新能源材料与器件专业分析
新能源，是指区别于传统化石类能源，有待于进一步开发的能源，一般是指太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。下面由我为大家分享新能源材料与器件专业分析，欢迎大家阅读浏览。
什么是新能源材料与器件
所谓新能源，是指区别于传统化石类能源，有待于进一步开发的能源，一般是指太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。而新能源材料就是实现这些新能源转化和利用，以及发展新能源技术过程中所使用的关键材料。目前，研究得较多的，相对成熟的新能源材料主要是太阳能电池材料、动力电池材料、燃料电池材料、核能材料、生物质能材料、风能材料、超级电容器等等。因此，新能源材料与器件专业就是一类研究开发新能源转化、利用的关键材料及其器件设计、制造的专业。
开设院校
2011年，华北电力大学、华东理工大学、东南大学、合肥工业大学、中南大学、电子科技大学等15所高校被批准设立新能源材料与器件本科专业(点击阅读原文查看第一批高校名单)，而后增加到27所。相信未来会有更多的高校开设此专业。
此外，从事新能源材料方面的研究的科研单位主要有：北京矿冶研究总院、北京有色金属研究总院、北大、清华深圳研究院、华南理工、华中科大等等，部分高校甚至成立了专门的新能源研究院。各个高校的侧重点不尽相同, 研究动力电池和光伏材料相对较多。
行业与就业
越演越烈的“能源危机”，使得新能源成为人类空前关注的话题，也让新能源行业成为国内外公认的战略性新兴产业。不过，即使经过几十年的发展，新能源仍未达到可以挑战石油燃料主导地位的水平。尤其国内新能源产品尚处在研发和初期推广阶段,没有大规模的应用，需要政府大量资金扶持的阶段。
此外，我国的`新能源材料企业往往存在着盲目追求规模、低成本，不重视研发，缺乏核心关键技术，投机性大，追求短期效益。加上无配套的行业标准和规范，地方保护和恶性竞争等种种原因，我国新能源材料行业发展不容乐观。
在众多新能源材料中，动力电池材料和光伏材料是规模相对较大，发展较早，技术较成熟的两个行业。电池，作为新能源车的核心零部件，一直是制约其商业化的最大瓶颈。目前新能源车电池材料主要有锂离子电池材料、镍氢电池材料、燃料电池材料数种。国内外动力电池厂家、研究机构和汽车企业都在投入大量人力物力研究开发性能更优、更稳定的动力电池材料，国家层面上也一直给予了强劲的支持。
光伏材料行业在2011年的前几年获得了飞速的发展。目前，光伏制造业规模和国内光伏发电市场规模都处在世界前列。近两年来光伏行业形势不容乐观，企业集体陷入亏损。当然，不可否认的是光伏材料仍然具有广阔的前景，值得国内企业和研究院进一步开发研究。
作为新能源材料与器件专业的同学，毕业后可以前往诸如动力电池材料、光伏材料等新能源材料生产厂商就业，也可以前往新能源汽车企业及其他新能源行业企业就业，还可以前往新能源材料研究机构深造或者就业。
新能源是指传统能源之外的各种能源形式。我整理了浅谈新能源技术论文，欢迎阅读!
论新能源发电技术
摘要：本文从全球能源的现状，介绍了中国能源发电技术的应用情况，发现中国新能源发电对现代化建设具有重要战略意义。进一步介绍了风力发电系统和燃料电池发电系统两种新能源发电技术。风力发电是当今非水可再生能源发电中技术最成熟、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式，也是近期发展的重点。燃料电池是一种将化学能直接转换成电能的装置，它能量转化效率高，几乎不排放氮的氧化物和硫的氧化物。
关键词：新能源;风能;燃料电池;发电技术
中图分类号： F206 文献标识码： A
能源紧缺已成为制约各国经济发展的瓶颈，如何开发先进安全的新能源使用技术、如何提高能源利用率也随之成为世界各国关心的课题。欧盟就首先提出了20-20-20计划：到2020 年，可再生能源占欧盟总能源消耗的20%。2007年12月，美国前总统布什也签署了《能源独立和安全法案》(EISA)，从而大力推动新能源的使用和节能计划。另外，从环境的角度来看，为了保护人们赖以生存的地球，开发新能源也是必由之路。
一、我国能源和发电技术的现状
2011年，我国新能源发电继续保持快速发展态势，并网装机容量持续增长，发电量不断增加。截至2011年底，我国新能源安装容量达到7000万kW，居世界首位，并网新能源装机容量达到5409万kW，同比增长47.4%，约占全部发电装机容量的5.1%。其中，风电并网容量约占并网新能源装机总量的85.5%;并网太阳能光伏装机容量约占并网新能源装机总量的4.4%;生物质及其他新能源发电装机容量约占并网新能源装机总量的10.1%。
2011年，我国新能源发电量约为1016亿kW?h，同比增长29.9%，约占全部发电量的2.2%。其中，风电发电量约占新能源发电总量的72.0%;太阳能光伏发电约占0.9%;生物质及其他新能源发电约占27.1%。2011年我国新能源发电量按发电煤耗320g/(kW?h)计算，相当于节约3241万tce，减排二氧化碳9030万t。
电能是国民生活和生产的根基，无论是从能源角度，还是电力系统自身方面来看，研究新能源发电技术对于我国的现代化建设和人民生活都具有相当大的现实意义和战略意义。
二、风力发电技术
风能资源主要包括陆地资源与近海离岸资源两部分。风力发电是当今非水可再生能源发电中技术最成熟、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式，也是目前新能源发展的重点方向。
1.发展现状
近年来，我国风力发电产业取得了长足发展，这与我国的风能资源丰富密不可分。据有关资料显示，陆地上离地面10米高度处，我国风能资源理论储量约为43亿千瓦，技术可开发量约为3亿千瓦，离地面50米，估计可能增大一倍;近海资源10米高经济可开发量约7.5亿千瓦，50米高约15亿千瓦。从我国联网风电场总装机量来说，到2006 年底，我国已建成约91个风电场，装机总容量达到约260万千瓦，比2005年新增装机134万千瓦，增长率为105%。根据国家中长期规划，2015年风能发电要达到1500万千瓦，2020年要达到3000万千瓦。但是，与风电发达国家相比，我国的发展规模还很小，发展速度也较缓慢。制约我国风电发展的重要因素包括技术和制度两个方面。技术方面，风电机组的制造水平较低，风电机组性能测试设备和技术也相对落后，并缺少相应的认证机构;制度方面，风电场的运行维护水平和制度与国外风电场及国内火电生产相比有明显差距，缺乏对运行过程中出现的问题和故障的详细记录、分析。
2.对电力系统的影响
风力发电机是以风作为原动力，风的随机波动性和间歇性决定了风力发电机的电能输出也是波动和间歇的。所以，风电场的大规模接入将会带来波动功率，从而加重电网负担，影响电网供电质量和电网稳定性等。
(1)对电能质量的影响。空气气流运动导致的风速波动周期一般为几秒到几分钟，这种短周期的风速波动以及风电机组本身的运行特性可能影响电网的电能质量。首先会对频率产生影响：风力发电有功功率波动引起电磁功率的波动，由于发电机组转子惯性，调节系统很难跟上电磁功率的瞬时变化，造成功率不平衡，使发电机转速变化，系统频率也将改变。此外，风电还会对电压产生影响：并网风电机组输出功率的波动导致电压的波动，而其输出功率的频率范围正处于电压闪变的范围之内(25Hz)，因此又会造成电压闪变，最后会产生谐波电压和谐波电流。
(2)对电网稳定性的影响。对较为薄弱的电网，风电功率波动将导致瞬间电压跌落以及风力发电机的频繁掉线。在故障清除之后，发电机的磁化和转差率的增加会消耗大量无功，导致电网电压恢复困难。
(3)对调频调峰能力的影响。气流长时间、季节性运动导致的风速波动周期一般为数小时，甚至数天、数月，这种长周期的风速波动会增加现有电网调频调峰的负担。负荷曲线的低谷期常常对应了风电出力的高峰期，风电场的并网发电使电网的等效负荷峰谷差增大，大大增加了电网调频调峰负担。
三、太阳能光伏电池发电技术
1. 1 太阳能光伏电池
太阳能光伏电池发电也简称为太阳能光伏发电，被认为是未来世界上发展最快和最有前途的一种可再生新能源技术。太阳能光伏电池的基本原理是利用半导体的“光生伏打效应”( 光伏效应) 将太阳的光能直接转换成电能。能利用光伏效应产生电能的物质，称为光伏材料。利用光伏效应将太阳能直接转换成电能的器件叫太阳能光伏电池或光伏电池。光伏电池是太阳能光伏发电的核心组件。
1839 年，法国物理学家贝克勒尔 ( Edmond Bec-qurel) 发现: 将两片金属浸入电解液中所构成的伏打电池，当接收到太阳光照射时电压升高，他在所发表的论文中把这种现象称为“光生伏打效应( PhotovohaicEffect) ”。“光生伏打效应”是不均匀半导体或半导体与金属混合材料在光照作用下，其内部可以传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化，因而在不同部位之间产生电位差的现象。1941 年，奥尔在硅材料上发现了光伏效应，从而奠定了半导体硅在太阳能光伏发电中广泛应用的基础。1954 年，美国贝尔实验室的科学家恰宾( Darryl Chapin) 和皮尔松( Gerald Pearson) 研制成功世界上第一个实用的单晶硅光伏电池。同年，韦克尔发现砷化镓具有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成世界上第一块薄膜光伏电池。我国2010 年 12 月投入运行的大丰 20 MW 光伏电站，是目前全国最大的薄膜光伏电站，年发电量2 300 万 kW·h。
太阳能光伏电池的工作原理如图 1 所示。
在半导体中掺加杂质制成 PN 结，以形成在平衡状态时具有的内建电场，在该内建电场的作用下分离由外界激发而生成的过剩载流子，从而形成外部电压。在光照条件下，半导体中的电子吸收光子能量从价带跃入导带，形成电子———空穴对，成为载流子。生成载流子所需要的最低能量是半导体的禁带宽度 Eg，使用禁带宽度较小的材料制作的太阳能电池可以形成较大的电流。
基于单晶硅的第一代光伏电池是目前太阳能光伏电池市场的主流，其光电转换率已达 24. 7%; 基于薄膜技术的第二代光伏电池的光电转换效率已达到16. 5% ～ 18. 8% 。由于薄膜光伏电池大大减少了半导体材料的消耗，因此具有很好的发展前景。应该指出，光伏电池在光电转换过程中，光伏材料既不发生任何化学变化，也不产生任何机械磨损，因此太阳能光伏电池是一种无噪音、无气味、无污染的理想清洁能源。2006 年，我国太阳能电池生产总量首次达到400 MW，从而超过美国成为全球第三大生产国，也是世界上发展最快的国家。
1. 2 太阳能光伏电站
太阳能光伏电站是将若干个光伏转换器件即光伏电池封装成光伏电池组件，再根据需要将若干个组件组合成一定功率的光伏阵列，并与储能、测量、控制装置相配套，构成太阳能光伏电站。
太阳能光伏电池具有很大的灵活性，不仅可以用其建设零星规格的电站，而且可以组成应用于小型、分散电力用户的太阳能光伏发电系统。这种独立运行的太阳能光伏发电系统称之为离网型太阳能光伏发电系统。
由于受昼夜日照变化及天气的影响，离网型光伏发电系统通常需要和其他电源形式联合使用，比如柴油发电机组以及蓄电池组，从而增大了电站的投资和维护费用。离网型光伏发电系统往往建在距离电网较远的偏远山区及荒漠地带，向独立的区域用户供电。西藏措勒 20 kW 光伏电站是我国建设较早的离网型光伏电站，总投资 290 万元，1994 年 12 月正式投产发电。
离网型太阳能光伏电站系统如图 2 所示。
电站的发电系统由太阳能光伏电池方阵、蓄电池组、直流控制器、直流 - 交流逆变器、交流配电柜和备用电源系统( 包括柴油发电机组和整流充电柜) 等组成。其工作原理为太阳能光伏电池方阵经过直流控制柜向蓄电池组供电，并根据需要整定蓄电池组的上限和下限电压，由直流控制柜自动控制充电。蓄电池组通过直流控制柜向直流 - 交流逆变器供电，经逆变器将直流电变换成三相交流电，再通过交流配电柜以三相四线制向用户供电。当蓄电池组的电压下降到下限电压时，为不造成蓄电池组的过渡放电，直流控制柜将自动切除其输出电路，使直流 - 交流逆变器停止工作。柴油发电机组为电站的备用电源，必要时由备用电源通过整流充电柜向蓄电池组充电，或在光伏发电系统出现故障及停运时直接通过交流配电柜向用户供电。直流 - 交流逆变器和柴油发电机组不能同时向用户供电，为此必须在交流配电柜中设置互锁装置以保证供电电源的唯一性。
当太阳能光伏电站的容量达到一定规模时，还可与电网相联，即所谓的并网型光伏电站。这时，如果本地负荷不足，则可将多余的电能输送给电网。当本地太阳能发电量不足时，则由电网向用户提供电能。因此，并网型光伏电站可以不需要使用蓄能装置，减少系统投资和维护费用。同时由于与电网的互济，提高了发电设备的利用率和供电用电的安全可靠性，是大规模开发太阳能发电技术的必然趋势。我国第一座并网型光伏电站是 2006 年建成投运的西藏羊八井可再生能源基地 100 kW 高压并网光伏电站。2010 年底全国首个光伏并网发电项目敦煌 2 ×10 MW 光伏发电项目建成投产。
四、结论与展望
本文从全球和我国的能源现状出发，分析说明了新能源发电技术是当前迫切而有实际价值的研究课题，进而具体介绍了风力发电系统和燃料电池发电系统的特点以及我国在这两个方面的发展现状。新能源不仅仅指风能和燃料电池，还包括生物质能、海洋能、地热能和光伏电池等。我国乃至全世界的新能源发电技术发展的潜力都是巨大的。在人类明天的舞台上，新能源将取代化石燃料，扮演重要的角色。
参考文献：
[1] 徐德鸿 . 新能源电力电子导论 [D]. 杭州 : 浙江大学 ,2009.
[2] 郝伟, 舒隽, 张粒子. 新能源发电技术综述 [C].华北电力大学第五届研究生学术交流年会 ,2007.
[3] 施涛.燃料电池发电系统的建模与仿真 [D].南京:东南大学,2007:5-6,63-64.
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一、新能源材料与器件专业介绍 1、新能源材料与器件专业简介
新能源技术是21世纪世界经济发展中最具有决定性影响的五个技术领域之一，新能源材料与器件是实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术的关键。新能源材料与器件本科专业是适应我国新能源、新材料、新能源汽车、节能环保、高端装备制造等国家战略性新兴产业发展需要而设立的，是由材料、物理、化学、电子、机械等多学科交叉，以能量转换与存储材料及其器件设计、制备工程技术为培养特色的战略性新兴专业。
2、新能源材料与器件专业主要课程
新能源材料与器件概论、近代物理概论（量子物理、统计物理）、固体物理、半导体物理与器件、应用电化学、薄膜物理与技术、材料科学与工程基础、无机材料物理化学、材料物理性能、材料研究方法与现代测试技术、新能源材料设计与制备、新能源转换与控制技术、储能材料与技术、半导体硅材料基础、硅材料检测技术、化学电源设计、化学电源工艺学、半导体照明原理与技术、薄膜技术与材料、太阳能电池原理与工艺太阳能发电技术与系统设计、应用光伏学、电池组件生产工艺、光伏逆变器原理与应用等。
3、新能源材料与器件专业培养目标
培养目标
本专业培养适应国家战略性新兴产业需要，德智体美综合素质全面发展，具备坚实的材料、物理、化学、电子、机械等学科基础，系统掌握新能源材料、新能源器件设计与制造工艺、测试技术与质量评价、新能源系统与工程等方面的专业基本理论与基本技能的复合型人才。
培养要求
1、具有较扎实的数学、物理、化学、机械、电子等学科基础知识；较好的人文社会科学基础和管理科学基础知识；
2、较系统地握新能源材料、器件设计与制造的基础知识、基本理论，具有研究和开发新材料、新工艺的初步能力；
3、掌握新能源材料、新能源器件设计与制备、加工与改性、性能检测和产品质量控制的基本知识，具有正确选择和设计新能源材料与新能源器件加工工艺、新能源系统与工程的初步能力；
4、获得较好的工程实践训练。具有本专业必须的制图、设计、计算、测试、调研、文献查阅、实验和基本工艺操作等基本技能，具有综合分析和解决工程实际问题的基本能力；
5、能比较熟练地阅读本专业的外文资料，具有听、说、读、写的初步能力，达到国家、学校规定的英语水平考试；
6、具有本专业必需的计算机应用基本知识和技能；
7、具有较强的自学能力、创新意识和较高的综合素质，勇于进行新材料、新工艺、新技术的探索、开发和应用；
8、掌握文献检索、资料查询的基本方法，具有初步的科学研究和实际工作能力；
9、达到国家规定的体育和军事训练合格标准。
4、新能源材料与器件专业就业方向与就业前景
毕业生可在化学能源、太阳能及储能材料等新能源材料领域从事科学研究与教学、技术开发、工艺设计等方面工作，也可以在通讯、汽车、医疗领域从事新能源材料和器件的开发、生产和管理的工作，还可继续攻读新能源材料及相关学科高层次专业学位。
二、新能源材料与器件专业大学排名
1. 电子科技大学 A++
2.华南师范大学A+
3.长春理工大学A+
4. 安徽大学 A
5.中南大学A
6. 华北电力大学 （保定）A
7. 合肥工业大学 A
8.华东理工大学A
本专业培养能掌握新能源材料专业基本理论、基本知识和工程技术技能，掌握新能源材料制备、器件组装、性能测试与分析方法，具有开展科学研究和解决工程实际问题能力的高级专业技术人才和管理人才。在课程设置方面充分考虑社会需求，重视学生能力培养。在宽厚的材料学和物理化学类理论知识的基础上，设置有新能源材料与器件概论、材料科学基础、应用电化学、材料物理化学、材料现代测试技术、材料物理性能、半导体物理与器件、新能源材料设计与制备、新能源转换与控制技术、半导体硅材料基础、硅材料检测技术、化学电源、粉体技术、薄膜技术与材料、锂离子电池原理与工艺等专业基础课程，还设有薄膜物理与薄膜材料、储能与能量转换材料、硅材料技术、储氢材料、光伏材料和工艺技术、太阳能电池和系统等专业选修课程。本专业毕业生可在化学能源、太阳能及储能材料等新能源材料及器件领域从事科学研究与教学、技术开发、工艺设计等方面工作，也可以在通讯、汽车、医疗领域从事新能源材料和器件的开发、生产和管理的工作。 本专业培养掌握扎实的机械工程技术和计算机应用技术，掌握现代管理科学与系统科学的理论和方法，能熟练应用工业工程知识，对企业的生产系统进行规划、设计、运作和管理，既懂技术又擅长管理的复合型高级工程技术人才。专业培养方向为生产系统规划与运作，课程设置方面遵循：以机械工程和工业与系统工程课程为主线，强化管理工程课程的学习。课程设置有：机械设计基础、机械制造技术基础、管理学基础、生产运筹学、生产系统建模与仿真、生产系统供应链管理、基础工业工程、生产系统工程、工业企业管理信息系统、生产自动化与制造系统、人因工程、质量控制与可靠性工程、生产计划与控制、生产系统设施规划与物流分析、企业资源管理等专业基础和专业方向课程。该专业培养面向制造业的应用型工程技术人才，学生就业情况良好。毕业生中部分攻读硕士研究生，其余大部分就业于国内电子、机械、装备制造类国企、外资与合资企业、民营企业从事工程技术和生产运作管理工作。 本专业培养具备金属材料科学与工程等方面的的基础理论知识和工程技术技能，具有无损检测和模具强化等特色优势，能在冶金、材料结构研究与分析、金属材料及复合材料制备、金属材料成型等领域从事技术开发、工艺设计、质量检测、科学研究、生产及经营管理等方面的高级工程技术人才。专业在课程设置方面充分考虑社会需求，在宽厚的自然科学、材料学基本理论知识的基础上，设置有材料科学基础、材料力学、材料物理化学、材料力学性能、金属材料学、机械设计基础、金属材料热处理、材料现代测试技术、无损检测技术、模具材料及强化技术、失效分析、腐蚀与防护等专业基础课程，还设有表面工程、材料物理性能、金属焊接基础、塑料成型工艺及模具设计、冷冲压工艺及模具、材料合成及制备方法、复合材料、陶瓷材料、功能材料、压力容器安全技术、电厂金属概论等专业选修课程。本专业毕业生中约30%攻读硕士研究生，其余就业于电力建设、冶金机电、质量检测等行业的国企、外资与合资企业从事技术开发和经营管理工作。 本专业面向水利电力行业和地方经济建设，培养具备金属结构设计及制造、焊接工艺及控制、模具设计及制造等专业知识的高级工程技术人才，能在工业生产中从事技术开发、设计制造、试验研究和运行管理等方面工作。专业在课程设置方面充分考虑社会需求，重视学生实践能力的培养。在宽厚的自然科学、技术科学和材料成形理论知识的基础上，开设机械设计基础、材料力学、结构力学、金属学及热处理、材料力学性能、材料成型技术基础、焊接冶金学、焊接结构、焊接工艺与质量控制、金属结构设计、杆塔结构设计、金属结构制造与安装、模具设计基础、模具CAD/CAM、模具材料及强化技术、冷冲压工艺及模具、塑料成型工艺及模具设计、模具制造工艺、失效分析等十几门专业基础课和选修课。本专业毕业生中30%以上攻读硕士研究生，其余就业于国内大中城市的科研机构、水电行业的大型国企、外资与合资企业从事高级技术和管理工作。由于本专业培养的毕业生普遍基础雄厚、工程能力强、综合素质高，受到社会各界广泛欢迎。 本专业依据我校高素质、强能力、应用型的培养目标，培养适应社会进步，面向水利电力行业和地方经济建设需要，掌握专业基础知识、应用方法和技能，可从事能源动力工程及相关工程领域的规划、设计、运行管理和试验研究的高级工程技术人才。本专业开设理论力学、材料力学、机械制图、机械设计、流体机械原理、电工学、机械工程控制基础、机械工程测试技术、机械制造技术基础等专业基础课程，设有水轮机、水轮机调节、泵站工程、水力机组辅助设备、传热学、汽轮机原理、锅炉原理及设备、热力发电厂等专业必修课程，设有发电厂集控运行及自动化、电厂运行与管理、新能源技术、发电厂工程材料、发电厂动力工程导论、分布式能源系统、水轮机状态监测与故障诊断、火电厂性能监测等辅修课程。本专业毕业生就业于能源科研机构、发电厂、能源建设企业、能源动力工业管理部门。 本专业培养适应社会进步，面向水利电力行业和地方经济建设需要，具备专业基础知识、应用方法和技能，受到机械工程师基本训练，能从事机械产品设计、制造、技术运用与改造、运行管理的高级工程技术人才。本专业现为国家特色专业、湖北省品牌专业和“卓越工程师教育培养”试点专业，课程设置方面注重自然科学、技术科学和机械设计与制造理论基础知识，同时，根据社会需求设置工程机械设计和起重机械设计（机械设计方向）、施工机械自动化和机电系统设计（机械电子方向）、模具设计与制造和数控加工（机械制造方向）等专业方向课程，以及水电工程施工、CAD/CAM技术基础、机械优化设计、机电一体化技术、数控技术等专业选修课程。本专业毕业生中约30%攻读硕士研究生，其余就业于水电相关行业和机械相关行业的国企、合资与民营企业，从事技术开发和经营管理工作。
