太阳能利用技术(2)

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1、太阳能利用技术（2）. txt23让我们挥起沉重的铁锤吧！每一下都砸在最稚嫩的部位，当青春 逝去，那些部位将生出厚晒太阳的茧，最终成为坚实的石，支撑起我们不再年轻但一定美丽 的生命。 本文由 sunshining90 贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT ，或下载源文件到本机查看。太阳能利用技术太阳能太阳是一个巨大、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（约为3.75X1026 W）的22亿分之一，但已高达1.73X1017瓦，换句话说，太阳每 秒钟辐射到地球上的能 量就相当于500万吨煤。 由于太阳内部持续进行着氢聚合成氦的核

2、聚变反应，所以不断 地释放出巨大的能量，并以辐射和对流的方式由核心向表面传递热 量， 温度也从中心向表面逐渐降低。由核聚变可知，氢聚合成氦在释放巨大能量的同时，每1 克 质 量将亏损0.0072 克。根据目前太阳产生核能的速率估算，其氢的储 量足够维持100亿 年。因此，太阳能可以说是用之不竭的。 太阳持续不断地向地球输送能量，随处可取，无须 开采、运输。 而且太阳能是一种洁净、无污染的能源，既不会对环境造成污染， 也不会对 生态平衡构成危害。但是，太阳能能量密度低，且受昼夜、气候等自然条件限制。 由于能量密度低，即使天 气晴朗的中午，太阳垂直投射到地球表面 每平方米上的能量最多约为 1 千瓦

3、。因此，需要庞 大的收集设备，投 资多，占地面积大，且能量提供是间隙的，供应是非常不稳定的， 需要 储能装置。正是由于这些缺陷，给太阳能的利用技术、经济效 益带来许多问题，要完善地利 用太阳能还有许多工作需要做。专家们预测100年后，太阳能有望占到全球一次能源的70%。 太 阳能的利用主要有两大重点方向：一是把太阳能转化为热能，如太 阳能供热水、供暖和 制冷，太阳能干燥农副产品、药材和木材，太阳能淡化海水，太阳能热动力发电等。另一是 将太阳能转化为电能 （即光伏发电）。如，建在新江弯城体育中心的上海市第一套太阳 能光 伏发电系统，与建筑一体化，它采用的是新型的非晶硅技术， 在正常光照下，发的电

4、可以点 亮500 盏100瓦的电灯，能够基本满足 该体育中心的照明用电。太阳内部有“里三层” 太阳内部有“里三层”，从中 心向外，依次是核反应区， 心向 外，依次是核反应区，这里是 太阳热能产生的基地；辐射区， 太阳热能产生的基地；辐射 区，太 阳能先通过这里传播出去；对流区， 阳能先通过这里传播出去；对流区， 太阳能经 过这里向太阳表层传播， 太阳能经过这里向太阳表层传播， 它们是“输送带” 它们是“输 送带”。 太阳外部有“外三层” 太阳外部有“外三层”。依次 为光球层、色球层和日冕层。 为光球层、色球层和日冕层。人们 肉眼可见的明亮表面就是光球层， 肉眼可见的明亮表面 就是光球层， 我们

5、所见到太阳的可见光， 我们所见到太阳的可见光，几乎全 是由光球发出 的。光球层厚约500是由光球发出的。光球层厚约km,温度为762 K,密度为-6，温度 为5，密度为10 g/cm3，它是由强烈电离的气体组成，它是由强烈电离的气体组成，太阳 能绝大部分辐射都是由此向太 空发射的。 空发射的。一、太阳能利用技术集热器是收集太阳能的主要装置，一般分为非聚光集热器和聚 光集热器。非聚光集热器 能利用太阳直射辐射和散射辐射。聚光集 热器能将太阳光聚集在面积较小的集热面上，可以 获得较高的温度， 但只能利用太阳直射辐射，且需要跟踪太阳。 非聚光集热器有平板利用 太阳直射辐射、真空管利用太阳直射 辐射等

6、方式。典型的平板集热器见图3-2-1。它由集热 板（吸收太阳 能并加热集热介质）、透明盖板（减少集热板与环境间的对流核辐 射换热，保 护集热板避免外界侵害）、隔热层（防止集热器向周围 散热）和外壳。20世纪70年代研制成功的真空管集热器，其集热介质被封闭 在高真空的玻璃管内，较 之于平板集热器，热性能显著提高。我 国已经形成拥有自主知识产权的现代化全玻璃真空集 热管的产业， 产品质量达到世界水平，产量居世界之首。利用太阳能集热器，实现小区住宅建筑太阳能热水系统一体化， 是构建生态住宅小区的 重要组成部分。例如，某住宅小区共有坡顶 住宅 26 栋，设计中选择了有足够集热面的 22 栋建筑，其屋面

7、坡度为 32，在向南斜屋面上设置三排太阳能集热器凹槽，集热器镶嵌在 凹 槽内，构成一大块集热器，每 2-3 栋建筑构成一个供热水子系统， 11 个子系统组成一个大 系统。这样的太阳能集中供热系统，由计算 机控制运行。 太阳能集热器采集的热量直接传 递给水，获得热量的水传输到 设置在泵房内的保温水箱。再通过电动泵将热水经由保温水管 送至每个家庭。为安全起见，输出热水控制在60C以下。考虑到阴天、雨天等不利气候的 影响，系统采用双能源供热模式，即在水箱内的 热水温度达不到要求的水温时，启动电辅助 加热。太阳能集中供热系统具有如下特点： 便于将有限的资源更为合理分配利用。如住户分散 安装，由于 杂乱

8、无序集热面有限、水量不足、气候影响而不能充分发挥太阳 能资源的作用， 集中供水可以大面积采热，全天候供热。 通过控制中心可以为住户提供相对恒温、恒压的热 水，使用更 加方便。 既节能又经济。据测算，相对于燃气热水器或电热水器供热水， 集中 式太阳能供热水更为经济。实现住宅建筑太阳能供热水系统一体化，既开发利用了可再生 洁 净能源，又美化了住宅小区的建设。为了更有效地利用太阳能必须提高入射阳光的能量密度，使之聚焦 在较小的集热面上， 以获得较高的集热温度，并减少散热损失，这就是 聚光集热器的特点。 聚光集热器通常由 三部分组成：聚光器、吸收器和跟踪系统。其工 作原理是：自然阳光经聚光器聚焦到吸收

9、器 上，并加热吸收器内流动的 集热介质，跟踪系统则根据太阳的方位随时调节聚光器的位置， 以保证 聚光器的开口面与人射太阳辐射总是互相垂直的。 聚光集热器一般将太阳能转换为 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。 20世纪80年代以来，欧 洲一些国家相继建 立起了不同形式的示范装置，促进了太阳能热力发电技术。现有的太阳 能 热力发电系统一般分为三类：抛物柱面槽式聚焦系统、碟式聚焦系统 和塔式聚焦系统，分别 见图3-2-3。塔式太阳能热力发电系统见图 3-2-4：a )抛物柱面槽式聚焦系统 )b )碟式聚焦系统 )b )塔式聚焦系统 )塔式聚焦太阳能热力发电系统塔式太阳能热力

10、发电系统由反 射镜陈列、高塔、集热器、发电机 组等构成，集热器置 于塔顶。反射 镜陈列由许多反射镜按一定规律排 列而成。反射镜自动跟踪太阳，反 射光能 精确地投射到集热器的窗口。 当阳光投射到集热器被吸收转变为 热能后，加热盘管内的流 动介质使 其蒸发。一部分热量用来带动汽轮 机发电机组发电，另一部分热量则 被储存在蓄 热器里，以备没有阳光 时发电。为了降低塔式太阳能热动力系统的投资，发展了一种太阳坑发电技术。 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，它将太阳能聚焦到 接受器，以获得高温蒸汽。试验证实太 阳坑发电的方案是可行的。由于其技术简单，成本低，

11、 有巨大的市场潜力。另一种有前途的太阳能热动力发电技术是太阳能烟囱发电。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。这种发电装置简单可靠，在西 班牙已建有一座容量为 50 千瓦的试 验电站。显然这种发电方式非常适合于我国广大的西部 地区。如果将房屋当作一个集热器，通过建筑设计把高效隔热材料、透光 材料、储能材料等有 机地集成在一起，使房屋尽可能多地吸收并保存太 阳能，达到房屋采暖的目的。美国建筑专 家发明一种太阳能墙：将建筑 物的墙体外侧装一层薄薄的黑色打孔铝板，能吸收照射到墙体 上太

12、阳能 的 80%，被吸入铝板的空气经预热后，通过墙体内的泵抽到建筑物内， 从而就能 减少建筑物的耗能。 另外，德国科学家发明两种采用光热调节的玻璃窗，一种是太阳能 温 度调节系统，白天采集建筑物窗玻璃表面的暖气，然后把这种太阳能 传递到墙和地板的空间 储存，到了晚上再放出来。还有一种是自动调整 进入房间的阳光，如变色太阳镜一样，根据 房间设定的温度，窗玻璃或 是变成透明或是变成不透明。建筑能耗在能源消耗中的比例越来越大。因此，国内外对建筑节 能非常重视。建筑节能 是近年来世界建筑发展的一个基本趋向，也是 当代建筑科学技术的一个新的生长点。我国将 建筑节能也列入了“十 一五“规划中。建筑节能有多

13、种模式，太阳能房是其中之一。 太阳 能房可以分为被动式和主动式两大类。被动式太阳能房是依 靠建筑物结构本身充分利用太阳 能来达到采暖的目的，夏天可以通过 建筑结构的设计，阻止太阳的直射。而冬天可以通过室 内围护结构材 料、相变蓄热地板等吸收并贮存白天太阳的辐射热量，到了晚上，贮 存的热 量慢慢释放出来，减小了供暖能耗，见图 3-3-5a 主动式太阳能房是在被动式太阳能房的基 础上，利用太阳能集热 器和相应的蓄热装置作为热源来代替常规热水（或热风）采暖系统中 的锅炉。将太阳能收集并贮存在蓄热装置中，可以保证一天 24 小时的 取暖要求，温度可以 调控，既舒适，又省能。我国建筑总量约为 400 亿

14、平方米，但其中只有 2.3%达到建筑节能 标准。公共建筑总量 约 45 亿平方米，占全国建筑总量的 10% 以上，每 年兴建 23 亿平方米，且几乎都是高耗能 建筑。因此，如何有效地将 太阳能利用引入建筑采暖、制冷等设计中是非常有意义的。 另 外，我国是太阳灶的最大生产国。太阳灶利用太阳的辐射，直 接将太阳的辐射转换为供人们 炊事使用的热能。每个太阳灶每年可节 约300 千克标准煤。在建筑节能中存在着一种表面化现象。即简单地以能耗费用作为节能标志。只看建筑运 行的一次能耗形式，不考虑这种能耗形式在制造、以及转换过程的 总能耗。譬如，冰蓄冷技 术。不仅在它的设备制造中材料提炼、加工需要能耗， 在

15、其运行中由电到冰、由冰到冷的能 量转换过程中都存在着能耗。因而，表面 的舒缓高峰电力和电费开支的多少，并不意味着资 源消耗的节省。太阳能利用是建筑节能的必然趋势 目前，全球建筑物自身能耗约占世界总能耗的三分之 一左右。因此，建筑应该是 主要的节能领域。 节能，就是探讨如何最大限度地减少能量浪 费。从使用能源的目的和方式进行划 分，节能可以分成直接节能，广义节能和潜在节能三种 类型。 直接节能，指的是减少不合理的需求来节约能耗。例如，白天关路灯，风管少 漏风， 下雨不浇花。一句话，直接节能就是根本不应该消耗的能源坚决不消耗。 广义节能，则是指 在满足需要的前提下提高能源的利用率，从而减少应该耗费

16、的 那部分能源的消耗。例如，空 气热回收设备的利用，保温墙体材料的应用，光照度的 合理调控，生活用水的“二次利用” 等。 潜在节能，是把能够利用的能源尽可能地利用起来。例如，美国有些建筑利用公 共走 廊地毯下安装的踏板，将人体走路时的重力作用带动发电机的中心轴，解决走廊 等的照明。 在可以预期的将来，潜在节能将有极大的发展。2. 2太阳能光利用技术光合作用：光合作用 ：在多种酶的 催化下，绿色植物吸收 太 阳 的 光 能 ， 把 CO2 和 H2O 合成有机物，同时释 放氧气的过程。 太阳能光电化学电池 太阳能光伏电池。太阳能光电化学电池： 太阳能光电化学电池：利用N型二氧化钛半导体电极为阳极，以铂作阴极，制成的太阳能光电化学电池，在太 阳光照射下，阴极产生氢气，阳极产生氧气，两电极用导线连 接便有电流通过。既实现制氢、 有可获得电能，但制氢效率非常低（0.4%）， 且只能吸收太阳光中的紫外线和近紫外线，电 极容易受腐蚀，性能不稳定。 以光电化学效应原理工作的太阳能