《太阳能光伏系统概论第二章上.docVIP

第2章 太阳能 太阳能是由太阳的氢经过核聚变而产生的一种能源。太阳寿命长，是一种无限的能源;太阳能不含有害物质、不排出二氧化碳，是一种清洁的能源;可见太阳能能量巨大，具有非枯竭、清洁等特点，是一种非常理想的能源。 太阳能光伏系统利用太阳的光能发电，发电功率、转换效率等与太阳能的一些特点、性质密切相关。本章介绍太阳能资源、太阳光的性质、直达以及散乱光、太阳光的频谱、分光感度特性、日射量的分布以及太阳能的应用领域等内容。 2.1太阳能资源 太阳是一颗位于离银河系中心约3万光年位置的恒星，半径约为6.96 x 10，公里，质量大约为1.99 x 1030公斤，分别为地球的108倍、33万倍。太阳的中心温度大约为1400万K，表面温度约为5700K,离地球的距离约为1.5 x108公里。 太阳能是由太阳的氢经过核聚变而产生的一种能源。当4个氢原子经过融合变成一个氦原子核时，经过核聚变反应从而释放出相当于3. 8 x10^MW的巨大电能。人们推测太阳的寿命至少还有儿十亿年以上，因此对于地球上的人类来说，太阳能是一种无限的能源。 人类从地面所能采集到的能源中来自太阳的能源约占99.98% ,剩下的0.02%为地下热能。太阳能可转换成1.77 x 10M W的电能，相当于目前世界平均消费电能的几十万倍。 2.2太阳能量的衰减 太阳表而放射出的能量通过约I亿500。万公里的宇宙到达地球的大气圈外时，与太阳光垂直的面上的太阳辐射能量密度约为1.395kW/in2，此值称为太阳常数(Solar Constant)。太阳常数是指当地球与太阳处在平均距离的位置时，在大气层的上部与太阳光垂直的平面上，单位面积的太阳辐射能量密度。一般采用1964年国际地球观测年(IGY)所决定的值，即太阳常数的值为I . 382kW/rn2 。 实际上，地球上不同地点的太阳光的强度是不同的，与所在地的纬度、时间、气象条件等有关。即使是同一地点，正南时的直射日光也随四季的变化而不同。也就是说由于大气导致太阳光减少的比例与大气的厚度有关，定量地表示大气的厚度的单位称为大气圈通过空气量(又称大气质量)，即用通过空气量(Air Mass, AM)来表示。如图2.1所示，用由天顶垂直入射的通过空气量作为标准，即太阳高度正当头(900)时为1(太阳到地面的垂直距离的相对值)，假定太阳光度角为h(0)，通过空气量AM由下式计算: AM==1/sink AM用来表示进人大气的直达光所通过的路程。大气圈外用AM0表示，垂直的地表面AM1表示。太阳高度非常低时，地表面为地球面，由于大气引起的曲折现象等原因，AM值与上式相比略低。对太阳电池等的特性评价时，使用的标准大气条件一般为AM = 1.5(这里对应的太阳高度角h为41.8°)。 2.3地表面太阳能量的分布 太阳光穿过大气到达地球时，由于各种吸收、散乱等影响而衰减，最大密度约1 kW/m2，如图2.2所示。吸收主要由水蒸气、臭氧层、氧气层等引起。其中水蒸气的吸收较大，特别是水蒸气量较多的大气其衰减较大。臭氧层吸收对生物有害的短波长紫外线。近年来由于臭氧层的破坏，吸收这种短波长紫外线的量正在减少。 图2.3为太阳能量到达大气圈的日射诸成分。如前所述，地表面太阳能量的分布与所在地的纬度、时间、气象条件等有关。晴天时正午前后到达地表面的太阳能量密度为1 kW/m2，但由于受气象条件、时间等因素的影响，实际的太阳能量密度较低。如果假设到达地面的平均日射量大约为0. 165 kW/扩，地球的表面积为510 x 10^6 km2，则到达地表面的太I旧能量约为84 x 1012 kW。几乎与大气、地表面以及海面吸收的热能相等。当平均日射量为0.165kW/m2时，则年累计量为5200 WJ/m2。如果按地球表面积计算，相当于人类消耗能源的几十万倍。 在地球大气圈外，与太阳光垂直的面上的太阳光的密度为1.395kW/m2，到达大气圈外的太阳能的总量为173 x 10^12kW。一般来说太阳光的放射能量在到达大气圈之前大约有30% (53 x 10^12kW)由于反射而损失掉了。剩下的70%的能量中，有67%(81x10^12kW)被大气、地表面、海面吸收而转换成热能。33%(40×102kW)以蒸发、对流、降雨以及流水的形式形成流体循环的能量，转换成海流以及波浪的能量为370 x10^9 kW，光合作用的能量大约为40 x 10^9 kW。太阳光的放射能量中只有不到22亿分之一到达地球。 图2.4为大气圈外以及地面上的日射强度。由图可知，在地面上所测得的太阳光频谱由于大气层的吸收、散乱的影响，以及受大气通过空气量、气候、大气的状态等因素的影响会发生很大的变化。 本文出自 太阳能路灯 的博客 更多内容请访问/s/blog_a4fb