技术是长出多边形的中空硅薄管，这样可以大幅增加产出率，其中以八边形中空硅薄管在商业上最普遍，一般的宽度为10~12.5cm。

WEB（Dendritic Web）法

原理：(a)将晶种浸入溶液内；(b)降温使得溶液过冷，形成一圈硅冷凝固体；(c)把晶种往上提拉，长出两根树枝状的晶体；(d)多晶硅薄板以这两个树枝状晶体当支撑，在其间长成。

WEB法主要是长出（111）方向的结晶面。

树突状Web技术-一种制作方法介绍多晶硅是硅树突正慢慢退出熔融硅在这种情况下网络的硅形式之间的树突和巩固，因为它提高了熔体和冷却。

STR（String Ribbon）法

原理： 不像WEB法需先长出树枝状晶体，STR法直接利用两条穿过坩埚底部的石墨纤维，来支撑长出的多晶硅薄板。将石墨纤维线往上拉，将会带动硅溶液往上凝固形成薄板。

RGS（Ribbon Growth on Substrate）法

RGS法原理：石墨或陶瓷基板，上面放置成型模板及熔融的硅。依靠成型模板来盛装硅熔体及固定硅薄板的生长宽度。硅结晶固化的方向与生长方向垂直，生长面积大，结晶潜热主要由基板带走，生长速率快。

7“光生伏特效应”，简称“光伏效应”，英文名称：Photovoltaic effect。指光照使不

均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的过程；其次，是形成电压过程。有了电压，如果两者之间连通，就会形成电流的回路。