热能与动力工程概论第七章 新能源的利用技术
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▪ 3) 高温太阳能热利用系统，包括简单的聚焦型太阳灶、 焊接机和高温炉以及大型热发电。它的集热系统需建造大 型旋转抛物面聚光集热器和定日镜场。这两者（特别是定 日镜）的投资耗费非常大。近几年来，集中目标在研究技 术先进、成本较低的定日镜。
2.太阳能光热利用系统的主要设备
(1) 平板集热器 (2) 真空管太阳能集热器 (3) 聚焦型太阳能集热器
（1）平板集热器
•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
光热利用中的关键设
备。
•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。
22亿分之一
太阳总辐射能量：3.75×1026W 到达地球范围：173×104亿KW
100%
大气吸收： 40×104亿KW
反射回太空： 52×104亿KW
到达地球表面： 81×104亿KW
23%
30%
注：地球表面 = 陆地表面 + 海洋表面
47%
到达地球陆地表面： 17×104亿KW
是目前全世界一年内消耗的各种能源总量的3.5万多倍，植物吸收：0.015%，作为燃料和 食物的仅占0.002%；已利用的比重微乎其微。因此说，利用太阳能的潜力巨大，开发利 太阳能大有可为。
二、到达地球的太阳辐射能
太阳的总辐射功率约为3.75×1026W，但是，在地球 范围内，只有1.73×1017W的辐射功率到达地球大气 层上缘。进入地球大气层的太阳能，有47%到达地 球表面，其辐射功率为8.1×1016W。到达地球陆地 表面的约为1.7×1016W，相当于全世界目前一年总 能耗的3.5万倍以上。
一、太阳及太阳辐射能
▪ 太阳的能量以电磁波的形式向外辐射，它的辐射 波长范围从0.1nm以下的宇宙射线直至无线电波 的极大部分，人的肉眼所能感觉到的可见光（波 长从400～780μm），差不多占太阳辐射总能量 的一半。因此，人们把太阳辐射称为短波辐射。
太阳及太阳辐射能
太阳辐射能主要集中在波长较短的可见 光部分，可见光区差不多占太阳辐射总 能量的一半。因此，人们把太阳辐射称 为短波辐射。 波长范围：0.15～4.0微米
▪ 太阳内部因持续进行着氢聚合成氦的核聚变反应，而不 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0.0072g。
▪ 太阳是离地球最近的恒星，日地间的距离大约为 1.5×108km。太阳的辐射功率为3.8×1026W，每秒钟要消 耗6×1011kg氢核燃料，实际质量损失为4.2×109kg。太 阳上氢的储量极为丰富，按目前的辐射水平，太阳的寿 命可达几十亿年。因此，太阳能可以说是“取之不尽， 用之不竭”的。
▪ 迄今为止，太阳能热利用是太阳能中最成熟的技术，转换 效率较高，价格也比较低廉，尤其是中、低温的热利用， 由于热源和热负荷二者要求都较低，从能源的有效利用来 说，是最为经济和合理的。
太阳能的光热利用系统
▪ 太阳能的光热利用系统根据温区不同，又分为低温太阳能 利用系统（80℃以下）；中温太阳能利用系统 （80～ 350℃）；高温太阳能利用系统（350℃以上）。
太阳辐射能到达地球表面的衰减过程
到达地球的太阳辐射能
▪ 太阳辐射穿过大气层时，不仅受到大气层中的空 气、水蒸气及灰尘的散射，而且被大气中氧、臭 氧、水蒸气和二氧化碳所吸收。具体地讲：太阳 光谱中的X射线及其他波长更短的辐射，因在电 离层被氮、氧及其他大气分子强烈吸收而不能穿 越大气到达地表面，大部分紫外线被臭氧吸收， 可见光受地球大气层强烈散射而能量减弱，红外 光谱由于水蒸气的选择性吸收而能量减弱，波长 超过2500μm的辐射，在大气上界本来就很低， 加上二氧化碳和水对它的强烈吸收，能达到地面 的能量就更小。
▪ 1) 低温太阳能热利用系统，包括最简单的地膜、塑料大 棚以及热水器、被动式太阳房、太阳能干燥、太阳能制冷 等。低温太阳能利用系统中，决定成本和效率的关键部分 是平板集热器。
▪ 2) 中温太阳能热利用系统，包括空调制冷、制盐以及给 企业生产提供中温用热，例如木材的干燥、纺织品的漂白 印染、塑料制品的热压成型和化学蒸馏等。中温太阳能利 用系统的集热器都需要一定程度的聚光。但聚光集热器的 成本大大高于平板集热器。
地球在绕太阳运行过程中，与太阳间的距离变化不 大，到达地球大气层上界的太阳辐射强度几乎是一 个指常平量均，日用地太间阳距常离数时I，sc地来球表大示气。层太上阳界常垂数直的太数阳值是光 线的单位面积表面、单位时间内所接收到的太阳能。 近距离年的来变测化得造太成阳的常影数响值不Is超c=过1.±353×.41%0。3W·m-2，日地
太阳能的光热利用系统
☺太阳能是所有国家和个人都能够得以分享的能源，为了能 够经济有效的利用这一能源，人们从科学技术上着手研究 太阳能的收集、转换、贮存以及输送，已经取得显著进展， 这无疑对人类的文明具有重大意义。
▪ 1.太阳能的光热利用系统
▪ 太阳能的光热利用（ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ太阳能的热转换利用），是指将太 阳辐射能通过集热装置转变为高温热能直接利用，或将这 种转换来的热能变为机械能，带动机器和发电。
第七章 新能源的利用技术
第一节 太阳能利用技术
一、太阳及太阳辐射能 二、到达地球的太阳辐射能 三、太阳能的光热利用技术 四、太阳能的光电利用技术 五、太阳能的光化学利用技术
一、太阳及太阳辐射能
▪ 太阳是一个炽热的气态球体，其直径约为1.39×106km， 质量约为2.2×1027t，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80%）和氦（约19%）。
▪ 可 见 ， 到 达 地 面 的 太 阳 能 ， 只 考 虑 290 ～ 2500μm的辐射就行了。这部分太阳辐射透过大 气层时，由于大气的散射和吸收，能量同样衰减。
三、太阳能的光热利用技术
1.太阳能的光热利用系统 2.太阳能光热利用系统的主要设备 3.太阳能热水器系统 4.太阳能制冷和空调系统 5.太阳能热动力发电系统
2.太阳能光热利用系统的主要设备
(1) 平板集热器 (2) 真空管太阳能集热器 (3) 聚焦型太阳能集热器
（1）平板集热器
•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
光热利用中的关键设
备。
•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。
22亿分之一
太阳总辐射能量：3.75×1026W 到达地球范围：173×104亿KW
100%
大气吸收： 40×104亿KW
反射回太空： 52×104亿KW
到达地球表面： 81×104亿KW
23%
30%
注：地球表面 = 陆地表面 + 海洋表面
47%
到达地球陆地表面： 17×104亿KW
是目前全世界一年内消耗的各种能源总量的3.5万多倍，植物吸收：0.015%，作为燃料和 食物的仅占0.002%；已利用的比重微乎其微。因此说，利用太阳能的潜力巨大，开发利 太阳能大有可为。
二、到达地球的太阳辐射能
太阳的总辐射功率约为3.75×1026W，但是，在地球 范围内，只有1.73×1017W的辐射功率到达地球大气 层上缘。进入地球大气层的太阳能，有47%到达地 球表面，其辐射功率为8.1×1016W。到达地球陆地 表面的约为1.7×1016W，相当于全世界目前一年总 能耗的3.5万倍以上。
一、太阳及太阳辐射能
▪ 太阳的能量以电磁波的形式向外辐射，它的辐射 波长范围从0.1nm以下的宇宙射线直至无线电波 的极大部分，人的肉眼所能感觉到的可见光（波 长从400～780μm），差不多占太阳辐射总能量 的一半。因此，人们把太阳辐射称为短波辐射。
太阳及太阳辐射能
太阳辐射能主要集中在波长较短的可见 光部分，可见光区差不多占太阳辐射总 能量的一半。因此，人们把太阳辐射称 为短波辐射。 波长范围：0.15～4.0微米
▪ 太阳内部因持续进行着氢聚合成氦的核聚变反应，而不 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0.0072g。
▪ 太阳是离地球最近的恒星，日地间的距离大约为 1.5×108km。太阳的辐射功率为3.8×1026W，每秒钟要消 耗6×1011kg氢核燃料，实际质量损失为4.2×109kg。太 阳上氢的储量极为丰富，按目前的辐射水平，太阳的寿 命可达几十亿年。因此，太阳能可以说是“取之不尽， 用之不竭”的。
▪ 迄今为止，太阳能热利用是太阳能中最成熟的技术，转换 效率较高，价格也比较低廉，尤其是中、低温的热利用， 由于热源和热负荷二者要求都较低，从能源的有效利用来 说，是最为经济和合理的。
太阳能的光热利用系统
▪ 太阳能的光热利用系统根据温区不同，又分为低温太阳能 利用系统（80℃以下）；中温太阳能利用系统 （80～ 350℃）；高温太阳能利用系统（350℃以上）。
太阳辐射能到达地球表面的衰减过程
到达地球的太阳辐射能
▪ 太阳辐射穿过大气层时，不仅受到大气层中的空 气、水蒸气及灰尘的散射，而且被大气中氧、臭 氧、水蒸气和二氧化碳所吸收。具体地讲：太阳 光谱中的X射线及其他波长更短的辐射，因在电 离层被氮、氧及其他大气分子强烈吸收而不能穿 越大气到达地表面，大部分紫外线被臭氧吸收， 可见光受地球大气层强烈散射而能量减弱，红外 光谱由于水蒸气的选择性吸收而能量减弱，波长 超过2500μm的辐射，在大气上界本来就很低， 加上二氧化碳和水对它的强烈吸收，能达到地面 的能量就更小。
▪ 1) 低温太阳能热利用系统，包括最简单的地膜、塑料大 棚以及热水器、被动式太阳房、太阳能干燥、太阳能制冷 等。低温太阳能利用系统中，决定成本和效率的关键部分 是平板集热器。
▪ 2) 中温太阳能热利用系统，包括空调制冷、制盐以及给 企业生产提供中温用热，例如木材的干燥、纺织品的漂白 印染、塑料制品的热压成型和化学蒸馏等。中温太阳能利 用系统的集热器都需要一定程度的聚光。但聚光集热器的 成本大大高于平板集热器。
地球在绕太阳运行过程中，与太阳间的距离变化不 大，到达地球大气层上界的太阳辐射强度几乎是一 个指常平量均，日用地太间阳距常离数时I，sc地来球表大示气。层太上阳界常垂数直的太数阳值是光 线的单位面积表面、单位时间内所接收到的太阳能。 近距离年的来变测化得造太成阳的常影数响值不Is超c=过1.±353×.41%0。3W·m-2，日地
太阳能的光热利用系统
☺太阳能是所有国家和个人都能够得以分享的能源，为了能 够经济有效的利用这一能源，人们从科学技术上着手研究 太阳能的收集、转换、贮存以及输送，已经取得显著进展， 这无疑对人类的文明具有重大意义。
▪ 1.太阳能的光热利用系统
▪ 太阳能的光热利用（ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ太阳能的热转换利用），是指将太 阳辐射能通过集热装置转变为高温热能直接利用，或将这 种转换来的热能变为机械能，带动机器和发电。
第七章 新能源的利用技术
第一节 太阳能利用技术
一、太阳及太阳辐射能 二、到达地球的太阳辐射能 三、太阳能的光热利用技术 四、太阳能的光电利用技术 五、太阳能的光化学利用技术
一、太阳及太阳辐射能
▪ 太阳是一个炽热的气态球体，其直径约为1.39×106km， 质量约为2.2×1027t，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80%）和氦（约19%）。
▪ 可 见 ， 到 达 地 面 的 太 阳 能 ， 只 考 虑 290 ～ 2500μm的辐射就行了。这部分太阳辐射透过大 气层时，由于大气的散射和吸收，能量同样衰减。
三、太阳能的光热利用技术
1.太阳能的光热利用系统 2.太阳能光热利用系统的主要设备 3.太阳能热水器系统 4.太阳能制冷和空调系统 5.太阳能热动力发电系统