1、物理物理(wl)高新技術(shù)高新技術(shù)新能源新能源太陽能太陽能第一頁，共26頁。 太陽常數(shù)(chngsh)：在地球大氣外面正對著太陽的 1 m2面積上，每分鐘接受的太陽的能量，1367 W1.1 太陽和太陽能 太陽的能量(nngling)：每年到達(dá)地球表面上的太陽輻射能約相當(dāng)于130萬億噸煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源。 第1頁/共26頁第二頁，共26頁。第一階段(jidun)：1615-1900年，1615年的第一臺太陽能抽水泵。價格昂貴第二階段(jidun)：1901-1920年，世界將太陽能作為研究的重點，主攻太陽能動力裝置，最大輸出功率74 KW第三階段(jidun)：1921-1

2、945年，太陽能開發(fā)的低潮，化石燃料大規(guī)模應(yīng)用第四階段(jidun)：1946-1965年，太陽能基礎(chǔ)理論和材料的研究第五階段(jidun)：1966-1973年，低潮，投資大，技術(shù)不成熟第六階段(jidun)：1973-1980年，中東戰(zhàn)爭爆發(fā)，石油價格上漲，太陽能研究列入各國發(fā)展計劃第七階段(jidun)：1981-1991年，潮落，石油價格回落，500KW電站20多座第八階段(jidun)：1992-至今，化石能源的環(huán)境危害，光伏發(fā)電高度發(fā)展。1.2太陽能利用的歷史第2頁/共26頁第三頁，共26頁。光熱利用：平板式集熱器，真空管式集熱器，聚焦型集熱器太陽能發(fā)電：光-熱-電轉(zhuǎn)換，光-電轉(zhuǎn)換

3、光化作用：將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，例如將水分解制氫光生物利用：光能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能，速生植物(zhw)、油料作物、巨型海藻等。1.3太陽能利用方式第3頁/共26頁第四頁，共26頁。第4頁/共26頁第五頁，共26頁。2.1 概論太陽集熱器定義：吸收太陽輻射并將產(chǎn)生(chnshng)的熱能傳遞到傳熱工質(zhì)的裝置。 它是太陽能熱利用(lyng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。第5頁/共26頁第六頁，共26頁。2.2平板(pngbn)型集熱器結(jié)構(gòu)(jigu)示意圖：234平板(pngbn)型集熱器構(gòu)造示意圖11-透明蓋板，2-吸熱板，3-隔熱層，4-外殼，5-流體通道5第6頁/共26頁第七頁，共26頁。2.2平板型集熱器吸熱

4、(x r)板的基本類型I）管板式II）扁盒式III）翼管式吸熱(x r)板的類型：I）管板式，國內(nèi)外使用較普遍II）扁盒式，焊接難度大III）翼管式，材料用量大，工藝較復(fù)雜(fz)）蛇管式，流體阻力大）蛇管式第7頁/共26頁第八頁，共26頁。最大限度地吸收太陽輻射并能將其轉(zhuǎn)化成熱能，呈現(xiàn)(chngxin)深色。分選擇性和非選擇性吸收涂層。 2.2平板型集熱器吸熱(x r)板上的涂層（關(guān)鍵）：平板(pngbn)型集熱器的缺點：熱傳導(dǎo)-底部和側(cè)面隔熱層對流傳熱-吸熱板與透明蓋板之間的空氣輻射傳熱-吸熱板與透明蓋板之間；透明蓋板與天空之間第8頁/共26頁第九頁，共26頁。 熱管式工質(zhì)熱容小，啟動(q

5、dng)快，干性連接，易安裝全玻璃(b l)真空管集熱器2.3真空管太陽集熱器將吸熱體與透明(tumng)蓋板之間的空間抽成真空 熱管式真空管集熱器134562 1-內(nèi)玻璃管，2-外玻璃管，3-選擇性吸收涂層，4-真空，5-彈簧支架，6-消氣劑123845 67 1-熱管冷凝段，2-金屬封蓋，3-玻璃管，4-金屬吸熱板，5-熱管蒸發(fā)段，6-彈簧支架，7-蒸散型消氣劑，8-非蒸散型消氣劑第9頁/共26頁第十頁，共26頁。2.4 太陽池定義(dngy)：是一種鹽的濃度隨深度增加而增加的鹽水池，更確切地說，是具有鹽度梯度的水池。由于濃度較大的鹽水密度也較大，因此只要池內(nèi)鹽水的濃度梯度足夠大，即使在下

6、部溫度高于上部溫度時，池水也不會發(fā)生對流，所以太陽池也稱為無對流的鹽水池。太陽池的構(gòu)成上層對流區(qū)無對流區(qū)下層對流區(qū) 太陽池可以利用自然現(xiàn)象，即自然界中存在的一些具有鹽度(yn d)梯度的湖泊。是一種特殊形式的自然集熱器。第10頁/共26頁第十一頁，共26頁。太陽(tiyng)池的能量利用辦法： 在池底布置熱交換器，工質(zhì)在泵的作用下進(jìn)入熱交換器，從太陽池底部吸收能量，溫度(wnd)提高后流出。 利用池內(nèi)的密度梯度實現(xiàn)分層流動，從下層對流區(qū)的一端(ydun)抽取熱的池水，在池外的熱交換器中放出熱能，溫度降低后再從另一側(cè)返回池的底部。太陽池的應(yīng)用形式：供暖、鹽水淡化、制鹽及太陽能熱發(fā)電等方面。第11

7、頁/共26頁第十二頁，共26頁。 太陽熱水(r shu)器由集熱器、儲熱水(r shu)箱、循環(huán)水泵、管道、支架、控制系統(tǒng)及相關(guān)部件等組成。1891年美國馬蘭(mln)里州的肯普發(fā)明第一臺太陽能熱水器第12頁/共26頁第十三頁，共26頁。 太陽灶是利用(lyng)太陽輻射能，通過聚光、傳熱、儲熱等方式獲取能量，進(jìn)行烹飪食物的一種方式。 一臺截光面積為2 m2的聚光太陽灶，每年可以(ky)節(jié)省約1 t的農(nóng)作物秸稈。 我國目前(mqin)已經(jīng)推廣應(yīng)用的太陽灶有30萬臺。太陽灶的性能和結(jié)構(gòu)類型：具有一定的高溫，耐候性能，距離可調(diào)性，與人體保持一定的距離。箱式太陽灶：食物蒸煮、烘烤。聚光太陽灶：可獲得

8、500左右的高溫綜合型太陽灶：箱式和聚光型的結(jié)合第13頁/共26頁第十四頁，共26頁。5.1 概述利用太陽能進(jìn)行采暖和空調(diào)的環(huán)保型生態(tài)建筑，必須具有輔助熱源(ryun)，包括煤、氣、油或電能。 5.2 太陽房的原理(yunl)和類型基本上分為：主動(zhdng)太陽房、被動太陽房和熱泵式太陽能采暖系統(tǒng) 第14頁/共26頁第十五頁，共26頁。被動(bidng)太陽房的類型第15頁/共26頁第十六頁，共26頁。6.1太陽能干燥的基本原理使被干燥的物料，或者直接吸收太陽能并將其轉(zhuǎn)化為熱能，或者通過太陽集熱器所加熱的空氣進(jìn)行對流患熱而獲得熱量，再經(jīng)過物料表面與物料內(nèi)部之間的傳熱(chun r)、傳質(zhì)過

9、程，使物料中的水分逐步汽化并擴散到空氣中去的過程。第16頁/共26頁第十七頁，共26頁。6.2太陽能干燥系統(tǒng)的分類第17頁/共26頁第十八頁，共26頁。溫室效應(yīng)：就是太陽光透過透明材料進(jìn)入溫室內(nèi)部空間，使進(jìn)入溫室的太陽輻射能大于溫室向周圍環(huán)境散失的熱量(rling)，這樣溫室內(nèi)的空氣、土壤、植物的溫度就會不斷升高，這種過程叫做“溫室效應(yīng)”。太陽能溫室：就是根據(jù)溫室效應(yīng)的原理加以建造的人工暖房(nun fng)，以滿足植物生長對溫度的要求。第18頁/共26頁第十九頁，共26頁。太陽能制冷是利用太陽輻射熱作動力(dngl)來驅(qū)動制冷裝置工作。太陽能空調(diào)(kn dio)的優(yōu)點1.太陽能空調(diào)主要以吸收

10、式制冷為主，使用(shyng)LiBr為介質(zhì)，無臭、無毒、無害，十分環(huán)保2.吸收式制冷機制使用(shyng)功率很小的屏蔽泵，運行安靜、噪聲低。3.同一套太陽能吸收式空調(diào)系統(tǒng)，可以夏季制冷、冬季采暖和其他季節(jié)提供熱水等三種功能，一機多用，四季常用4.由于越是太陽輻射強的時候，越需要制冷，其制冷能力也越強。太陽能空調(diào)的現(xiàn)階段局限性1.太陽能空調(diào)以及集熱器的造價高。2.自然條件下，某些地區(qū)太陽能輻照密度不高，使集熱器采光面積與空調(diào)建筑面積的配比受到限制。3.已處在實用化示范階段，都是適合于單位的中央空調(diào)，小型的制冷裝置尚未完全開發(fā)。第19頁/共26頁第二十頁，共26頁。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)工作原理與火

11、力發(fā)電系統(tǒng)的工作原理基本相同，根本區(qū)別是熱源不同(b tn)，主要以太陽能為熱源。火力發(fā)電熱源：煤炭、石油、天然氣等化石燃料。火力發(fā)電：將煤炭、石油和天然氣等燃料所得到的熱能(rnng)變換成機械能，再帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電能的發(fā)電方式。第20頁/共26頁第二十一頁，共26頁。10.1 概述通過太陽能電池將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能(dinnng)的發(fā)電系統(tǒng)，稱為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)運行方式(fngsh)可分為離網(wǎng)運行和聯(lián)網(wǎng)運行兩大類。離網(wǎng)運行適用于遠(yuǎn)離公共電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)和無電地區(qū)：偏僻(pinp)農(nóng)村、牧區(qū)、海島、高原、沙漠的農(nóng)牧漁民等；通信中繼站、沿海與內(nèi)河航標(biāo)、輸油輸氣管道陰極保護(hù)、

12、氣象電臺、公路道班以及邊防哨所等。聯(lián)網(wǎng)發(fā)電：是光伏發(fā)電的主流趨勢，市場廣闊，前景誘人。第一個太陽電池1954年產(chǎn)生于美國貝爾實驗室，1958年被用作“先鋒 1 號”的電源上了天。這種電池使人造衛(wèi)星的電源可安全工作20年之久。第21頁/共26頁第二十二頁，共26頁。10.2 太陽能電池1. 太陽能電池(dinch)及其分類同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)和肖特基太陽能電池(dinch)（按結(jié)構(gòu)分） 第22頁/共26頁第二十三頁，共26頁。2. 2. 太陽能電池太陽能電池(dinch)(dinch)的工作原理、特性及制造的工作原理、特性及制造方法方法太陽能電池太陽能電池(dinch)(dinch)工作原理工作原理太

13、陽能電池工作原理的基礎(chǔ)太陽能電池工作原理的基礎(chǔ)(jch)(jch)是半導(dǎo)體是半導(dǎo)體p-np-n結(jié)的光生伏打效應(yīng)，結(jié)的光生伏打效應(yīng)，即物體受到光照時，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和即物體受到光照時，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng)。當(dāng)太陽光或其他光照射半導(dǎo)體電流的一種效應(yīng)。當(dāng)太陽光或其他光照射半導(dǎo)體p-np-n結(jié)時，就會在結(jié)時，就會在p-np-n結(jié)的兩端出現(xiàn)電壓（光生電壓），使結(jié)的兩端出現(xiàn)電壓（光生電壓），使p-np-n結(jié)短路就會產(chǎn)生電流。結(jié)短路就會產(chǎn)生電流。第23頁/共26頁第二十四頁，共26頁。2. 太陽能電池的工作原理、特性太陽能電池的工作原理、特性(t

14、xng)及制造方法及制造方法太陽能電池的制造方法：電池都有太陽能電池的制造方法：電池都有P-N P-N 結(jié)。結(jié)。P P型區(qū)上的接點為正極，型區(qū)上的接點為正極，N N型區(qū)上的接點為負(fù)極。在硅片底下加金屬底板成下電極（正極）；在硅片上部設(shè)有柵格形線網(wǎng)，并用金屬連接形成型區(qū)上的接點為負(fù)極。在硅片底下加金屬底板成下電極（正極）；在硅片上部設(shè)有柵格形線網(wǎng)，并用金屬連接形成(xngchng)(xngchng)上電極（負(fù)極）。柵線接觸是為了降低上電極（負(fù)極）。柵線接觸是為了降低N N型區(qū)的串聯(lián)電阻。型區(qū)的串聯(lián)電阻。太陽光太陽光N接接點點P接接點點 負(fù)負(fù)荷荷P型硅片型硅片N型硅片型硅片硅太陽電池基本結(jié)構(gòu)硅太陽

15、電池基本結(jié)構(gòu)硅太陽電池單體在最佳硅太陽電池單體在最佳(zu ji)(zu ji)負(fù)荷狀態(tài)的工作電壓約為負(fù)荷狀態(tài)的工作電壓約為0.4-0.5V0.4-0.5V。通常太陽能電池由多個單元電池串并聯(lián)，并配有蓄電池和保護(hù)電路。通常太陽能電池由多個單元電池串并聯(lián)，并配有蓄電池和保護(hù)電路。第24頁/共26頁第二十五頁，共26頁。1. 1. 未來太陽能發(fā)展未來太陽能發(fā)展(fzhn)(fzhn)的集中的集中式方式式方式 把地球宏觀地看作是一個大的能源體系。太陽能在地球表面不同點的分布是不相同的，通過高效遠(yuǎn)距離輸送能量，顯然可以解決把地球宏觀地看作是一個大的能源體系。太陽能在地球表面不同點的分布是不相同的，通過

16、高效遠(yuǎn)距離輸送能量，顯然可以解決(jiju)(jiju)太陽能分布不均的問題。太陽能分布不均的問題。-源于超導(dǎo)材料的發(fā)展源于超導(dǎo)材料的發(fā)展2. 2. 未來未來(wili)(wili)太陽能發(fā)展的分散式方式太陽能發(fā)展的分散式方式 許多發(fā)展中國家也在努力扭轉(zhuǎn)人口從農(nóng)村向大城市流動的趨勢。在這些國家建立分散的、依靠可再生能源并通過電視和現(xiàn)代化通信系統(tǒng)同現(xiàn)代化世界相聯(lián)系的社區(qū)，這可能是一種有吸引力的發(fā)展思路。許多發(fā)展中國家也在努力扭轉(zhuǎn)人口從農(nóng)村向大城市流動的趨勢。在這些國家建立分散的、依靠可再生能源并通過電視和現(xiàn)代化通信系統(tǒng)同現(xiàn)代化世界相聯(lián)系的社區(qū)，這可能是一種有吸引力的發(fā)展思路。-計算機互聯(lián)網(wǎng)和通信