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1、第二单元 太阳能的利用新能源：太阳能氢能生物质能风能 波浪能地热能燃料乙醇核能 太阳能:向地球源源不断地输送丰富的、洁净的、免费的能量。据估计地球上每年通过光合作用储藏的太阳能相当于全球 能源年耗量的10倍左右。一、太阳能的利用1、太阳能是最基本的能源: 地球上的风能、水能、温差能、波浪能和生物质能以及部分9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)从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能。2、日常生活中有哪些利用太阳能的实例？ 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
2、医疗器具。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、电围杆、航标灯、铁路信号灯。二、太阳能的利用方式1、光热能转换 原理：利用太阳辐射加热物体而获得热能 应用：太阳能热水器反射式太阳灶高温太阳炉地膜、大棚、温室 三、太阳能热利用技术太阳能低温热利用(TV120C)太阳能沼气系统 太阳能集热器 阳光房太阳能中温热利用(120 C VTV400C)CPC太阳能蒸饭系统太阳灶太阳能热发电系统太阳能高温热利用(T400C)太阳能沼气系统沼气是有机物经微生物厌氧发酵而产生的可燃气体，由于这种气体首先在沼泽地被发现，故名沼气。沼气细菌分解有机物， 产生沼气的过程，叫
3、沼气发酵。沼气是一种混合气体：一般含甲烷50-70%，其余为二氧化碳和少量的氮、氢和硫化氢等，其 特性与天燃气相似。根据沼气发酵过程中各类细菌的作用，沼气细菌可以分为两大类。第一类细菌叫做分解菌，它的作用是 将复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳(CO2)等 。第二类细菌叫含甲烷细菌，通常叫甲烷菌，它的作用是把简单的有机物及二氧化碳氧化或还原成甲烷。太阳沼气池主要 是靠收集太阳光的热量，来提高沼气池发酵温度，从而更好实现产气。太阳能集热器太阳能采暖、烘干太阳能集热器：在太阳能加热系统中接受太阳辐射并向其传热介质传递内能的装置。1、按传热介质分类：可分为液体集热器和空气集热器两大类。2、按采
4、光方式分类：可分为聚光型集热器和非聚光型集热器。 非聚光式集热器是利用热箱原理(也称温室效应)将太阳能转变为内能的设备。聚光型集热器利用聚焦原理，即利用光线的 反射和折射原理，采用反射器或折射器使阳光改变方向，把太阳光聚集集中照射在吸热体较小的面积上，增大单位面积的辐 射强度，从而使集热器获得更高的温度。太阳能热水器-太阳能热水器为什么能使水变热？利用太阳能的热水器主要由集热器、循环管道和水箱等组成，当集热器吸收太阳光以后，集热器内的温度上升，水温也随之 升高。水温升高后，便由上升水管进入循环水箱的上部。而循环水箱下部的冷水就由水箱下部流到集热器下方，在集热器内 受热后又上升。这样不断地对流循
5、环，水温逐渐升高。-太阳能热水器的发展第1代为闷晒式热水器。这是集热与贮热合二为一的整体热水器，一般由二至三个涂黑的圆管构成，由黑色涂层吸收热能把 水加热，优点是结构简单、造价较低；缺点是散热快，热水不能过夜使用，在冬季及阴雨天也不能使用，这种产品只在某些 边远农村才使用，现已基本被淘汰。第2代为平板式太阳能热水器。它由平板集热水箱组成，一般采用自然循环运行方式。平板热水器由吸热体、透明盖层、背部与侧面保温层和框架构成。第3代为真空管热水器。它由多支玻璃真空集热管直接插 入水箱构成，一般采用自然对流换热。每支真空集热管与 水箱孔间放置硅橡胶制成的密封圈。一般太阳能热水器由集热器、储热水箱、循环
6、水泵和控制 系统等主要部件组成。按热水流动方式，太阳能热水器可 以分为自然循环式热水器、强制循环式热水器和直流式热水器三类，下面以强制循环 式热水器系统为例说明其原理：太阳房(阳光房)太阳房利用的物理原理是温室效应。温室效应就是波长较短的太阳辐射能顺利透过而波长较长的热辐射被阻挡或吸收的现象 玻璃和某些透明材料以及二氧化碳、甲烷等气体就具有这种效应。因此我们可以用玻璃等透明材料为顶作成温室，让属于短 波辐射的太阳光透过而阻挡室内的长波辐射，这样进入室内的能量就大于向室外散发的能量，室内温度也就大于室外温度。太阳房一般分为被动式太阳房和主动式太阳房，被动式太阳房不需要安装复杂的太阳能集热器，更不
7、用循环动力设备，完全 依靠建筑结构造成的吸热、隔热、保温、通风等特性来达到冬暖夏凉的目的。按太阳能的采集方式不同可分为直接受益式、 集热蓄热墙式、蓄热屋顶式、温室蓄热墙式和对流蓄热综合式五种基本类型。太阳灶通常按收集太阳能的方法将太阳灶分为热箱式、聚光式和综合型三大类。太阳灶是利用太阳能辐射，通过聚光获取热量，进行炊事烹饪食物的一种装置。它不烧任何燃料；没有任何污染；正常使用 时比蜂窝煤炉还要快；和煤气灶速度一致。热箱式太阳灶结构极为简单，可以手工制作，且不需要跟踪装置，能够吸收太阳 的直射和散射能量，所以产品价格比较低。但由于箱内温度较低，不能满足所有的炊事要求，推广应用受到很大限制。聚光
8、式太阳灶则是将收集的太阳辐射密集后，再进行光热转换，直接或通过炊具将热能提供给食物，进而完成炊事作业。这种太 阳灶的关键部件是聚光镜，不仅有镜面材料的选择，还有几何形状的设计。最普通的反光镜为镀银或镀铝玻璃镜，也有铝抛 光镜面和涤纶薄膜镀铝材料等。综合型太阳灶综合型太阳灶是利用箱式太阳灶和聚光太阳灶所具有的优点加以综合，并吸收真空集热管技术、热管技术研发的不同类型的 太阳灶。热管真空管太阳灶 储热太阳灶 聚光双回路太阳灶抛物柱面聚光箱式灶利用平板集热器和箱式太阳灶的箱体结合起来就形成了热管真空集热管太阳灶。平板集热器可以应用全玻璃真空管，它们均 可以达到100 C以上，产生蒸汽或高温液体，将热
9、量传入箱内进行烹调。这种类型的太阳灶只能用于蒸煮或烧开水，大量 推广应用也受到很大限制太阳能热发电概念和分类概念：太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能转换成热能并通过热力循环过程进行发电，是太阳能热利用的重要方面。分类：根据太阳能热动力发电系统中所采用的集热器的型式不同，该系统可以分为分散型和集中型两大类。分散型发电系统是将抛物面聚光器配置成很多组，然后把这些集热器串联和并联起来，以满足所需的供热温度。集中型发电系统也称为塔式接受器系统，它由平面镜、跟踪机构、支架等组成定日镜阵列，这些定日镜始终对准太阳，把入 射光反射到位于场地中心附近的高塔顶端的接受器上太阳能热发电系统的组成典型太阳能热发电
10、系统由以下4部分组成：聚光集热子系统、蓄热子系统、辅助能源子系统和汽轮发电子系统。(1) 聚光集热子系统 聚光集热子系统包括聚光器、接收器和跟踪装置。聚光器：聚光器用于收集阳光并将其聚集到一个有限尺寸面上，以提高单位面积上的太阳辐照度，从而提高被加热工质的工 作温度。最常用的聚光方式有两种，即平面反射镜和曲面反射镜。接收器:是通过接收经过聚焦的阳光，将太阳辐射能转变为热能，并传递给工质的部件。在这里，工质被太阳辐射能加热，变 成过热蒸汽，再经管道送往汽轮机。 跟踪装置：为了使一天中所有时到的太阳辐射都能通过反射镜面反射到固定不动的接收器上，反射镜必须设置跟踪机构。太 阳聚光器的跟踪方式有两种，
11、即单轴跟踪和双轴跟踪。从实现跟踪的方式上讲，有程序控制方式和传感器控制方式两种。 2）蓄热子系统 蓄热系统在集热器和汽轮发电机组之间提供一个缓冲 环节（蓄热和放热作用），保证机组稳定运行。因为太阳能热发电系统在早晚和白天云逛间歇的时间内，都必须依靠储存的太 阳能来维持正常运行。至于夜间和阴雨天，一般考虑采用常规燃料作辅助能源。目前、可采用的蓄热方式有3 种：显热蓄热、 潜热蓄热和化学储能。对不同的蓄热方式，应选用相应不同的蓄热材料。3）辅助能源子系统 太阳能热发电系统除要配置蓄热于系统外，还需配置辅助能源以维持电站能够一直持续运行。太阳能 系统要求的蓄热子系统容量太大，以致投资巨大。所以在太阳
12、能热发电系统中采用常规燃料作辅助能源，是个极为可取的 方案（4）汽轮发电子系统 太阳能热发电系统用的动力发电装置，可选用的有以下几种：现代汽轮机；燃气轮机；低 沸点工质汽轮机；斯特林发动机。槽式太阳能热发电系统的构成槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统（SEGS）简称槽式太阳能热发电系统，也称分散型太阳能热发电系统。整个系统由4部分 组成；聚光集热装置；辅助能源装置；蓄热装置；汽轮发电装置。塔式太阳能热发电系统（集中型太阳能热发电系统）整个系统由4部分构成 聚光装置：集热装置 蓄热装置：汽轮发电装置：太阳坑发电技术它是在地面挖一个球形大坑，坑壁贴上许多小反射镜，使大坑成一个巨大的凹面半球镜，它将太
13、阳能聚焦到接受器，以获得 高温蒸气。试验证实太阳坑发电的方案是可行的。太阳能烟囱发电 它是在一大片圆形土地上盖满玻璃，圆中心建一高大的烟囱，烟囱底部装有风力透平机。透明玻璃盖板下被太阳加热的空气 通过烟囱被抽走，驱动风力透平机发电。太阳池发电太阳池（solar pond，也称盐田）是一种以太阳辐射为能源的人造的盐水池。它是利用具有一定盐浓度梯度的池水作为集热 器和蓄热器的一种太阳能热利用系统。太阳池发电是利用盐水池中上下层液体形成一个温度差来发电，在盐水池中从上到下 会形成一个浓度梯度，即由于重力作用上层液体盐分浓度比下层液体盐分浓度低，这样会使池水稳定分层，在太阳辐射下下 层盐分浓度高吸收强
14、辐射强的液体层温度不断升高直到达到最大值，而上层太阳辐射透过性强的清水层则充当保温层维持下 层液体温度。太阳池电站将蓄热池的热能转换成电能 第一步，发电所用的热水来自水池蓄热层，当热水达到一定温度时，用水泵从蓄热层上部将热水抽至池外。 第二步，热水被送进蒸发器的螺旋管里，热水的热能将环绕蒸发器的低沸点的有机液体加热变成气体。这种气体驱动气轮机 转动，就可以带动发电机发电。第三步，从气轮机中出来的气体，经过冷凝器部分凝缩成液体，又被送回蒸发器。而通过蒸发器降温后的热水，被用管道送 回蓄热层的底部。整个过程设计非常科学，非常节约。从上面的介绍可以看出，与太阳能热发电、太阳光发电等相比，太阳池发电构
15、造简单， 生产成本较低，而且可将大量的热能贮存起来，可常年不断地利用阳光发电。所以太阳池和太阳池发电倍受人们关注。太阳池发电缺点 主要是要求天然盐湖或人造盐湖池中要形成稳定的盐浓度分层，这是有一定难度的。解决的办法是要依靠新材料。科学家们 正在寻找一种能替代透明盐浓度液层的有机膜，覆盖在普通水池之上，同样达到吸收和贮存太阳能的目的，这就叫“无盐太 阳池”。2、光电转换（1）光热电转换基本原理:利用太阳辐射能发电。（2）光电转换基本原理: 是利用光电效应 基本装置: 是太阳能电池 应用：为无电场所提供电池，包括移动电源和备用 电源、太阳能日用电子产品半导体的结构半导体是由许多单原子组成的，它们以
16、有规律的周期性的结构键合在一起，然后排列成型，借此，每个原子都被8 个电子包 围着。一个单原子由原子核和电子构成，原子核则包括了质子（带正电荷的粒子）和中子（电中性的粒子，）而电子则围绕在 原子核周围。电子和质子拥有相同的数量，因此一个原子的整体是显电中性的。基于原子内的电子数目（元素周期表中的每 个元素都是不同的），每个电子都占据着特定的能级。下图展示了一种半导体的结构.掺杂通过掺入其它原子可以改变硅晶格中电子与空穴的平衡。比硅原子多一个价电子的原子可以用来制成n型半导体材料，这种 原子把一个电子注入到导带中，因此增加了导带中电子的数目。相对的，比硅原少一个电子的原子可以制成p型半导体材料。 在p型半导体材料中，被束缚在共价键中的电子数目比本征半导体要高，因此显著地提
