太阳能光热光电的高效吸收与传递(董双岭著)思维导图
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2020_2021学年九年级物理全册第二十二章能源与可持续发展复习课件新版新人教版
第二十二章 能源与可持续发展 复习课件
知识梳理 基础达标 技能强化
思维导图
能源 与可 持续 发展
能源
人类利用能 源的历程
能源分类
钻木取火
煤、石油、天然气
电能、太阳能、核能
按是否可以从自然 界直接获取分类
按是否可以在短期 内从自然界得到补 充分类
一次能源 二次能源 可再生能源
不可再生能源
思维导图
能源 与可 持续 发展
能力强化
培优点一：太阳能
太阳能作为新型清洁能源已被广泛应用，各种太阳能设备的 物理性能、能量转化及其相关的物理知识应用成为中考的考查热 点，涉及知识综合性强，有光学、力学、热学、电学等多个知识 点，常见题型有知识应用题、实验设计题、材料阅读题、压轴计 算题等，目的是考查同学们的运算能力、知识应用能力、科学探 究和实践创新的能力等。
核能
原子 核能 应用
原子核 核外电子 含义
质子 中子
释放核能的两种方式：核裂变、核聚变 核裂变：原子弹、核电站 核聚变：氢弹
思维导图
能源
与可 持续 发展
太阳 能
核能 火炉
能源 宝库
太阳的基本情况
发热发光的特点 地球上大部分能量的来源
煤、石油、天然气的形成和太阳能的关系
太阳能 的利用
间接利用 直接利用
在开发新能源时保护环境，是人类面临的一大课题。
典例解析
典例2（拓展材料题）在常规化石能源非常紧缺的今天，核能 受到高度重视，如今美国电力的21%来自核电。核电站的大 体组成如图22-Z-4所示，核材料在原子反应堆中发生核反应产 生大量的内能，冷却剂将这些内能 带到热交换器将水变成水蒸气， 水蒸气推动蒸汽轮机带动发电机 发电，最终实现核能到电能的转化。
知识梳理 基础达标 技能强化
思维导图
能源 与可 持续 发展
能源
人类利用能 源的历程
能源分类
钻木取火
煤、石油、天然气
电能、太阳能、核能
按是否可以从自然 界直接获取分类
按是否可以在短期 内从自然界得到补 充分类
一次能源 二次能源 可再生能源
不可再生能源
思维导图
能源 与可 持续 发展
能力强化
培优点一：太阳能
太阳能作为新型清洁能源已被广泛应用，各种太阳能设备的 物理性能、能量转化及其相关的物理知识应用成为中考的考查热 点，涉及知识综合性强，有光学、力学、热学、电学等多个知识 点，常见题型有知识应用题、实验设计题、材料阅读题、压轴计 算题等，目的是考查同学们的运算能力、知识应用能力、科学探 究和实践创新的能力等。
核能
原子 核能 应用
原子核 核外电子 含义
质子 中子
释放核能的两种方式：核裂变、核聚变 核裂变：原子弹、核电站 核聚变：氢弹
思维导图
能源
与可 持续 发展
太阳 能
核能 火炉
能源 宝库
太阳的基本情况
发热发光的特点 地球上大部分能量的来源
煤、石油、天然气的形成和太阳能的关系
太阳能 的利用
间接利用 直接利用
在开发新能源时保护环境，是人类面临的一大课题。
典例解析
典例2（拓展材料题）在常规化石能源非常紧缺的今天，核能 受到高度重视，如今美国电力的21%来自核电。核电站的大 体组成如图22-Z-4所示，核材料在原子反应堆中发生核反应产 生大量的内能，冷却剂将这些内能 带到热交换器将水变成水蒸气， 水蒸气推动蒸汽轮机带动发电机 发电，最终实现核能到电能的转化。
第五讲 太阳能电池效率极限课件
• 然而，能量比带隙能量大的光子（Egh>Eg）会与形成共 价键的电子相作用，用它自身所具有的能量去破坏共 价键，形成可以自有流动的电子-空穴对。
导带
Eg (禁带宽)
价带
光照时电子-空穴对的产生
• 光子的能量越高，被吸收的位置就越接近半导体表面， 较低能量的光子则在距半导体表面较深处被吸收。
光的能量与电子-空穴对产生的位置间的联系
1.2 光照的影响
• 在无光照的情况下，描述二极管电流I和电压V间 函数关系的特征曲线（I-V曲线）为：
I I0[exp(nqkVT)1]
• 光线的照射对太阳电池的作用，可以认为是在原 有的二极管暗电流基础之上叠加了一个电流增量， 于是二极管公式变为：
II0[exp(nqkVT)1]IL
电压电流 方向？
voltage axis.
• 用于衡量在一定照射强度、工作温度以及面积条件 下，太阳能电池电力输出的两个主要制约参数为：
• 短路电流（Isc， Short circuit current ） 当电压为零时电池输出的最大电流，Isc=IL。Isc与 所接受到的光照强度成正比。
• 开路电压（Voc， Open circuit voltage ） 电流为零时，电池输出的最大电压。Voc的值随辐 照强度的增加成对数方式增长。
Cell
Equivalent circuit for a solar cell with load. Internal resistances RS and RSH represent
power loss mechanisms inside the cell.
RS = 0 ISC
does the energy originate?
导带
Eg (禁带宽)
价带
光照时电子-空穴对的产生
• 光子的能量越高，被吸收的位置就越接近半导体表面， 较低能量的光子则在距半导体表面较深处被吸收。
光的能量与电子-空穴对产生的位置间的联系
1.2 光照的影响
• 在无光照的情况下，描述二极管电流I和电压V间 函数关系的特征曲线（I-V曲线）为：
I I0[exp(nqkVT)1]
• 光线的照射对太阳电池的作用，可以认为是在原 有的二极管暗电流基础之上叠加了一个电流增量， 于是二极管公式变为：
II0[exp(nqkVT)1]IL
电压电流 方向？
voltage axis.
• 用于衡量在一定照射强度、工作温度以及面积条件 下，太阳能电池电力输出的两个主要制约参数为：
• 短路电流（Isc， Short circuit current ） 当电压为零时电池输出的最大电流，Isc=IL。Isc与 所接受到的光照强度成正比。
• 开路电压（Voc， Open circuit voltage ） 电流为零时，电池输出的最大电压。Voc的值随辐 照强度的增加成对数方式增长。
Cell
Equivalent circuit for a solar cell with load. Internal resistances RS and RSH represent
power loss mechanisms inside the cell.
RS = 0 ISC
does the energy originate?
太阳能光热系统课件
调试与运行
调试前的准备工作：检查设备、 连接线路等
调试中的注意事项：安全第一， 遵循操作规程
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
调试过程：按照步骤进行调试， 确保设备正常运行
运行维护：定期检查、保养，确 保系统稳定运行
常见问题及解决方案
安装问题：安装位置不当、管道连接不紧密等
调试问题：系统运行不稳定、温度控制不准确等 解决方法：加强安装前的设计和规划、严格遵守安装规范、加强调试 和检测等 注意事项：注意安全、遵守相关法律法规和标准等
在使用过程中注意避免碰撞、刮擦等损坏太阳能光热系统的部件，以免影响其正常使用
07
太阳能光热系统的 经济效益与社会效 益分析
经济效益分析
投资回报率：太阳能光热系统在长期运营过程中能够实现稳定的投资回报 节约能源费用：太阳能光热系统能够显著降低能源费用，为企业节省运营成本 创造就业机会：太阳能光热系统的安装和维护需要专业人员，能够创造就业机会 提升企业形象：采用清洁能源能够提升企业的环保形象，增强社会责任感
04
太阳能光热系统的 设计
集热器设计
集热器类型：平板型、真空管型、热管型等 集热器材料：选择性涂层、吸热材料等 集热器结构：吸热板、支架、保温材料等 集热器性能：集热效率、耐候性、抗风性等
储水箱设计
储水箱的材质选择：不锈钢、碳钢等耐腐蚀、耐高温的材质 储水箱的容量设计：根据太阳能光热系统的规模和需求，合理设计储水箱的容量 储水箱的保温设计：采用保温材料，减少热量损失，提高水温 储水箱的安全设计：设置溢流口、放空口等安全设施，确保储水箱的安全运行
社会效益分析
减少化石能源消耗，降低 环境污染
促进可再生能源的发展， 推动绿色低碳发展
《太阳能》能源与可持续发展PPT下载
课堂导案
二、太阳是人类能源的宝库 阅读教材P174～P175的内容，学习有关的知识，回答以下问题． 1. 煤、石油、天然气是如何形成的？ _远__古__时__期__陆__地__和__海__洋__中__的__动__、__植__物__的__躯__体__被__埋__在__地__下__和海底， _经__过__几__百__万__年__的__沉__积__、__化__学__变__化__、__地__层__的__运__动__，__在__高__压下渐 _渐__变__成__了__石__油__和__煤__．__在__石__油__形__成__过__程__中__还__放__出__天__然__气__．
A．电冰箱
B．太阳灶
C．光电池
D．太阳能热水器
4．太阳能是人类能源的宝库，下列能源中，不是来源于太阳能的
是( A )
A．地热能
B．风能
C中错误的是( A ) A．太阳能十分巨大，供应时间长久，目前太阳能的转换率也很高 B．太阳内部不断地进行核聚变，以电磁波的形式向外辐射能量 C．太阳能分布广泛，获取方便，无需开采运输 D．太阳能安全、清洁，利用太阳能不会对环境造成污染
(2)20 ℃的水晒3 h后水温达到多少摄氏度？
由题知，太阳每分钟辐射到1 m2面积上的热量是7.56×104 J，
所以太阳能热水器3 h得到太阳的辐射热量为：Q＝1.2 m2×3×60
min×7.56×104 J/(m2·min)＝16 329 600 J，
而Q吸＝Qη＝16 329 600 J×60%＝9 797 760 J，
由Q放＝mq，可得需燃烧煤气的质量：
m气＝
＝
＝0.583 2 kg
感谢聆听
时间总会过去的，让时间流走你的烦恼吧！ 我们在梦里走了许多路，醒来后发现自己还在床上。 钱可以帮穷人思维的人解决温饱，却可以帮富人思维的人制造财富。 许多人缺少的不是美，而是自信的气质。 让生活的句号圈住的人，是无法前时半步的。
太阳能光热应用技术第三章ppt课件
（2）高能量密度蓄热：采用储能密度较 高的材料，比如无机盐水合物、有机盐和 金属熔盐等都属于这类蓄热材料。另外， 水和铸铁也都具有较大的储能密度。不过， 虽然部分材料的储能密度较高，但其价格 昂贵。因此，除了特殊需要外，这类介质 材料高昂的蓄热成本限制了其使用范围。
3.1.2 太阳能蓄热材料的分类及特点
（1）单位体积或单位重量的蓄热容量； （2）蓄热器工作温度范围，即热量输入和
输出系统的温度范围； （3）热量输入和输出蓄热器的方法和与此
相关的温度差； （4）热量输入和输出蓄热器的动力要求； （5）蓄热器的结构、容积和内部温度的分
布情况； （6）减小系统热损耗和使用成本的方法。
3.1.1 太阳能热能储存的分类
除了显热储存、相变储存和化学蓄热三种 主要的蓄热方式，实际应用中太阳能热能 储存还可以按不同的类型加以区分和分类， 例如，按热储存时间的长短、按蓄热温度 的高低、按蓄热能量密度大小等。
3.1.1.1 按热储存时间的长短分类
（1）随时储存：以小时或者更短的时间 为周期，其主要目的是随时调整热能供需 之间的不平衡。例如，热电站中的蒸汽储 热器，依靠蒸汽凝结或水的蒸发来随时蓄 热和放热，使热能供需之间随时维持平衡。
通，箱体承受的压力较小，如自然循环式家 用太阳能热水器的蓄热水箱。敞开式蓄热水 箱容易受酸性腐蚀，对容器的耐腐蚀性要求 较高。密闭式蓄热水箱如图 3-4 所示，箱体 需要承受一定的压力，为避免蓄热水箱膨胀， 其上方专门设置了膨胀水箱。密闭式蓄热水 箱的优点是配管系统简单，只需要容量较小 的循环泵，功耗较小；缺点是蓄热水箱承受 的压力较大，要求容器具有一定的承压性， 容器的设备费用较高。
（2）相变型。相变型的蓄热材料在相变 时吸热或者放热，这类材料单位蓄热密度 大。在相变蓄热系统的设计中，蓄热密度 大的优点使其具有设备简单、体积小、设 计灵活、使用方便、易于管理等优点。在 相变蓄热过程中，材料近似恒温，可以此 来控制系统的温度。
3太阳能热发电的原理和特性
《太阳能热发电厂》第二章太阳能热发电的原理与特性授课教师：朱红路华北电力大学可再生能源学院能源工程及自动化教研室华北电力大学太阳能中心2 太阳能热的收集到达地球表面的太阳能相当于全世界发电量的数十万倍太阳透射到地球上的光线视为一组平行光线。
2 太阳能热的收集•任何物体在绝对零度以上具有热辐射能力•同时，物体吸收来自其它物体的辐射热能斯特潘-波尔兹曼定理：∫∞= =04,s,e s,e d TMMσλλ2 太阳能热的收集太阳光谱分布外层空间太阳辐射波长主要分布在0.15-4μm的区间。
峰值辐射波长在0.48μm.海平面太阳辐射波长主要分布在0.29-2.5μm2 太阳能热的收集结论：太阳辐射能量主要集中在0.2~4微米波长范围内，占太阳辐射总能量的99%！2 太阳能热的收集太阳常数太阳常数：太阳与地球之间为年平均距离时，地球大气层上边界处，垂直于太阳光线的表面上，单位面积、单位时间内接收到的太阳辐射能量。
常用来表示。
地球大气层外层空间太阳辐射43% 的辐射能被反射回太空14% 的辐射能被大气吸收27% 属于直射辐射16% 属于散射辐射2 太阳能热的收集直射辐射、散射辐射2 太阳能热的收集太阳辐射强度最好来自实测资料的统计和整理。
2 太阳能热的收集光热转换对光热转换产生的影响•加剧分子、原子及电子的热运动，引起温度升高；•增强物体向外界的辐射(光)量物体温度不再升高！2 太阳能热的收集光热转换如何使物体在接受太阳光辐射的情况下，温度继续升高？2 太阳能热的收集光热转换双层玻璃隔热材料受热物体热箱原理3 太阳能热存储不可或缺的蓄热系统：3 太阳能热存储不可或缺的蓄热系统：太阳能集热器储热器热负荷热交换热交换太阳辐射储热与取热简单工作流程3 太阳能热存储太阳能热存储的分类按照存储温度的高低分类：•储冷储热温度0℃或者低于0 ℃•低温储热储热温度低于100 ℃•中温储热储温温度100~200 ℃•高温储热储温温度200~1000 ℃•超高温储热储温温度1000 ℃以上3 太阳能热存储太阳能热存储的分类储冷视频3 太阳能热存储太阳能热存储的分类按照蓄热时间的长短分类：•短期蓄热蓄热时间低于一天•中期蓄热蓄热时间一般低于一周•长期蓄热蓄热时间长达一个月或者跨季度3 太阳能热存储太阳能热存储的分类按照能量密度的大小分类：•低能量密度蓄热：显热蓄热•高能量密度蓄热：潜式蓄热(相变蓄热)3 太阳能热存储太阳能热存储的要求应该从四个方面考虑：•集热器•储热介质•储热器•储热容器的隔热措施3 太阳能热存储太阳能热存储的要求集热器：为了保证热机效率，集热器应该具有较高的温度。
太阳能电池的工作原理课件PPT
5500 K
- 表面辐射密度 63000 kW/m2
- 辐射能量
3.36 x 1024 MWh/a
- 大气层外太阳光谱分布分类与所占比例
紫外线:
＜380 nm ( 6.46% )
可见光: 380 - 780 nm (46.25%)
红外线:
＞780 nm (47.29%)
地球的数据
- 到太阳的平均距离
3. 光敏传感器 光照强度不同，电流大小也不一样。
§3-2 太阳电池的工作原理
通常应用的太阳电池是一种将光能直接转换成电能的 半导体器件，其基本构造是由半导体的P-N结组成。
3.2.1 P型和N型半导体
❖ 半导体 (semiconductor) *
➢ 定义：形成材料的电阻率界于金属与绝缘材料之间的材料。 ➢ 电阻率在某个温度范围内随温度升高而增加。 ➢ 电导率在10-4～104/（Ω.cm）之间。
Uoc U0 (1 T )
温度对太阳电池的影响
5—太阳入射角为48.
在太阳电池两端连接负载，实现了将光能向电能的转换。
1
12x1015 MWh/a
在一定温度和辐照度条件下，太阳电池在开路情况下的端电压，亦即伏安特性曲线与横坐标的交点所对应的电压，通常用UOC来表示。
- 表面温度
5500 K
§3-2 太阳电池的工作原理
η=UmIm/AtPin 式中： Um、Im----最大输出功率点的电压、电流； At ----包括栅线面积在内的太阳电池总面积； Pin ----单位面积入射光的功率。
【例3-1】某一面积为100cm2的太阳电池，测得其最大功率为1.5W，则 该电池的转换效率是多少？
解：
太阳电池转换效率 η =UmIm/AtPin
太阳能光热系统课件
黑体的辐射能力与吸收能力最强
斯蒂芬-玻尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann law）
黑体在单位时间内向外发出的辐射能：
— 黑体表面的绝对温度（热力学温度）K — 斯蒂芬-玻尔兹曼常数，或称黑体辐射常数
2 [m ] — 黑体辐射表面积
一切实际物体辐射能力都小于同温度下的黑体 4
传热是一个过程，稳态，非稳态；
——区别于热力学的平衡态 传热学中热流量的单位是[W]， 而非[J]； [W]= [J]/[s] 导热热阻：与直流电路的欧姆定律 I=U/R 相似。
Φ A
t
A
t
W
Thermal resistance for conduction
热导率 (导热系数) (Thermal conductivity)
单位厚度(1m)、单位温度差（1K）物体，在它的单位面 积上(1m2)、每单位时间(1s)的导热量(J)。
导热系数表示材料导热能力大小；由实验确定。
热流量和导热热阻
热流量是单位时间传递的热量； ——它体现了传热的速率或快慢
2.热对流 Heat convection
热对流的定义 流体中 ( 气体或液体 ) 温度不同的各部分之间，由于发 生宏观相对运动，而把热量由一处传递到另一处的现象
若热对流过程使具有质量流量
的流体由温度t1处 流至温度t2处，则此过程传递的热流量为：
流体中有温差 ——热对流 必然同时伴随着热传导
3. 5.2 热管式真空管集热器
3. 5.2 热管式真空管集热器
3. 5.3 其他形式金属吸热体集热器
3. 5.3 其他形式金属吸热体集热器
3. 5.3 其他形式金属吸热体集热器
斯蒂芬-玻尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann law）
黑体在单位时间内向外发出的辐射能：
— 黑体表面的绝对温度（热力学温度）K — 斯蒂芬-玻尔兹曼常数，或称黑体辐射常数
2 [m ] — 黑体辐射表面积
一切实际物体辐射能力都小于同温度下的黑体 4
传热是一个过程，稳态，非稳态；
——区别于热力学的平衡态 传热学中热流量的单位是[W]， 而非[J]； [W]= [J]/[s] 导热热阻：与直流电路的欧姆定律 I=U/R 相似。
Φ A
t
A
t
W
Thermal resistance for conduction
热导率 (导热系数) (Thermal conductivity)
单位厚度(1m)、单位温度差（1K）物体，在它的单位面 积上(1m2)、每单位时间(1s)的导热量(J)。
导热系数表示材料导热能力大小；由实验确定。
热流量和导热热阻
热流量是单位时间传递的热量； ——它体现了传热的速率或快慢
2.热对流 Heat convection
热对流的定义 流体中 ( 气体或液体 ) 温度不同的各部分之间，由于发 生宏观相对运动，而把热量由一处传递到另一处的现象
若热对流过程使具有质量流量
的流体由温度t1处 流至温度t2处，则此过程传递的热流量为：
流体中有温差 ——热对流 必然同时伴随着热传导
3. 5.2 热管式真空管集热器
3. 5.2 热管式真空管集热器
3. 5.3 其他形式金属吸热体集热器
3. 5.3 其他形式金属吸热体集热器
3. 5.3 其他形式金属吸热体集热器
2020年广东中考物理第十六讲 信息的传递 能源与可持续发展
第十六讲 信息的传递能源与可持续发展
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9. (2011省卷9题3分)目前释放核能的方式有两种：一是使原子核裂变，二是使原 子核__聚__变____.1938年，科学家首次用__中__子____(选填“电子”“中子”或“质子”)轰击 比较大的原子核，使其发生裂变，变成两个中等大小的原子核，同时释放出巨大 的能量.1 kg铀全部裂变释放的能量超过 2 000 t 煤完全燃烧时释放的能量．如果 煤的热值为3×107 J/kg，那么1 kg铀全部裂变释放的能量至少为__6_×__1_0_13__J.
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第十六讲 信息的传递能源与可持续发展
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4.太阳能的利用 太阳能转化为__内__能___，如太阳灶、太阳能热水器等. 太阳能转化为__电__能___，如太阳能电池等. 太阳能转化为_生__物__能__，如植物通过太阳进行光合作用等. 太阳能转化为_化__学__能__，如贮存在化石燃料中的太阳能等. 太阳能转化为_光__能____，如LED照明路灯等.
第十六讲 信息的传递能源与可持续发展
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考向拓展
5. (2019徐州8题2分)“北斗＋5G”技术将助力北京打造智慧型冬奥会，这项技术
主要利用( A )
A. 电磁波
B. 超声波
C. 次声波
D. 红外线
6. (2019成都A卷1题2分)中国的创新发展战略使科技领域不断取得新成果，下
列说法正确的是( D )
太阳能
电能
化学能
电能
光能
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玩转广东省卷10年中考真题
类型 1 电磁波(10年6考，单独考查5次，与声学结合考查2次)
《太阳能集热器》课件
目前太阳能储能技术尚未完全成熟，导致 在日照不足时无法保证持续稳定的能源供 应。
尽管长期运营成本低，但太阳能集热器的 初期投资成本相对较高，可能会阻碍其推 广和应用。
发展前景展望
技术进步
随着技术的不断进步，太阳能集热器的 效率将得到提高，成本也会逐渐降低。
多元化应用
未来太阳能集热器将拓展到更多领域 ，如工业加热、海水淡化等，具有更
散热过程
散热过程
太阳能集热器的散热过程是将集热器中多余的热量通过自然对流或强制对流等方式散发到周围环境中，以保持集热器 的正常工作温度范围。散热效率对于集热器的性能和可靠性至关重要。
散热方式
散热方式包括自然对流散热和强制对流散热。自然对流散热依靠自然气流或水流动将热量传递到环境中；强制对流散 热则通过风扇或泵等设备强制对流传导热量。选择合适的散热方式需要根据具体的应用场景和需求来决定。
《太阳能集热器》 PPT课件
目录
CONTENTS
• 太阳能集热器简介 • 太阳能集热器的工作原理 • 太阳能集热器的设计与制造 • 太阳能集热器的性能测试与评估 • 太阳能集热器的安装与维护 • 太阳能集热器的优势与局限性
01
太阳能集热器简介
定义与工作原理
定义
太阳能集热器是一种利用太阳能 进行能量转换的装置，能够将太 阳能集中并转换为热能或其他形 式的能量。
散热效率
散热效率受到多种因素的影响，如散热面积、气流速度、环境温度和集热器材料等。为了提高散热效率 ，需要增加散热面积、优化气流组织、选择具有良好导热性能的集热器材料，以及合理利用周围环境因 素来增强散热效果。
03
太阳能集热器的设 计与制造
材料选择
吸热材料
选择高吸收率的材料，如铜、铝、不 锈钢等，能够有效地吸收太阳辐射能 并将其转化为热能。