太阳能的应用

聚光集热器
• 聚光集热器主要由聚光器、吸收器和跟踪系统三大部分组成。 按照聚光原理区分，聚光集热器基本可分为反射聚光和折射 聚光两大类，每一类中按照聚光器的不同又可分为若干种。 为了满足太阳能利用的要求， 简化跟踪机构，提高可靠性， 降低成本，在本世纪研制开发的聚光集热器品种很多，但推 广应用的数量远比平板集热器少，商业化程度也低。 • 在反射式聚光集热器中应用较多的是旋转抛物面镜聚光集热 器（点聚焦）和槽形抛物面镜聚光集热器 （线聚焦）。前者 可以获得高温，但要进行二维跟踪；后者可以获得中温，只 要进行一维跟踪。这两种聚光集热 器在本世纪初就有应用， 几十年来进行了许多改进，如提高反射面加工精度，研制高 反射材料，开发高可靠性 跟踪机构等，现在这两种抛物面镜 聚光集热器完全能满足各种中、高温太阳能利用的要求，但 由于造价高，限制了它们的广泛应用。
第四阶段(1965-1973）
这一阶段，太阳能的研究工作停滞不前，主要原因是太阳能利用技术处于成长阶段， 尚不成熟，并且投资大，效果不理想，难以与常规能源竞争，因而得不到公众、企业和 政府的重视和支持。
第五阶段（1973-1980）
“能源危机”（有的称“石油危机”）在客观上使人们认识到：现有的能源结构必须 彻底改变，应加速向未来能源结构过渡。从而使许多国家，尤其是工业发达国家，重 新加强了对太阳能及其它可再生能源技术发展的支持，在世界上再次兴起了开发利用 太阳能热潮。 1973年，美国制定了政府级阳光发电计划，太阳能研究经费大幅度增长，并且成立 太阳能开发银行，促进太阳能产品的商业化。 日本在1974年公布了政府制定的“阳光计划”，其中太阳能的研究开发项目有：太 阳房 、工业太阳能系统、太阳热发电、太阳电池生产系统、分散型和大型光伏发电 系统等。 研究领域不断扩大，研究工作日益深入，取得一批较大成果，如CPC、真空集热管、 非晶硅太阳电池、 光解水制氢、太阳能热发电等。 太阳热水器、太阳电他等产品开始实现商业化，太阳能产业初步建立，但规模较小， 经济效益尚不理想。
平板集热器
• 按工质划分有空气集热器和液体集热器，目前大量使用的是液体集热器； • 按吸热板芯材料划分有钢板铁管、全铜、全铝、铜铝复合、不锈钢、塑料及 其它非金属集热器等； • 按结构划分有管板式、扁盒式、管翅式、热管翅片式、蛇形管式集热器，还 有带平面反射镜集热器和逆平板集热器等； • 按盖板划分有单层或多层玻璃、玻璃钢或高分子透明材料、透明隔热材料集 热器等。 • 目前，国内外使用比较普遍的是全铜集热器和铜铝复合集热器。铜翅和铜管 的结合，国外一般采用高频焊，国内以往采用介质焊，1995年我国也开发成 功全铜高频焊集热器。1937年从加拿大引进铜铝复合生产 线，通过消化吸收， 现在国内已建成十几条铜铝复合生产线。 为了减少集热器的热损失，可以采 用中空玻璃、聚碳酸酯阳光板以及透明蜂窝等作为盖板材料，但这些 材料价 格较高，一时难以推广应用。
主要内容
我国太阳能资源分布图示
到达地面的太阳辐射
• 直达日射:指直接来自太阳其辐射方向不发 生改变的辐射.可以依靠透镜或反射器来聚 焦直达日射 . • 漫射日射:被大气反射和散射后方向发生了 改变的太阳辐射，它由三部分组成：太阳 周围的散射 （太阳表面周围的天空亮光）， 地平圈散射（地平圈周围的天空亮光 或暗 光），及其他的天空散射辐射。
真空管集热器
• 为了减少平板集热器的热损，提高集热温度，国际上70年代研制成功 真空集热管，其吸热体被封闭在高真空的玻璃真空管内，大大提高了 热性能。将若干支真空集热管组装在一起，即构成真空管集热器，为 了增加太阳光的采集量，有的在真空集热管的背部还加装了反光板。 • 真空集热管大体可分为全玻璃真空集热管，玻璃-U型管真空集热管， 玻璃。金属热管真空集热管，直通式真空集热管和贮热式真空集热管。 最近，我国还研制成全玻璃热管真空集热管和新型全玻璃直通式真空 集 热管。 • 我国自1978年从美国引进全玻璃真空集热管的样管以来，经20多年的 努力，我国已经建立了拥有自主知识产权的现代化全玻璃真空集热管 的产业，用于生产集热管的磁控溅射镀膜机在百台以上，产品质量达 世 界先进水平，产量雄居世界首位。我国自80年代中期开始研制热 管真空集热管，经过十几年的努力，攻克了热压封等许多技术难关， 建立了拥有全部知识产权的热管真空管生产基地，产品质量达到世界 先进水平，生产能力居世界首位。 目前，直通式真空集热管生产线 正在加紧进行建设，产品即将投放市场。
太阳能的优点
• • 是洁净能源，不污染环境 取之不尽、用之不竭，是最廉价的能源
走近太阳
太阳是一个炽热的气态球体，它的 直径约为1.39×106km，质量约为 2.2×l027t，为地球质量的3.32×105 倍，体积则比地球大1.3×106倍，平 均密度为地球的1/4。
其主要组成气体为氢（约80％）和氦 （约19％）。由于太阳内部持续进行 着氢聚合成氦的核聚变反应，所以不 断地释放出巨大的能量，并以辐射和 对流的方式由核心向表面传递热量， 温度也从中心向表面逐渐降低。由核 聚变可知，氢聚合成氦在释放巨大能 量的同时，每1g质量将亏损0.00729。 根据目前太阳产生核能的速率估算， 其氢的储量足够维持600亿年，因此 太阳能可以说是用之不竭的。
太阳常数
由于地球以椭圆形轨道绕太阳运行，因 此太阳与地球之间的距离不是一个常数， 而且一年里每天的日地距离也不一样。众 所周知，某一点的辐射强度与距辐射源的 距离的平方成反比，这意味着地球大气上 方的太阳辐射强度会随日地间距离不同而 异。然而，由于日地间距离太大（平均距 离为1.5 x 108km），所以地球大气层外的 太阳辐射强度几乎是一个常数。因此人们 就采用所谓 “太阳常数”来描述地球大气 层上方的太阳辐射强度。它是指平均日地 距离时，在地球大气层上界垂直于太阳辐 射的单位表面积上所接受的太阳辐射能。 近年来通过各种先进手段测得的太阳常数 的标准值为1353w／m2。一年中由于日地 距离的变化所引起太阳辐射强度的变化不 超过上3.4％。
• 太阳能热水器的基本原理：利用真空管集 热，促使管内水温高于水箱水温，热水比 冷水轻，形成对流，最终使水箱中的温度 达到使用所需的温度。
聚光集热器
将太阳光聚集在面积较小的吸热面上， 可获得较高温度，但只能利用直射辐 射，且需要跟踪太阳。
集热器
非聚光集热器
能够利用直射辐射和散射辐射。
（平板集热器，真空管集热器）
第三阶段（1945-1965）
在第二次世界大战结束后的20年中，一些有远见的人士已经注意到石油和天然气 资源正在迅速减少， 呼吁人们重视这一问题，从而逐渐推动了太阳能研究工作的恢复 和开展。 比较突出的研究进展有： 1955年，以色列泰伯等在第一次国际太阳热科学会议上提出选择性涂层的基础理论， 并研制成实用的黑镍等选择性涂层，为高效集热器的发展创造了条件； 1954年，美国贝尔实验室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。此外，在这一阶段里还有其它一些重要成果，比较突出的有： 1952年，法国国家研究中心在比利牛斯山东部建成一座功率为50kW的太阳炉。1960 年，在美国佛罗里达建成世界上第一套用平板集热器供热的氨-水吸收式空调系统，制 冷能力为5冷吨。 1961年，一台带有石英窗的斯特林发动机问世。在这一阶段里，加强了太阳能基础理 论和基础材料的研究，取得了如太阳选择性涂层和硅太阳电池等技术上的重大突破。 平板集热器有了很大的发展，技术上逐渐成熟。太阳能吸收式空调的研究取得进展， 建成一批实验性太阳房。对难度较大的斯特林发动机和塔式太阳能热发电技术进行了 初步研究。
太阳照亮世界
你所知道的能源有哪些?
水能
核能
风 能
潮汐能
地热能
太阳能
一次能源
（指自然界中以原有形式存在的、未经加工、 转换的能源 ） 化石燃料（原煤、原油、天然气）、核能、 生物质能 、水能、风能、太阳能、地热能、 潮汐能等。
能源
二次能源
（指由一次能源经过加工转换以后得到的能源 ）
主要是热能、机械能和电能，也包括蒸汽、 煤气、汽油、柴油、重油、液化石油气、酒 精、沼气、氢气和焦炭等。
第六阶段（1980-1992）
开发利用太阳能热潮，进入80年代后逐渐进入低谷。世界上许多国家相继大 幅度削减太阳能研究经费，其中美国最为突出。 导致这种现象的主要原因是：世界石油价格大幅度回落，而太阳能产品价格居 高不下，缺乏竞争力；太阳能技术没有重大突破，提高效率和降低成本的目标没 有实现，以致动摇了一些人开发利用太阳能的信心；核电发展较快，对太阳能的 发展起到了一定的抑制作用。

20世纪太阳能科技发展历史大体可分为七个阶段 :
• 第一阶段(1900-1920) 太阳能研究的重点仍是太阳能动力装置，但采用的聚光方式多 样化，且开始采用平板集热器，装置逐渐扩大，最大输出功率 达73.64kW，实用目的比较明确，造价仍然很高。 建造的典型装置有： (1)1901年，在美国加州建成一台太阳能抽水置; (2)1902 -1908年，在美国建造了五套双循环太阳能发动机，采 用平板集热器和低沸点工质； (3)1913年，在埃及开罗以南建成一台由5个抛物槽镜组成的太阳 能水泵，每个长62.5m，宽4m，总采光面积达1250m2。 • 第二阶段（1920-1945） 在这20多年中，太阳能研究工作处于低潮，参加研究工作的 人数和研究项目大为减少，其原因与矿物燃料的大量开发利用和 发生第二次世界大战（1935-1945）有关，太阳能又不能解决当 时对能源的急需，因此使太阳能研究工作逐渐受到冷落。
太阳能简介
太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能 量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1367kw/m2。地球赤 道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达 173,000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kw/m2，地球表 面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/m2，相当于有 102,000TW 的能量，人类依赖这些能量维持生存，其中包括 所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外）虽然太阳能 资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍，但太阳 能的能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利 用太阳能面临的主要问题。