如何高效利用太阳能

光化学转换利用太阳能
通过光解或电解作用的热化学方法制造 氢气，是对未来能源发展具有战略意义 的一个途径。 意大利和瑞士发明了一种有效地利用太 阳能分解水中氢气的方法，从生态角度 上看，氢气一直被认为是理想的燃料， 因为氢不产生有害废弃物，它燃烧后的 唯一副产品是水，所以氢是一种清洁的 燃料。
太阳能的家族
色 球 层
日 珥
太阳的物质抛射形成环形突出
1973年12月一个巨大的日珥 跨越日面588，000km
日冕层
在色球之上是极其稀薄的高温日冕层， 只有在日全食中才能看到一片青白色的 日冕光区。 在太阳活动极大年，日冕接近圆形；在 太阳宁静年则呈椭圆形。日冕上有冕洞， 而冕洞是太阳风的风源。
太 阳 活 动 极 大 年 的 日 冕
平板集热器
平板集热器是非聚光类集热器中最简单 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
真空管平板集热器
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，它能吸收太阳光的直射和80%的散 射。
全玻璃真空集热管
太阳能
——未来最理想的能源
太阳能
太阳能是一种清洁的可再生能源。 从广义上讲：太阳能不仅包括直接投射到 地球表面的辐射能，还包括像生物质能、 水能、风能、海浪能等同样起源于太阳辐 射的间接的太阳能量；而且像现在广泛使 用的石油、天然气和煤炭等化石能源，也 都是古代太阳能资源的产物。 从狭义上讲：太阳能指的是直接投射到地 球表面的太阳辐射能。 可再生能源技术领域讲述的太阳能指的是 狭义的太阳能。
太阳的内部构造
太阳内部有“里三层”。从中心向外， 依次是核反应区，这里是太阳热能产生 的基地。辐射区，太阳能先通过这里传 播出去。对流区，太阳能经过这里向太 阳表层传播，它们是“输送带”。
太陽的內部構造
太 陽 表 面 結 構
太阳的内部构造
太阳外部有“外三层”。依次为光球层、 色球层和日冕层。人们肉眼可见的明亮表 面就是光球层，我们所见到太阳的可见光， 几乎全是由光球发出的。光球层厚约500 千米，温度为5762K，密度为10-6g/cm3， 它是由强烈电离的气体组成，太阳能绝大 部分辐射都是由此向太空发射的。
太阳能间接传输
间接传输适用于各种不同距离。将太阳 能转换为热能，通过热管可将太阳能传 输到室内；将太阳能转换为氢能或其他 载能化学材料，通过车辆或管道等可输 送到用能地点；空间电站将太阳能转换 为电能，通过微波或镭射将电能传输到 地面。
生物转换利用太阳能
通过光合作用使太阳能吸收和储存在生 物质内经过化学和生物处理，制成液体 或固体燃料 。 将糖类作物、谷物和植物纤维作原料， 生产燃料酒精，渗到汽油中合成酒精汽 油，例如巴西已从甘蔗中提炼酒精和汽 油合成汽车用油。
利用太阳辐射能加热集热器，把吸收的 热能转换为机械能或电能。 例如太阳能烘干机可以烘干粮食、烟叶、 干果、农副产品及木材等； 主动和被动的太阳房是利用太阳能采暖， 是空调的一种简单、经济、有实效的方 法； 可利用太阳能蒸馏器，用于海水淡化。
光电转换利用太阳能
即通过半导体材料直接将太阳辐射能转 变为电能(直流电)。 目前太阳能电池的种类主要有硅、硫化 镉、砷化镓等电池。 电池技术较成熟，主要用于航天、无人 灯塔、无线电中继站、无人气象站、浮 标和电围栏等作为电源。
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太阳能的利用
太阳能的利用
世界将太阳能作为一种能源和动力加以 利用，已经有300多年的历史。1615年法 国工程师所罗门.德.考克斯发明了第一 台利用太阳能加热空气使膨胀做功而抽 水的机器.
太阳能的利用
太阳能利用涉及的技术问题很多，但根 据太阳能的特点，具有共性的技术主要 有四项，即太阳能采集、太阳能转换、 太阳能贮存和太阳能传输，将这些技术 与其他相关技术结合在一起，便能进行 太阳能的实际利用---光热利用、光电利 用和光化学利用。
光球上的米粒组织
太 阳 黑 子
太阳黑子
太阳黑子的本影和半影
色球层
从光球表面到8000千米高度为色球层， 大部分由氢和氦组成。在色球层的边缘 常常突然串升一片火舌般的气体，高度 达到几万公里，这就是日珥，其温度高 达1百万度，高度有时达几十个太阳半径。 日珥可谓千姿百态，有的像脱兔，有的 如飞鸟，有的如喷泉飞瀑，这里可以算 得上是太阳最壮丽的景色了。
太阳能热利用
太阳能热利用
太阳能热利用是可再生能源技术领域商业化程 度最高、推广应用最普遍的技术之一。 国际上，太阳能的使用技术已进入新的发展阶 段。在太阳能热利用系统中，重要的一个技术 关键是如何高效率地收集太阳光并将其转变为 热能。热利用在太阳能利用技术中占有重要位 置，是综合解决方案。
太阳能集热器
生物转换利用太阳能
发展薪炭林。烧炭是一种古老的生物能 利用方式，若有计划的植林，不仅可作 燃料以及作为酒精沼气原料，而且还能 保护环境，防止水土流失。 将高等有机废物进行分解，在厌氧微生 物作用下，可产生沼气。 尚在研究利用藻类和某些微生物的光合 作用，在阳光下分解制氢，提供燃料。
光热转换利用太阳能
太阳能热发电：主要是把太阳的能量 聚集在一起，加热来驱动汽轮机发电。 太阳能光伏发电：将太阳能电池组合 在一起，大小规模随意。可独立发电， 也可并网发电。 太阳能水泵：正在取代太阳能热动力 水泵，九十年代我国研制的2.5kW光伏 水泵在新疆运用。
太阳能的家族
太阳能热水：我国自从1958年研制出第一 台热水器后，经过四十多年的努力，我国 太能热水器产销量均占世界首位。 太阳能建筑：太阳能建筑有三种形式： （1）被动式：结构简单，造价低，以自然 热交换方式来获得能量； （2）主动式：结构较复杂，造价较高，需 要电做辅助能源； （3）“零能建筑”结构复杂，造价高，全 部建筑所需要的能量都由“太阳屋顶”来 提供。
Ⅱ
1626～1856
5000～5850
湖南、湖北、广西、江西、浙江、 Ⅵ 福建北部、广东北部、陕西南部、 江苏南部、安徽南部 我国的太阳能资源是风力资源 Ⅴ
1400～2200
4200～5000
的1400倍、水力资源的3300倍 四川、贵州
1000～1400
3350～4200
太阳——众星之母
太阳是一个炽热的气态球体，没有固体 的星体或核心。 它的直径约为1.39×10 6 km，是地球的 109倍，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71％）和氦（约 27％）。
日冕物质喷發 日 冕 物 质 喷 发
太阳风和极光
当太阳上有强烈爆发和日冕物质抛射时， 太阳风携带着的强大等离子流可能到达 地球极区。这时，在地球两极则可看见 瑰丽无比的极光。
美丽的极光3
美 丽 的 极 光
太阳的构造
从太阳的构造可见，太阳并不是一个温 度恒定的黑体，而是一个多层的有不同 波长发射和吸收的辐射体。不过在太阳 能利用中通常将它视为一个温度为6000K， 发射波长为0.3～3μm的黑体。
太阳能采集
太阳辐射的能流密度低，在利用太阳能 时为了获得足够的能量，或者为了提高 温度，必须采用一定的技术和装置（集 热器），对太阳能进行采集。太阳能集 热器是把太阳辐射能转换成热能的设备， 它是太阳能热利用中的关键设备。
太阳能集热器
按传热工质可分为液体集热器和空气集热器. 按采光方式可分为非聚光型和聚光型集热器两 种。 非聚光集热器（平板集热器，真空管集热器） 能够利用太阳辐射中的直射辐射和散射辐射， 集热温度较低； 聚光集热器能将阳光会聚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。
我国太阳能资源分布
类 型
Ⅰ
地
区
年日照时数
（h/a）
年辐射总量
（kWh/m2•a） 1856～2333
西藏西部、新疆东南部、宁夏北部、 3200～3300 青海西部、甘肃北部
西藏东南部、新疆南部、宁夏南部、 青海东部、甘肃中部、内蒙古南部、 3000～3200 河北西北部 新疆北部、甘肃东南部、山西南部、 Ⅲ 陕西北部、河北东南部、山东、河 我国西部的太阳能非常丰富，多数 2200～3000 南、吉林、辽宁、云南、广东南部、 江苏北部、安徽北部 地区的年日照时数在3000小时以上
太阳能的家族
太阳能干燥：70年代后，太阳能干燥器 迅速发展，尤其在农村，对许多农副产 品做了太阳能干燥的试验。 太阳灶： 太阳灶可分为热箱式和聚光式 两类，我国是世界上推广应用太阳灶最 多的国家。
太阳能的家族
太阳能制冷与空调：是节能型的绿色空 调，无杂讯，无污染，可很快地投入商 业化的生产。 太阳能其他：可淡化海水，利用太阳光 催化治理环境，培养能源植物，在通信、 运输、农业、防灾、阴极保护、消费、 电子产品等诸多方面，都有广泛的应用。
1-內玻璃管 2-外玻璃管 3-真空夹层 4-带有吸气剂的卡子 5-选择性涂层
聚光集热器
聚光集热器通常由三部分组成：聚光器、 吸收器和跟踪系统。 其工作原理是，自然阳光经聚光器聚焦 到吸收器上，并加热吸收器内流动的集 热介质；跟踪系统则根据太阳的方位随 时调节聚光器的位置，以保证聚光器的 开口面与人射太阳辐射总是互相垂直的。
太 陽 的 可 見 表 面
光球层
光球并不完美，其表面布满了米粒般的 粒状结构，科学家形象地称它们为“米 粒组织”，光球上亮的区域叫光斑，暗 的黑斑叫太阳黑子 。 所谓太阳黑子是光球层上的黑暗区域， 它的温度大约为4500K， 而光球其余部 分的温度约为6000K。在明亮的光球反衬 下，就显得很黑。
19 70 年 3 月 7 日 日 全 食 日 冕
太 阳 宁 静 年 的 日 冕
日冕层和太阳风
日冕层的温度比它的发源地——太阳的 温度要高得多，因此日冕层物质不断向 外膨胀，把许多沿着太阳磁力线的粒子 流不断地吹射到行星际空间，形成太阳 风。其范围可延伸到地球甚至更远的地 方。太阳就是以太阳风——物质粒子流 的形式失去物质。
太阳能概述
太阳辐射光谱：紫外光、可见光和红外 光。辐射能量集中在波长0.3~3μm。 <0.4μm 紫外光 8.03% 0.4~0.76μm 可见光 46.43% >0.76μm 红外光 45.54% 辐射通量，W; 辐照度，W/m2;
太阳能概述
科学家研究表明，太阳每小时辐射到地 球的能量约为18万兆瓦，相当于燃烧90 兆吨优质煤的热量；太阳能是取之不尽， 用之不竭的且无污染的能源。
太阳能不象煤和石油一样用交通工具进 行运输，而是应用光学原理，通过光的 反射和折射进行直接传输，或者将太阳 能转换成其他形式的能量进行间接传输 。
太阳能直接传输
直接传输适用于较短距离，基本上有三 种方法：通过反射镜及其它光学元件组 合，改变阳光的传播方向，达到用能地 点；通过光导纤维，可以将入射在其一 端的阳光传输到另一端，传输时光导纤 维可任意弯曲；采用表面镀有高反射涂 层的光导管，通过反射可以将阳光导入 室内。
我国的太阳能资源
我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能 资源。根据中国气象科学研究院的研究， 有2/3以上国土面积，年日照在2000小时 以上，年平均辐射量超过0.6GJ/cm2，各 地太阳年辐射量大致在930～2330kW· 2 h/m 之间。 影响因素：太阳高度、大气质量、大气透 明度、纬度、日照时间、海拔高度
太阳内部的核聚变反应
太阳核心是一切力量的中心和出发点。 氢原子于2,700万度高温转化为氦。以 射线形式释放出的能，向太阳表面涌出， 可达300,000哩（1哩＝1609米）的高空 中。而太阳内部每秒钟以六亿五千七百 万吨之多的氢转变为六亿五千二百五十 万吨氦——放出能量为Ｅ＝mc2。
太阳能传输
太阳——众星之母
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。太阳能量的99%是由中心的核反 应区的热核反应产生的。
太阳——众星之母
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0.0072g。 根据目前太阳产生核能的速率估算，其 氢的储量足够维持100亿年，因此太阳能 可以说是用之不竭的。