太阳能的应用-热、化学、电

新疆大学

作业题目：太阳能的应用学院：电气工程学院专业、班级：电气11-1班教师：张新燕

报告人：张雪芝

学号：20112101045

太阳能的应用

—Application of solar energy

课题小组成员：张雪芝潘从芳米合丽班

内容摘要：1.概述

2.太阳能应用领域分类及应用

2.1.太阳能在光热方面的应用

2.1.1光热方面的应用原理

2.1.2光热方面案例

2.2.太阳能在光化学方面的应用

2.2.1光化学方面的应用

2.2.2光化学方面的应用案例

2.3.太阳能在光电上的应用

2.3.1太阳能在光电上的应用原理

2.3.2太阳能在光电上的应用案例

2.3.3光热电与光伏发电的对比

3.太阳能的发展前景

4.最后的话

1概述

太阳能是由太阳内部氢原子发生氢氦聚变释放出巨大核能而产生的，来自太阳的辐射能量。人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。植物通过光合作用释放氧气、吸收二氧化碳，并把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代演变形成的一次能源。地球本身蕴藏的能量通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有关的能源。

与原子核反应有关的能源正是核能。原子核的结构发生变化时能释放出大量的能量，称为原子核能，简称核能，俗称原子能。它则来自于地壳中储存的铀、钚等发生裂变反应时的核裂变能资源，以及海洋中贮藏的氘、氚、锂等发生聚变反应时的核聚变能资源。这些物质在发生原子核反应时释放出能量。目前核能最大的用途是发电。此外，还可以用作其它类型的动力源、热源等。

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1,369w/㎡。地球赤道周长为40,076千米，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/㎡，相当于有102,000TW的能量。

尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤，每秒照射到地球的能量则为499,400,00,000焦。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。

2.太阳能应用领域分类及应用

根据太阳能的转换形式可以分为三类:

a.光热方面的应用

b.光化学方面的应用

c.光电方面的应用

2.1光热方面的应用

2.1.1光热方面的应用原理

它的基本原理是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。

目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器、陶瓷太阳能集热器和聚焦集热器（槽式、碟式和塔式）等4种。通常根据所能达到的温度和用途的不同，而把

太阳能光热利用分为低温利用（<200℃）、中温利用（200～800℃）和高温利用（>800℃）。目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳能采暖（太阳房）、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等.

2.1.2光热方面案例

a.太阳能热水器

太阳能热水器的原理

集热器吸热原理：集热器表面有一特殊的涂层，此涂层对太阳能可见光范围具有很大的吸收率，集热器的散热热辐射波长在长波范围，该涂层对长波的发射率很低，这样就有效“滞留”了太阳能的热量。

循环原理：冷水比热水密度大，冷水下沉，热水上升，形成自然对流循环。

保温原理：保温水箱有三部分组成：外胆、聚氨酯发泡层和不锈钢内胆，其中，聚氨酯发泡层负责太阳能热水器的保温，聚氨酯的保温性能卓越，是目前国内所有建材中导热系数最低（≤0.024），热阻值最高的保温材料。

图一热水器图二热水器原理图

b.太阳灶

太阳灶的原理

聚光式太阳灶是将较大面积的光聚焦到锅底，使温度越到较高的程度，以满足炊事要求和烘暖的要求。

图三太阳灶

c.燃油利用

欧盟从2011年6月开始，利用太阳光线提供的高温能量，以水和二氧化碳作为原材料，致力

于“太阳能”燃油的研制生产。截止目前，研发团队已在世界上首次成功实现实验室规模的可再生燃油全过程生产，其产品完全符合欧盟的飞机和汽车燃油标准，无需对飞机和汽车发动机进行任何调整改动。

图四全球首家昼夜飞行太阳能飞机亮相欧盟馆

2.2.太阳能在光化学方面的应用

2.2.1光化学方面的应用原理

这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光化学转换方式。它包括光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应。

植物靠叶绿素把光能转化成化学能，实现自身的生长与繁衍，若能揭示光化转换的奥秘，便可实现人造叶绿素发电。太阳能光化转换正在积极探索、研究中。

光化学过程是地球上最普遍、最重要的过程之一，绿色植物的光合作用，动物的视觉，涂料与高分子材料的光致变性，以及照相、光刻、有机化学反应的光催化等，无不与光化学过程有关。近年来得到广泛重视的同位素与相似元素的光致分离、光控功能体系的合成与应用等，更体现了光化学是一个极活跃的领域。但从理论与实验技术方面来看，在化学各领域中，光化学还很不成熟。光化学反应与一般热化学反应相比有许多不同之处，主要表现在：①加热使分子活化时，体系中分子能量的分布服从玻耳兹曼分布；而分子受到光激活时，原则上可以做到选择性激发（能跃值的选择、电子激发态模式的选择等），体系中分子能量的分布属于非平衡分布。所以光化学反应的途径与产物往往和基态热化学反应不同。②只要光的波长适当，能为物质所吸收，即使在很低的温度下，光化学反应仍然可以进行。

2.3.太阳能在光电上的应用

2.3.1太阳能在光电上的应用原理

未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多种。已实用的主要有以下两种。

a..光—热—电转换即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。这种方式简单易行，成本低廉回报大，适合在中国大面积推广。

b.光—电即我们说的太阳能在光伏电站的应用。

2.3.2太阳能在光电上的应用案例

a.光热电站

光热电站于2010年8月在北京延庆建成，这是亚洲第一个光热发电站，也是中国首座自主知