太阳能在船舶领域的应用.docx

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太阳能在船舶领域的应用

沈阳师范大学

《新能源技术》

课程报告

选题名称：

太阳能动力船舶

学生姓名：

学号：

选课序号：

完成时间：

2016年6月22日

题目：

太阳能动力船舶

摘要：

本次课题我将主要研究近几年新能源-太阳能在造船领域的发展，接下来我将就太阳能在我国的分布状况和它的优缺点以及为什么太阳能动力被运用到全国乃至世界范围内。

此外我将介绍近几年世界各国对于太阳能动力船舶的进展以及浅谈未来我国在此领域计划和个人的发展趋势的预测。

关键词：

资源丰富低污染低成本低强度低利用率，

1.研究背景

据大量数据统计，近几年全国范围内气候变暖，各种大气的污染尤其是2015年我国出现了严重的PM2.5污染现象。

北京，沈阳等地几日内空气污浊看不到建筑物，这就是由于长期煤炭石油的使用产生了大量的酸性物质到空气中。

此外，由于我们长期的使用以及大量的开采一些不可再生资源如淡水，煤矿，金矿使得我们不得不面临资源的枯竭的问题，如果这些不可再生资源用完人们还怎样生存下去，我们如何才能代替这些不可再生资源。

当然了在科技飞速发展进步的同时人类对地球造成极大的伤害这是毋庸置疑的，尤其是石油问题。

石油确实可以产生极大的动能给航空飞机，飞船，汽车，铁路，以及船舶，利用这些代步工具使得人们大大降低了步行的时间成本，而且方便了生活提高了生活水平。

在另一方面我们真的需要面对石油所产生的尾气排放已经大大超出预期标准。

此外这一稀缺的资源一度使各国开战争抢，中东地区石油一直是各国竞相争夺购买的典型例子。

鉴于这么多的问题需要面对，为了降低对环境的污染，资源的储蓄人们绞尽脑汁的寻找一些新的能源，不断开发研究发现了大量的环保低碳的自然资源，如太阳能，风能，海洋能，氢能这些新能源避免了先前的环境污染，资源濒临枯竭等的问题，此外这些新能源大大的有利于保护我们的地球。

近几年新能源已经被各国科学家所研究开发，比如风能发电，氢能作为汽车发动燃料的应用大约可以节省40%的石油，海洋领域的波浪能以及潮汐能仍然可以产生大量的电能。

研究者们正在专研如何高效开采这些有着无限潜力的能量，来代替过去几年的古老资源。

对于我国而言，太阳能分布随着纬度的升高而减少，我国的青藏高原喜马拉雅山脉有着极大的优势，大大的阻挡了来自印度洋的水汽，使得一些降雨也只能降在山麓地区，即使有些水汽没有受到山脉的阻挡，威力也已经被大大的削弱，然而对于我国的四川盆地这显然就是太原能分布较少地区。

不仅在我国太阳能分布极为广泛，在整个地球太阳能的分布相当于同年石油，煤炭，天然气所产生的能量的6000倍，如此的惊天骇俗的资源不得不诱惑我们去开采，去运用。

对于航运领域不得不面对的是，这是个耗资巨大成本较高的领域，无论是游艇还是轮船每次出行都需要消耗大量的动能，面对如此的物美价廉的机遇各国的船舶领域当然争先恐后的去利用太阳能动能与船舶当中。

让我们不得不惊叹这是一种取之不尽用之不竭的资源。

与煤炭石油相比太阳能不会造成任何环境污染。

对于一艘轮船而言每次轮渡一次需要消耗大量的石油来产生动能而且高档轮船将会产生高昂的电力成本，而且为了使旅行者们拥有一个舒适观光旅行这些轮船安装了电视电脑以及更多的电子设备，这些将需要更多的电能。

对于造船者而言基本的造船材料经费就需要大量支出，而且还承担着出行安全的风险，为了降低成本赚取更多的利润，太阳能无疑使最好的选择。

这里有一个假设“如果把太阳能比作一吨黄色炸药爆炸时所释放的能量，那么每年到达地球便能供人类利用的太阳辐射能就相当于第一颗原子弹（2*10^4吨级）爆炸时所发出的能量”如此可见如果我们把太阳能正确的开采那么将会有更低的经费，我们将必要担心资源濒临用尽的问题。

此外太阳每日东升西落它分布非常的广泛而且不需要开采，运输就可以直接利用。

虽然分布在不同地区太阳的普照强度是不相同的，但是太阳能被各个地区方便使用的形式是大相径庭的。

其次，对于船舶行业我们不得不考虑的就是运输的成本，在过去为了使船舶行驶，我们只能通过石油产生动能，开采石油资源将会耗费大量的人力物力。

然而太阳能却完全可以解决这一难题，我们不需要开采运输甚至只是需要安装一个太阳能采集板就可以将收集到的太阳能转换为动能。

这种低成本优势可以为造船者们更早的收回成本从而降低风险。

最后一点是非常重要的一点。

人类的生活环境相当重要关系着未来子孙的生活状况以及地球的寿命，太阳能毋庸置疑是一种清洁的能源。

目前人类所使用的常规能源都严重的污染到大气环境，水源等，甚至有时还造成了酸雨。

根据一些科学统计，人们想要花经费来清除所造成的污染将远远超过开采这些资源所消耗的经费的10倍。

这更加说明破坏的环境难以弥补。

现在唯一可以做的就是减少这种污染率，太阳能就完全可以解决这种问题。

我们一直强调要低碳环保，节能减排。

现在交通如此的发达如果所有的交通工具都在使用石油产生动能，可想而知会产生多少二氧化碳以及其他过量的污染气体。

然而这些二氧化碳由于过多排放将会覆盖整个大气表面从而产生了所谓的温室效应，全球气候变暖。

将太阳能应用到船舶这个交通工具中将会大大的减少这种尾气排放，从而减少了我们对地球的污染。

2太阳能的基本原理，系统构成

2010年2月25日有德国制造的“星球太阳能”号

船身2装有5000平方米的太阳电池板，在船舶行驶过程中装将搜集到的太阳能转换为行驶时的动能，此外安装大量的电池板，不仅可以在同一时间内大量的搜集太阳能，而且可以将收集到的多余的能量储存下来储存下次航行使用。

更加专业的来分析，我们可以理解为太阳能动力船舶发电是建立在光子的基础上，一个光子通过太阳能板的p形半导体和n形半导体，在被半导体吸收后产生一个（负）电子和一个相对应得空穴（正），生成的电子和空穴共同决定了电流的大小，此外电子和空穴电势差决定了电压的大小，这些过程都是在P-N活性层所发生的，所以说船舶上的太阳能电池板是运用了光传递能量的粒子性，从而将光能转化为电能。

也就是所谓的光电效应，如果温度升高将会是活性层变薄从而造成电压变低，光能转化为电能的能力降低。

整套完整的太阳能动力船舶基本由太阳能电池板，太阳能控制器，逆变器和蓄电池所构成。

其中太阳能电池板主要以硅为材料，钢化玻璃用来吸收阳光因为其具有超强的透光性，从而将光能更加高效地吸收，太阳能控制器用于控制蓄电池的充电与放电以及负载的电能需求，太阳能控制器可以说是一个较为核心的部分，逆变器具有检测监控的功能，它用来将搜集到后的直流电和蓄电池中用来输出的直流电转化为交流电，产生电压提供电能此外蓄电池还可以将太阳能转换成的电能储存起来，当光照不足或者夜晚船舶负载时可以将储存的电能释放。

这些搜集或者储存电能继续转化成行驶时的动能来使船舶行驶。

3.太阳能动能在航运中的发展现状

目前世界各国都在努力开发太阳能，大量资料显示“2008年日本宣布与日本石油公司合作，研制在船舶推进动力中运用太阳能汽车滚装船，该辆船舶全场200米可以装载6000辆汽车，船上装有328块太阳板，太阳能总发电量可以达到40KW，此辆船舶由于产生的电量只有船身的0.2%”，所以太阳能动力只用在机械和引擎等制动的动力系统中。

日本计划将在未来的6年内投资7亿将发电率提高到1%，运用能源技术将能源消耗量为目前一半的运输船舶。

此外，世界最大的无污染的太阳能动力双艇船体，于2010年有德国公司制造“2014该船开展了完全依靠太阳能环球航行探险，该船长31m，宽15m，排水量为60t最快速度达到15mi/h相当于时速25km，可载50人，装载500平方米的太阳能板，此次船体航行40000km，需时140天左右横跨大西洋，巴拿马运河，印度洋”。

此外我国也已经研制出类似的星球太阳能号叫做“尚德国盛号”，这是我国第一辆混合新能源动力的游艇，主要也是运用于旅游观光，专家指出这艘游艇将会受到上海的环境所影响，所以不仅要考虑游艇的低碳节能而且应该注重船身的设计，该游艇长31.4m，宽9.8m，时速近15km/h，可以容纳150名游客，此类游艇环保节能刚好保护了黄浦江的清洁。

不仅如此辽宁省沈阳市近几年有人研制出首例太阳能小型旅游观光的船舶。

根据发明者的陈述，他几乎花光了所有的积蓄来来购买核心材料一次又一次的失败为他日后的成功奠定了基础。

他用他的一半人生来研究该船艇，这个太阳能001号船已经经过沈阳政府的批准，该船可以乘坐12人，主要用于小型公园的观光。

该船继续发扬了环保低碳的太阳能优点，此外该船舶无油，无电完全依靠太阳能来产生动力，可以达到8km-10km/h

然而我们不得不去面对些问题，虽然太阳能确实节能减排，保护了环境，但是太阳能的缺点我们仍然是我们难以克服的难题。

在地球表面上界的太阳能分布十分巨大，然而到达太阳能却强度太弱，也就是说单位时间内投射到地面的太阳能想到的少，从到达地球大气上界的太阳强度来说，地球大气层外面每平方米垂直于太阳光线的面积上接收到太阳辐射功率只有1353瓦，垂直到地球表面的太阳能的辐射率只有640瓦这样的瓦数是几乎不可以用电磁炉烧开一锅水的。

所以我们不得不用大量的太阳板来搜集太阳能。

其次，太阳能相当的不稳定性，当遇到不同的地区，不懂得气候，不同的天气状况，不同的季节时，太阳能的分布将会有较大的差异。

由于太阳在不断地运动所以冬季相对于夏季的辐射强度较为低，极端地区和赤道地区太阳能的辐射也将有较大的差异。

即使是同一个地区白天和夜晚的辐射强度显而易见。

我们不得不说不同时间，不同地区所辐射到的太阳光是不相同的，应为每一个地区的阳光的入射角是不相同的。

所以如果这个地区处于赤道，那么这里有每年的阳光直射，在这里的船舶如果运用太阳能就可以吸收到超出其他地区的能量如此就可以降低更多的成本。

当然如果处于两极地区毫无疑问真的不适合采用太阳能技术。

这一问题一直困扰着我们，以何种方式来吸收更多的阳光将是我们下一步需要解决的技术问题。

最后我们还研究发现太阳能是一种不连续的光，基于前面我们所讨论的不同地区所接受的阳光强度是不同的，而且由于太阳东升西落每天总也一些地区在白天时令一些地区处于夜晚。

我们可以说，每天平均每个地区将接近一半的时间处于所谓的“黑暗”中甚至我们会想到南北极近乎几个月极昼极夜的现象。

这说明昼夜的原因确实会使太阳能的供给不连续，那么也就是说我们有更加少的时间来获取太阳能资源。

此外，天气状况也会严重影响太阳能的辐射程度，遇到阴雨天，云雾天，以及其它的恶劣的天气状况，由于云层的遮挡太阳光的照射又将大打折扣，更多的阳光被反射到大气层外，大量的太阳光不可以通过大气层如此，也就是说在这些天气状况游艇旅游仍然会受到天气状况的影响。

甚至于不能提供启动的动能需求，如果在航行途中遇到天气骤变还有可能困在汪洋大海途中。

总而言之，如果遇到了阴雨天，夜晚航行即使储蓄了白天的阳光能量然而仍然会有出行的风险，因为这写能量耗费大而且供给少。

当然了忽略这些太阳能的劣势，不可否认太阳能的优点远远大于它的不足，目前太阳能动力船舶这项技术正在不断发展中，各个国家已经从先前的太阳能为辅其他能源为主的混合型方式转化为单一性太阳能方式，我们不断地更换太阳板的材料试图去吸收更多的太阳能，降低其反射的程度尽可能的将其转化率提高。

4结论与展望

总的来说，太阳能作为一项可再生资源这个新能源分布广泛可以用遍布全球来形容，当然了有些人说太阳能可以取之不尽，用之不竭来概括，我只能说目前来说太阳这个火球确实让我们可以供我们不断开采，但是如果我们肆无忌惮的没有节约措施的话再多的能源也会枯竭所以要珍惜太阳能合理开采。

太阳能干净清洁并不会对环境造成任何的污染。

如果将太阳能代替那些不可再生的资源如煤炭，石油不仅减少了对这些有限资源的浪费，减少了污染气体排放量而且大大的为制造商降低了成本。

能将太阳能转化成动能在船舶领域确实是每一个开发者最明智的选择。

我国近几年在蓝皮书中就新能源的开发着重强调，如何采集更多的太阳能避免其分散，如何在各种气候状况的条件下任然可以利用太阳能，如何将太阳能与其他能源结合从而各取所长将会是我们未来探讨的问题。

在未来的几十年里我相信太阳能动能将会成为运输工具里新能源的核心能源，对于船舶领域我们将不仅将太阳能转变为动能而且还要将其转化为其他能源，当然了我想在未来我们将会创造一个太阳能的循环系统，各种新能源交替使用，那些古老的能源将被储存保护。

未来太阳能在船舶领域将会自动导航辨别方向，更具不同的时间，地区分布来确定方位，太阳能将转化为电能使得船舶上将会提供更多VIP服务。

我们将大幅度的提高太阳能的利用率到5%-6%。

C

未来的船舶将太阳能吸收到360度旋转式吸收板上既可以调节以吸收阳光强度高的角度而且可以在达到足够强度就指示北方向，当强度最弱时指向南方向。

同时波浪差所产生的能量转换也将和吸收到的太阳能转换为电能储蓄到蓄电池中，其中部分电能转化为化学能供应，部分将储蓄下来以备不时之需。

电池装在发电机里使得化学能转换为动能供船舶行驶，同时产生电能，这时的电能被利用到另一种太阳能光灯中，运用采集器功能防止其分散从而不仅照亮也吸收部分光能，最后继续将光能运用到储蓄电池中。

5参考文献

[1]太阳能技术与应用钱伯章编著新能源技术丛书2010

[2]物理学与太阳能李申生编著1999