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第二节 太阳能,太阳辐射太阳能热利用太阳能光利用,太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。太阳每秒钟照射到地球上的能量相当于500万吨标准煤，达1.73x1017W。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；即使是地球上的化石燃料从根本上来说也是远古以来贮存下来的太阳能。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。其缺点为：一是能流密度低；二是其强度受各种因素的影响不能维持常量。这些限制了太阳能的有效利用。,人类对太阳能的利用有悠久的历史。太阳能利用主要包括太阳能热利用和太阳能光利用。太阳能热利用很广，如太阳能热水、供暖和制冷，太阳能干燥农副产品、药材和木材，太阳能淡化海水，太阳能动力发电等。太阳能光利用主要是太阳能发电和太阳能制氢。由于常规能源的日渐短缺，在世界各国政府的大力支持下，作为可再生能源主力的太阳能将在全球能源供应中扮演越来越重要的角色。,一些国家、地区太阳能资源量估计,我国的太阳能资源,我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资源。根据中国气象科学研究院的研究，有2/3以上国土面积，年日照在2000小时以上，年平均辐射量超过0.6GJ/cm2，各地太阳年辐射量大致在9302330kWh/m2之间。,我国的太阳能资源,从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。,我国的太阳能资源分布,太阳能丰富区，在内蒙中西部、青藏高原等地，年总辐射在150千卡平方公分以上。太阳能较丰富区，北疆及内蒙东部等地，年总辐射约130150千卡平方公分。太阳能可利用区，分布在长江下游、两广、贵州南部和云南，及松辽平原，年总辐射量为110130 千卡平方公分。,我国太阳能资源的分类,太阳众星之母,太阳是太阳系的中心天体,是太阳系里唯一的一颗恒星,也是离地球最近的一颗恒星。,太阳众星之母,太阳是一个炽热的气态球体，没有固体的星体或核心。它的直径约为1.39106km，是地球的109倍，质量约为2.2l027t，为地球质量的3.32105倍，体积则比地球大1.3106倍，平均密度为地球的1/4。其主要组成气体为氢（约80）和氦（约19）。,太阳的内部构造,太阳内部有“里三层”。从中心向外，依次是核反应区，这里是太阳热能产生的基地。辐射区，太阳能先通过这里传播出去。对流区，太阳能经过这里向太阳表层传播，它们是“输送带”。,太阳众星之母,由于太阳内部持续进行着氢聚合成氦的核聚变反应，所以不断地释放出巨大的能量，并以辐射和对流的方式由核心向表面传递热量，温度也从中心向表面逐渐降低。太阳能量的99%是由中心的核反应区的热核反应产生的。,太阳众星之母,由核聚变可知，氢聚合成氦在释放巨大能量的同时，每1g质量将亏损0.0072g。根据目前太阳产生核能的速率估算，其氢的储量足够维持600亿年，因此太阳能可以说是用之不竭的。,太阳的内部构造,太阳的内部构造,太阳外部有“外三层”。依次为光球层、色球层和日冕层。人们肉眼可见的明亮表面就是光球层，我们所见到太阳的可见光，几乎全是由光球发出的。光球层厚约500千米，温度为5762K，密度为10-6g/cm3，它是由强烈电离的气体组成，太阳能绝大部分辐射都是由此向太空发射的。,太阳的可见表面,光球层,光球并不完美，其表面布满了米粒般的粒状结构，科学家形象地称它们为“米粒组织”，光球上亮的区域叫光斑，暗的黑斑叫太阳黑子。所谓太阳黑子是光球层上的黑暗区域，它的温度大约为4500K，而光球其余部分的温度约为6000K。在明亮的光球反衬下，就显得很黑。,太阳黑子,色球层,从光球表面到8000千米高度为色球层，大部分由氢和氦组成。在色球层的边缘常常突然串升一片火舌般的气体，高度达到几万公里，这就是日珥，其温度高达1百万度，高度有时达几十个太阳半径。日珥可谓千姿百态，有的像脱兔，有的如飞鸟，有的如喷泉飞瀑，这里可以算得上是太阳最壮丽的景色了。,色球层,太阳色球层有些局部亮区域，我们称它为谱斑。它处于太阳黑子的正上方。有时谱斑亮度会突然增强，这就是我们通常说的耀斑。耀斑是太阳黑子形成前在色球层产生的灼热的氢云层。耀斑释放的能量极其巨大。其巨大的能量来自磁场。,色 球 层,日珥,太阳的巨大喷发,太阳的物质抛射形成环形突出,1973年12月一个巨大的日珥跨越日面588，000km,日冕层,在色球之上是极其稀薄的高温日冕层，只有在日全食中才能看到一片青白色的日冕光区。在太阳活动极大年，日冕接近圆形；在太阳宁静年则呈椭圆形。日冕上有冕洞，而冕洞是太阳风的风源。,1970年3月7日日全食日冕太阳活动极大年的日冕,太阳宁静年的日冕,日冕层和太阳风,日冕层的温度比它的发源地太阳的温度要高得多，因此日冕层物质不断向外膨胀，把许多沿着太阳磁力线的粒子流不断地吹射到行星际空间，形成太阳风。其范围可延伸到地球甚至更远的地方。太阳就是以太阳风物质粒子流的形式失去物质。,日冕物质喷发,日冕物质喷发,太阳风和极光,当太阳上有强烈爆发和日冕物质抛射时，太阳风携带着的强大等离子流可能到达地球极区。这时，在地球两极则可看见瑰丽无比的极光。,太阳的构造,从太阳的构造可见，太阳并不是一个温度恒定的黑体，而是一个多层的有不同波长发射和吸收的辐射体。不过在太阳能利用中通常将它视为一个温度为6000K，发射波长为0.33m的黑体。,与太阳相关的一些物理量,地球半径 1 Re=6.378 km太阳半径 1 Rs=696,000 km地日距 1 AU=149,600,000 km=200 Rs=100 太阳直径太阳质量 1 Ms=198,900,000,000,000,000,000,000,000公斤 地球质量的 332,946 倍 全部太阳系的行星质量的700倍,太阳能的利用,世界将太阳能作为一种能源和动力加以利用，已经有300多年的历史。1615年法国工程师所罗门.德.考克斯发明了第一台利用太阳能加热空气使膨胀做功而抽水的机器.,太阳能的利用,太阳能利用涉及的技术问题很多，但根据太阳能的特点，具有共性的技术主要有四项，即太阳能采集、太阳能转换、太阳能贮存和太阳能传输，将这些技术与其它相关技术结合在一起，便能进行太阳能的实际利用-光热利用、光电利用和光化学利用。,太阳能传输,太阳能不象煤和石油一样用交通工具进行运输，而是应用光学原理，通过光的反射和折射进行直接传输，或者将太阳能转换成其它形式的能量进行间接传输。,太阳能直接传输,直接传输适用于较短距离，基本上有三种方法：通过反射镜及其它光学元件组合，改变阳光的传播方向，达到用能地点；通过光导纤维，可以将入射在其一端的阳光传输到另一端，传输时光导纤维可任意弯曲；采用表面镀有高反射涂层的光导管，通过反射可以将阳光导入室内。,太阳能间接传输,间接传输适用于各种不同距离。将太阳能转换为热能，通过热管可将太阳能传输到室内；将太阳能转换为氢能或其它载能化学材料，通过车辆或管道等可输送到用能地点；空间电站将太阳能转换为电能，通过微波或激光将电能传输到地面。,太阳能热利用,太阳能热利用是可再生能源技术领域商业化程度最高、推广应用最普遍的技术之一。国际上，太阳能的使用技术已进入新的发展阶段。在太阳能热利用系统中，重要的一个技术关键是如何高效率地收集太阳光并将其转变为热能。热利用在太阳能利用技术中占有重要位置，是综合项目。,太阳能集热器,太阳辐射的能流密度低，在利用太阳能时为了获得足够的能量，或者为了提高温度，必须采用一定的技术和装置（集热器），对太阳能进行采集。太阳能集热器是把太阳辐射能转换成热能的设备，它是太阳能热利用中的关键设备。,太阳能集热器,按传热工质可分为液体集热器和空气集热器.按采光方式可分为非聚光型和聚光型集热器两种。非聚光集热器（平板集热器，真空管集热器）能够利用太阳辐射中的直射辐射和散射辐射，集热温度较低；聚光集热器能将阳光会聚在面积较小的吸热面上，可获得较高温度，但只能利用直射辐射，且需要跟踪太阳。,平板集热器,平板集热器是非聚光类集热器中最简单且应用最广的集热器。它吸收太阳辐射的面积与采集太阳辐射的面积相等，能利用太阳的直射和漫射辐射。,典型的平板集热器,平板集热器,集热板。作用是吸收太阳能并将其内的介质加热。透明盖板。布置在集热器的顶部，作用是减少集热器与环境之间的对流和辐射散热，并保护其不受雨、雪、灰尘的侵袭。隔热层。布置在集热板的底部和侧面，防止集热器向周围散热。外壳。是集热器的骨架，应具有一定的机械强度，良好的水密封性和耐腐蚀性能。,真空管平板集热器,它是将单根真空管装配在复合抛物面反射镜的底面，兼有平板和固定式聚光的特点，它能吸收太阳光的直射和80%的散射。,全玻璃真空集热管,1-内玻璃管 2-外玻璃管 3-真空夹层4-带有吸气剂的卡子 5-选择性涂层,聚光集热器,为了更有效地利用太阳能必须提高入射阳光的能量密度，使之聚焦在较小的集热面上，以获得较高的集热温度，并减少散热损失，这就是聚光集热器的特点。聚光集热器通常由三部分组成：聚光器、吸收器和跟踪系统。其工作原理是，自然阳光经聚光器聚焦到吸收器上，并加热吸收器内流动的集热介质；跟踪系统则根据太阳的方位随时调节聚光器的位置，以保证聚光器的开口面与人射太阳辐射总是互相垂直的。,太阳能热利用,太阳能热水系统,早期最广泛的太阳能应用即用于将水加热，现今全世界已有数百万太阳能热水装置。太阳能热水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分。此外，可能还有辅助的能源装置（如电热器等）以供应无日照时使用，另外尚可能有强制循环用的水，以控制水位或控制电动部份或温度的装置以及接到负载的管路等。,太阳热水器,太阳热水器于1920年代即流行于美国的西南部地区。随着石油和电力价格的上升，更有效率的太阳能热水器和太阳能热暖器亦随之产生。在澳洲、日本、以色列、和前苏联于1970年代就已是普遍的使用。于美国北部，每平方公尺的太阳能热接收器，每六个月可节省30.5公升的热气用的汽油，或是215千瓦小时的电力。,太阳热水器,太阳能热水器,太阳能热水器通常由平板集热器、蓄热水箱和连接管道组成。按照流体流动的方式分类，可将太阳能热水器分成三大类：闷晒式、直流式和循环式。,太阳能集热器工作原理图,太阳能热水器,闷晒式。其特点是水在集热器中不流动，闷在其中受热升温，结构简单，当水升温到一定值时即可放水使用。直流式。由集热器、蓄热水箱和相应的管道组成。水在其中不循环，一般水的流量比较小。循环式。这是应用最广泛的热水器。又分为自然循环和强迫循环。,自然循环式太阳能热水器,水箱中的冷水从集热器的底部进入，吸收太阳能后温度升高，密度降低，与冷水之间构成了循环的动力。当循环水箱顶部的水温达到使用温度的上限时，则由温控器打开电磁阀使热水进入热水箱，与此同时补给水箱自动补水。当水温低于使用温度的下限时，温控器使电磁阀关闭。,太阳能采暖,太阳能采暖可以分为主动式和被动式两大类。主动式是利用太阳能集热器和相应的蓄热装置作为热源来代替常规热水（或热风）采暖系统中的锅炉。被动式则是依靠建筑物结构本身充分利用太阳能来达到采暖的目的，因此它又称为被动式太阳房。,太阳房工作原理示意图,被动式太阳房的示意图,这种太阳房构造 简单，取材方便，造价便宜，无需 维修，有自然的 舒适感，特别适 合发展中国家的 广大农村。,被动式太阳房,白天的中午直接依靠太阳辐射供暖，多余的热量为热容量大的建筑物本体（墙、天花板、地基）及由碎石填充的蓄热槽吸收；夜间通过自然对流放热使使室内保持一定的温度，达到采暖的目的。其构造简单，取材方便，造价便宜，无需维修，有自然的舒适感，适合发展中国家的广大农村。被动式太阳房形式多样，建筑技术简单，便宜，舒适。我国从1977年开始就开展了不同形式太阳房的试验研究和推广工作，建立了几十座试验性太阳房。,主动式太阳能采暖,它利用集热器产生的热水采暖，结构简单，蓄热器置于室外，室内又是由地板供暖，故不占用室内居住面积是这种系统的一大优点。,无辅助锅炉的主动式太阳房,带辅助锅炉的主动式太阳房,太阳能干燥,自古以来，人们就广泛采用阳光下直接爆晒的方法来干燥各种农副产品。这种传统干燥方法，极易遭受灰尘和虫类的污染等，严重影响产品质量，干燥时间也长。为此，近年来世界各国对太阳能干燥进行了许多研究。,太阳能干燥的优点,节约燃料。采用吸热干燥的方法，每蒸发1kg的水分，约需2430KJ的热量。因此，利用太阳能可节约大量燃料。缩短干燥时间。由于太阳能干燥的工作温度远高于自然干燥的温度，被干燥物品的水分蒸发大大加快；因此采用太阳能干燥，干燥的时间可以大大缩短。提高产品质量。由于采用专门的干燥室，干净、卫生，还能杀灭虫菌，所以即可提高产品质量，又可延长产品贮存时间。,太阳能干燥,太阳能干燥按干燥器（或干燥室）获得能量的方式可分为：1.集热器型干燥器 2.温室型干燥器 3.集热器温室型干燥器,太阳能干燥,集热器型干燥器是利用太阳能空气集热器，先把空气加热到预定温度后再送入干燥室，干燥室视干燥物品的类型多种多样，如箱式、窑式、固定床式或流动床式等。,集热器型干燥器,太阳能干燥,温室型干燥器其温室就是干燥室，它直接接受太阳的辐射能。集热器温室型干燥器则是上述两种形式的结合。其温室顶部为玻璃盖板，待干燥物品放在温室中的料盘上，它既直接接受太阳辐射加热，又依靠来自空气集热器的热空气加热。,集热器温室型干燥器,太阳能海水淡化,地球上的水量虽然很大，但是97是海水，淡水仅占3，而且分布不均匀，有的地方淡水资源极为缺乏。尤其对于一些缺乏饮用水的海岛和内陆干旱地区，淡水已成为人、畜生存的重要问题。,太阳能海水淡化,最早的太阳能蒸馏器，有资料可查的为智利于1872年所建，集热面积为4450平方米，日产淡水17.7吨。这座太阳能蒸馏器沿用了38年，直至1910年为止。我国于1977年在海南岛上建成一座面积为385平方米的太阳能海水蒸馏试验装置，日产淡水1吨左右。,太阳能池式蒸馏器,太阳能池式蒸馏器,由装满海水的水盘和覆盖在其上的玻璃或透明塑料盖板组成。水盘表面涂黑，底部绝热。盖板成屋顶式，向两侧倾斜。太阳辐射通过透明盖板，被水盘中的海水吸收，蒸发成蒸汽，上升的蒸汽与较冷的盖板接触后被凝结成水，顺着倾斜盖板流到集水沟中，再注入集水槽。这是一种直接蒸馏器，直接利用太阳能加热海水并使之蒸发。其结构虽简单，但产水效率不高。,平板型多效太阳能蒸馏器,平板型多效太阳能蒸馏器,是一种间接太阳能蒸馏器，主要吸收太阳能的集热器和海水蒸发器组成，并利用集热器中的热水将蒸发器中的海水加热蒸发。能连续制取淡水。,太阳能咸水淡化温室,太阳能制冷和空调,利用太阳能作为动力源来驱动制冷或空调装置有着诱人的前景，因为夏季太阳辐射最强，也是最需要制冷的时候。这与太阳能采暖正好相反，越是冬季需要采暖的时候，太阳辐射反而最弱。,太阳能制冷和空调,太阳能制冷可以分为两大类，一类是先利用太阳能发电，而后再利用电能制冷；另一类则是利用太阳能集热器提供的热能去驱动制冷系统。最常用的制冷系统有吸收式制冷和太阳能吸附式制冷。太阳能吸收式制冷系统一般采用溴化锂水，或氨水作工质。,太阳能氨水吸收式制冷系统,太阳能吸附式制冷,太阳能吸附式制冷的原理和普通吸附式制冷的原理一样，与吸收式制冷相比，其结构简单，但制冷量较小，适合于作太阳能冰箱。利用太阳能既采暖又空调是太阳能热利用的主要方向之一。,太阳能热水、采暖、空调综合系统示意图,太阳池,太阳池是一种人造盐水池。它利用具有一定盐浓度梯度的池水作为太阳能的集热器和蓄热器，从而为大规模地廉价利用太阳能开辟了一条广阔的途径。,太阳池,太阳池是用于接收太阳热力，将之贮存于近100的自然或人为的池中。这个池的不同深度，各有不同浓度的盐份组成。这种分层的盐份层可阻碍热的对流，而将来自太阳的辐射热捕捉在池的底层。池底层的热则可作为发电的能源。目前以色列就运用这种发电方式。,太阳池工作原理,太阳池工作原理,水对太阳辐射中长波是不透明的，因此到达太阳池水面的长波部分在水面以下几厘米就被吸收了；短波部分可穿过清水层达到太阳池涂黑的池底，并被池底吸收。太阳池中盐水的作用是利用一定的盐浓度梯度，阻止底层水和表层水之间的自然对流。由于水体和池底周围土壤的热容量非常大，太阳池就变成了一个巨大的太阳能集热器和蓄热体。,太阳池的应用,太阳池的贮热量很大，因此可以用来采暖、制冷和空调。许多国家都利用太阳池为游泳池提供热量或为健身房供暖，或用于大型温室。其中利用太阳池发电是最为吸引人的。,环境问题,任何动物(包含人)，若是误闯入太阳池，将有致命的危险。要避免太阳池的盐份，污染地下水和土壤。为避免太阳池，有藻类出现，池内要加入毒性物质。,太阳池发电系统工作原理,先把池底的热水抽入蒸发器，使蒸发器中的低沸点有机工质蒸发，产生的蒸汽推动汽轮机做功；排汽再进入冷凝器冷凝。冷凝液通过循环泵抽回蒸发器，从而形成循环。太阳池发电的成本远低于其它太阳能发电方法，其价格还可同燃油电站竞争，因此在21世纪将有较大的发展。,太阳能热动力发电,太阳能热动力发电是利用集热器将太阳辐射能转换成热能并通过热力循环过程进行发电，是太阳能热利用的重要方面。根据太阳能热动力发电系统中所采用的集热器的型式不同，该系统可以分为分散型和集中型两大类。,太阳能热动力发电,分散型发电系统是将抛物面聚光器配置成很多组，然后把这些集热器串联和并联起来，以满足所需的供热温度。集中型发电系统也称为塔式接受器系统，它由平面镜、跟踪机构、支架等组成定日镜阵列，这些定日镜始终对准太阳，把入射光反射到位于场地中心附近的高塔顶端的接受器上。,太阳能热动力发电,塔式太阳能热动力发电的示意图,太阳坑发电技术,为了降低塔式太阳能热动力系统的投资，发展了一种太阳坑发电技术。在地面挖一个球形大坑，坑壁贴上许多小反射镜，使大坑成一个巨大的凹面半球镜，它将太阳能聚焦到接受器，以获得高温蒸气。试验证实太阳坑发电的方案是可行的。其技术简单，成本低，有巨大的市场潜力。,太阳坑发电示意图,太阳能烟囱发电,另一种有前途的太阳能热动力发电技术是太阳能烟囱发电。在一大片圆形土地上盖满玻璃，圆中心建一高大的烟囱，烟囱底部装有风力透平机。透明玻璃盖板下被太阳加热的空气通过烟囱被抽走，驱动风力透平机发电。这种发电装置简单可靠，在西班牙已建有一座容量为50 kW的试验电站。显然这种发电方式非常适合于我国广大的西部地区。,太阳能烟囱发电示意图,太阳能光利用,利用太阳光发电是人类梦寐以求的愿望。太阳能光利用最成功的是用光电转换原理制成的太阳电池（又称光电池）。太阳电池1954年诞生于美国贝尔实验室，随后1958年被用作“先锋1号”人造卫星的电源上了天。从二十世纪五十年代太阳能电池的空间应用到如今的太阳能光伏集成建筑，世界光伏工业已经走过了近半个世纪的历史。由于太阳能发电具有充分的清洁性、绝对的安全性、资源的相对广泛性和充足性、长寿命以及免维护性等其它常规能源所不具备的优点，光伏能源被认为是二十一世纪最重要的新能源。,太阳能光利用,太阳能光利用最成功的是用光电转换原理制成的太阳电池（又称光电池）。太阳电池是一种对光有响应并能将光能转换成电力的器件。,太阳电池,最早问世的太阳电池是单晶硅太阳电池。硅是地球上极丰富的一种元素，几乎遍地都有硅的存在，可说是取之不尽。用硅来制造太阳电池，原料可谓不缺。目前已进行研究和试制的太阳电池，除硅系列外，还有硫化镉、砷化镓、铜铟硒等许多类型的太阳电池。,太阳能电池发电原理,常用太阳电池按其材料可以分为：晶体硅电池、硫化镉电池、硫化锑电池、砷化镓电池、非晶硅电池、硒铟铜电池、叠层串联电池等。晶体硅电池应用最广，其中单晶硅的光电转换效率实验室已高达24.2%，工厂规模化生产的单晶硅电池其效率也在12%以上。,P型单晶硅太阳电池结构,太阳能电池发电原理,当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。,太阳能电池发电原理,单晶硅太阳电池生产过程,太阳电池,由于各种不同材料制成的太阳电池所吸收的太阳光谱是不同的，因此将不同材料的电池串联起来，就可以充分利用太阳光谱的能量，大大提高太阳电池的效率，因此叠层串联电池的研究已引起世界各国的重视，成为最有前途的太阳电池。,太阳电池,太阳电池重量轻，无活动部件，使用安全。单位质量输出功率大，即可作小型电源，又可组合成大型电站。目前其应用已从航天领域走向各行各业，走向千家万户，太阳能汽车，太阳能游艇，太阳能自行车，太阳能飞机都相继问世，它们中有的已进入市场。然而对人类最有吸引力的是所谓太空太阳站。,薄如纸片的太阳电池,太阳空间电站,随着地球上石油、煤炭资源的日益枯竭和环境污染的不断加剧，人类把目光投向太空，预计到21世纪初将建成空间电站，以解决日益紧张的能源问题。,太阳空间电站,空间电站实际上是利用太阳能发电的卫星，这些卫星表面覆盖有太阳能电池板，能够吸收积聚大量太阳能并将其转化为电能，通过微波束将电能传送回地面。,太阳空间电站,是由永远朝向太阳的太阳电池列阵，能把直流电转换成微波能的微波转换站，发射微波束能的列阵天线等三部分组成，通过天线以微波形式向地面输电。在地面上则要建一个面积达几十平方公里的巨型接受系统。,太阳空间电站,太空太阳电站是十分巨大的，据计算一座81010W的太空太阳电站其太阳电池的列阵面积即达64km2，要装配几百亿个电池片，把微波发往地球的天线列阵面积需2.6 km2。太空太阳电站的建立无疑将彻底改善世界的能源状况，人类都期待这一天的到来。,在近地轨道直接组装太阳能电站,太阳空间电站,空间发电有两大优点：一是可以充分利用太阳能，同时又不会污染环境，二是 不用架设输电线路，可直接向空中的飞 船和飞机提供电力，也可向边远的山区、沙漠和孤岛送电。科学家预测，一旦建成空间电站，人类可以不断获得能源，地球能源利用将产生革命性变化。,碰到的问题,空间运输成本问题。法国电力公司课题研究部顾问吕西安德尚说，要使太阳能卫星变得可行，空间运输成本最少也得降低99。,碰到的问题,能量转换的效率问题。美国慕尼黑理工大学空间技术研究所名誉所长哈里鲁普认为，在把太阳能输送到地球的过程中存在的能量转换的效率问题。他还担心微波束可能会把经过其传输路径的鸟或人烤熟并可能引起电磁干扰，扰乱飞机的雷达系统。,太阳能发电系统,太阳能电源是由太阳能电池发电，经蓄电池贮能，从而给负载供电的一种新型电源，广泛应用于微波通讯、基站、电台、野外活动、高速公路、也可为无电山区、村庄、海岛提供电力。,太阳供电系统,太阳能供电系统的特点,1.不必拉设电线，不必挖开马路，安装使用方便；2.一次性投资，可保证二十年不间断供电（蓄电池一般为5年需更换）；3.免维护，无任何污染。太阳能电源可分为直流供电系统和交直流供电系统二种。,直流供电系统,交直流供电系统,太阳能供电系统,我国光伏工业现状、发展前景,中国从1958年开始进行光伏器件研究。20世纪70年代初成功地制造空间光伏电源之后，即开展光伏技术的地面应用。中国研制的航标灯光伏电源、太阳能灯塔和气象用光伏电源、通信用光伏电源在20世纪70年代已开始使用，但规模较小。1977年，中国光伏电源产量只有1.1KW，价格高达200元/W，光电转换效率为6%10%。,我国光伏工业现状、发展前景,20世纪80年代初，中国先后引进了一批美国的单晶硅太阳能电池和非单晶硅太阳能电池生产设备，使得中国的光伏工业开始起步。至1987年，中国光伏电池产量达到100kW/年，晶体硅太阳能电池的价格降到40 45元/W，光电转换效率达到8%12%。到2000年底，中国已形成8.5MW/年的太阳能电池生产能力。1997年，中国单晶硅光伏电池总产量为1.8MW，2001年达到4MW，累计装机容量达到23MW，年产10MW的多晶硅太阳电池生产线已经建成。,我国光伏工业现状、发展前景,2002年，中国光伏组件的生产能力不足30MW。但是近年来中国光伏产业发展迅猛，截止2005年底，中国晶体硅及硅片、光伏电池、光伏电池组件的生产能力分别达到200MW、243MW和400MW。近年来，中国太阳能光伏电池的生产量和市场销售量分别以年均15%和20%的速度增长，2005年全国太阳能电池产量达到2.4MW。到2005年底，全国光伏发电的总容量约6.7万千瓦,主要为偏远地区居民及交通、通信等领域供电，现在已开始进行屋顶并网光伏发电示范项目。,我国光伏工业现状、发展前景,我国光伏产业近年来发展迅速，其中的太阳能电池生产近年来发展速度惊人，引起世界瞩目。2003年底，中国太阳电池的累计装机达到55MW，2005年底国内光伏电池生产139MW，生产能力400MW。2006年生产光伏电池369MW，生产能力1200MW，在世界上排在第三位。,中国太阳能利用进展,据国家太阳能利用专业委员会统计，截止2005年，中国太阳能集热器总保有量达到7500万平方米，覆盖约4000万个家庭的1.5亿人口。相当于电力装机3000万千瓦，年可节电1900亿千瓦时，节煤接近1亿吨，减排约5000万吨。2005年推广量达到1500万平方米，比欧美10年的总和还多。,中国太阳能利用进展,中国太阳能热水器利用居世界首位，热水器保有量一直以来都占据世界总保有量的一半以上，到2006年，中国太阳能热水器年生产能力已超过1800万平方米，运行保有量达到9000万平方米。全国有3000多家太阳能热水器生产企业，年总产值近200亿元。,中国太阳能利用进展,根据规划，到2010年太阳能发电达到30万千瓦，太阳能热水器总集热面积1.5亿平方米；2020年太阳能发电达到180万千瓦，集热面积达到3亿平方米。,中国太阳能利用进展,按照原国家计划委员会制定的“光明工程”计划，应用太阳能电池技术在2005年解决800万人口的照明和用电问题，光伏容量达100MW，2010年解决2300万人口的照明和用电，光伏总容量达到300MW。2010年，中国光伏发电产品产量可能突破1000MW，成为世界最大的光伏电池生产国。,我国光伏工业现状、发展前景,在国家实施西部大开发战略和国内绿色环保工业开始升温的背景下，近几年中国光伏工业保持了较快的增长速度，正向光伏工业世界十强挺进。对比国内外光伏工业的发展实践，中国亟需一个统一的国家光伏发展计划来指导我国未来光伏工业的发展。,太阳能新产品,太阳能是目前发展最快的能源，世界能源专家认为，太阳能将是下个世纪的主要能源。太阳能具有蕴藏丰富、可再生、世界各地均可独立开采、不污染环境等优点，所以世界各国竞相开发利用，各种太阳能产品纷纷问世。,太阳能新产品,太阳能冰箱：印度研制成功一种太阳能冰箱，在平底的太阳能收集器里，盛有氨和水的溶液，太阳光把氨从液体中蒸馏出来，并在另一个容器里冷藏下来。晚间把液态氨送到冰箱管道里，氨吸收热量使冰箱内部冷却下来。,太阳能新产品,太阳能空调器：日本夏普电器公司制造的太阳能空调器，当天气晴朗时，全部动力都由太阳能电池供应；多云或阴天时使用一般电源。太阳能电视机：芬兰生产的太阳能电视机，只要白天把半导体硅电池放在阳光下，晚上不需要用电便可观看电视，可连续使用34小时。,太阳能空调器,太阳能新产品,太阳能换气扇：日本新近推出一种太阳能楼房专用换气扇，安装在有太阳能电池板的窗框上，太阳能电池产生的电流能驱动换气扇旋转，换气能力达每分钟1立方米。太阳能收音机：德国开发研制成功一种太阳能收音机，它能把太阳能转变成直流电，作收音机的能源。,太阳能换气扇,太阳能新产品,太阳能电话机：在法国的图尔市，新建了世界上第一批太阳能电话机。设有这种电话机的电话亭的顶端装设了太阳能电池，电话机完全依靠太阳能作无线通讯的能源。这种电话机话音清晰，无通话障碍。它将在法国各公路沿线普遍设立。英国一家无线电公司，也研制成功了类似的电话机。,太阳能新产品,太阳能照像机：日本研制成功世界上第一架太阳能照像机，重最仅475克，机内装有高效太阳能电池板和蓄电池，蓄足电力可连续使用4年。美国一家公司也生产出了一种新型的135照像机，其动力由太阳能电池板供应，只要有光线就能提供能源。,太阳能新产品,太阳能汽车：日本东京电机大学最近设计出一种轻型太阳能轿车，其车顶上安装了两组蓄电池，利用太阳光充电后交替使用。一组蓄电池充电后可行驶110公里，夏季日照最长季节可达150公里，最适宜于日照时间长的地区使用。不用燃油，不污染环境。,太阳能汽车,太阳能新产品,太阳能自行车：美国科学家最近设计出了一种太阳能自行车。它在普通自行车上装一块由44个光电池组成的电池板，还装置一个铝蓄电池和功率为05马力的小型电动机。这种两用车在平地上行走时可用脚蹬，在上坡或身体疲乏时，则可开启电动机驱动自行车加速行驶。,太阳能新产品,太阳能牙刷：日本科学家最近开发研制出一种太阳能牙刷。在这种牙刷的柄腔内放置一定数量的二氧化钛，经太阳光照射后钛的氧化物会放出电子束，这种电子束使牙齿及其周围形成微小电场，并使牙刷的刷丝硬化。由于电磁效应和机械作用，可迅速清除粘贴在牙齿上的污垢。,太阳能利用的优点,普遍性，太阳光照射的面积散布在地球大部分角落，仅差入射角不同而造成的光能有异，但至少不会被少数国家或地区垄断，造成无谓的能源危机。永久性，太阳的能量极其庞大，科学家计算出至少有六百万年的期限，对于人类而言，这样的时间可谓是无限。,太阳能利用的优点,无污染性，现今使用最多的矿物能源，其滋生的问题不外是废物的处理，物体不灭，能源耗竭越多，产生污染也相对增加，太阳能则无危险性及污染性。,太阳能利用的优点,在人类与自然和平共处的原则下，使用太阳能最不伤和气，且若设备使用得当，装置成后所需费用极少，而每年至少可生11017千瓦的电力。,太阳能利用的缺点,稳定性差，受日夜季候的影响，太阳能不断地生变化。装置成本过高，吸收太阳能的受光面积须达一定规模方有效果，因此相对地成本提高。有人针对太阳能的污染问题提出“目视污染”，意即庞大的太阳能收集器造成视觉上的污染。,太阳能发电的前景,专家预测，到2050年，全世界消耗电量的14将是太阳电，到21世纪末，可能会达到50以上。到那时候，人类居住的房屋将发展成金字塔型。因为外壁用“非晶硅太阳能砖”砌成的这种形状的住宅，可用最大面积采光发电，并用高效的贮电装置贮存起来供人们使用。,太阳能发电的前景,人类将在宇宙空间建设大型的太阳能发电厂，卫星上的电能将通过微波输电设备，源源不断地送回地球，且损耗率低于2，人们再也不用为地球上能源枯竭和污染问题而发愁了。产生工业三废（废水、废气、废渣）的大批火力发电厂也将退出历史舞台，人类的家园将更加美好。,第三节 风能,风能资源风能利用风能利用中的问题,风能资源,风是地球上的一种自然现象，是由太阳辐射引起的。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。全球的风能约为2.74109MW，其中可利用的风能为2107MW，比地球上可开发利用的水能总量要大10倍。,风能的特点,风能作为一种无污染和可再生的新能源有着广阔的发展前景，在国内外得到了广泛的应用。风能与其它能源相比，有明显的优点，也有其局限性。,风能的优点,蕴藏量大 其是太阳能的一种转换形式，取之不尽、用之不竭；无污染 在风能转换为电能的过程中，不产生任何有害气体和废料，不污染环境；可再生；分布广泛、就地取材、无需运输；适应性强、发展潜力大。,风能的局限性,能量密度低：只有水力的1/816；不稳定性：由于气流瞬息万变，因此风的 日、月、季、年的变化都十分明显，波动很大，极不稳定；地区差异大：由于地形变化，地理纬度不同，因此风力的地区差异很大，一个邻近的区域，有利地形下的风力，往往是不利地形下的几倍甚至几十倍。,中国的风能资源,根据国家“七五科研课题风能资源评估初步成果，全国离地10m高度风能资源理论蕴藏量约32亿kW，可开发利用的陆地风能约25亿kW，海上约75亿kW，共计约10亿kW。推算到50m高度，可开发利用的风能约20亿kW。2003年以来，国家发展改革委组织中国气象局在全国开展了大规模的风能资源普查工作，根据普查初步成果，全国风能资源理论蕴藏量约44.2亿kW，技术可开发量约5亿kW。,中国的风能资源,中国气象局风能太阳能资源评估中心，采用气象学科的数值模拟方法对全国风能资源再次进行评估，初步得到的结论是全国陆上技术可开发量为26.8亿千瓦，考虑到风能资源丰富地区能够利用的土地面积以及其他制约因素等，粗略估计其中30%可以得到开发，大约是8亿千瓦。另外离岸20公里范围内可能开发的资源量约1.5亿千瓦。初步估计陆上与近海合计每年可提供约2万亿千瓦时的电量，相当于2004年全国用电量。,中国的风能资源,我国风能资源分布随地理位置和地形变化有较大的差别，在东部沿海地区，东北、华北和西北等“三北地区风能非常丰富。另外，内陆省份也有一些山区、峡谷口、河流和湖泊周围等地区，形成局部风能资源丰富区，海上风能资源也相当丰富。,中国风能资源分布,中国的风力资源及其分布,我国风能资源丰富和较丰富的地区主要分布在两个大带里。三北地区丰富带 风能功率密度在200-300W/m2以上，有的可达500W/m2以上，可利用小时数在5000h以上，有的可达7000h以上。这一风能丰富带的形成，主要是由于三北地区处于中高纬度的地理位置；沿海及其岛屿地丰富带 年有效风能功率密度在200W/m2以上，可利用小时数约在7000-8000h。,风能的利用,风能属于可再生能源，不会随着其本身的转化和人类的利用而日趋减少。风能又是一种过程性能源，不能直接储存起来，只有转化成其他形式的可以储存的能量才能储存。风能在20世纪70年代中叶又重新受到重视和开发利用。,风能的利用,人类利用风能已有几千年的历史，中国是世界最早利用风能的国家之一。埃及、荷兰、丹麦等国也都是世界上较早和普遍利用风能的国家。按照不同需要，风能可以被转化为其他不同形式的能量，如机械能、电能、热能等，以实现提水灌溉、发电、供热、风帆助航等功能。,风能的利用,由于煤、石油、天然气等矿物燃料资源的储存量日趋减少，风能在未来的能源建设中将发挥重要作用，利用风能可以节约化石燃料，同时可以减少环境污染。风能具有随机性，利用风能必须考虑储能或与其他能源相互配合，才能获得稳定的能源供应，这就增加了技术上的复杂性。21世纪，风能利用的主要领域是风力发电。,风能的利用,风力发电风力泵水风帆助航风力致热,风力发电,利用风力发电已越来越成为风能利用的主要形式，受到世界各国的高度重视，而且发展越来越快。到2006年末，世界风力发电机组装机容量为7430万kW，其中2006年装机1500万kW。2007年底达到9430万kW。风力发电已占世界发电量的0.6%。据全球风能理事会的统计，全球的风力发电产业正以惊人的速度增长，过去10年平均年增长率达到28%，每年在该领域的投资额达到了180亿欧元。,风力发电,全球风能协会发布最新一期全球风电的增长数据，2008年全球整体风电装机容量保持快速增长，美国和中国再一次成为亮点。2008年全球范围内新增风电装机容量2705万千瓦，这使得全球风电装机容量达到1.20亿千瓦，较2007年增长28.8%。风能已经成为全球能源市场重要成员，2008年全球风力发电机组市场规模达到475亿美元。,风力发电,美国是2008年新增装机容量最多的国家，全年共新增风电装机容量838万千瓦，同比增长近50%，其累计装机容量达到2517万千瓦，超越德国的2390万千瓦，成为全球风电装机容量最多的国家。美国2008年新增电力装机中风电贡献了42%的规模。预计2020年全球的风力发电装机将达到12.31亿千瓦（是2002年世界风电装机容量的38.4倍），年装机达到1.5亿千瓦，风力发电量将占全球发电总量的12。,风力发电,风力发电通常有三种运行方式。一是独立运行方