02第二章太阳能2010.ppt

第二章 太阳能 主要内容： 2.1 概述 2.2 太阳能热利用 2.3 太阳光伏 2.4 太阳能其他利用 2.1 概述 太阳能利用的历史： 第一阶段：1615-1900年，1615年的第一台太阳能抽水泵。价格昂贵 第二阶段：1901-1920年，世界将太阳能作为研究的重点，主攻太阳能动力装置，最大输出功率74 KW 第三阶段：1921-1945年，太阳能开发的低潮，化石燃料大规模应用 第四阶段：1946-1965年，太阳能基础理论和材料的研究 第五阶段：1966-1973年，低潮，投资大，技术不成熟 第六阶段：1973-1980年，中东战争爆发，石油价格上涨，太阳能研究列入各国发展计划 第七阶段：1981-1991年，潮落，石油价格回落，500KW电站20多座 第八阶段：1992-至今，化石能源的环境危害，光伏发电高度发展。 太阳能利用方式： 光热利用：平板式集热器，真空管式集热器，聚焦型集热器 太阳能发电：光-热-电转换，光-电转换 光化作用：将光能转化为化学能，例如将水分解制氢 光生物利用：光能转化为生物质能，速生植物、油料作物、巨型海藻等。 2.1.1 太阳与太阳辐射 质量组成：78.7%氢，19.8氦，1.8%金属和其他元素。 内部温度为一两千万开尔文，压力3400多个标准大气压。表面温度6000开尔文。 太阳能量来源于核聚变 碳-氮循环：产生α粒子、e+及γ射线。 质子-质子循环。 2.1.2 太阳常数和大气对太阳辐射的衰减 （1）太阳常数：Isc 当地球与太阳间的距离处于二者之间的平均距离(1.495×108km）时，大气层外侧，即大气上界单位面积、单位时间内垂直于太阳方向上接受的太阳所有波段的辐射能之和为：1.940cal/(cm2?min)或1353W/m2。 影响因素 太阳高度（入射角）；大气质量；大气透明度；地理纬度；季节；日照时间；海拔高度；日地距离 (?Isc: 3.4%)等。 （2）大气对太阳辐射的衰减 x射线（λ＜1nm） 极短紫外线（ λ=1~200nm） 中紫外线（ λ=200~315nm） 均被高层大气分子和臭氧散射和吸收； 空气中的水分子和二氧化碳吸收红外线； 其他还要经气体分子散射、尘埃散射。 大气光学质量 大气上层：AM0 m =1： AM1 一般地面：AM1.5 到达地球表面某处的日射光谱辐射强度I： Iλ：透过了质量为m的德大气后的辐射强度； I λ0：给定波长的大气层外辐射强度。 cλ：衰减系数； cλ=c1+c2+c3 c1：Rayleigh散射系数： c2：臭氧系数； c3：烟雾或大气浑浊系数。 加入水蒸气和二氧化碳吸收的修正公式： Tλi：大气透明系数。 倾斜面上的总辐射强度为： H：水平； p：倾斜； b：直接； d：散射 2.1.3 太阳辐射测量 全辐射、直接辐射和散射辐射 直射强度： 与太阳光垂直的表面单位面积单位时间内所接收到的太阳辐射能。 总辐射强度： 水平面上单位面积单位时间内能接收到的来自整个半球形天空的太阳辐射能。 太阳辐射仪分类： 卡计型、热电型及机械型。 2.1.4 中国的太阳能资源 覆盖面广、无害、总量大、可再生。 缺点：能量密度低、分散、受地理位置和气候影响，存在随机性。 2.2 太阳能利用 2.2.1 基本原理 利用太阳集热器，将太阳光辐射转化成流体中的热能，并将加热流体输送出去利用。 集热方式： 非聚光型； 聚光型。 辐射的透过、吸收和反射 Q = Qα+Qρ+Qτ 太阳辐射 = 吸收+反射+透射 被吸收后的强度 一次反射率： I1：入射角度； I2：折射角。 太阳集热器的类型 按传热工质分：液体和气体集热器 按是否聚光：聚光型和非聚光型 按是否跟踪太阳：跟踪和非跟踪 是否有真空：平板型和真空管 按工作温度：低温100℃,中温100-200℃，高温200℃ 2.2.2 平板型集热器 2.2.2.1 基本结构和材料选择 基本结构见图2-5 (1) 平板吸热部件要求： 对阳光吸收率高，热辐射率低； 结构设计合理； 具长期耐候性和耐热性； 加工工艺简单，成本低廉。 (2) 集热板吸热层： 选择性吸收涂层：尽量高的光谱吸收系数，低的热辐射率； 非选择性吸热涂层：热辐射效率也较高； 一般喷涂或刷涂无光黑漆板或金属氧化物：如CuO、Cr-Cr2O3涂层。 (3) 隔热层： 要求材料： 较好的绝热性能； 较低的导热