太阳能热利用原理与技术导师-上海交通大学机械与动力工程学院

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《太阳能热利用原理与技术》课程教学大纲
课程名称：太阳能利用原理与技术
课程代码：新能源工程（New Energy Engineering）400
学分/学时：3学分/51学时
开课学期：秋季学期
适用专业：新能源、热能与动力工程、核工程、建筑环境与设备及相关专业先修课程：工程热力学，传热学，流体力学，能源材料
开课单位：机械与动力工程学院
一、课程性质和教学目标（需明确各教学环节对人才培养目标的贡献，专业人才培养目标中的知识、能力和素质见附表）
课程性质：太阳能热利用原理与技术是机械工程、热能动力工程、新能源转换利用专业的一门重要专业课，是能源动力及新能源利用类专业骨干课程。

教学目标：太阳能热利用原理与技术是研究太阳能高效利用以及太阳能转换规律的一门学科。

本课程不仅为学生掌握太阳能利用原理和技术提供必要的基础理论知识，还提供实验室支撑锻炼学生将所学知识应用于实际的动手能力，通过实验报告的撰写培养学生分析解决问题以及总结表达的能力，同时为从事太阳能利用专业技术工作、科学研究工作及管理工作提供重要的理论基础。

（A1, A2, A5, B1, B2, C4）本课程由太阳辐射基础、太阳能集热器、太阳能热发电、系统技术及应用四部分组成。

通过本课程教学，可使学生在太阳能转换和利用，特别是太阳能与热能及电能转换和合理利用方面树立正确的概念，同时使学生掌握太阳能转换应用的基础理论和技术，进一步强化自觉应用太阳能建设低碳社会的意识。

具体来说：（1）掌握太阳辐射基础知识，了解太阳辐射测量和资源情况；
（2）掌握各类太阳能集热器原理，学习太阳能－热能转换的基本规律；
（3）初步掌握太阳能热发电技术路线和工作原理，掌握太阳光伏电站原理和工作特性；
（4）初步掌握太阳能供热空调、太阳能海水淡化、太阳能建筑、太阳能养殖、干燥、光化学转换应用等；
（5）能够运用太阳能－热能及电能转换基本理论，进行太阳能利用系统和装
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置的设计与应用分析等。

二、课程教学内容及学时分配（含实践、自学、作业、讨论等的内容及要求）
1．太阳辐射与太阳能资源（3学时）：（A3, B4.1, C1,C2,C4）
太阳能利用概述；太阳辐射特点，光谱分析，直射、散射和全辐射；太阳高度角、天顶角、太阳时角；太阳辐射的测量以及全球太阳能资源分布特点。

自学及要求：我国及全球的太阳能利用现状；
团组大作业及要求（选择）：太阳能可利用资源以及减排潜力分析；一完成一篇报告（2~4千字）
2．太阳能集热器及其工作原理（9学时/课堂教学+1学时讨论）：（A5.2, A5.3, A5.4, B2, B4）
平板集热器、真空管集热器、热水集热器、空气集热器、槽式线聚焦聚焦集热器、碟式点聚焦集热器、透镜式集热器。

多级聚焦集热器，集热器集热性能分析基础理论，热迁移因子，效率因子，时间常数，集热效率。

自学及要求：我国太阳能集热器产业现状，集热器技术进展与发展趋势
团组大作业及要求：根据太阳能热水器的普及应用及存在问题、改进技术方向一完成一篇报告（3千字）
3．太阳能热发电（9学时/课堂教学+1学时讨论）：（A5.1, A5.4, A5.4, B2, B3, B4）采用槽式集热器的太阳能热发电站，塔式太阳能热发电电站，碟式太阳能电站，太阳能热气流发电，低温太阳能热发电，基于热电材料的太阳能温差发电；太阳能发电净效率、年效率。

自学及要求：了解国际及我国的太阳能热发电技术进展与发展趋势；
团组大作业及要求：根据我国的资源条件，分析如何在我国发展建立太阳能热发电产业，完成一篇报告（3千字）
4．太阳能技术与系统应用（12学时/课堂教学+1学时/讨论）：（A3, A5.2, A5.4, B2, B4）
太阳能热水系统、太阳能供热、空调技术，太阳能海水淡化技术，太阳能建筑一体化光热、光伏应用，太阳能干燥、太阳能养殖；太阳能热利用系统设计与例题；太阳能光伏系统设计与例题；
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自学及要求：了解太阳能光热、光电转换利用系统设计基本方法
团组大作业及要求：根据自己了解的生活或工程实践中一个太阳能利用过程或现象完成太阳能系统设计报告（3千字）。

5．太阳能热化学转换与蓄能（6学时/课堂教学）：（A5.2, A5.3, A5.4）介绍太阳能光化学转化的途径和方法，介绍太阳能显热蓄存、潜热蓄存、化学能蓄存、电能蓄存及能量迁移、释放规律性，蓄能环节在太阳能系统中的应用及必要性；太阳能昼夜、季节性能量蓄存系统特性；
自学及要求：了解太阳能光化学转化原理及应用发展趋势，掌握太阳能蓄能手段和方法。

团组大作业及要求：结合太阳能热发电融熔盐、光伏系统蓄电、供热空调系统蓄热要求分析蓄能环节对太阳能系统的必要性（3千字）。

6．实验（8学时/实验+1学时/讨论）：(A5.3, B1, B2, B4.2, C4)
课程实验在我校新建的绿色能源实验室中进行，此实验室是可再生能源特别是太阳能热利用的良好示范场地。

结合课程内容主要安排以下2个实验内容：
1）太阳能集热器效率测试实验
实验室中配备多种类型的太阳能集热装置，根据学生兴趣让学生自由选择一种集热器类型，通过实验和理论分析给出集热器主要运行参数，包括进出口温差、集热效率、太阳能利用效率等，并撰写完整的实验报告。

2）太阳能供热空调系统试验
选取一种类型的太阳能热驱动空调系统进行实验研究，以太阳能热能转换为冷量这一热力过程的分析和利用为主线，让学生开动脑筋自己设定实验目的和内容，完成一个实验报告。

操作形式：
(1) 分组进行，根据学生人数将学生划分为研究小组（每个学习小组计划4-5人），每组集体完成一个实验题目，但每人须有相当工作量的具体完成内容。

完成形式：提供设计图纸、设计报告、相关计算机演示程序等。

(2) 考核以小组实验报告和PPT汇报的形式进行，每人独立完成的内容评分为主占75％；团队集体完成质量以及整体效果评分占25％。

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三、教学方法
课程教学以课堂讲学为主，综合讨论、实验、平时作业、网络以及授课教师的科研等共同实施。

达到课程教学目标的核心保证是教材，本课程采用的《太阳能热利用与计算机模拟》第二版内容，以及化工出版社的《太阳能原理与应用》，以太阳能吸收、转换、利用为主线，把太阳能转换利用的基本理论、能量传递规律、综合分析等主要内容循序渐进地展现出来。

并把传统热力学、传热学、能源材料学内容与太阳能利用工程实践较好地结合。

在重点、难点阐述上通过反复加强，引导学生思考的方式、在逐步深入的过程中使学生思考、掌握。

同时注意利用思考题、习题等开拓学生的思维，每章的思考题和习题不仅仅只是简单巩固已有内容，有些是加深内容的理解，有些是内容的延伸。

我校太阳能发电与制冷工程研究中心具有的太阳能研究平台，包括太阳能光热、光电综合利用系统等可工学生参观实践，以加深对所学知识的认识。

课堂教学中对难点内容可前面预设伏笔，以后反复加强，前后呼应，引导学生充分利用聪明才智去海阔天空地思考和讨论，尤其加强太阳能利用系统问题的分析，以使学生掌握解决实际太阳能利用问题的基本能力，而不是只掌握基本概念和理论。

四、考核及成绩评定方式
对课程考核方式：课程考核通过过程考核和终期考核两部分组成，其中过程考核包括平时的大作业、习题、随堂测验以及实验报告，终期考核采用半开卷式笔试的形式。

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成绩评定方式：大作业、习题、不定期测验20分
实验报告20分
期末考试60分
五、教材及参考书目
教材
[1] 张鹤飞等，太阳能热利用原理与计算机模拟，西北工业大学出版社，2004
[2] 邓长生等，太阳能原理与应用，化学工业出版社，2010
参考书目
[1] 施钰川，太阳能原理与技术，西安交通大学出版社，2009年8月
[2] 王如竹，代彦军，太阳能制冷，化学工业出版社，2007
[3] John A. Duffie, William A. Beckman，Solar Engineering of Thermal Processes
3rd Edition，2006，John Wiley and Sons, London
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[4] Wenham, S.R.; Green, M.A.; Watt, M.E.; Corkish, R. ，Applied Photovoltaics
(2nd Edition)，2007，Earthscan
附：课堂教学流程设计框图
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