同济大学：《新能源》课程教学资源（PPT课件讲稿）第二讲 太阳能利用技术

太阳能利用技术

太阳能利用技术

太阳能 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(约为3.75×1026W)的22亿分之 但已高达1.73×1017瓦,换句话说,太阳每秒钟辐射到地球上的能 量就相当于500万吨煤 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1克质 量将亏损0.0072克。根据目前太阳产生核能的速率估算,其氢的储 量足够维持100亿年。因此,太阳能可以说是用之不竭的 太阳持续不断地向地球输送能量,随处可取,无须开采、运输。 而且太阳能是一种洁净、无污染的能源,既不会对环境造成污染, 也不会对生态平衡构成危害

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（约为3.75×l0 26 W）的22亿分之一， 但已高达1.73×1017 瓦，换句话说，太阳每秒钟辐射到地球上的能 量就相当于500万吨煤。 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1 克质 量将亏损0.0072 克。根据目前太阳产生核能的速率估算，其氢的储 量足够维持100亿年。因此，太阳能可以说是用之不竭的。 太阳持续不断地向地球输送能量，随处可取，无须开采、运输。 而且太阳能是一种洁净、无污染的能源，既不会对环境造成污染， 也不会对生态平衡构成危害。 太阳能

但是,太阳能能量密度低,且受昼夜、气候等自然条件限制 由于能量密度低,即使天气晴朗的中午,太阳垂直投射到地球表面 每平方米上的能量最多约为1千瓦。因此,需要庞大的收集设备,投 资多,占地面积大,且能量提供是间隙的,供应是非常不稳定的, 需要储能装置。正是由于这些缺陷,给太阳能的利用技术、经济效 益带来许多问题,要完善地利用太阳能还有许多工作需要做。 专家们预测100年后,太阳能有望占到全球一次能源的70%。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,如太 阳能供热水、供暖和制冷,太阳能干燥农副产品、药材和木材,太 阳能淡化海水,太阳能热动力发电等。另一是将太阳能转化为电能 (即光伏发电)。如,建在新江弯城体育中心的上海市第一套太阳 能光伏发电系统,与建筑一体化,它采用的是新型的非晶硅技术, 在正常光照下,发的电可以点亮500盏100瓦的电灯,能够基本满足 该体育中心的照明用电

但是，太阳能能量密度低，且受昼夜、气候等自然条件限制。 由于能量密度低，即使天气晴朗的中午，太阳垂直投射到地球表面 每平方米上的能量最多约为1千瓦。因此，需要庞大的收集设备，投 资多，占地面积大，且能量提供是间隙的，供应是非常不稳定的， 需要储能装置。正是由于这些缺陷，给太阳能的利用技术、经济效 益带来许多问题，要完善地利用太阳能还有许多工作需要做。 专家们预测100年后，太阳能有望占到全球一次能源的70%。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，如太 阳能供热水、供暖和制冷，太阳能干燥农副产品、药材和木材，太 阳能淡化海水，太阳能热动力发电等。另一是将太阳能转化为电能 （即光伏发电）。如，建在新江弯城体育中心的上海市第一套太阳 能光伏发电系统，与建筑一体化，它采用的是新型的非晶硅技术， 在正常光照下，发的电可以点亮500盏100瓦的电灯，能够基本满足 该体育中心的照明用电

太阳内部有“里三层”,从中 光球 心向外,依次是核反应区,这里是 色球 对流区太阳热能产生的基地;辐射区,太 日冕 阳能先通过这里传播出去;对流区 太阳能经过这里向太阳表层传播 辐射区 它们是“输送带”。 太阳外部有“外三层”。依次 核心区域 为光球层、色球层和日冕层。人们 肉眼可见的明亮表面就是光球层 太阳 我们所见到太阳的可见光,几乎全 是由光球发出的。光球层厚约500 km,温度为5762K,密度为106 日珥 g/m3,它是由强烈电离的气体组成 太阳黑子太阳能绝大部分辐射都是由此向太 空发射的

太阳内部有“里三层”，从中 心向外，依次是核反应区，这里是 太阳热能产生的基地；辐射区，太 阳能先通过这里传播出去；对流区， 太阳能经过这里向太阳表层传播， 它们是“输送带”。 太阳外部有“外三层”。依次 为光球层、色球层和日冕层。人们 肉眼可见的明亮表面就是光球层， 我们所见到太阳的可见光，几乎全 是由光球发出的。光球层厚约500 km，温度为5 762 K，密度为10-6 g/cm3，它是由强烈电离的气体组成， 太阳能绝大部分辐射都是由此向太 空发射的

太阳能利用技术 集热器是收集太阳能的主要装置,一般分为非聚光集热器和聚 光集热器。非聚光集热器能利用太阳直射辐射和散射辐射。聚光集 热器能将太阳光聚集在面积较小的集热面上,可以获得较高的温度, 但只能利用太阳直射辐射,且需要跟踪太阳。 非聚光集热器有平板利用太阳直射辐射、真空管利用太阳直射 辐射等方式。典型的平板集热器见图3-2-1。它由集热板(吸收太阳 能并加热集热介质)、透眀盖板(减少集热板与环境间的对流核辐 射换热,保护集热板避免外界侵害)、隔热层(防止集热器向周围 散热)和外壳

集热器是收集太阳能的主要装置，一般分为非聚光集热器和聚 光集热器。非聚光集热器能利用太阳直射辐射和散射辐射。聚光集 热器能将太阳光聚集在面积较小的集热面上，可以获得较高的温度， 但只能利用太阳直射辐射，且需要跟踪太阳。 非聚光集热器有平板利用太阳直射辐射、真空管利用太阳直射 辐射等方式。典型的平板集热器见图3-2-1。它由集热板（吸收太阳 能并加热集热介质）、透明盖板（减少集热板与环境间的对流核辐 射换热，保护集热板避免外界侵害）、隔热层（防止集热器向周围 散热）和外壳。 一、太阳能利用技术

集热介质出口 内盖板外盖板集热板 集热介质进口 隔热层流体管外壳

SUN HEATS FLUID AS IT fLOWS COoL WARM THROUGH FLUID FLUID TUBES QUT

20世纪70年代研制成功的真空管集热器,其集热介质被封闭 在高真空的玻璃管内,较之于平板集热器,热性能显著提髙。我 国已经形成拥有自主知识产权的现代化全玻璃真空集热管的产业, 产品质量达到世界水平,产量居世界之首

20世纪70年代研制成功的真空管集热器，其集热介质被封闭 在高真空的玻璃管内，较之于平板集热器，热性能显著提高。我 国已经形成拥有自主知识产权的现代化全玻璃真空集热管的产业， 产品质量达到世界水平，产量居世界之首

利用太阳能集热器,实现小区住宅建筑太阳能热水系统一体化, 是构建生态住宅小区的重要组成部分。例如,某住宅小区共有坡顶 住宅26栋,设计中选择了有足够集热面的22栋建筑,其屋面坡度为 32°,在向南斜屋面上设置三排太阳能集热器凹槽,集热器镶嵌在 凹槽内,构成一大块集热器,每23栋建筑构成一个供热水子系统, 11个子系统组成一个大系统。这样的太阳能集中供热系统,由计算 机控制运行。 太阳能集热器采集的热量直接传递给水,获得热量的水传输到 设置在泵房内的保温水箱。再通过电动泵将热水经由保温水管送至 每个家庭。为安全起见,输出热水控制在60℃以下。考虑到阴天 雨天等不利气候的影响,系统采用双能源供热模式,即在水箱内的 热水温度达不到要求的水温时,启动电辅助加热

利用太阳能集热器，实现小区住宅建筑太阳能热水系统一体化， 是构建生态住宅小区的重要组成部分。例如，某住宅小区共有坡顶 住宅26栋，设计中选择了有足够集热面的22栋建筑，其屋面坡度为 32° ，在向南斜屋面上设置三排太阳能集热器凹槽，集热器镶嵌在 凹槽内，构成一大块集热器，每2-3栋建筑构成一个供热水子系统， 11个子系统组成一个大系统。这样的太阳能集中供热系统，由计算 机控制运行。 太阳能集热器采集的热量直接传递给水，获得热量的水传输到 设置在泵房内的保温水箱。再通过电动泵将热水经由保温水管送至 每个家庭。为安全起见，输出热水控制在60℃以下。考虑到阴天、 雨天等不利气候的影响，系统采用双能源供热模式，即在水箱内的 热水温度达不到要求的水温时，启动电辅助加热

太阳能集中供热系统具有如下特点: >便于将有限的资源更为合理分配利用。如住户分散安装,由于 杂乱无序集热面有限、水量不足、气候影响而不能充分发挥太阳 能资源的作用,集中供水可以大面积采热,全天候供热。 通过控制中心可以为住户提供相对恒温、恒压的热水,使用更 加方便 ≯既节能又经济。据测算,相对于燃气热水器或电热水器供热水 集中式太阳能供热水更为经济 实现住宅建筑太阳能供热水系统一体化,既开发利用了可再生 洁净能源,又美化了住宅小区的建设

太阳能集中供热系统具有如下特点： ➢便于将有限的资源更为合理分配利用。如住户分散安装，由于 杂乱无序集热面有限、水量不足、气候影响而不能充分发挥太阳 能资源的作用，集中供水可以大面积采热，全天候供热。 ➢通过控制中心可以为住户提供相对恒温、恒压的热水，使用更 加方便。 ➢既节能又经济。据测算，相对于燃气热水器或电热水器供热水， 集中式太阳能供热水更为经济。 ➢实现住宅建筑太阳能供热水系统一体化，既开发利用了可再生 洁净能源，又美化了住宅小区的建设