太阳能的热利用太阳能的热利用.doc

摘要：太阳能是一种清洁的可再生能源，对于人类社会来说，太阳能是万物生长的源泉，是取之不尽，用之不竭的。太阳能热利用是指将太阳辐射直接转换为热能供人类使用，它是目前无论在理论上还是在实践中都是最成熟，成本最低，应用最广的一种太阳能利用模式。本文从热辐射特性、太阳能的热辐射以及太阳能热利用的几种技术方法介绍了太阳能的热利用。并分析了利用光化作用产生新能源的研究。 关键词：热辐射特性、太阳辐射、太阳能利用 热辐射特性 1.1 热辐射的概念 热辐射(thermal radiation )，物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。热量传递的3种方式之一。一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度愈高，辐射出的总能量就愈大，短波成分也愈多。热辐射的光谱是连续谱，波长覆盖范围理论上可从0直至∞，一般的热辐射主要靠波长较长的可见光和红外线传播。由于电磁波的传播无需任何介质，所以热辐射是在真空中唯一的传热方式[1]。 1.2 热辐射的特点 热辐射有如下特点： 不需要物体直接接触。热辐射不需中间介质，可以在真空中传递，而且在真空中辐射能的传递最有效。 在辐射传热过程中，不仅有能量的转换，而且伴随有能量形式的转化。 辐射：辐射体内热能→辐射能 吸收：辐射能→受射体内热能 只要温度大于零就有能量辐射。不仅高温物体向低温物体辐射热能，低温物体也能向高温物体辐射热能。 物体的辐射能力与其温度性质有关，与绝对温度的四次方成正比。 1.3 热辐射定律 关于热辐射，其重要规律有4个：基尔霍夫辐射定律、普朗克辐射分布定律斯蒂藩-玻耳兹曼定律、维恩位移定律。这4 个定律，有时统称为热辐射定律。 物体在向外辐射的同时，还吸收从其他物体辐射来的能量。物体辐射或吸收的能量与它的温度、表面积、黑度等因素有关。但是，在热平衡状态下，辐射体的光谱辐射出射度（见辐射度学和光度学）r（λ，T）与其光谱吸收比a（λ，T）的比值则只是辐射波长和温度的函数，而与辐射体本身性质无关。 上述规律称为基尔霍夫辐射定律，由德国物理学家G.R.基尔霍夫于1859年建立。式中吸收比a 的定义是：被物体吸收的单位波长间隔内的辐射通量与入射到该物体的辐射通量之比。该定律表明，热辐射辐出度大的物体其吸收比也大，反之亦然。 黑体是一种特殊的辐射体，它对所有波长电磁辐射的吸收比恒为1。黑体在自然条件下并不存在，它只是一种理想化模型，但可用人工制作接近于黑体的模拟物。即在一封闭空腔壁上开一小孔，任何波长的光穿过小孔进入空腔后，在空腔内壁反复反射，重新从小孔穿出的机会极小，即使有机会从小孔穿出，由于经历了多次反射而损失了大部分能量 。对空腔外的观察者而言，小孔对任何波长电磁辐射的吸收比都接近于1，故可看作是黑体。将基尔霍夫辐射定律应用于黑体，由此可见，基尔霍夫辐射定律中的函数f（λ，T）即黑体的光谱辐射出射度。 太阳辐射 2.1 太阳辐射简介 太阳辐射(英语：Solar radiation)指太阳从核融合所产生的能量，经由电磁波传递到各地的辐射能（Radiant energy）。太阳辐射的光学频谱接近温度5800K的黑体辐射。大约有一半的频谱是电磁波谱中的可见光，而另一半有红外线与紫外线等频谱。如果紫外线没有被大气层或是其他的保护装置吸收，它会影响人体皮肤的色素的变化。 测量上通常都用全天日射计（Pyranometer）与银盘日射计（Silver-disk pyrheliometer）等仪器来测量太阳辐射。 2.2太阳辐射光谱和太阳常数 2.2.1辐射光谱 太阳是个炽热的大火球，它的表面温度可达6000°K，它以辐射的方式不断地把巨大的能量传送到地球上来，哺育着万物的生长。 太阳辐射的波长范围，大约在0.15-4微米之间。在这段波长范围内，又可分为三个主要区域，即波长较短的紫外光区、波长较长的红外光区和介于二者之间的可见光区。太阳辐射的能量主要分布在可见光区和红外区，前者占太阳辐射总量的50％，后者占43％。紫外区只占能量的7％。在波长0.48微米的地方，太阳辐射的能力达到最高值，数值约为3.0卡/cm2.分以上。 2.2.2太阳辐射强度和太阳常数 太阳辐射强度就是太阳在垂直照射情况下在单位时间(一分钟、一天、一个月或者一年)内，一平方厘米的面积上所得到的辐射能量。如果在特定的情况下测量太阳辐射强度，就叫做太阳常数。也就是说，必须是在日地平均距离的条件下，在地球大气上界，垂直于太阳光线的1平方厘米的面积上，在1分钟内所接受的太阳辐射能量，就称为太阳常数。它是用来表达太阳辐射能量的一个物理量。 大气上界水平面上的太阳辐射强度，随太阳高度角的增大而增强。当太阳高度角 为90°时，太阳辐射强度就等于太阳常数。因此，太阳常数就是到达水平面上