太阳能及资源分布

三类地区，为我国太阳能资源中等类型地区，年太阳能辐射总量为5000～ 5850MJ/㎡，相当于日辐射量3.8～4.5kW•h/㎡。这些地区主要包括山东、河 南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃 东南部、广东南部、福建南部、苏北、皖北、台湾西南部等地。
四类地区，是我国太阳能资源较差地区，年辐射总量4200～5000MJ/㎡，相当 于日辐射量3.2～3.8kW•h/㎡。这些地区包括湖南、湖北、广西、江西、浙江、 福建北部、广东北部、陕西南部、江苏北部、安徽南部以及黑龙江、台湾东北 部等地。
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1615 年，法国工程师发明了第一台利用太阳能抽水的机 器。这可能是世界上第一个以太阳能为动力的设备。
此后到十九世纪末，世界上又研制出多台太阳能装置。 其中，比较成熟的产品是太阳灶。
进入二十世纪以后，太阳能科技获得了比较快的发展，但 其发展道路比较曲折。
1901 年以后，美国、埃及先后建成了太阳能抽水装置。
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二战后，开始出现太阳能学术组织。对太阳能真 正意义上的大规模开发利用渐渐开始。
1952 年法国建成一座功率为50kW 的太阳炉。 1954 年美国研制成实用型硅太阳电池，为光伏发 电大规模应用奠定了基础。 后来由于太阳能利用技术尚不成熟，投资大、效 果不佳，发展再度停滞。
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1973 年中东战争爆发，引发了“能源危机”。许多工业发 达国家，重新加强了对太阳能等可再生能源技术发展的支持。
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辐射区 在核反应区的外面大约0.25～0.86太阳半径的 区域。其密度和温度都很快向外减少，核反应 区产生的能量经此区以辐射转移的方式向外传 播。 对流区 在辐射区的上面至太阳表面附近的区域。在这 里，密度和温度进一步向外减少，主要以对流 方式向外传播能量。
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太阳的大气主要可以分为三层：光球层、色 球层、日冕层。
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很显然，眼力不好的话估计都看不到这个红 灯笼，不过太阳是会发光的，而且它发出的光 线很强，就好像红灯笼里面有一盏非常亮的灯， 那么我们也就能看到它了，但是这么远的距离 看上去，这个红灯笼也只是一个小红点而已， 那么同样的道理，太阳看上去也就是一个发强 光的小点儿了，大小和我们看夜空中的一颗明 亮的星星差不多。
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日冕层：日冕是太阳大气的最外层，也是最 厚的一层。它的外面，便是广漠的星际空间。 在日全食时，在色球层之外可以看到广延的白 色微弱光辉，这就是“日冕”，日冕主要由高 度电离的离子和高速的自由电子组成。日冕物 质以很高的速度向外膨胀，形成所谓的“太阳 风”。在地球附近，太阳风的速度约为450千 米/秒。日冕的温度最高可达200万K。日冕的 形状非常不规则，随太阳活动的强弱而变，当 太阳活动剧烈时，日冕接近于圆形，当太阳活 动较弱时，形状较扁。
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海王星上看太阳会有多大多亮？
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海王星是距离太阳最远的行星，远在距离太 阳45亿公里之外，它到太阳的距离相当于我们 地球到太阳距离的30倍，从太阳表面发出的太 阳光到地球上这段距离需要跑八分钟，然而太 阳光照射到海王星上则需要四个小时，所以在 海王星上看太阳当然会很小了。
那么从海王星上看，太阳到底会有多大呢？ 地球上看太阳，相当于在100米外看一个直径 一米的红灯笼，那么我们把这个距离扩大30倍， 那就是3000米了，所以这海王星上看太阳给人 的感觉就像是3公里外看直径一米的红灯笼。
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1992 年在巴西召开的联合国“世界环境与发展大会”，通 过了一系列重要文件。
1996 年“世界太阳能高峰会议”，发表了《太阳能与持续 发展宣言》,并讨论了《世界太阳能10年行动计划》，《国际 太阳能公约》,《世界太阳能战略规划》等重要文件。
我国也提出10 年对策和措施，明确要因地制宜的开发和推 广太阳能等清洁能源，并制定了《中国21世纪议程》，进一 步明确了太阳能重点发展目标。
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我国陆地大部分处于北温带，太阳能资源十分丰富， 每年陆地接收的太阳辐射总量，大约是1.9×1016 kWh。
全国各地太阳年辐射总量基本都在3000～8500 MJ/m2 之间，平均值超过5000MJ/ m2。而且大部分国 土面积年日照时间都超过2200小时。
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根据中国气象局太阳能风能资源评估中心的资料， 我国的太阳能资源全年总辐射量分布如图所示。
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3．太阳辐射能
太阳辐射能又称太阳辐射热，是地球外部 的全球性能源，大致可以分为：直接太阳辐射、 天空散射辐射、地表反射辐射、地面长波辐射 及大气长波辐射。
太阳能，生物质能、风能、海洋能、水能 等都来自太阳能。
地球上所有的生命和文明都得益于太阳提 供的能量。
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二、太阳能资源
因距离遥远，太阳释放的能量只有22 亿分之一 投射到地球。到达地球大气层的太阳能，经过大 气层的反射和吸收，30%被大气层反射，23%被 大气层吸收。能够投射到地面的只有47%左右。
太阳能利用的主要形式，包括太阳能供热、太阳能热发电、 太阳能光伏发电。其中以太阳能供热技术最为成熟。
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三 太阳能的利用方式
太阳能热利用
直接把太阳能转换为热能供人类使用（例如：加热和取 暖），称为太阳能的热利用，或者叫光热利用。
直接热利用是最古老的应用方式，也是目前技术最成熟、 成本最低、应用最广泛的太阳能利用模式。
我国的太阳能全年总辐射量分布图 25
一类地区，为我国太阳能资源最丰富的地区，年太阳辐射总量6680～8400 MJ/㎡。这些地区包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海西部、和西藏西 部等地。
二类地区，为我国太阳能资源较丰富地区，年太阳能辐射总量5850～6680 MJ/㎡，相当于日辐射量4.5～5.1kW•h/㎡。这些地区包括河北西北部、山西北 部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等 地。
第二章 太阳能
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第一节 太阳能概述
一、太阳和太阳辐射能 太阳是一个发光发热的巨型气态恒星。位
于太阳系中心 太阳内部不停地发生着由氢聚变成氦的热
核反应，并向宇宙释放出巨大的能量。 射到地球的阳光，向地球输送了大量的光
和热，成为地球上万物生长的源泉。
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1．太阳的构造
太阳是一个炽热的气体球，从太阳中心到边缘 可分为核反应区、辐射区、对流区和太阳大气 四层。
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动物能看到什么颜色？ 大多数哺乳动物是色盲。如牛、羊、马、狗、 猫等，几乎不会分辨颜色，反映到它们眼睛里 的色彩，只有黑、白、灰三种颜色，如同我们 看黑白电视一样单调。 西班牙的斗牛场上，斗牛士用红色的斗篷向公 牛挑战，人们原以为是红色激怒了它，其实是 因为斗篷在公牛眼前不断摇晃，使它受到烦扰 而发怒，如果换上别种颜色的斗篷，公牛也会 出现同样的反应。
光球层：最靠近太阳内部的那一层。厚度约 500千米，相对于太阳半径，光球层很薄，有 时就被称为太阳的表面。温度在5700K左右， 太阳的光辉基本上就是从这里发出的。光球中 布满米粒组织，它们实际上是对流层里上升的 热气团冲击太阳表面形成的。在光球的活动区， 有太阳黑子、光斑等。
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色球层：在发生日全食的时候，在太阳的四 周可以看见一个美丽的彩环，那就是太阳的色 球层。它位于光球层的上面，平均厚度约为 2500千米。色球层的温度比光球层要高，但它 发出的可见光的总量却不及光球层。在色球层 内，温度从光球顶部的4600K增加到色球顶部 的几万度。由于磁场的不稳定性，色球层经常 产生激烈的耀斑爆发以及与耀斑共生的日珥等。
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2．我国太阳能资源分布
大体上说，我国约有三分之二以上的地区太 阳能资源较好，特别是青藏高原和新疆、甘肃、 内蒙古一带，利用太阳能的条件尤其有利。
我国太阳能资源分布，西部高于东部，而且 基本上是南部低于北部（除西藏、新疆以外）, 与通常随纬度变化的规律变化的规律并不一致。
这主要是由大气云量以及山脉分布的影响造 成的。
五类地区，主要包括四川、贵州两省，是我国太阳能资源最少的地区，年太阳 能辐射总量为3350～4200MJ/㎡，相当于日辐射量只有2.5～3.太阳非常崇拜，有很多关于太阳的传说。 世界上最早利用太阳能的国家可能就是中国。《周 礼》有用“夫燧”向太阳取明火的记载。说明至少在 3000 多年前的周代，我们的祖先就已经开始利用太 阳能了。 早期的应用主要是在白天接受太阳的烘晒和取暖。 从世界范围来看，将太阳能作为一种能源动力加以利 用，不到400 年的历史。
地球上陆地面积只占地球表面的21％，除去沙 漠、森林、山地及江河湖泊，实际到达人类居住 区域的太阳辐射功率，约占到达地球大气层的太 阳总辐射功率的5％～6％。
尽管如此，每年到达地球表面的太阳能仍相当 于1300 万亿t标准煤，是全球能耗的上万倍。
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太阳能资源的丰富程度一般以单位面积的全年总 辐射量和全年日照总时数来表示。
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核反应区 从太阳中心至大约0.25太阳半径的区域。体积 大约只占总体积的1/64，但集中了太阳质量的一 半，核反应区的温度高达1.5×107K，压强高达 2.5×1011个大气压。在这里高温、高压的环境下， 4个氢原子核经过一连串的核反应，变成1个氦 原子核。在核聚变反应过程中，释放出大量的 能量。太阳每秒钟由于核聚变而损耗的质量大 约为400万吨。按照这种消耗速度，太阳在50亿 年的漫长时间中，只消耗了0.03%的质量。
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太阳的主要成分：氢和氦 太阳的密度：很不均匀，外部小，内部大。 太阳的亮度：太阳的总亮度大约为2.5x1027 烛光。 距离我们最近的恒星就是我们的太阳了，每 天我们白天看它就像是一个明晃晃的小盘子， 而在早晨或者傍晚的时候，我们的太阳就像是 一个红灯笼，目视的感觉和100米距离上挂着的 一个直径1米的红灯笼差不多，然而太阳距我们 1.5亿公里，这么远的距离看上去还有这么大， 也真的是让人叹为观止了，这是因为太阳的直 径达到了140万公里，是我们地球的一百多倍。
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2．太阳光
“太阳是大地的母亲”，正是有了太阳光的照 耀，才使地面富有生气；疾风劲吹，江水奔流， 花开果熟，生物生生不息。人们正在想方设法， 利用太阳能。阳光是太阳上的核反应“燃烧” 发出的光，经很长的距离射向地球，再经大气 层过滤后到地面。
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太阳光是由于太阳发生热核聚变反应产生的强 烈光辐射，太阳光包含了各种波长的光：红外 线、红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫、紫外线等， 靠近红光的光所含热能比例较大，紫光所含热 能比例小。太阳光是可见光波段内的电磁波， 当太阳光被物体吸收时，光能就转换为热能， 该热能被水吸收后，水温就升高，这就是太阳 能热水器能够热水的前提条件。黑色物体吸收 光最多，灰色物体吸收光较少，白色或镜面反 射物体吸收光最少。
分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候 状况有关。就全球而言，美国西南部、非洲、澳大 利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日 照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富地区。
美国NASA(美国国家航空航天局 )建有一个包含各 地日照数据的数据库。其中给出部分城市的日照时 间。
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1．世界太阳能资源分布
1973 年美国制定了政府的阳光发电计划。1974 年日本政府 制定了“阳光计划”。我国也于1975 年在河南安阳召开“全 国第一次太阳能利用工作经验交流大会”。
20 世纪80 年代以后，石油价格大幅度回落，使尚未取得重 大进展的太阳能利用技术再度受到冷落。直到全球性的环境 污染和生态破坏，对人类的生存和发展构成威胁，才又得到 人们的重视。
太阳能发电
（1）太阳能热发电 太阳能热发电就是利用太阳辐射所产生的热能发电，是
在太阳能热利用的基础上实现的。 一般需要先将太阳辐射能转变为热能，然后再将热能转
变为电能，实际上是“光－热－电”的转换过程。 太阳能热发电有两种类型：一类是蒸汽热动力发电，一类是 热电直接转换。
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我们人类的“近亲”猿猴也是色盲，过着平 淡无奇的灰色生活。田鼠、家鼠、黄鼠、花鼠、 松鼠、草原犬等也不能分辨颜色。
鸟类则不然。除了某些过惯了夜生活的鸟类， 如猫头鹰等，因为视网膜中没有锥状细胞。无 法认色以外。许多飞禽都有色的感觉。鸟在高 空飞行需要找到降落的地方，颜色会帮助它们 判断距离和形状，这样它们就能够抓住在空中 飞的虫子，在树枝上轻轻降落。