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1、1,3.2 太阳能简介,2,1、太阳简介,太阳能是太阳内部的核聚变反应而放出的光和热，以辐射的形式传播出去。 科学家认为反应主要为氢核聚变：,在核聚变反应过程中,1g氢变成氦质量将亏损0.00729g，释放出6.481011J的能量，这样，太阳每秒钟将657106吨氢借助热核反应变成653106吨氦，每秒钟亏损400万吨质量，产生的功率为3901021kW，或1.083万万亿kWh，我国2002年发电总量为1.65万亿kWh，只是太阳一秒钟的1/6563.63。,物质组成：75%是氢（氕 、氘 、氚 ）；,太阳是一个巨大的火球，表面温度为5762K，内部中心区域温度高大几千万度； 压力为310
2、16 Pa（3109大气压）；,3,2、太阳能资源分析 ：,随然根据目前太阳产生核能的速率估算，其氢的储量足够维持600亿年，可以说用之不竭。 但是作为资源，问题之一是效率可否令人接受。 地球轨道上的平均太阳辐射强度为1353W/m2，称为太阳常数，是大气层外缘与太阳射线相垂直的单位表面积所接收的太阳辐射能，记为 。 地球表面24小时的年平均辐射强度为0.2kW/m2。每平方米仅200W，能流密度比较低了。 从利用的角度，能流密度低时一大缺点；另一个缺点是受季节、地点、气候等因素的影响而不能维持常量。 但作为一次能源，又是可再生能源，又有其独特的优点： 1、相对与常规能源的有限性，有无限的储量
3、，取之不尽，用之不竭；2、有着存在的普遍性，可就地取材；3、作为清洁能源，在开发利用过程中不产生污染；4、从原理上讲技术可行，有着广泛利用的经济性。,4,2-1、实际接受到的太阳辐射能,实际上，大气层外缘水平面上每单位面积接受到的太阳辐射能为 式中： f 地日距离修正系数， f =0.971.03； 太阳射线与地面法线间的夹角，称天顶角（见图),5,3、有效的太阳能利用技术,太阳能作为可再生能源的一种，是指太阳能的直接转化和利用。人们对太阳能的利用有着悠久的历史。现代太阳能技术包括： 1、热利用技术：通过转换装置把太阳辐射能转换成热能加以利用的技术。包括已广泛使用的热水器、太阳灶、空调机、被动
4、式采暖太阳房、干燥器、集热器、热机等。 2、光发电技术或光伏技术：通过转换装置把太阳辐射能直接转换成电能加以利用的技术。包括各种太阳能电池、制氢装置等，而所谓光伏技术是指如硅太阳能电池等光电转换装置利用了半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的技术。 这些技术的突破标志产生于20世纪50年代，一是1954年美国贝尔实验室研制出转换率为6%的实用性硅光电电池；二是1955年以色列Tabor提出选择性吸收表面概念和理论，并研制成功选择性太阳吸收涂层。,6,3、太阳能的光热技术,太阳能热水系统 屋顶上的太阳能家庭热水(SDHW)集热器，(图1.1)是太阳能技术利用的最常见的形式。该集热器大多数用于太阳
5、能家庭热水系统，用来为房屋提供热水，或者为游泳池提供温水。 从20世纪70年代起，美国已经安装了超过50万套这样的系统。,7,图- 太阳能家庭热水(SDHW)集热器,屋顶上的太阳能家庭热水(SDHW)集热器是太阳能技术利用的最常见的形式。,8,太阳能家庭热水系统,目前主要的SDHW系统为主动系统，即利用由多个传感器和一个控制器件控制的循环泵来使系统运转(图1.2)。,9,平板集热器,太阳能热水系统的技术相对比较简单。 除了集热器之外，整个系统基本上就只有管路和控制器件。,平板集热器(图1.3)应当具有吸收太阳光能力最强和辐射散热能力最弱的表面。吸收光能可以通过利用暗黑涂料来简单地实现。但是低辐
6、射只有利用更为复杂并且因此更为昂贵的涂料来实现。集热器还必须有一层透明的盖子来保持收集的热量。,10,强制循环是热水系统,111,11,太阳能空调,太阳能空调系统主要由热管式真空管太阳能集热器、热水型单效溴化锂吸收式制冷机、储热水箱、储冷水箱、生活用热水箱、循环水泵、冷却塔、空调箱和自动控制系统等几大部分组成。 在夏季，太阳能空调首先将被太阳能集热器加热的热水储存在储热水箱中，当储热水箱中的热水温度达到一定值时，就由储热水箱向制冷机提供所需的热水，从制冷机流出的热水温度降温后再流回储热水箱，并由太阳能集热器再加热成高温热水。而制冷机产生的冷水首先储存在储冷水箱中，再由储冷水箱分别向各个空调箱提
7、供冷水，以达到空调制冷的目的。当太阳能不足以提供足够高温度的热水时，可以由辅助的直燃型溴化锂机组工作，以满足空调的要求。 在冬季，太阳能空调同样是将太阳能集热器加热的热水先储存在储热水箱中，当热水温度达到一定值时，就由储热水箱直接向各个空调箱提供所需的热水，以达到供热的目的。当太阳能提供的热量不能够满足要求时，就由辅助的直燃型溴化锂吸收式冷热水机组直接向空调箱提供热水。 图5-6为利用太阳能运行的制冷系统。,12,图-太阳能空调2,111,13,我国的被动式太阳房,所谓被动式自然采暖太阳房(图5-7)，就是不用任何其他机械动力，只依靠太阳能自然供暖的建筑物。白天直接依靠太阳辐射供暖，多余的热量
8、为热容量大的建筑物本体(如墙壁、天花板、地基)、蓄热槽的卵石、水等吸收，夜间通过自然对流放热，使室内保持一定温度，达到采暖的目的。被动式太阳房不需要辅助能源，结构简单，造价较低，因此应用较多。我国的被动式太阳房颇有特色，发展迅速，设计规范合理，选型多样，节能明显。1998年全国被动式太阳房总面积已达930万平方米，为世界之最，主要分布在华北、东北和西北地区。除住房外，特别适合于寒冷地区的中小学教室。由于太阳房冬暖夏凉，已逐渐由北向南发展。在长江和黄河之间通常不采暖的地区，冬冷夏热，太阳房更易发挥效益。国内典型的被动式太阳房建筑有大连后石小学太阳房、内蒙古呼和浩特太阳房住宅楼和新疆乌鲁木齐新市区
9、太阳房等。,14,被动式太阳房2,太阳能温室又叫太阳能暖房，简称太阳房，它直接利用太阳辐射能。,15,被动式太阳房,1,16,被动式太阳房设计,1,17,图5-8 主动式采暖太阳房,111,18,主动式太阳房,主动式太阳房是指需要花费一定的动力进行热循环的系统。这种太阳供暖系统大致由集热器、蓄热槽、散热器、循环泵、辅助锅炉以及连接这些设备的管道和自动控制设备构成(图5-8)。 目前我国的太阳房正在朝主被动结合式太阳房方向发展。1997年建成的南宁中日友好太阳房夏天可降温10C左右，符合南方地区的要求。 2000年在常州研制成功的太阳能建筑系统样板房使用面积90平方米，可提供生活、办公用电，使用
10、期限大于30年。另外，北京太阳能研究所将在亚运村建一座总投资为4000万元的示范基地，装有1000平方米的太阳能电池和2000平方米的热管太阳能集热器，可满足大楼的13用电及夏天空调、冬天采暖和生活热水的需要。该项目已被列为国家计委产业化技术推广项目，并作为2008年北京奥运场馆建设的一项试验项目。,19,北京首座全太阳能建筑,2003年5月，占地8000平方米的北京首座全太阳能建筑已经落成。这座位于大兴芦城乡内的太阳能新村主体建筑，其室内的洗浴、供热、供电等所有能源都由太阳能提供。建筑南墙、屋顶坡面等位置都安装着数个太阳能集热器，这些集热器在夏季可为空调设备提供驱动热源，在冬季可为采暖提供保
11、障。该建筑内还安装了全国最大的太阳能发电系统，投入运营后可提供50kW的电力，以满足日常用电所需。建筑院内的路灯、草坪灯也都采用太阳能，在阳光充足的情况下基本不需要外来能源。该工程是奥运场馆的试验性建筑，2008年奥运场馆的部分项目还将使用此技术。 主动式太阳房结构较复杂，造价也较高，因而我国对其研究与开发相对较少。,20,4、太阳能的光电利用,电池 原理 类型 聚光光伏发电及其新技术,21,大型太阳炉,1,22,中心接收器1,111,23,太阳能电厂系统,111,24,中心接收器的热水系统,111,25,太阳池,111,26,太阳坑,111,27,光电池半导体,111,28,光电池,111,29,屋顶上的太阳能电池,111,30,巴西农村太阳能供电,111,31,太阳能供电的微波中继站,111,32,太阳能供电的沙漠遥测装置,1,33,5、太阳能光化学利用,光合作用 光解水制氢 光电转换电解水制氢 不细讲了。,34,6、太阳能空间电站,111,35,7、太阳能的存储与输送,111,36,结束,111,37,111,38,111,39,111,40,111,41,111,42,111,