太阳能原理及其技术

  新闻资讯     |      2024-05-25 06:36

  2、表面的一层,一般厚度为几公里至70 公里不等。地壳下面是地幔,它大部分是熔融状的岩浆,厚度为2900 公里。火山爆发一般是这 沃尔沃推出太阳能概念车部分岩浆喷出。地球内部为地核,地核中心温度为2000 度。可见,地球上的地热资源贮量也很大。 与原子核反应有关的能源正是核能。原子核的结构发生变化时能释放出大量的能量,称为 原子核能,简称核能,俗称原子能。它则来自于地壳中储存的铀、钚等发生裂变反应时的核裂变能资源,以及海洋中贮藏的氘、氚、锂等发生聚变反应时的核聚变能资源。这些物质在发生原子核反应时释放出能量。目前核能最大的用途是发电。此外,还可以用作类型的动力源、热源等。 来自星球引力的能量 指由于地球与 月球、太阳等天体相互作用的形成 的能源。地球、 月亮、太阳之间有规律的运动,造成相对位置周期性的变化, 它们之间的引力随之变化使 海水涨落而形成潮汐能。与上述二类能源相比, 潮汐能的数量很小。全世界的潮汐能折合成煤约为每年30 亿吨,而实际可 用的只是浅海区那一部分,每年约可折合为6000 万吨煤。太阳能利用 基本 方式可以分为如下 4 大类。技技术术原原理理现在,太阳能的利用还不是

  3、很普及,利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题,但是 太阳能电池 在为人造卫星提供能源方面得到了应用。太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的 核聚变反应过程产生的能量。地球轨 珠海太阳能热水工程道上的平均 太阳辐射强度为 1369w/。地球赤道的周长为 40000km,从而可计算出,地球获得的能量可达 173000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kw/m2168体育,地球表面某一点 24h 的年平均辐射强度为 0.20kw/,相当于有 102000TW 的能量,人类依赖这些能量维持生存,其中包括所有其他形式的可再生能源(地热能资源除外),虽然太阳能资源 总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍,但太阳能的能量密度低,而且它因地而异,因时而变,这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。 尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总 辐射能量的 22 亿分之一,但已高达173,000TW,也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500 万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能 、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳;即使是地球上的

  4、 化石燃料(如煤、石油、天然气等)从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能,所以广义的太阳能所包括的范围非常大,狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。 太阳能既是 一次能源,又是可再生能源。它资源丰富,既可免费使用,又无需运输,对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态,使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。 编编辑辑本本段段太太阳阳能能分分类类太太阳阳能能光光伏伏光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置,由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分,故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源,较复杂的光伏系统可为房屋提供 照明,并为电网供电。 光伏板 太阳能利用组件可以制成不同形状,而组件又可连接,以产生更多电力。近年,天台及建筑物表面均会使用光伏板组件,甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分,这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。 太太阳阳热热能能现代的太阳热能科技将阳光聚合,并运用其能量产生 热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外,建筑物亦可利用太阳的光

  5、和热能,方法是在设计时加入合适的装备,例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。 编编辑辑本本段段利利弊弊分分析析优优点点(1)普遍:太阳光普照大地,没有地域的限制无论 陆地或海洋,无论高山或岛屿,都处处皆有,可直接开发和利用,且无须开采和运输。 (2)无害:开发利用太阳能不会污染环境,它是最清洁能源之一,在环境污染越来越严重的今天,这一点是极其宝贵的。 (3)巨大:每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130 万亿吨煤,其总量属现今世界上可以开发的最大能源。 (4)长久:根据目前太阳产生的核能速率估算,氢的贮量足够维持上百亿年,而地球的寿命也约为几十亿年,从这个意义上讲,可以说太阳的能量是用之不竭的。 缺缺点点(1)分散性:到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大,但是能流密度很低。平均说来,北回归线附近,夏季在天气较为晴朗的情况下,正午时太阳辐射的辐照度最大,在垂直于太阳光方向 1 平方米面积上接收到的太阳能平均有1000W 左右;若按全年日夜平均,则只有 200W 左右。而在冬季大致只有一半,阴天一般只有15 左右,这样的能流密度是很低的。因此,在利用太阳能时,想要

  6、得到一定的转换功率,往往需要面积相当大的一套收集和转换设备,造价较高。 (2)不稳定性:由于受到 昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响,所以,到达某一地面的太阳辐照度 既是间断的,又是极不稳定的,这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源,从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源,就必须很好地解决蓄能问题,即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来,以供夜间或阴雨天使用,但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。 (3)效率低和成本高:目前太阳能利用的发展水平,有些方面在理论上是可行的,技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置,因为效率偏低,成本较高,总的来说,经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内,太阳能利用的进一步发展,主要受到经济性的制约。 1 2010 年的“黑色春天”成了一些太阳能热水器企业心中永远的痛。在许多企业看来,行业性下滑已经成为定局。据 嘉兴太阳能协会秘书长徐 朱灵介绍:“目前,嘉兴的 海宁有真空管集热线 条,年产量可配套八百万台太阳能热水器。今年以来产能严重过剩,产品积压,半停半

  7、工,甚至还出现了砸机当废铁卖的惨局。 ” ? 编编辑辑本本段段开开发发途途径径光光热热利利用用它的基本原来是将太阳辐射能收集起来,通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的 太阳能收集 装置,主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器等 3 种。通常根据所能达到的温度和用途的不同,而把太阳能光热 利用分为低温利用(200) 、中温利用( 200800)和高温利用( 800) 。目前低温利用主要有太阳能热水器、 太阳能干燥 器、太阳能蒸馏器、 太阳能2太阳房、太阳能温室 、太阳能空调 制冷系统等,中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等,高温利用主要有高温太阳炉等。 太太阳阳能能发发电电未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多种。目前已实用的主要有以下两种。 光热电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的 蒸汽,然后由蒸汽驱动气轮机带动 发电机发电。前一过程为光热转换,后一过程为热 电转换。 光电转换。其基本原理是利用 光生伏打效应 将太阳辐射能直接转换为 电能,它的基本装置是太阳能电池。 光光化化利利用

  8、用这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光化学转换方式。 光光生生物物利利用用通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。目前主要有速生植物(如薪炭林) 、油料作物和巨型海藻。 编编辑辑本本段段开开发发历历史史据记载,人类利用太阳能已有3000 多年的历史。将太阳能作为一种能源和 动力加以利用,只有 300 多年的历史。真正将太阳能作为 “近期急需的补充能源 ”, “未来能源结构的基础 ”,则是近来的事。 20 世纪 70 年代以来,太阳能科技突飞猛进,太阳能利用日新月异。近代太阳能利用历史可以从1615 年法国工程师所罗门 德考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的 发动机算起。该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀做功而抽水的机器。在 1615 年1900 年之间,世界上又研制成多台太阳能动力装置和一些太阳能装置。这些动力装置几乎全部采用聚光方式采集阳光,发动机功率不大,工质主要是水蒸汽,价格昂贵,实用价值不大,大部分为太阳能爱好者个人研究制造。 20 世纪的 100 年间,太阳能科技发展历史大体可分为七个阶段。 第第一一阶阶段段(19001920 年年)在这一阶段,世界

  9、上太阳能研究的重点仍是太阳能动力装置,但采用的聚光方式多样化,且开始采用平板集热器和低 沸点工质,装置逐渐扩大, 最大输出功率 达73.64kW,实用目的比较明确,造价仍然很高。建造的典型装置有:1901 年,在美国加州建成一台太阳能抽水装置 ,采用截头圆锥聚光器,功率: 7.36kW;1902 1908 年,在美国建造了五套双循环太阳能发动机,采用平板集热器和低沸点工质;1913 年,在埃及开罗以南建成一台由 5 个抛物槽镜组成的 太阳能水泵 ,每个长62.5m,宽 4m,总采光面积达 1250m2。 第第二二阶阶段段(19201945 年年)在这 20 多年中,太阳能研究工作处于低潮,参加研究工作的人数和研究项目大为减少,其原因与 矿物燃料的大量开发利用和发生 第二次世界大战 (19351945 年)有关,而太阳能又不能解决当时对能源的急需,因此使太阳能研究工作逐渐受到冷落。 第第三三阶阶段段(19451965 年年)在第二次世界大战结束后的 20 年中,一些有远见的人士已经注意到石油和天然气资源正在迅速减少, 呼吁人们重视这一问题,从而逐渐推动了太阳能研究工作的恢复和开展,并且成立太阳能 学术组织,举办学术交流和展览会,再次兴起太阳能研究热潮。 在这一阶段,太阳能研究工作取得一些重大进展,比较突出的有:1945 年,美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳电池,为 光伏发电大规模应用奠定了基础; 1955年,以色列泰伯等在第一次国际太阳热科学会议上提出选择性涂层的基础理论,并研制成实用的黑镍等选择性涂层,为高效集热器的发展创造了条件。此外,在这一阶段里还有一些重要成果,比较突出的有: 1952 年,法国国家研究中心在比利牛斯山东部建成一座功率为 50kW 的太阳炉。1960 年,在美国 佛罗里达建成世界上第一套用平板集热器供热的氨 水吸收式空调系统,制冷能力为 5 冷吨。1961 年, 太阳能利用示意图一台带有石英窗的 斯特林发动机 问世。在这一阶段里,加强了太阳能基础理论和基础材料的研究,取得了如太阳选择性涂层和硅太阳电池等技术上的重大突破。平板集热器有了很大的发展,技术上逐渐成熟。 太阳能吸收式空调 的研究取得进展,建成一批实验性太阳房。对难度较

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