物理高新技術(shù)-新能源-太陽能

1.概論

2.太陽集熱器

3.太陽熱水器

4.太陽灶

5.太陽房

6.太陽能干燥

7.太陽能溫室

8.太陽能制冷與空調(diào)

9.太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)

10.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)

11.太陽能技術(shù)發(fā)展趨勢內(nèi)容提要1太陽常數(shù)：在地球大氣外面正對著太陽的1m2面積上，每分鐘接受的太陽的能量，1367W1概論（Introduction）1.1太陽和太陽能太陽的能量：每年到達(dá)地球表面上的太陽輻射能約相當(dāng)于130萬億噸煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源。2第一階段：1615-1900年，1615年的第一臺太陽能抽水泵。價格昂貴其次階段：1901-1920年，世界將太陽能作為探討的重點(diǎn)，主攻太陽能動力裝置，最大輸出功率74KW第三階段：1921-1945年，太陽能開發(fā)的低潮，化石燃料大規(guī)模應(yīng)用第四階段：1946-1965年，太陽能基礎(chǔ)理論和材料的探討第五階段：1966-1973年，低潮，投資大，技術(shù)不成熟第六階段：1973-1980年，中東斗爭爆發(fā)，石油價格上漲，太陽能探討列入各國發(fā)展支配第七階段：1981-1991年，潮落，石油價格回落，500KW電站20多座第八階段：1992-至今，化石能源的環(huán)境危害，光伏發(fā)電高度發(fā)展。1.2太陽能利用的歷史3光熱利用：平板式集熱器，真空管式集熱器，聚焦型集熱器太陽能發(fā)電：光-熱-電轉(zhuǎn)換，光-電轉(zhuǎn)換光化作用：將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，例如將水分解制氫光生物利用：光能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能，速生植物、油料作物、巨型海藻等。1.3太陽能利用方式452太陽集熱器2.1概論太陽集熱器定義：吸取太陽輻射并將產(chǎn)生的熱能傳遞到傳熱工質(zhì)的裝置。

它是太陽能熱利用系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。62.2平板型集熱器結(jié)構(gòu)示意圖：234平板型集熱器構(gòu)造示意圖11-透亮蓋板，2-吸熱板，3-隔熱層，4-外殼，5-流體通道572.2平板型集熱器吸熱板的基本類型I）管板式II）扁盒式III）翼管式吸熱板的類型：I）管板式，國內(nèi)外運(yùn)用較普遍II）扁盒式，焊接難度大 III）翼管式，材料用量大，工藝較困難Ⅳ）蛇管式，流體阻力大Ⅳ）蛇管式8最大限度地吸取太陽輻射并能將其轉(zhuǎn)化成熱能，呈現(xiàn)深色。分選擇性和非選擇性吸取涂層。2.2平板型集熱器吸熱板上的涂層（關(guān)鍵）：各種方法制備的選擇性吸收層的發(fā)射率

制備方法涂層材料舉例發(fā)射率噴涂方法硫化鉛、氧化鈷、氧化鐵、鐵錳銅氧化物0.3-0.5化學(xué)方法氧化銅、氧化鐵0.18-0.32電化學(xué)方法黑鉻、黑鎳、黑鈷、鋁陽極氧化0.08-0.2真空蒸發(fā)方法黑鉻/鋁、硫化鉛/鋁0.05-0.12磁控濺射方法鋁-氮/鋁-氮-氧/鋁、鋁-碳-氧/鋁、不銹鋼-碳/鋁0.04-0.09平板型集熱器的缺點(diǎn)：熱傳導(dǎo)-底部和側(cè)面隔熱層對流傳熱-吸熱板與透亮蓋板之間的空氣輻射傳熱-吸熱板與透亮蓋板之間；透亮蓋板與天空之間9

熱管式工質(zhì)熱容小，啟動快，干性連接，易安裝全玻璃真空管集熱器2.3真空管太陽集熱器將吸熱體與透亮蓋板之間的空間抽成真空熱管式真空管集熱器1345621-內(nèi)玻璃管，2-外玻璃管，3-選擇性吸取涂層，4-真空，5-彈簧支架，6-消氣劑12384567

1-熱管冷凝段，2-金屬封蓋，3-玻璃管，4-金屬吸熱板，5-熱管蒸發(fā)段，6-彈簧支架，7-蒸散型消氣劑，8-非蒸散型消氣劑102.4太陽池定義：是一種鹽的濃度隨深度增加而增加的鹽水池，更精確地說，是具有鹽度梯度的水池。由于濃度較大的鹽水密度也較大，因此只要池內(nèi)鹽水的濃度梯度足夠大，即使在下部溫度高于上部溫度時，池水也不會發(fā)生對流，所以太陽池也稱為無對流的鹽水池。太陽池的構(gòu)成上層對流區(qū)無對流區(qū)下層對流區(qū)太陽池可以利用自然現(xiàn)象，即自然界中存在的一些具有鹽度梯度的湖泊。是一種特殊形式的自然集熱器。11太陽池的能量利用方法：在池底布置熱交換器，工質(zhì)在泵的作用下進(jìn)入熱交換器，從太陽池底部吸取能量，溫度提高后流出。利用池內(nèi)的密度梯度實(shí)現(xiàn)分層流淌，從下層對流區(qū)的一端抽取熱的池水，在池外的熱交換器中放出熱能，溫度降低后再從另一側(cè)返回池的底部。太陽池的應(yīng)用形式：供暖、鹽水淡化、制鹽及太陽能熱發(fā)電等方面。123太陽熱水器太陽熱水器由集熱器、儲熱水箱、循環(huán)水泵、管道、支架、限制系統(tǒng)及相關(guān)部件等組成。太陽熱水器的儲熱水的量在0.6t以下為家用太陽熱水器，0.6t以上則為太陽熱水系統(tǒng)或太陽熱水工程。1891年美國馬蘭里州的肯普獨(dú)創(chuàng)第一臺太陽能熱水器13４太陽灶太陽灶是利用太陽輻射能，通過聚光、傳熱、儲熱等方式獲得能量，進(jìn)行烹飪食物的一種方式。一臺截光面積為2m2的聚光太陽灶，每年可以節(jié)約約1t的農(nóng)作物秸稈。我國目前已經(jīng)推廣應(yīng)用的太陽灶有30萬臺。太陽灶的性能和結(jié)構(gòu)類型：具有確定的高溫，耐候性能，距離可調(diào)性，與人體保持確定的距離。箱式太陽灶：食物蒸煮、烘烤。聚光太陽灶：可獲得500℃左右的高溫綜合型太陽灶：箱式和聚光型的結(jié)合145太陽房5.1概述利用太陽能進(jìn)行采溫煦空調(diào)的環(huán)保型生態(tài)建筑，必需具有幫助熱源，包括煤、氣、油或電能。5.2太陽房的原理和類型基本上分為：主動太陽房、被動太陽房和熱泵式太陽能采暖系統(tǒng)

15被動太陽房的類型166太陽能干燥6.1太陽能干燥的基本原理使被干燥的物料，或者干脆吸取太陽能并將其轉(zhuǎn)化為熱能，或者通過太陽集熱器所加熱的空氣進(jìn)行對流患熱而獲得熱量，再經(jīng)過物料表面與物料內(nèi)部之間的傳熱、傳質(zhì)過程，使物料中的水分逐步汽化并擴(kuò)散到空氣中去的過程。176.2太陽能干燥系統(tǒng)的分類187太陽能溫室溫室效應(yīng)：就是太陽光透過透亮材料進(jìn)入溫室內(nèi)部空間，使進(jìn)入溫室的太陽輻射能大于溫室向四周環(huán)境散失的熱量，這樣溫室內(nèi)的空氣、土壤、植物的溫度就會不斷上升，這種過程叫做“溫室效應(yīng)”。太陽能溫室：就是依據(jù)溫室效應(yīng)的原理加以建立的人工暖房，以滿足植物生長對溫度的要求。198太陽能制冷與空調(diào)太陽能制冷是利用太陽輻射熱作動力來驅(qū)動制冷裝置工作。太陽能空調(diào)的優(yōu)點(diǎn)太陽能空調(diào)主要以吸取式制冷為主，運(yùn)用LiBr為介質(zhì)，無臭、無毒、無害，特殊環(huán)保吸取式制冷機(jī)制運(yùn)用功率很小的屏蔽泵，運(yùn)行安靜、噪聲低。同一套太陽能吸取式空調(diào)系統(tǒng)，可以夏季制冷、冬季采溫煦其他季節(jié)供應(yīng)熱水等三種功能，一機(jī)多用，四季常用由于越是太陽輻射強(qiáng)的時候，越須要制冷，其制冷實(shí)力也越強(qiáng)。太陽能空調(diào)的現(xiàn)階段局限性太陽能空調(diào)以及集熱器的造價高。自然條件下，某些地區(qū)太陽能輻照密度不高，使集熱器采光面積與空調(diào)建筑面積的配比受到限制。已處在好用化示范階段，都是適合于單位的中心空調(diào)，小型的制冷裝置尚未完全開發(fā)。209太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)工作原理與火力發(fā)電系統(tǒng)的工作原理基本相同，根本區(qū)分是熱源不同，主要以太陽能為熱源?；鹆Πl(fā)電熱源：煤炭、石油、自然氣等化石燃料?；鹆Πl(fā)電：將煤炭、石油和自然氣等燃料所得到的熱能變換成機(jī)械能，再帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電能的發(fā)電方式。2110太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)10.1概述通過太陽能電池將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電系統(tǒng)，稱為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行方式可分為離網(wǎng)運(yùn)行和聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行兩大類。離網(wǎng)運(yùn)行適用于遠(yuǎn)離公共電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)和無電地區(qū)：偏僻農(nóng)村、牧區(qū)、海島、高原、沙漠的農(nóng)牧漁民等；通信中繼站、沿海與內(nèi)河航標(biāo)、輸油輸氣管道陰極疼惜、氣象電臺、馬路道班以及邊防哨所等。聯(lián)網(wǎng)發(fā)電：是光伏發(fā)電的主流趨勢，市場廣袤，前景迷人。第一個太陽電池1954年產(chǎn)生于美國貝爾試驗(yàn)室，1958年被用作“先鋒1號”的電源上了天。這種電池使人造衛(wèi)星的電源可平安工作20年之久。2210.2太陽能電池1.太陽能電池及其分類同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)和肖特基太陽能電池（按結(jié)構(gòu)分）

232.太陽能電池的工作原理、特性及制造方法太陽能電池工作原理太陽能電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體p-n結(jié)的光生伏打效應(yīng)，即物體受到光照時，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變更而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng)。當(dāng)太陽光或其他光照射半導(dǎo)體p-n結(jié)時，就會在p-n結(jié)的兩端出現(xiàn)電壓（光生電壓），使p-n結(jié)短路就會產(chǎn)生電流。242.太陽能電池的工作原理、特性及制造方法太陽能電池的制造方法：電池都有P-N結(jié)。P型區(qū)上的接點(diǎn)為正極，N型區(qū)上的接點(diǎn)為負(fù)極。在硅片底下加金屬底板成下電極（正極）；在硅片上部設(shè)有柵格形線網(wǎng)，并用金屬連接形成上電極（負(fù)極）。柵線接觸是為了降低N型區(qū)的串聯(lián)電阻。太陽光N接點(diǎn)P接點(diǎn)負(fù)荷P型硅片N型硅片硅太陽電池基本結(jié)構(gòu)硅太陽電池單體在最佳負(fù)荷狀態(tài)的工作電壓約為0.4-0.5V。通常太陽能電池由多個單元電池串并聯(lián)，并配有蓄電池和疼惜電路。2511太陽能技術(shù)發(fā)展趨勢1.將來太陽能發(fā)展的集中式方式把地球宏觀地看作是一個大的能源體系。太陽能在地球表面不同點(diǎn)的分布是不相同的，通過高效遠(yuǎn)距離輸送能量，明顯可以解決太陽能分布不均的問題。----源于超導(dǎo)材料的發(fā)展2.將來太陽能發(fā)展的分散式方式很多發(fā)展中國家也