太阳能的技术发展与应用

课程名称：现代科技导论主讲教师：黄致新院系：物理科学与技术学号：2010211044 姓名：张齐班级：一班

太阳能的技术发展与应用

摘要：目前常规能源的大量使用，造成了全球环境的污染，同时也使人类面临能源资源的短缺甚至枯竭的挑战，因此，太阳能作为一种洁净能源，受到了大家的广泛关注，本文主要介绍了太阳能在当今各方面的应用，以及中外各国对于能源利用的各种政策，同时也提出了太阳能在今后各个领域的发展空间及利用空间的建议。

关键词：太阳能能源利用电能转换可再生光伏

引言：能源是人类生存、发展以及各种社会活动不可缺少的物质基础，也是人类生活质量的重要保障，能源问题已成为21世纪人类发展迫切需要解决的重大问题，各种不可再生能源已面临枯竭，可再生能源的开发与利用成为了当前能源问题研究的重要方向，作为人类最理想、潜能最大的能源——太阳能，无疑受到了各国的广泛关注。

太阳能指的是太阳辐射的光能，它是太阳内部不断进行核聚变反应产生热能，通过其表面以辐射方式向宇宙空间发射出来的一种巨大且对环境污染的能源，尽管太阳射向地球的能量只占它辐射总能量的二十二万亿分之一，但每年地球表面所能接受到的太阳能至少为七乘以十的十七次方千瓦时，这相当于目前地球上总发电能量的8万倍。因此，太阳能是人类最理想、潜能最大的能源。太阳能的利用与开发，始终是当前能源问题研究中受到关注的重要研究方向。

太阳能既是一次能源，又是可再生能能源。它既可以免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。但太阳能也有两个主要缺点：一是能流密度低；而是其强度受各种因素（季节、地点、气候等）的影响，不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。

人类对太阳能的利用有悠久的历史。太阳能利用主要包括太阳能热利用和太阳能光利用。太阳能热利用应用很广，如太阳能热水、供暖和制冷，太阳能干燥农副产品、药材和木材，太阳能淡化海水，太阳能热动力发电等。太阳能光利用主要是太阳能发电和太阳能制氢。由于常规能源的日渐短缺，在世界各国政府的大力支持下，作为可再生能源主力的太阳能将在全球能源供应中扮演越来越重要的角色。

首先谈谈太阳能的热利用。它可用于制造太阳能集热器，这种设备是将太阳辐射能转换成热能，是太阳能热利用中的关键设备。

太阳能集热器按照是否聚光这一主要特征分为非聚光和聚光两大类。平板集热器是非聚光类集热器中简单且应用最广的集热器。它吸收太阳辐射的面积与采集太阳辐射的面积相等，能利用太阳的直射和漫射辐射。典型的平板集热器包括：吸热体。它的作用是吸收太阳能并将其内的流体加热，包括吸热面板和与吸热面板结合良好的流体管道。为提高吸热效率，吸热板常经特殊处理或涂有选择性涂层，选择性涂层对太阳的短波辐射具有很高的吸收率，而本身发射出的长波辐射的发射率却很低，这样既可吸收更多的太阳辐射能，又可减少吸热体因本身辐射而造成的对环境的热损失。透明盖板：它布置在集热器的顶部，其作用是减少集热板与环境之间的对流和辐射散热，并保护集热板不受雨、雪、灰尘的侵袭。透明盖板应对太阳光透射率高，而自身的吸收率和反射率却很低，这样既可以吸收更多的太阳辐射能，又可减少吸热体因本身辐射而造成的对环境的热损失。保温材料。它填充在吸热体的背部和侧面，其作用是防止集热器向周围散热。外壳。它是集热器的骨架，应具有一定的机械强度、良好的水密封性能和耐腐蚀性能。

经过多年发展，平板集热器的性能日益提高，形式多样，规格齐全，能满足各种太阳能热利用装置的需要。近年来，真空管平板集热器有了很大发展，它是将单根真空管装配在复合抛物面反射镜的底面，兼有平板和固定式聚光的特点，能吸收太阳光的直射和百分之八十的散射。即使在环境温度比较低和风速较高的情况下，也有较高的效率，已广泛用于家庭热水采暖、空调和工业热利用中。

为了更有效地利用太阳能，必须提高入射阳光的能量密度，使之聚焦在较小的集热面上，以获得较高的集热温度，并减少散热损失，这就是聚光集热器的特点。

太阳能热利用中历史最悠久、应用的最广泛的就是太阳能热水器。自1891年美国马里兰州的肯普发明第一台太阳能热水器以来，已有一百多年的历史。目前日本已有1000万以上的住宅安装了太阳能热水器。太阳能热水器通常由平板集热器、蓄热水箱和连接管道组成。按照流体流动的方式分类，可将太阳能热水器分为三大类：闷晒式、直流式和循环式。

另外一种太阳能热利用是太阳能采暖，可分为主动式和被动式两大类。主动

式是利用太阳能集热器和相应的蓄热装置作为热源来代替常规热水采暖系统中的锅炉。而被动式则是依靠建筑物结构本身充分利用太阳能来达到采暖的目的，因而又称为被动式采暖房。

自古以来人们就广泛采用在阳光下直接暴晒的方法来干燥各种农副产品。但是，采用这种传统的干燥方法，产品极易遭受灰尘和虫类的污染，产品质量受到严重影响，干燥时间也长。为此，近年来世界各国对太阳能干燥进行了许多研究。太阳能干燥不但可以节约燃料，缩短干燥时间，而且由于采用专门的干燥室，能够保持干净卫生，必要时还可采用杀虫灭菌措施，既可提高产品质量，又可延长产品贮存时间。太阳能干燥器结构简单，配以简单的辅助热源，即可连续工作，不但在农村有广阔的前途，而且在城市农副产品加工中也可使用。

太阳能同样特可用于海水淡化。地球上的水资源中，海水占了97%，随着人口增加，大工业发展，使得城市用水日趋紧张。为了解决日益严重的缺水问题，海水淡化越来越受重视。20世纪70年代后，由于能源危机的出现，太阳能海水淡化也得到了更迅速的发展。

太阳能海水淡化装置中最简单的是池式太阳能蒸馏器。它由装满海水的水盘和覆盖在其上的玻璃或透明塑料盖板组成。还有另一类多效太阳能蒸馏器，它是一种间接太阳能蒸馏器，主要由吸收太阳能的集热器和海水蒸发器组成，并利用集热器中的热水将蒸发器中的海水加热蒸发。

与一般工业用电炉、电弧炉不同，太阳炉是利用聚光系统将太阳辐射集中在一个小面积上而获得高温的设备。透镜点火就是最早的太阳炉。由于太阳炉能获得无污染的高温，并可迅速实现加热和冷却，因此是一种非常理想的从事高温科学研究的工具。例如，利用太阳炉融化高熔点的金属，如钨等；熔化氧化物制取晶体；进行高温下物性的研究等。

利用太阳能作为动力源来驱动制冷或空调装置有着诱人的前景，因为夏季太阳辐射最强，也是最需要制冷的时候。利用太阳能采暖和空调是太阳能热利用的主要方向之一。

还有一种太阳能利用是太阳池，它是一种人造盐水池。他利用具有一定盐浓度梯度的池水作为太阳能的集热器和蓄热器，从而为大规模的廉价利用太阳能开辟了一条广阔的途径。