第四章太陽能.ppt

1、第四章揭示太陽能、地?zé)崮堋⒂篮銊恿υ催h(yuǎn)古的奧秘，1太陽能，太陽向地球大氣層放射的能量只是其總放射能(約3.75l026 W )的22億分之一，但已經(jīng)是1.731017 W太陽每秒向地球放射的能量太陽能也有兩個(gè)主要缺點(diǎn)。 一是能量流密度低；二是其強(qiáng)度受到各種因素的影響，無法維持常數(shù)。 太陽能利用、太陽能利用主要包括太陽能熱利用和太陽能光利用。 太陽能利用：太陽能熱水暖氣制冷太陽能干燥農(nóng)副產(chǎn)品，生藥和木材太陽能淡化海水太陽能發(fā)電等太陽能利用：太陽能發(fā)電和太陽能制氫。 各種發(fā)電方法的大氣污染物發(fā)生率(g/Kw.h )、一日照一、太陽結(jié)構(gòu)、太陽是灼熱的氣體球體，主要構(gòu)成氣體：氫(80% )、氦(19%

2、 )。 太陽外面是光球?qū)樱瑴囟仁?762K。 從現(xiàn)在的太陽產(chǎn)生原子能的速度來推算的話，那個(gè)氫的儲量可以維持600億年。 地球上每年接受的太陽能相當(dāng)于現(xiàn)在地球上每年燃燒的固液氣燃料的3.5萬倍。 因此，太陽能的研究、開發(fā)和利用成為人類科學(xué)技術(shù)永恒的話題。 太陽結(jié)構(gòu)的形象，向地球輻射的太陽能，太陽是一個(gè)具有多層不同波長輻射和吸收的輻射體，二、太陽常數(shù)(Isc )是平均日地距離時(shí)在地球大氣層外，垂直于太陽輻射傳播方向的單位面積，單位時(shí)間內(nèi)接收的太陽輻射能。 一年中第n天的大氣層外與放射方向垂直的日照：日照光譜分布： 0.2-4.0m放射強(qiáng)度的最大值： 0.47-0.5m，二、到達(dá)地面的日照，直射：從

3、日照方向直接的部分放射。 擴(kuò)散：被大氣反射散射后方向發(fā)生變化的部分的日照。 到達(dá)地面的日照主要受到大氣層的影響，大氣狀況和大氣質(zhì)量也會影響到達(dá)地面的日照。 太陽輻射通過大氣層的路程長度與太陽輻射的方向有關(guān)。 太陽直射的大氣透過率： a0、a1、k可見性為2.5m的標(biāo)準(zhǔn)大氣常數(shù)。 可通過4種氣候類型進(jìn)行修正：氣候修正系數(shù)：熱帶、中緯度夏天、副極帶夏天、中緯度冬天、沿輻射垂直平面上的晴天到達(dá)地面的太陽直射晴天到達(dá)水平面上的太陽直射：擴(kuò)散透射率：擴(kuò)散透射率與直線透射率的關(guān)系： 3太陽能利用技術(shù)，太陽內(nèi)部發(fā)生的高溫核聚變反應(yīng)由氫到氦關(guān)于太陽照射地球陸地的能量，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的開發(fā)利用只有不到千分之一。

4、人們直接利用太陽能主要出現(xiàn)在三個(gè)技術(shù)領(lǐng)域：光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換、光化學(xué)轉(zhuǎn)換。 一、太陽能利用，一、太陽能集熱器太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能的裝置有太陽能利用的核心裝置聚光和非聚光兩種，(一)平板集熱器：不聚光，吸收太陽輻射的面積與聚集太陽輻射的面積相等，可以利用太陽的直射成分和擴(kuò)散成分。 吸收太陽輻射的面積等于收集太陽輻射的面積，可以利用太陽的直射和擴(kuò)散輻射。 入射的日照透過蓋層到達(dá)吸收器，被表面吸收，傳遞到通道內(nèi)的流體。平板集熱器吸熱體：吸收太陽能，加熱內(nèi)部流體的透明蓋板：減少集熱板和環(huán)境之間的散熱保溫材料：防止向集熱器周圍散熱的情況：集熱器的骨架現(xiàn)在主要的技術(shù)方向：減少集熱器的熱損失，涂層材料的改良

5、，應(yīng)用真空技術(shù)，a，將小型平板集熱器抽真空的圓筒形熱交換器被裝入真空管，(2)由聚光器、接收器、跟蹤系統(tǒng)構(gòu)成的自然光經(jīng)由聚光器會聚到吸收器，對吸收器中的聚熱介質(zhì)進(jìn)行加熱的聚光型聚光器跟蹤系統(tǒng)，根據(jù)太陽的方位隨時(shí)調(diào)節(jié)聚光器的位置，以使聚光器的開口面與入射太陽光垂直。 為了更有效地利用太陽能，需要提高入射日光的能量密度，在較小的集熱面集熱，得到較高的集熱溫度，減少散熱損失，通過特殊的反射鏡或折射器將太陽聚光在特定位置的吸收器表面，提高吸收器上的能量流密度，得到高溫，熱損失太陽熱利用、聚光器：聚光太陽光的光學(xué)部件、成像聚光器在聚光器上形成太陽像。 追隨太陽，要求精度的非成像聚光器：在吸收器中產(chǎn)生太陽

6、像，來自太陽的輻射分布于吸收器的各部分面積的聚光比：聚光器面積(Aa )為一定時(shí)，提高聚光比，有助于改善熱性能，接收器，吸收太陽輻射變換為其他能量的部件吸收器：圓板長吸收器追蹤太陽，經(jīng)常與太陽光平行，太陽光聚集在一條直線上的帽絕熱構(gòu)造，2，太陽能熱水器，太陽能熱水器20年代在美國西南部地區(qū)流行。 在美國北部，每平方米的太陽能接收機(jī)每6個(gè)月能節(jié)省30.5升的熱氣用汽油和215kWh的電力。 太陽能集熱器工作原理圖，用途：生活用水工業(yè)生產(chǎn)過程用水低溫?zé)釀恿ρb置的熱源太陽能熱水系統(tǒng)：集熱器蓄熱裝置循環(huán)管路控制設(shè)備輔助能源和工程循環(huán)泵，分類水的流動方式，循環(huán)式：自然循環(huán)式：熱虹吸原理，回路中循環(huán)強(qiáng)制循

7、環(huán)式：水泵頭水循環(huán)加熱直流式：水直接流動結(jié)構(gòu)簡單，低成本集熱器中不流水，用熱量升溫后直接使用。 自然循環(huán)式溫水系統(tǒng)、強(qiáng)制循環(huán)溫水系統(tǒng)、直流式溫水系統(tǒng)、3、太陽能暖氣、主動式：以太陽能集熱器和相應(yīng)蓄熱裝置為熱源被動式：以建筑物構(gòu)造自身利用太陽能達(dá)到暖氣的目的太陽能建筑被動式太陽房：白天蓄熱吸收太陽輻射、多馀熱，夜間以自然對流散熱。 日光被涂黑的南壁吸收，蓄積，三明治有通氣孔，暖氣流通采用雙層玻璃防止散熱的能動型太陽房：備有輔助能量，可以主動調(diào)節(jié)，暖氣系統(tǒng)比較完善。 水泵、集熱回路有熱水、太陽能房的工作原理示意圖，4 .利用太陽能爐，利用集光系統(tǒng)將太陽能輻射集中在一個(gè)小面積上，得到高溫設(shè)備。 因?yàn)?/p>

8、太陽爐沒有雜質(zhì)，所以能得到3500的高溫。 世界上第一個(gè)太陽穴的設(shè)計(jì)師是法國人穆肖。 我國第一個(gè)太陽穴是1956年在上海誕生的。 目前，全國太陽穴保有量達(dá)30萬臺，已成為世界上最普及的太陽穴國家。 聚光式：中國最常用，熱效率50%，功率1.0kw反射鏡面材料：鍍銀玻璃，鋁聚酯薄膜，竹編鋁箔(印度)世界最大的直角太陽爐聚光器，9500片45cm*45cm背面鍍銀的平面結(jié)合排列成拋物面形狀截止到1974年，世界上已經(jīng)建成了25臺大型太陽能蒸餾器。 天花板式太陽能蒸餾器利用溫室效應(yīng)：太陽光透過天花板玻璃照射到黑色池底后放射能變成熱能，海水蒸發(fā)，上升到天花板玻璃后變成水珠，沿著斜面下降。 注入淡水槽，

9、海水中的鹽分濃集到池底。 5、太陽能干燥機(jī)、太陽能集熱器加熱，使材料中的水分蒸發(fā)和排濕，達(dá)到要求的干燥程度。 70年代以后，世界上建設(shè)了太陽能干燥裝置。 1976年至1986年，我國各地建立了60臺左右的太陽能干燥器。 溫室型：與花卉溫室相似，直接接受太陽能輻射。 集熱器類型：集熱器和干燥室分開。 空氣集熱器將空氣加熱到一定溫度后送入干燥室。 集熱器-溫室型：集熱器和溫室一體化。 (6)太陽能制冷空調(diào)，1960年，世界上第一個(gè)太陽能氨一水吸收式空調(diào)系統(tǒng)在美國建設(shè)的70年代以后，中國也開始太陽能制冷和空調(diào)研究，開發(fā)了幾個(gè)小型實(shí)驗(yàn)性制冰機(jī)。 太陽能制冷利用太陽能發(fā)電，利用電能制冷，利用太陽能集熱器

10、提供的熱能，啟動冷凍系統(tǒng)的太陽能吸收式冷凍系統(tǒng)一般以LiBr-H2O和氨水為工作介質(zhì)，(7) 將太陽能發(fā)電轉(zhuǎn)換為熱能太陽能熱動力發(fā)電的分散型：將拋物面聚光器配置成多個(gè)組，將聚光器串聯(lián)和并聯(lián)連接，滿足必要的供熱溫度。 集中型：由平面鏡、跟蹤機(jī)構(gòu)、支架等組成的螺旋儀陣列，螺旋儀經(jīng)常與太陽對準(zhǔn)，反射到以入射光為中心的塔頂接收器。 太陽能動力發(fā)電、太陽能發(fā)電原理2、蓄熱器3-蒸汽渦輪4-發(fā)電機(jī)5-冷凝器、6、泵7-定日器8-接收機(jī)在結(jié)構(gòu)上與一般火力發(fā)電站相比，只是將鍋爐置換為太陽能集熱器。 集熱系統(tǒng)需要很高的溫度。 聚光集熱器：平面鏡(反射太陽光)分散配置曲面聚光(串并聯(lián))。 2太陽光利用、太陽光光電

11、轉(zhuǎn)換用光電器件將太陽光直接轉(zhuǎn)換為電能。 利用光電效應(yīng)將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的器件也稱為光電池。 太陽能電池1954年生于美國貝爾研究所，1958年作為“先鋒1號”人造衛(wèi)星的電源。 常用的電池按材料分為結(jié)晶硅電池、硫化鎘電池、硫化銻電池、砷化鎵電池、非晶硅電池、硒銦銅電池、疊層串聯(lián)電池等。 單晶硅電池的光電轉(zhuǎn)換效率在實(shí)驗(yàn)室已達(dá)到24.2%，在工廠規(guī)模已達(dá)到12%。 多晶硅電池效率達(dá)到12%，成本為單晶硅的70%。 砷化鎵的轉(zhuǎn)換效率為18%，但價(jià)格很高。 太陽能電池的結(jié)構(gòu)原理圖、典型的太陽能電池的結(jié)構(gòu)、各種材料吸收的太陽能光譜不同，可以串聯(lián)連接不同材料的電池，利用太陽能，提高太陽能電池的效率。

12、 太陽能電池重量輕，無活動部件，使用安全。 小型的電源，也可以組合在大型的電站。 太陽能汽車、太陽能帆船、太陽能自行車、太陽能飛機(jī)相繼問世，而人類最具魅力的就是所謂的宇宙太陽站。 宇宙太陽能發(fā)電站的建設(shè)確實(shí)徹底改善了世界能源狀況，人類期待著這一天的到來。 空間太陽能發(fā)電，科學(xué)家設(shè)想的2個(gè)方案是建設(shè)太陽能發(fā)電衛(wèi)星，在衛(wèi)星上利用太陽能發(fā)電。 以月球?yàn)榛?，建設(shè)太陽能發(fā)電站的兩個(gè)構(gòu)想都是在地球的外層空間利用太陽能發(fā)電，通過微波和激光能束轉(zhuǎn)換為電能。太陽能電池應(yīng)用的主要領(lǐng)域，一般用戶的太陽能電池：交通領(lǐng)域：通信/通信領(lǐng)域：石油、海洋、氣象領(lǐng)域的太陽能建筑等領(lǐng)域，(1)與汽車配套：太陽能汽車/電動汽車、

13、電池充電設(shè)備、汽車空調(diào)、換氣扇、冷凍庫等，(2)太陽能制氫燃料電池的再生發(fā)電3、太陽光化學(xué)轉(zhuǎn)換、太陽能的起點(diǎn)是太陽中心的熱核聚變。 太陽能傳遞給地球的能量只利用了一小部分。 因?yàn)槿藗兛梢灾苯永玫奶柲苤挥姓彰骱团瘹?，更多的太陽能是?jīng)過形態(tài)的變化而被利用的。 植物通過光合作用，可以把太陽光轉(zhuǎn)化成各種各樣的養(yǎng)分。 只有綠色植物才能從太陽能中直接汲取能量。 綠色植物轉(zhuǎn)換太陽能的效率為0.1-5%。 4、太陽能的儲存和輸送，鹽水暴露在陽光下，湖底的溫度越來越高，很難通過湖水再放熱。 科學(xué)家們認(rèn)為可以利用鹽水湖來儲存太陽能。 美國科學(xué)家計(jì)劃首次在美國建造太陽能儲存工程，收集夏天的太陽能在冬天使用。 厚

14、粘土層作為儲藏太陽能的物質(zhì)，地下基巖和地下洞窟內(nèi)的水源是良好的儲藏物質(zhì)。 太陽能儲存，太陽能儲存：潛熱儲存化學(xué)儲存熱塑晶體儲存太陽能電池儲存熱氫儲存能源儲存能源儲存能源儲存，太陽能資源及其開發(fā)利用特征太陽壽命至少在目前的技術(shù)發(fā)展水平上，部分太陽能利用已經(jīng)具有經(jīng)濟(jì)性。 3地?zé)崮茉?、地球?nèi)部埋藏的能源、一、地?zé)豳Y源、一、地?zé)岬脑吹厍蛟?jīng)是熱的行星，處于漫長的地質(zhì)年代。 其中，地球表面逐漸冷卻，內(nèi)部仍保持著大量熱能的地球內(nèi)部放射性元素不斷蛻變，這種化學(xué)反應(yīng)不斷釋放出能量。 地核與地表之間有很大的溫差，傳導(dǎo)速度很慢。 每下降一百米，溫度就上升二到三度。 地?zé)崮茉词锹癫卦诘厍騼?nèi)部的熱能。 地?zé)嵫h(huán)、2、

15、地?zé)豳Y源類型、熱水類型：以水為主體的對流水熱系統(tǒng)，主要形式是地層淺表埋藏的熱水或露出地表的溫泉。 接近室溫的達(dá)到390度。 蒸汽類型：以蒸汽為主體的對流水熱系統(tǒng)，以作為溫度高的干蒸汽或過熱蒸汽存在的地下蓄熱為主。 只占已經(jīng)查明的地?zé)豳Y源總量的0.5%左右。 壓型：關(guān)于深沉積巖的高鹽熱水，被不透水的頁巖包圍的150-260。 干熱巖：位于地下數(shù)千米，廣泛存在不含水分(或含少量蒸汽)的熱巖層，溫度為150-650。 巖漿型： 650-1200熔巖和半熔漿。 二、地?zé)崮艿睦谩?00400發(fā)電及綜合利用150200工業(yè)熱加工、干燥、制冷100150暖氣、干燥、脫水加工50100溫室、暖氣、家庭用溫水

16、2050沐浴、孵魚卵、家畜飼養(yǎng)、加溫土壤、1安裝機(jī)容量2.5萬kw、累計(jì)發(fā)電4億kw。 與以往的電站相比，減少污染物有占地面積遠(yuǎn)小于其他形式的電站的優(yōu)點(diǎn)。 (1)地?zé)岚l(fā)電的形式，地?zé)嵴羝苯影l(fā)電：去除雜質(zhì)，將蒸汽送入燃?xì)廨啓C(jī)，啟動發(fā)電機(jī)。 地?zé)嵴羝l(fā)電系統(tǒng)：利用地?zé)嵴羝苿悠啓C(jī)運(yùn)行，產(chǎn)生電能。 本系統(tǒng)技術(shù)成熟，運(yùn)行安全可靠，是地?zé)岚l(fā)電的主要形式。 地?zé)嵴羝l(fā)電系統(tǒng)、中間介質(zhì)法地?zé)岚l(fā)電：選擇低沸點(diǎn)的中間介質(zhì)容易氣化，用這種氣體推進(jìn)渦輪發(fā)電。雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)：以低沸點(diǎn)有機(jī)物為工程，工程在流動系統(tǒng)中從地?zé)崃黧w中獲得熱量，產(chǎn)生有機(jī)質(zhì)蒸汽，使汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，使發(fā)電機(jī)發(fā)電。雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、擴(kuò)張法地?zé)岚l(fā)電：當(dāng)?shù)責(zé)崴疁囟鹊汀⒄羝可贂r(shí)，需要提高蒸汽能力。 地下溫水被抽出后，迅速進(jìn)入擴(kuò)大容積的裝置，降低壓力，加速氣化。 全流發(fā)電系統(tǒng)：本系統(tǒng)將地?zé)峋诘乃辛黧w，包括所有的蒸汽、熱水、非凝結(jié)氣體以及化學(xué)物質(zhì)等，不經(jīng)處理直接輸送到全流動力機(jī)械進(jìn)行膨脹工作，然后排放或收集到冷凝器中。 這種形式可以利用地?zé)崃黧w的所有能量，但技術(shù)上存在一定的困難，仍在攻關(guān)