第二章 太阳能及应用

西班牙PS10塔式电站
南京塔式太阳能热发电系统
（3）碟式
（a）单碟式太阳能发电机组 （b）多碟式太阳能发电机组 碟式太阳能发电机组
碟式/斯特林太阳能发电系统原理图
我国首个10Baidu NhomakorabeakW碟式太阳能光热示范电厂
2.非聚光型
（1）太阳池
太阳池结构简图
太阳池发电系统示意图
（2）太阳能烟囱
太阳能烟囱系统的结构与原理
一种崭新的太阳房——热泵式太阳房
（a）直接式太阳能热泵
（b） 间接式太阳能热泵
太阳能热泵
七、太阳能蒸馏－海水淡化
就人均占有量来说，中国在水资源方面是一个穷国。
据测算，我国人均占有水量只居世界的第108位。 为了增大淡水的供应，除了采用常规的措施，一条 有利的途径就是就近进行海水或苦咸水的淡化，特 别是对于那些用水量分散且偏远的地区更适宜用此 方法。 海水淡化即利用海水脱盐生产淡水，它是实现水资 源利用的开源增量技术，既可以增加淡水总量，且 不受时空和气候影响，水质好，又可以保障沿海居 民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。
太阳能“烟囱”
Trends in environmentally friendly and energy efficient building design
Solar Chimney, Stack Effect
2. 太阳能采暖
太阳能采暖可以分为主动式和被动式两大类。 （1）被动式采暖系统——被动式太阳房：
1. 聚光型太阳能热发电技术
聚光型太阳能热发电技术是利用大规模阵 列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热 装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺， 从而达到发电的目的。
（1）槽式
槽式太阳能热发电电站现场
槽式太阳能热发电系统原理图
（2）塔式
塔式太阳能热发电系统原理图
美国加州塔式太阳能热发电站图片
第二节 太阳能的光热转换利用
太阳能的光热转换就是将太阳辐射能收集 起来，通过与工质（主要是水或者空气）的 相互作用转换成热能加以利用。这种通过转 换装置将太阳辐射能转换为热能加以利用就 称为太阳能－热能的转换技术，也称作太阳 能光热转换利用技术。
一、太阳能热水器
太阳能热水器就是吸收太阳能的辐射热 能，加热冷水提供给人们在生活、生产中使 用的节能设备。 现今全世界已有数千万套太阳能热水装置。
直接收益式、蓄热墙和附加阳光间3种
（2）主动式采暖系统 ——主动式太阳房
被动式太阳房
直接收益式系统原理图
被动式太阳房
集热－蓄热墙式系统原理图
被动式太阳房
我国被动太阳房在 采暖方面可以节能 60%～70%，平均 1m2建筑面积每年 可节约20～40kg 标煤。
被动式太阳房
主动式太阳房
无辅助锅炉的主动式太阳房
1. 太阳能资源的优点
（1）数量巨大
（2）时间长久 （3）普遍
（4）清洁安全
2. 太阳能资源的缺点
（1）分散性 （2）间断性和不稳定性
蓄能是太阳能利用中最薄弱的环节之一。 （3）效率低和成本高
3.太阳的结构
（1）核反应区 （2）辐射层 （3）对流层 （4）太阳大气
二、我国太阳能资源的分布
1. 太阳能在建筑节能中的主要应 用型式
（1）太阳能生活热水供给 （2）太阳能采暖
（3）太阳能制冷
（4）太阳能幕墙 （5）家庭发电系统 （6）太阳能游泳池
采光与照明
Daylight Simulation
太阳能采光的应用
Integral Solutions
▽ 圆形设计减少建筑的散热面积 ▽ Overhang使采光和光线柔和达到完美结合 ▽ 中间圆形大厅具有采光、通风综合功能 ▽ 结合墙体隔热材料、地热利用等综合措施使该建筑具有卓越的节能性能
常见的太阳能干燥器的型式——
温室型太阳能干燥器
常见的太阳能干燥器的型式——
集热器型太阳能干燥器
常见的太阳能干燥器的型式——
集热器-温室型太阳能干燥器
常见的太阳能干燥器的型式——
整体式太阳能干燥器
六、太阳能在建筑节能上的应用
充分利用太阳能在住宅中的应用，保证居室卫 生、改善居室小气候、提高舒适度。不仅使太阳能 得到更充分、更合理的利用，可以把低品位的能源 （太阳能）转变为高品位的供暖、空调，而且对节 省常规能源，减少环境污染，提高人们的生活水平 具有重大意义，符合可持续发展战略要求。
西班牙的太阳能试验电站
澳大利亚在新南威尔士州建造一座目前 世界上最大的太阳能烟囱式发电站
发电容量高达 200MW，足以满 足大约20万个家 庭的用电需求。 电站有一个直径 7km的太阳能集 热棚,并建一座 1000m高的烟囱, 占地达38km2， 将成为澳大利亚 乃至世界上最高 和最大的建筑物。
气候带划分
气候带 热带 寒带 纬度范围 南北回归线（23.5°）之间 极圈以内（66.5°～90°）
温带
纬度23.5°～66.5°
太阳能资源丰富程度最高地区为：印度、巴基斯坦、中东、北非、 澳大利亚和新西兰； 中高地区为：美国、中美和南美； 中等地区为：西南欧洲、东南亚、大洋洲、中国、朝鲜和中非； 中低地区为：东欧和日本； 最低地区为：加拿大与西北欧洲。
H2
利用太阳能热化学循环制氢流程图
2.太阳能高温炉
太阳能炉（Solar
Furnaces ）
法国 Odellio，用
于科研，温度可以
达到3300 ℃
第三节 太阳能的光电转换利用
平板式太阳能热水器工作原理
全玻璃真空管集热器及其结构图
玻璃真空管式太阳 能热水器工作原理
2.太阳能热水器的热水系统结构
集热器
进水端 储水器 辅助加热器 出水端
太阳能热水系统结构图
3. 太阳能热水器选用
以镇江为例，选用太阳能热水器，按照年平均气 温15.3℃、太阳辐射量日均为3.88kW· h/m2计算， 一家3口，每日需180升热水（55℃），按把水温升 高40℃计算（基础水温15℃）。每日共计需要 7200千卡（约30240kJ）热量，所需集热面积为 2.16m2，考虑到太阳辐射与热能的转换效率问题， 实际选用集热面积在4～5m2，按每平方米太阳能集 热器配0.1m3的保温水箱容量的配比关系，可选用 储水器容量在400～500升，全年可提供生活用热水 （55℃）65.7吨。
德国独栋住宅家庭太阳能热水系统 1－太阳能集热器；2－太阳能储热桶；3－锅炉； 4－太阳能接收站；5－热水消费（如淋浴）
二、太阳灶
太阳灶是利用太阳能辐射，通过聚光获取 热量，进行炊事烹饪食物的一种装置。它不 烧任何燃料，没有任何污染，正常使用时比 蜂窝煤炉还要快，和煤气灶速度一致。
太阳灶实物照片
太阳能蒸馏器
平板型多效太阳能蒸馏器 A1—进口截面；A2—受热面截面；A3—端部界面
八、其它应用
1.太阳能制氢——热化学法制氢
聚集的太阳能
0.5 yO2
太阳能反应器 M xOy xM 0.5 yO2
H 2O
M
水分解反应器 xM yH 2O M xOy yH 2
M x Oy
德国SolarNext公司氨-水吸收式空调
广州能源所两级溴化锂吸收式空调机组
太阳能热水、采暖、空调综合系统示意图
2.吸附式太阳能制冷
太阳能沸石－水吸附制冷原理 1－吸附床；2－冷凝器；3－储水器（蒸发器）
太阳能吸附式制冷系统原理图
太阳能硅胶-水吸附式空调机组
四、太阳能热发电

太阳能热发电是指利用集热器将太阳辐射 能转换成热能并通过热力循环进行发电。太 阳能热发电是太阳能热利用的重要方向，是 很有可能引发能源革命的技术成果，也是实 现大功率发电、替代化石能源的绿色经济手 段之一。
利用方式——
1.太阳能发电
太阳能发电包括光直接发电（光伏发电、 光偶极子发电）以及光间接发电，包括光热 动力发电、光热离子发电、热光伏发电、光 热温差发电、光化学发电、光生物发电（叶 绿素电池）和太阳热气流发电等。
2.光热利用
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。 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℃）。 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。
五、太阳能干燥器
太阳能干燥就是使被干燥的物料或者直接吸收太 阳能并将它转换为热能，或者通过太阳集热器所加 热的空气进行对流换热而获得热能，继而再经过以 上物料表面与物料内部之间的传热、传质过程，使 物料中的水分逐步汽化并扩散到空气中去，最终达 到干燥的目的。 太阳能干燥器是将太阳能转换为热能以加 热物料并使其最终达到干燥目的的完整装置。
第二章 太阳能及应用
Solar Energy
第一节 太阳能概述
一、太阳能的基本概念 狭义的太阳能仅指投射到地球表面上的太阳 辐射能。 广义的太阳能资源，不仅包括直接投射到地 球表面上的太阳辐射能，而且包括水能、风 能、潮汐能等间接的太阳能资源，还包括通 过绿色植物的光合作用所固定下来的能量即 生物质能。
较丰富区 5436～6264
可用区
4608～5436
东北、黄河中下游、长江下 游、两广、福建、贵州、云 南
四川、贵州、广西、江西部 分地区
日照时数2600h 年日照率60%左右
日照时数<1800h 年日照率<40%左右
贫乏区
3348～4608
三、太阳能的利用方式
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。
3.动力利用 4.光化学利用 5.生物利用 6.光－光利用
目前太阳能的利用主要有两大重点方 向：一是把太阳能转化为热能（光热利 用），另一个就是将太阳能转化为电能 （即通常所说的光伏发电）。
四、太阳能的开发历史
（1）第一阶段（1900～1920年）：初始阶段 （2）第二阶段（1920～1945年）：低潮 （3）第三阶段（1945～1965年）：平板集热器 ，太阳能空调 （4）第四阶段（1965～1973年）：停滞不前 （5）第五阶段（1973～1980年） “能源危机” ，掀起热潮 （6）第六阶段（1980～1992年） ：进入低谷 （7）第七阶段（1992年～20世纪末） ：太阳能利用与世界可持 续发展和环境保护紧密结合，全球共同行动 （8）进入21世纪，太阳能的利用愈发得到了全世界的广泛关注， 包括中国在内的世界各国都将太阳能的利用作为国家能源建设 的重要方面，太阳能技术也得到了日新月异的发展，太阳能产 业也成为推动各国经济增长的重要方面。
太阳能干燥器的分类
1.按物料接受太阳能的方式分类 ：直接受热
式太阳能干燥器，间接受热式太阳能干燥器 2.按空气流动的动力类型分类 ：主动式太阳 能干燥器，被动式太阳能干燥器 3. 按干燥器的结构型式及运行方式分类 ：温 室型太阳能干燥器、集热器型太阳能干燥器、 集热器-温室型太阳能干燥器、整体式太阳能 干燥器、抛物面聚光型太阳能干燥器等。
三、太阳能制冷

太阳能可以应用于制冷行业，即太阳能 制冷，它可以包括多种形式，比如光－电－ 冷、光－热－冷等，其中光电半导体制冷已 应用于航天领域，而常规应用的太阳能制冷 以光－热－冷为主，包括吸收式、吸附式制 冷，其中吸收式太阳能制冷是目前最易商业 化的太阳能制冷方式。
1.吸收式太阳能制冷
太阳能氨吸收式制冷系统示意图
国内的情况
我国自从1958年研制出第一台热水器后， 经过五十多年的努力，我国太能热水器产销 量均占世界首位。
（a）家用太阳能热水器
（b）安装在屋顶上的太阳能热水器
太阳能热水器
太阳能热水系统主要元件包括集热器、 储存装置及循环管路三部分。
太阳能热水器系统原理图
1.太阳能集热器
平板集热器及其结构图
世界太阳辐射分布图（平均每年的日照小时数）
我国各地区的太阳能资源分布
我国太阳能资源区划系统及分区特征
分区 丰富区 年辐射总量 （MJ/m2· 年） >6264 代表地区 青藏高原、内蒙、塔里木 新疆北部、华北、陕北、甘 肃、宁夏、东北西部、内蒙 东部 特征 日照时数>3300h 年日照率>75% 日照时数2600～3300h 年日照率60%～70%