太阳能简介
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太阳能简介
克服太阳能缺点的方法：贮能
2. 贮能——变间断为连续、不稳定为稳定 目前唯一可能的解决办法就是尽量把在夏季和
白天收集到的太阳辐射能贮存起来，通过调节和控 制系统，使其满足连续稳定供能的要求。
太阳能可以转换成机械能、热能、电能、化学 能和生物质能等多种形式贮存起来。
克服太阳能缺点的方法：贮能
太阳能基本概念
不同时间的不同地区对应着不同纬度、不同高 度角及方位角。安装太阳能集热器的时候要参考当 地的高度角和方位角。 2. 太阳能常数
地球在围绕太阳运转的过程中，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 几乎是一个常数，用太阳常数来表示。
太阳能基本概念
太阳常数是指平均日地距离时，地球大气层上 界垂直太阳光线的单位面积表面、单位时间内所接 受的太阳能。太阳常数也存在不同时间尺度的波动 ，并有一定的周期性变化，变化幅度通常在3-4% 左右。多数文献上采用1365W/m2 。
地球所接受的能量取决于它所接受的太阳辐射 的面积。
太阳能利用方式
太阳辐射能的利用，基本上有三种方式：太阳 能转换成热能，太阳能转换成电能以及太阳能转换 成化学能。 其中应用最广的是光热转换技术。 光-热转换：是将太阳辐射能转换成热能的技术 。基本原理是利用吸收太阳辐射能后温度升高的吸 热体与其他物质（传热工质）进行热传递。
太阳能光-热利用
太阳能热利用主要分为以下几个方面： 1. 太阳能的收集：平板型和聚焦型集热器 2. 太阳能-热能转换 3. 太阳能的贮存：热贮存、电贮存
太阳能集热器：平板集热器
太阳能集热器是把太阳辐射能转换为热能的装 置，是太阳能利用的核心设备。常见的太阳能集热 器有平板型、聚光型两大类。 平板型太阳能集热器
太阳能利用方式
光-电转换：未来太阳能的大规模利用主要是用 于发电。太阳能发电可分为光-热-电和光-电直接 转换方式。前者目前主要小规模地应用于电力网不 能到达的特殊场所。后者的造价较高，目前大规模 应用还受到经济上的限制。 光-化学转换：利用太阳辐射能分解水制氢。目 前这种方法效率很低，成本较高而未大规模推广。
平板型集热器是非聚光类集热器中最简单且应 用最广的集热器。
平板型集热器构造示意图
1. 吸热板顶部的透明盖板 •2
2. 与吸热表面有良好热结
•3
•1
合的流体通道或管道
3. 黑色吸热表面，通常为 金属板或黑色非金属材 料
4. 吸热板背5
太阳能集热器：平板集热器
平板型太阳能集热器吸收太阳辐射的面积与采 集太阳辐射的面积相等，能利用太阳的直射和漫射 辐射，并且不需要太阳跟踪装置，结构简单，性能 可靠，维护管理简便。
太阳能集热器：真空管平板集热器
普通的平板式集热器，在吸收太阳辐射能并 将其转换成热能的过程中存在着较大的热损失 ，其中包括： 导热损失：通过背部保温材料的导热损失， 它与吸热板温度和环境温度之差成正比。
机械能贮存：利用太阳能作为原动力来驱动惯 性很大的圆盘，在圆盘上悬挂一个重物等方法 ，但不能大量地贮存太阳能。
热能贮存：通常又可以分为显热贮存和潜热贮 存等两种。显热贮存是利用材料吸收热量后温 度升高来贮存太阳能，是一种技术比较成熟、 效率比较高、成本也相对比较低的贮能方法。
克服太阳能缺点的方法：贮能
太阳能集热器：真空管平板集热器
真空集热管采用双层玻璃制成，两玻璃之间 的夹层抽成真空，避免了对流与传导的热损失； 在内管外壁使用选择性吸收膜，降低辐射散热。 但是由于内管内水容量大，启动比较慢；各管间 相互连通，如果有一根管子破裂会影响整个集热 器的正常运行。
•太阳能集热器：真空管平板集热器
太阳能集热器：热管集热器
化学能贮存：现在有若干种利用太阳能制氢的 设想和试验，但仍需取得突破性的进展。从长 远来说，利用太阳能制氢作为贮存手段是比较 可取的。
太阳能基本概念
1. 太阳角 地球上某处所接收到的太阳辐射能量的多少与
太阳相对于地球的位置有关。计算太阳在天球中对 地球上某点的相对位置，可以用地球纬度、太阳赤 纬、太阳高度角、太阳方位角、时角等太阳角进行 定位。
热管是一种新型的换热器，能通过一个很小 的表面积传递大量的热能。它是一根两端封闭的 管子，管内充有一定量的传热工质。当热管一端 受热，一端冷凝时，工质在热端蒸发，促使蒸汽 流到冷端凝结，凝结液在毛细力或重力作用下流 回热端，形成循环流动。
太阳能集热器：热管集热器
太阳能集热器：热管集热器
热管型集热器有热管型管板集热器和真空热 管型两种。后者应用较为广泛。真空热管集热器 热容小，启动快，传热性能好；充装低凝固点工 质的真空热管具有防冻功能，可在严寒地区应用 ；重力热管具有热二极管的热性，可自动防止系 统夜间热水倒流散热；个别管子的更换，不影响 系统的整体运行。
太阳能基本概念
地球中心和太阳中心的连线与地球赤道平面的 夹角成为太阳赤纬。太阳赤纬与一年中的日期序号 有关。
单位时间地球自转的角度定义为时角。规定正 午时角为0度，上午时角为负，下午时角为正。地 球自转一周为360度。
太阳能基本概念
太阳高度角是地球表面上某点和太阳的连线与 地平线之间的夹角。
太阳方位角是太阳至地面上某点的连线在地面 上的投影与南向（当地子午线）的夹角。它代表太 阳光线的水平投影离正南的角度。
太阳能集热器：真空管平板集热器
对流换热损失：吸热板和透明盖板间存在自然 对流热损，并通过透明盖板向外界空气散热，这些 对流热损失不仅与温度差成正比，还与外界风速有 关。 辐射热损失：与吸热板的热发射率成正比。
真空平板集热器就是针对上述缺点而设计的。
•太阳能集热器
其他类型太阳能集热器
真空管平板集热器 热管型集热器 黑流体平板型集热器
显热贮存的缺点是需要数量较大的材料，贮热 材料的温度变化也比较大。潜热贮存是利用材 料相变时吸收热量来贮存太阳能的方法。利用 潜热贮能所需材料相对较少，而且温度基本恒 定，但技术上仍需解决相变材料过冷和老化等 问题，同时这些材料的价格通常都比较贵。
克服太阳能缺点的方法：贮能
电能贮存：太阳能利用光电转换把贮存在蓄电 池中。这种方法效率较高，可工业化生产，而 且贮存容量可以调节，可根据需要随时供电。
克服太阳能缺点的方法：贮能
2. 贮能——变间断为连续、不稳定为稳定 目前唯一可能的解决办法就是尽量把在夏季和
白天收集到的太阳辐射能贮存起来，通过调节和控 制系统，使其满足连续稳定供能的要求。
太阳能可以转换成机械能、热能、电能、化学 能和生物质能等多种形式贮存起来。
克服太阳能缺点的方法：贮能
太阳能基本概念
不同时间的不同地区对应着不同纬度、不同高 度角及方位角。安装太阳能集热器的时候要参考当 地的高度角和方位角。 2. 太阳能常数
地球在围绕太阳运转的过程中，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 几乎是一个常数，用太阳常数来表示。
太阳能基本概念
太阳常数是指平均日地距离时，地球大气层上 界垂直太阳光线的单位面积表面、单位时间内所接 受的太阳能。太阳常数也存在不同时间尺度的波动 ，并有一定的周期性变化，变化幅度通常在3-4% 左右。多数文献上采用1365W/m2 。
地球所接受的能量取决于它所接受的太阳辐射 的面积。
太阳能利用方式
太阳辐射能的利用，基本上有三种方式：太阳 能转换成热能，太阳能转换成电能以及太阳能转换 成化学能。 其中应用最广的是光热转换技术。 光-热转换：是将太阳辐射能转换成热能的技术 。基本原理是利用吸收太阳辐射能后温度升高的吸 热体与其他物质（传热工质）进行热传递。
太阳能光-热利用
太阳能热利用主要分为以下几个方面： 1. 太阳能的收集：平板型和聚焦型集热器 2. 太阳能-热能转换 3. 太阳能的贮存：热贮存、电贮存
太阳能集热器：平板集热器
太阳能集热器是把太阳辐射能转换为热能的装 置，是太阳能利用的核心设备。常见的太阳能集热 器有平板型、聚光型两大类。 平板型太阳能集热器
太阳能利用方式
光-电转换：未来太阳能的大规模利用主要是用 于发电。太阳能发电可分为光-热-电和光-电直接 转换方式。前者目前主要小规模地应用于电力网不 能到达的特殊场所。后者的造价较高，目前大规模 应用还受到经济上的限制。 光-化学转换：利用太阳辐射能分解水制氢。目 前这种方法效率很低，成本较高而未大规模推广。
平板型集热器是非聚光类集热器中最简单且应 用最广的集热器。
平板型集热器构造示意图
1. 吸热板顶部的透明盖板 •2
2. 与吸热表面有良好热结
•3
•1
合的流体通道或管道
3. 黑色吸热表面，通常为 金属板或黑色非金属材 料
4. 吸热板背5
太阳能集热器：平板集热器
平板型太阳能集热器吸收太阳辐射的面积与采 集太阳辐射的面积相等，能利用太阳的直射和漫射 辐射，并且不需要太阳跟踪装置，结构简单，性能 可靠，维护管理简便。
太阳能集热器：真空管平板集热器
普通的平板式集热器，在吸收太阳辐射能并 将其转换成热能的过程中存在着较大的热损失 ，其中包括： 导热损失：通过背部保温材料的导热损失， 它与吸热板温度和环境温度之差成正比。
机械能贮存：利用太阳能作为原动力来驱动惯 性很大的圆盘，在圆盘上悬挂一个重物等方法 ，但不能大量地贮存太阳能。
热能贮存：通常又可以分为显热贮存和潜热贮 存等两种。显热贮存是利用材料吸收热量后温 度升高来贮存太阳能，是一种技术比较成熟、 效率比较高、成本也相对比较低的贮能方法。
克服太阳能缺点的方法：贮能
太阳能集热器：真空管平板集热器
真空集热管采用双层玻璃制成，两玻璃之间 的夹层抽成真空，避免了对流与传导的热损失； 在内管外壁使用选择性吸收膜，降低辐射散热。 但是由于内管内水容量大，启动比较慢；各管间 相互连通，如果有一根管子破裂会影响整个集热 器的正常运行。
•太阳能集热器：真空管平板集热器
太阳能集热器：热管集热器
化学能贮存：现在有若干种利用太阳能制氢的 设想和试验，但仍需取得突破性的进展。从长 远来说，利用太阳能制氢作为贮存手段是比较 可取的。
太阳能基本概念
1. 太阳角 地球上某处所接收到的太阳辐射能量的多少与
太阳相对于地球的位置有关。计算太阳在天球中对 地球上某点的相对位置，可以用地球纬度、太阳赤 纬、太阳高度角、太阳方位角、时角等太阳角进行 定位。
热管是一种新型的换热器，能通过一个很小 的表面积传递大量的热能。它是一根两端封闭的 管子，管内充有一定量的传热工质。当热管一端 受热，一端冷凝时，工质在热端蒸发，促使蒸汽 流到冷端凝结，凝结液在毛细力或重力作用下流 回热端，形成循环流动。
太阳能集热器：热管集热器
太阳能集热器：热管集热器
热管型集热器有热管型管板集热器和真空热 管型两种。后者应用较为广泛。真空热管集热器 热容小，启动快，传热性能好；充装低凝固点工 质的真空热管具有防冻功能，可在严寒地区应用 ；重力热管具有热二极管的热性，可自动防止系 统夜间热水倒流散热；个别管子的更换，不影响 系统的整体运行。
太阳能基本概念
地球中心和太阳中心的连线与地球赤道平面的 夹角成为太阳赤纬。太阳赤纬与一年中的日期序号 有关。
单位时间地球自转的角度定义为时角。规定正 午时角为0度，上午时角为负，下午时角为正。地 球自转一周为360度。
太阳能基本概念
太阳高度角是地球表面上某点和太阳的连线与 地平线之间的夹角。
太阳方位角是太阳至地面上某点的连线在地面 上的投影与南向（当地子午线）的夹角。它代表太 阳光线的水平投影离正南的角度。
太阳能集热器：真空管平板集热器
对流换热损失：吸热板和透明盖板间存在自然 对流热损，并通过透明盖板向外界空气散热，这些 对流热损失不仅与温度差成正比，还与外界风速有 关。 辐射热损失：与吸热板的热发射率成正比。
真空平板集热器就是针对上述缺点而设计的。
•太阳能集热器
其他类型太阳能集热器
真空管平板集热器 热管型集热器 黑流体平板型集热器
显热贮存的缺点是需要数量较大的材料，贮热 材料的温度变化也比较大。潜热贮存是利用材 料相变时吸收热量来贮存太阳能的方法。利用 潜热贮能所需材料相对较少，而且温度基本恒 定，但技术上仍需解决相变材料过冷和老化等 问题，同时这些材料的价格通常都比较贵。
克服太阳能缺点的方法：贮能
电能贮存：太阳能利用光电转换把贮存在蓄电 池中。这种方法效率较高，可工业化生产，而 且贮存容量可以调节，可根据需要随时供电。