太阳能的应用

• 在1615年～1900年之间，世界上又研制成多台太阳 能动力装置和一些其它太阳能装置。这些动力装置几 乎全部采用聚光方式采集阳光，发动机功率 不大， 工质主要是水蒸汽，价格昂贵，实用价值不大，大部 分为太阳能爱好者个人研究制造。
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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。
• 新能源是哪些? •一般指太阳能、风能、生物质 能、地热能、海洋能等可再生能 源，以及氢能、核能等。
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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
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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。
• 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。
•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。
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波长分布
• 太阳能的波长分布可以用一 个黑体辐射来模拟，黑体的 温度为5800K。
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太阳能利用历史
• 人类利用太阳能已有3000多年的历史。将太阳能作 为一种能源和动力加以利用，只有300多年的历史。
• 近代太阳能利用历史可以从1615年法国工程师所罗 门·德·考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动 机算起。该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀 作功而抽水的机器。
• 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。
• •第三阶段（1945-1965）
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•一次能源
•再生能源
•非再生能源
•（太阳能、水能、风能、 •（原煤、原油、天然气、
•生物质能、潮汐能等 ）
•油页岩、核能等 ）
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•储存了亿万年的太阳能
•煤(227年 )
•石油(40年) •天然气(61年 )
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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•能源消耗以化 石燃料为主体
•化石燃料的储 量有限
•开发和利用清洁、 高效的新能源
•化石燃料的环 境污染
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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％。
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• 太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到 地球大气层的能量仅为其总辐射能量（3.75×1026W） 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。
•广义太阳能包括:地球上 的风能、水能、海洋温差 能、波浪能和生物质能以 及部分潮汐能,化石燃料 （如煤、石油、天然气等 ）.
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主要内容
•我国太阳能资源分布图示
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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。
•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。
•地球上的能流图
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•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。
太阳能的应用
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•地热能
•风 能
•潮汐能
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•太阳能
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•能源
•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。
•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。