绿色建筑材料-太阳能利用

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1、太 阳 能 利 用 太阳能的利用形式太阳能的利用形式 太陽熱能發電技術太陽熱能發電技術 太阳能电池太阳能电池 能源危机 世纪年代以后，由于石油危机的 爆发，对世界经济造成巨大影响，国际舆 论开始关注起世界“能源危机”问题。 许多人甚至预言：世界石油资源将要枯竭， 能源危机将是不可避免的。如果不作出重 大努力去利用和开发各种能源资源，那么 人类在不久的未来将会面临能源短缺的严 重问题。 世界能源的主要来源世界能源的主要来源 0 00.050.050.10.10.150.150.20.20.250.250.30.30.350.350.40.4石油石油 天然气天然气 煤煤 水力水力 核能核能 其他其

2、他2020世纪非洲，美洲，欧洲，中东的石世纪非洲，美洲，欧洲，中东的石 油储量和年平均消耗量油储量和年平均消耗量 石油储量石油储量/t 年平均消耗量年平均消耗量/t 非洲非洲 9.5x109 2.2x108 美洲美洲 1.8x1010 8.0x108 欧洲欧洲 3.6x109 1.4x108 中东中东 6.1x1010 6.1x108 请估算各地区石油可以使用多少年？请估算各地区石油可以使用多少年？ 43年年 22.5年年 25.7年年 100年年 石油石油 40年年 天然气天然气 61 年年 煤煤 碳碳 227年年 化石能源是不可再生能源，化石能源是不可再生能源， 科学家估计使用年限科学家估

3、计使用年限 能源危机 能源危机给人类社会带来的影响是能源危机给人类社会带来的影响是 我们难以承受的，而且随着现代的我们难以承受的，而且随着现代的 高速发展，人类对能源的需求量越高速发展，人类对能源的需求量越 来越大。因此，开发和利用清洁，来越大。因此，开发和利用清洁， 高效的新能源已成为人类共同关注高效的新能源已成为人类共同关注 的重大课题！的重大课题！ 讨讨 论论 同学们知道哪些新能源呢？同学们知道哪些新能源呢？ 风能风能 生物质能生物质能 太阳能太阳能 氢能氢能 波浪能波浪能 地热能地热能 在新能源中，太阳在新能源中，太阳 能，生物质能，氢能，生物质能，氢 能和风能，海洋能，能和风能，海洋

4、能， 地热能等都是可以地热能等都是可以 再生能源。再生能源。 其中太阳能是最诱人的其中太阳能是最诱人的 太阳能的利用太阳能的利用 1.太阳能是地球上最基本的能源太阳能是地球上最基本的能源 太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太 阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量 （约为（约为3.751026W）的）的22亿分之一，但已高亿分之一，但已高 达达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到，也就是说太阳每秒钟照射到 地球上的能量就相当于地球上的能量就相当于500万吨煤。万吨煤。 根据地球上的能流图可以看出，地球

5、上的风能、根据地球上的能流图可以看出，地球上的风能、 水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部 分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化 石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说 也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的 太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则 限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接 转换。转换。 地球上的能流图（单位106MW） 讨论：

6、大家知道日常生活中有哪些利讨论：大家知道日常生活中有哪些利 用太阳能的实例？用太阳能的实例？ 太阳能光热转换技术的产品最多。如热水太阳能光热转换技术的产品最多。如热水 器、开水器、干燥器、采暖和制冷、温室与太阳器、开水器、干燥器、采暖和制冷、温室与太阳 房、太阳灶和高温炉、海水淡化装置、水泵、热房、太阳灶和高温炉、海水淡化装置、水泵、热 力发电装置及太阳能医疗器具。力发电装置及太阳能医疗器具。 太阳能电池的应用范围很广。例如人造卫太阳能电池的应用范围很广。例如人造卫 星、无人气象站、通讯站、电视中继站、太阳钟、星、无人气象站、通讯站、电视中继站、太阳钟、 电围杆、航标灯、铁路信号灯。电围杆、航

7、标灯、铁路信号灯。 1、光热能转换、光热能转换 原理：利用太阳辐射加热物体而获得热能原理：利用太阳辐射加热物体而获得热能 应用：太阳能热水器应用：太阳能热水器 反射式太阳灶反射式太阳灶 高温太阳炉高温太阳炉 地膜、大棚、温室地膜、大棚、温室 二、太阳能的利用方式二、太阳能的利用方式 光能光能热能热能 太阳炉太阳炉 太阳灶太阳灶 热水器热水器 大棚大棚 太阳能应用的例子 太阳能热水器 太陽能集熱器原理 收集太陽輻射能，並轉換成熱能（熱水、 熱空氣）輸出 太陽輻射能 集熱器 熱能輸出 工作流體輸入 太陽能集熱器的種類 低、中溫應用 儲置式太陽能集熱器 金屬平板集熱器（板管式、鰭管式） 非金屬平板集

8、熱器（高分子材質） 真空管集熱器（全玻璃式、銅管/鰭片式） 真空管熱管集熱器 高溫應用 聚焦式集熱器 集中塔式(集熱器反射器) 拋物線槽體 碟型 太陽能熱水系統 家用系統 儲熱桶 集熱器 太陽輻射能 太陽輻射能 利用熱虹吸原理利用熱虹吸原理 冷水補充 輔助電熱器 熱水供應 平板集熱器的結構 玻璃面蓋(透明材質)： 高強度、低反射率、高透射率。 單層或多層低鐵玻璃 太陽能安全玻璃 合成透明板或薄膜(PE,Teflon) 吸熱板(黑色材質)：高吸熱性材質，製程-烤漆、電鍍 或鍍選擇性吸收膜 (高吸收率、低放射率) 。 金屬(銅 、鋁、 鋼) 合成材料(PP,PE,EPDM) 外框：鋁 、鍍鋅鋼板、

9、 合成材料、 木材 保溫材：玻璃棉 、礦物棉、 聚氨酯(PUR) 熱媒：水、 空氣 金屬平板集熱器 板管式、管式 真空管集熱器 （銅管/片式） 循環管(深入真空管內) 外覆吸收膜 單層玻璃真空管 冷端入口 熱端出口 真空管集熱器 全玻璃式 熱端出口 (密度輕) 冷端入口 (密度重) 真空區 內管(外覆吸收膜) 雙層玻璃 管結構 外管(透明) 避震器 其他元件 儲水槽：分內外桶，隔層充滿保溫材料，如：PU發泡、保麗 龍； 國內水壓低。 輔助加熱器：家用型多使用電熱棒，放置於最後一個桶或 另外一 個獨立小桶內，亦可用瓦斯。大型系統 則用鍋爐，燒 重油或用電力。需另裝定時器與 溫控裝置。 管路：小系

10、統常用銅管與PB管。中大型系統常用鍍鋅鋼 管或不銹 鋼管。熱水管皆越短越好，一定要有保溫外 覆材。 其它：循環泵、溫差控制器和水垢防制裝置。 太陽能熱水系統的應用架構 依循環系統分類 自然循環式系統 強制循環式系統 自然循環式系統 強制循環式系統 太陽能熱水系統的應用架構 依工作流體之加熱循環形式 直接循環加熱 間接循環加熱 直接循環加熱 間接循環加熱 太陽能集熱器原理 提高效能之基本作法：如何提高吸熱能力 吸熱板導熱特性（熱傳導材質） 選擇性吸收膜（熱輻射吸收率） 面蓋光學性質（透射率、折射度） 管路導熱特性（熱傳導、熱對流、材質、接合） 太陽能熱水器安裝實例 安裝注意事項： 集熱板之方位角

11、及傾斜 角、無遮蔭、水質狀況、 熱水管保溫、輔助加熱 器。 保養注意事項： 板面清洗、黃水排放、 定溫定時輔助加熱、注 意漏水。 太陽能熱水器之優點 具有以下特色 節能 再生(綠色)能源，可減少化石燃料能源使 用 環保 可抑制溫室氣體二氧化碳產生及環境污染 安全 無爆炸災害貨瓦斯中毒等潛在危險 經濟效益 使用壽命在十年以上，甚至可達二十 年 可節省可觀的電費支出 2、光电转换、光电转换 原理：根据光电效应，利用太阳能直接转原理：根据光电效应，利用太阳能直接转 化为电能化为电能 应用：应用：为无电场所提供电池，包括移动为无电场所提供电池，包括移动 电电 源和备用电源、太阳能日用电子产品源和备用电

12、源、太阳能日用电子产品 光能光能电能电能 太阳能发电太阳能发电 美国军用太阳能发电帐篷美国军用太阳能发电帐篷 利 用 太 阳 能 的 电 灯利用太阳 能的任天 堂Wii游戏 平台 Solar JKT 是全球首款豪华茄克系列，可利用太阳能为移动电可利用太阳能为移动电 话、话、 iPodiPod或手提通讯装置充电或手提通讯装置充电。安装在氯丁橡胶衣领下的太阳能 电池可直接将太阳光转化为持续的可再生能源。而电子织物线可将 电能分配到充电电池，或直接为您的移动电话或其它装置供电。电 池将隐藏在茄克内衬或置于独立氯丁橡胶容器中，仅需仅需4 4至至5 5小时日小时日 照即可完全将电池充满照即可完全将电池充

13、满。茄克中的电池元件和太阳能面板衣领均可 拆卸，因此即使不穿茄克，也可作为独立装置实现充电功能。 西藏那曲县古露镇牧民在利用 太阳能光伏发电。 沙漠中的一个太阳能电厂 3、光化学能转化、光化学能转化 应用：选择芒硝晶体应用：选择芒硝晶体(十水合硫酸钠十水合硫酸钠 晶体晶体)白天吸收热量溶解白天吸收热量溶解,晚上放出热晚上放出热 量结晶量结晶. 相变储能材料相变储能材料 原理原理:光能光能热能热能化学能化学能 5、光生物质能转换、光生物质能转换 原理：通过地球上众多植物的光合作用，将原理：通过地球上众多植物的光合作用，将 太阳辐射转化为生物质能太阳辐射转化为生物质能 化学方程式：化学方程式： 6

14、H2O + 6CO2 C6H12O6 +6O2 光光 叶绿素叶绿素 原理原理:光能光能化学能化学能 (C6H10O5)n +nH2O nC6H12O6 C6H12O6(s)+6O2(g) 6H2O(l)+6CO2(g) H=-2804kJ/mol （放热）（放热） 淀粉、纤维素淀粉、纤维素 葡萄糖葡萄糖 西藏普兰县农民 欧珠在海拔3800 多米的太阳能温 室种出新鲜的瓜 果。 太阳能的利用太阳能的利用 3.太阳能的利用方式太阳能的利用方式 光能化学能 光能热能 光能电能 光能生物质能 太陽熱能發電技術 太陽熱能發電原理 不同於太陽能光電系統(Photovoltic)，太陽熱能發電主 要為收集熱

15、能加熱工作流體，再利用高潛能的流體驅動 發電機。 太陽熱能發電系統通常由集熱器以及發電機組成。 集熱器 發電用集熱器通常為集中式的集熱板，並搭配追日系統， 其角度會隨著太陽移動而跟著改變。 發電機 熱能發電通常使用工作流體帶動的發電機，如利用蒸氣 驅動渦輪發電機等。 太陽熱能發電技術 Parabolic Trough Parabolic Dish 大面積單槽式太陽能追蹤 集光板發電系統，使熱傳 導液受熱汽化，通常搭配 蒸汽渦輪發電機。 碟型太陽能追蹤集光板發 電系統，為目前發電效率 最高的太陽能發電系統， 可搭配史特靈引擎。 太陽熱能發電技術 Solar Tower Solar Chimney 塔式太陽熱能發電系統，利 用獨立追日定鏡群，將陽光 聚集於塔頂接收器，產生高 溫氣體驅動發電機。 煙囪式太陽熱能發電系統，利用 大面積的玻璃製造類似溫室效應 產生高熱氣體，進入煙囪成為一 股上升氣流，推動渦爐發電機。 太陽熱能發電技術 熱能驅動製冷技術(太陽能空調) 優點 環境溫度越熱時越需要空調，製冷能力也越強 降低室內溫度及環境溫度，減緩熱島效應 台灣太陽能製冷技術發展狀況 主要有吸收式、吸附式、噴射式三種技術 工研院已完成製冷供熱雙功能固體吸附式技術示範 系統