太陽能光熱系統(tǒng)

太陽能

光熱系統(tǒng)沈陽工程學(xué)院劉莉瑩第一章概論一.能源的概念能源：能量資源或能源資源，是自然界中能為人類提供某種形式能量的物質(zhì)資源。

可產(chǎn)生各種能源（如熱量、電能、光能和機(jī)械能等）或可做功的物質(zhì)的統(tǒng)稱。

二.能源的分類能源的分類地球上的能量來源使用類型能否再生獲得的方法能否作為燃料對環(huán)境的污染情況能否流入商品流通領(lǐng)域形態(tài)特征或轉(zhuǎn)換與應(yīng)用的層次(一)按地球上的能量來源對能源分類1.來自地球外部天體的能源。有直接來自太陽直接照射到地球的光和熱能，還有間接地來自太陽的能源,常見的煤炭、石油、天然氣，以及生物質(zhì)能、水能、海洋熱能和風(fēng)能等。2.地球本身蘊(yùn)藏的能量。其中一種是地球內(nèi)部蘊(yùn)藏著的地?zé)崮?，常見的地下蒸汽、溫泉、火山爆發(fā)的能量都屬于地?zé)崮?。另一種是地球上存在的鈾、釷、鋰等核燃料所蘊(yùn)有的核能。3.地球和其他天體相互作用而產(chǎn)生的能量。太陽和月亮等星球?qū)Υ蠛５囊绷λa(chǎn)生的漲潮和落潮所擁有的巨大潮汐能。(二)按使用類型對能源分類

1.常規(guī)能源（傳統(tǒng)能源）。已被人類利用多年，目前仍在大規(guī)模使用的能源。如水能、生物能、煤炭、石油、天然氣等。占全部能源生產(chǎn)消費(fèi)總量的90％以上。2.新能源（非常規(guī)能源、替代能源）。近若干年來開始被人類利用（如太陽能、核能）或過去已被利用現(xiàn)在又有新的利用方式（如風(fēng)能）的能源。1.可再生能源?？砷L期提供或可再生的能源（10%左右）例：水能、風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?、潮汐能等?.不可再生能源。一旦消耗就很難再生的能源（90%左右）例：煤炭、石油、天然氣等。(三)按能否再生對能源分類(四)按獲得的方法對能源分類1.一次能源（天然能源）。是指直接取自自然界、而不改變它的形態(tài)的能源。它又分為可再生能源和非再生能源。例：泥煤、褐煤、煙煤、無煙煤、石油、天然氣、植物秸桿、水能、風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?、核能、海洋能等?.二次能源（人工能源）。是指一次能源經(jīng)人為加工成另一種形態(tài)的能源。例：汽油、水電、蒸汽、煤氣、焦炭、沼氣等。(五)按能否作為燃料對能源分類1.燃料型能源。包括煤炭、石油、天然氣、泥炭、木材等。2.非燃料型能源。包括水能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能等?六)按對環(huán)境的污染情況對能源分類1.清潔能源。使用時(shí)對環(huán)境沒有污染或污染小的能源。例：水能、風(fēng)能、太陽能以及核能等。2.非清潔能源。對環(huán)境污染較大的能源。例：煤炭、石油等。1.商品能源。凡能進(jìn)入市場作為商品銷售的能源。例：煤、石油、天然氣和電等。2.非商品能源。主要指薪柴、秸稈等農(nóng)業(yè)廢料和人畜糞便等就地利用的能源。(七)按能否進(jìn)入商品流通領(lǐng)域?qū)δ茉捶诸?八)按形態(tài)特征或轉(zhuǎn)換與應(yīng)用的層次對能源分類世界能源委員會(huì)推薦的能源類型分為：固體燃料、液體燃料、氣體燃料、水能、電能、太陽能、生物能、風(fēng)能、核能、海洋能和地?zé)崮?。前三類統(tǒng)稱化石燃料或化石能源。按使用類型分按性質(zhì)分按一、二次能源分一次能源二次能源常規(guī)能源燃料型能源泥煤（化學(xué)能）、褐煤（化學(xué)能）、煙煤（化學(xué)能）、無煙煤（化學(xué)能）、石煤（化學(xué)能）、油頁巖（化學(xué)能）、油砂（化學(xué)能）、原油（化學(xué)能）、天然氣（化學(xué)能、機(jī)械能）、生物燃料（化學(xué)能）、天然氣水合物（化學(xué)能）煤氣（化學(xué)能）、焦炭（化學(xué)能）、汽油（化學(xué)能）、煤油（化學(xué)能）、柴油（化學(xué)能）、重油（化學(xué)能）、液化石油氣（化學(xué)能）、丙烷（化學(xué)能）、甲醇（化學(xué)能）、酒精（化學(xué)能）、苯胺（化學(xué)能）、火藥（化學(xué)能）非燃料型能源水能（機(jī)械能）電（電能）、蒸汽（熱能、機(jī)械能）、熱水（熱能）、余熱（熱能、機(jī)械能）新能源燃料型能源核燃料（核能）沼氣（化學(xué)能）、氫（化學(xué)能）非燃料型能源太陽能（輻射能）、風(fēng)能（機(jī)械能）、地?zé)崮埽崮埽?、潮汐能（機(jī)械能）、海洋溫差能（熱能、機(jī)械能）、海流、波浪動(dòng)能（機(jī)械能）激光（光能）

表1-1能源的分類能源問題閱讀課文，討論下列問題：1、能源、一次能源、二次能源下列屬于一級能源的是：屬于二級能源的是：A風(fēng)能B電能C氫能D陽光E天然氣ADEBC能源：能提供能量的自然資源一次能源：來自自然界未經(jīng)轉(zhuǎn)化的能源。二次能源：一級能源經(jīng)過轉(zhuǎn)化得到的能源形式。課堂練習(xí):1、下列哪組物質(zhì)屬于不可再生能源?(

)A、風(fēng)能、核能、太陽能B、煤、沼氣、石油

C、石油、天然氣、煤D、太陽能、地?zé)崮?、使用時(shí)不會(huì)給環(huán)境帶來污染的能源稱為清潔能源.下列屬于清潔能源的是()A.煤炭B.木炭C.太陽能D.核能CC3、隨著社會(huì)的發(fā)展,能源需求越來越多,能源短缺成為阻礙社會(huì)發(fā)展的主要問題.在日常生活中我們都應(yīng)該節(jié)約身邊的能源,下列符合節(jié)約能源且安全的做法是()A.冬天門打開后未關(guān)好B.白天盡量采用自然光

C.用煤氣灶取暖D.每次只洗一件衣服

4、永久性解決人類對能源需求的根本方法是()A.改進(jìn)工藝,提高燃料的利用率.B.充分利用地球上的化石能源

C.盡可能減少能量的使用

D.依靠科學(xué)技術(shù)進(jìn)步,不斷開發(fā)新能源.BD5、市面上出售一種裝有太陽能電扇的帽子（如圖2所示）。在陽光的照射下，小電扇快速轉(zhuǎn)動(dòng)，能給炎熱的夏季帶來一絲涼意。該裝置的能量轉(zhuǎn)化情況是（）A．太陽能→電能→機(jī)械能B．太陽能→機(jī)械能→電能C．電能→太陽能→機(jī)械能 D．機(jī)械能→太陽能→電能A6．大量使用下列能源能造成空氣污染加劇的是（）A．化石能源 B．太陽能 C．風(fēng)能 D．核能A7、2009年世界環(huán)境日主題為“地球需要你：團(tuán)結(jié)起來應(yīng)對氣候變化”。世界自然基金會(huì)應(yīng)對全球氣候變化提出了“地球一小時(shí)”的倡議，希望個(gè)人，社區(qū)、企業(yè)和政府在每年3月最后一個(gè)星期六20：30一21：30熄燈一小時(shí)。下列應(yīng)對氣候變化的有關(guān)做法，不宜提倡的是（）

A．提高森林覆蓋率

B．大量使用煤、石油等化石燃料C．響應(yīng)“地球一小時(shí)”倡議D．開發(fā)新能源B太陽能利用基本形式太陽能利用的優(yōu)缺點(diǎn)第二章太陽和太陽能第二章太陽和太陽能太陽是距離地球最近的恒星，有磁場和自轉(zhuǎn)。直徑約140萬公里，相當(dāng)于109個(gè)地球直徑之和，是太陽系內(nèi)最大的天體，包含了太陽系將近98％的質(zhì)量，它的內(nèi)部則能容納超過130萬個(gè)地球。太陽內(nèi)部進(jìn)行著由氫聚變成氦的原子核反應(yīng)，不停的釋放出巨大的能量并向宇宙空間輻射，這就是太陽能。太陽能是最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風(fēng)能、潮汐能、水能都來自太陽能?？茖W(xué)家研究表明，太陽每小時(shí)輻射到地球的能量約為18萬兆瓦，相當(dāng)于燃燒90兆噸優(yōu)質(zhì)煤的熱量。太陽的基本參數(shù)Presentage年齡:4.5×109yearsLifeexpectancy預(yù)測年齡:10×109yearsDistancetoearth離地球距離:

Mean平均距離1.496×1011m=1.000AUAU（astronomicalunit）為天文單位Variation變化距離1.016735to0.98329AUDiameter(photosphere)直徑1.39×109mAngulardiameter(fromearth)光盤角度:9.6×10-3radians(弧度）Variation變量±1.7%Volume(photosphere):體積1.41×1027m3Mass質(zhì)量:1.987×1030kgComposition成份:

hydrogen73.46%helium24.85%oxygen0.77%carbon0.29%iron0.16%neon0.12%nitrogen,silicon,magnesium,sulfur,etc.<0.1%Density密度:

Mean平均14.1kg/m3Center中心1,600kg/m3Solarradiation太陽輻射:

entiresun整體3.83×1026Wunitareaofsurface密度6.33×107W/m2at1AU(i.e.thesolarconstant)在一個(gè)天文單位的密度1,367W/m2Temperature溫度:

Center中心15,000,000Ksurface(photosphere)光球6,050Kchromosphere4,300-50,000KCorona日冕800,000-3,000,000KRotation自轉(zhuǎn):

solarequator赤道26.8days30olatitude（緯度）28.3days60olatitude30.8days75olatitude31.8daysEnergysource能源:Rateofmassloss質(zhì)量消耗率:4.1×109

kg/s

太陽輻射穿過大氣層的情況70%到地表18%被吸收3%到散射到太空7%到散射到地面太陽與地球間的距離不是一個(gè)常數(shù)，因此，地球大氣層上界的太陽輻射強(qiáng)度隨日地間距離的不同而不同。太陽常數(shù)實(shí)際上，由于日地間距離很大（15000萬公里），其相對變化量很小，由此引起的太陽輻射強(qiáng)度的相對變化不超過3.4%，這就意味著地球大氣層外的太陽輻射強(qiáng)度幾乎是一個(gè)常數(shù)。我們使用“太陽（能)常數(shù)”來描述大氣層上界的太陽輻射強(qiáng)度。Page

35在日地平均距離時(shí)，地球大氣層上界垂直于太陽光線表面的單位面積單位時(shí)間內(nèi)所接收到的太陽輻射能。用Isc表示。參考值為Isc=（13677）W/m2任意時(shí)刻的太陽輻射強(qiáng)度太陽常數(shù)Page

36大氣層對