太阳能热利用基础

教 材
Ⅱ 资源丰富区
冀西北、京、津、晋北、内蒙 5400～6700 3000～3200 古及宁夏南、甘肃中东、青海
➢
2) 有季节、昼夜和晴雨等能量供应不稳定性
太
阳 能
地球表面的太阳辐射
热
讲师： 朱敦智
利
用
设 计
太阳辐射通常由直射辐射和散射辐射两部分组成。
师
培
训
教
材
太
阳
能
热
讲师： 朱敦智
利
用 设 • 太阳常数 (solar constant)
计 师 培
大气层外日地平均距离处的法向直射太阳辐照度称为太阳常数，数值为 1367W/m2。 。
时的路径之比值。
太
阳 能
直接辐射和和散射辐射
热
讲师： 朱敦智
利
用
设
我国大多数台站只记录太阳总辐射。
计 师 培
根据太阳辐射观测资料分析，发现水平面上散射辐射与太阳总辐射日总量月平均值的 比值与地平面总辐射与大气上界的日总量月平均值具有较好的关联关系。
训
教 材
K d H d 1 .3 9 4 .0 0K 2 T 7 5 .5K 3 T 2 1 3 .1K 0 T 38
➢ 太阳能温室、海水淡化
➢ 工业加热、太阳灶
二、太阳能热发电（>400 ℃ ）
太
阳
能
热
讲师： 朱敦智
利
用
设
计
师
培
训 教 材
太阳能基础知识
太
阳
能 热
太阳能利用历史
讲师： 朱敦智
利
用
设
计 师
➢ 西汉，我们祖先已掌握“阳燧取火”
培 训
➢ 西周，有文字记载“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则生火”
教
➢ 公元212年，希腊阿基米德以多面镜聚光，烧毁罗马舰队
材
➢ 15世纪，阿拉伯人开展太阳能蒸馏，实现海水淡化
➢ 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
➢ 1767年，瑞士科学家贺瑞斯发明了第一台太阳能集热器
➢ 1891年，美国马里州的肯普发明了世界上第一台闷晒式太阳热水器，被他命 名为“顶峰”热水器
太
阳
能 热
太阳能利用历史
➢ 1975年，美国欧文斯-依利诺伊（Owens-Illinois）公司研制全玻璃真空管
➢ 1979年，清华大学发明多层铝-氮/铝(Al-N/Al)选择性吸收涂层
➢ 1994年，北太所研制玻璃金属热压封接的热管真空管
太
阳
能 热
太阳辐射 (solar radiation)
讲师： 朱敦智
利
用
设
计 师
➢ 太阳辐射是指太阳以电磁波的形式发射的辐射能。
5400—6700 4200—5400
<4200
日照小时(h/a) 3200—3300 3000—3200 1400—3000 1000—1400
太
阳
能 热
太阳能热利用
讲师： 朱敦智
利
用
设
计 师
一、太阳能供热制冷（< 100 ℃ ,100~250 ℃ ）
培 训
➢ 太阳能热水器、泳池加热
教 材
➢ 太阳能供暖、太阳房、太阳能空调
讲师： 朱敦智
利
用
设
计
师
➢ 1936年，美国天体物理学家 Charles Greeley Abbott 发明了太阳能开水器
培 训
➢ 1955年，以色列泰伯等提出选择性涂层的基础理论，并研制成实用的黑镍等选
教
择性涂层
材
➢ 1958年，天津大学建设12.6平米的太阳能浴室
➢ 1987年，北太所从加拿大引进铜铝复合（SUNSTRIP）生产线
训 • 太阳光谱 (solar spectrum)
教
太阳光谱是指太阳辐射分解为单色成分后，按波长顺序作出的分布。
材
紫外辐射 可见辐射 近红外辐射
波长，m
0.25 ～0.38 0.38 ～0.78 0.78 ～3.0
大气层外 所占能量比例
7%
地面 所占能量玻璃
5%
47.29%4Biblioteka %45.71%50%
太
太阳能热利用基础
太 阳 能 热 利 用 设 计 师 培 训 教 材
太 阳 能 热 利 用 设 计 师 培 训 教 材
太 阳 能 热 利 用 设 计 师 培 训 教 材
太 阳 能 热 利 用 设 计 师 培 训 教 材
太
阳 能
太阳能利用的意义
热
讲师： 朱敦智
利
用
设
计
师
➢ 利用过程中没有温室气体CO2的排放。
阳 能 热
太阳光谱
利
用
设
计
师
培
训
教
材
讲师： 朱敦智
✓小于0.29 m 紫外线被大气层 上层臭氧吸收； ✓水蒸气在1.0、 1.4和1.8m有 强烈吸收带； ✓大于2.3m的 辐射大部分被水 蒸气和二氧化碳 吸收
太
阳 能
大气质量
热
利
用
设
计
师
培
训
教
材
讲师： 朱敦智
大气质量：太阳 光线穿过地球大 气的路径与太阳 光线在天顶方向
培 训 教
3）地面反射辐射辐照度。 达到倾斜面上总辐射日总量月平均值可表示为。
材
1 cS os
( 1 cS o ) s
H T H b R b H d (H b H d )
2
2
H T 水平面上总辐射的日总量月平均值
H b 水平面上直接辐射的日总量月平均值
Rb
倾斜面与水平面上直接辐射的日总量月平均值的比值，该参数与 安装地的纬度、赤纬、倾斜面倾角和方位角有关
H t
KT Ht H0
（月平均晴空指数）
H d 水平面上散射辐射的日总量月平均值
H t 水平面上总辐射的日总量月平均值
H 0 大气上界总辐射的日总量月平均值
太
阳 能
倾斜面上太阳辐射
热 利
讲师： 朱敦智
用 设
投射到倾斜面上总辐射辐照度由三部分组成：
计
1）太阳直接辐射辐照度；
师
2）太阳散射辐射辐照度；
培
训
➢ 与煤相比，使用时可以减少SO2、NOX和烟尘等污染物排
教
材
放，有利于环境质量改善。
➢ 替代化石燃料，可节约资源。
➢ 实现能源使用的本地化，减少燃料供应的交通负担及相应 的大气污染。
太 阳 能 热 利 用 设 计 师 培 训 教 材
分类 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
太阳辐照 [MJ/ /(m2a)] >6700
培 训
➢ 太阳辐射的波长区域主要是0.25 m～ 3.0m（占99%）。
教
➢ 太阳的表面温度约为6000℃，地球大气表层接受的能源是其中的22分之
材
一，每秒约为1.76×1017J，大约40 分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全
球人类一年。
➢ 太阳能的不足之处：
➢ 1）能量密度低，大气层外为1367W/m2
H d 水平面上散射辐射的日总量月平均值 S 倾斜表面倾角
地面的反射率。一般取值0.20，有雪覆盖地面时取0.70
太
阳 能
太阳能资源
热
讲师： 朱敦智
利
用
设 计 师
等级 太阳能条件
水平面上年 太阳辐照量 （MJ/m2·a）
年日照时数 （h）
地区
培 训
Ⅰ 资源极富区
＞6700
3200～3300
宁夏北、甘肃西、新疆东南、 青海西、西藏西