太陽(yáng)能基礎(chǔ)ppt課件(完整版)

1、1 緒論緒論2.1 太陽(yáng)和太陽(yáng)輻太陽(yáng)和太陽(yáng)輻射能射能 第2.1節(jié) 太陽(yáng)和太陽(yáng)輻射能1 1 太陽(yáng)能來(lái)源太陽(yáng)能來(lái)源2 2 太陽(yáng)常數(shù)太陽(yáng)常數(shù)3 3 太陽(yáng)光譜太陽(yáng)光譜4 4 太陽(yáng)高度角和方位太陽(yáng)高度角和方位角角5 5 太陽(yáng)直接輻射和散射輻太陽(yáng)直接輻射和散射輻射射6 6 太陽(yáng)能的吸收、轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存太陽(yáng)能的吸收、轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存7 7 我國(guó)太陽(yáng)能資源我國(guó)太陽(yáng)能資源8 8 太陽(yáng)能利用的廣闊前太陽(yáng)能利用的廣闊前景景 1 太陽(yáng)能的來(lái)源 太陽(yáng)科普知識(shí)太陽(yáng)是一顆自己會(huì)發(fā)光的恒星，它源源不斷地把光和熱送給地球，使世界上的作物生長(zhǎng)，是地球上生命和能量的來(lái)源。我們生活的地球，圍著太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，形成了日、夜和四季。太陽(yáng)是一個(gè)大火球，日

2、珥是噴出太陽(yáng)表現(xiàn)的巨大紅色火焰；黑子是熾熱的氣體漩渦，因?yàn)闇囟缺戎車(chē)停钥雌饋?lái)暗些。而日食的形成則是當(dāng)?shù)厍颉⒃铝梁吞?yáng)處于一條直線上，月亮的陰影將太陽(yáng)遮住而出現(xiàn)的天文現(xiàn)象。太 陽(yáng)太陽(yáng)概況4.太陽(yáng)輻射對(duì)地球和人類(lèi)有什么影響?1.什么是太陽(yáng)輻射?2.太陽(yáng)輻射的能量有多大?3.為什么太陽(yáng)有如此巨大的能量? 太陽(yáng)是一個(gè)巨大熾熱的氣體球，主要成分是氫和氦，表面溫度約為6000K 。 在日地平均距離條件下，在地球大氣上界，垂直于太陽(yáng)光線的1平方厘米面積上，1分鐘接受到的太陽(yáng)輻射能量，稱(chēng)為太陽(yáng)常數(shù)。 太陽(yáng)輻射大約只有二十二億分之一到達(dá)地球。 太陽(yáng)輻射太陽(yáng)的作用是很大的：第一，太陽(yáng)能的蘊(yùn)藏量可以說(shuō)是用不完

3、，而且不會(huì)產(chǎn)生廢氣污染環(huán)境。第二，皮膚需要陽(yáng)光，日光浴對(duì)身體有好處，小孩老人孕婦都需要曬太陽(yáng)，陽(yáng)光中的紫外線也有殺菌能力。第三，太陽(yáng)能帶來(lái)光照，使地球的大氣循環(huán)，使日夜四季的輪替，使地球冷暖產(chǎn)生變化。 1 太陽(yáng)能的來(lái)源 1 太陽(yáng)能的來(lái)源 一、太陽(yáng)的構(gòu)造內(nèi)球：內(nèi)球的外層是出于對(duì)流之中的流體區(qū)域太陽(yáng)大氣太陽(yáng)光球?qū)樱浩匠Ｄ芸匆?jiàn)的部分色球?qū)樱鹤钔饷嬉粚用芏群苄〉?日冕，形狀不規(guī)則。太陽(yáng)系 太 陽(yáng) 是離地球最近的一顆恒星，也是太陽(yáng)系的中心天體，位于離銀河系中心約3萬(wàn)光年。它的質(zhì)量占太陽(yáng)系總質(zhì)量的99.865%。太陽(yáng)系太 陽(yáng) 也 是太 陽(yáng) 系 里唯 一 自 己發(fā) 光 的 天體 ， 它 給地 球 帶 來(lái)光

4、和 熱 。沒(méi) 有 太 陽(yáng)光的輻射，地 面 的 溫度 將 很 快地 降 低 到接 近 絕 對(duì)零度。太陽(yáng) 太 陽(yáng) 是 一 個(gè)主要由氫和氦組成的熾熱的氣體火球半徑：6.96x105km（地球半徑的109倍）質(zhì)量：約為1.99x1027t（地球質(zhì)量的33萬(wàn)倍）表面有效溫度：5762K中心區(qū)域溫度：幾千萬(wàn)度 太陽(yáng)的能量主要來(lái)源于氫聚變成氦的聚變反應(yīng)，每秒有6.57x1011kg的氫聚合生成6.53x1011kg的氦，連續(xù)產(chǎn)生3.90 x1023kW的能量。 這 些 能量以電磁波的 形 式 以3x105km/s的速度穿越太空射向四面八方。地球只接收到總輻射的22億分之一。太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)內(nèi)部分為核心層

5、（日核）、輻射層、對(duì)流層大氣層又分為光球?qū)印⑸驅(qū)蛹叭彰嵊蓛?nèi)向外太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)核 反 應(yīng)區(qū)輻射區(qū)對(duì)流區(qū)太 陽(yáng) 大氣太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)1、核反應(yīng)區(qū) 太陽(yáng)半徑25%（即0.25R）的區(qū)域內(nèi)，是太陽(yáng)的核心，集中了太陽(yáng)一半以上的質(zhì)量。溫度：約1500萬(wàn) K壓力：約2500億atm密 度 ： 約 1 5 8 g/cm3占 總 能 量 的99%對(duì)流輻射向外輻射太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)2、輻射區(qū) 在核反應(yīng)區(qū)外面，所屬范圍從0.250.8R，溫度下降到13萬(wàn)度，密度下降為0.079 g/cm3，在太陽(yáng)核心產(chǎn)生的能量通過(guò)這個(gè)區(qū)域由輻射傳輸出去。3、對(duì)流區(qū) 在輻射區(qū)外面，所屬范圍從0.81.0R，溫度下降為5000K，密度為10-8 g/

6、cm3，能量主要靠對(duì)流傳播。對(duì)流區(qū)及其里面的部分是看不見(jiàn)的，它們的性質(zhì)只能靠同觀測(cè)相符合的理論計(jì)算來(lái)確定。太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)4、太陽(yáng)大氣光球：太陽(yáng)大氣最底層，厚度約為500km。太陽(yáng)的全部光能幾乎全從這個(gè)層次發(fā)出。太陽(yáng)的連續(xù)光譜基本上就是光球的光譜，太陽(yáng)光譜內(nèi)地吸收線基本上也是在這一層內(nèi)形成。色球：太陽(yáng)大氣的中層，是光球向外延伸到幾千公里高度。日冕：太陽(yáng)大氣最外層，為極端稀薄的氣體殼，可延伸到幾個(gè)太陽(yáng)半徑之遠(yuǎn)。該分層僅有形式意義，各層之間并不存在明顯界限。太陽(yáng)大氣環(huán)太陽(yáng)內(nèi)部太陽(yáng)大氣層光球?qū)雍谧由驅(qū)右?，日珥日冕層太?yáng)風(fēng)太陽(yáng)大氣結(jié)構(gòu)及太陽(yáng)活動(dòng)示意圖 1 太陽(yáng)能的來(lái)源 1 太陽(yáng)能的來(lái)源 1 太陽(yáng)能的來(lái)源

7、 1 太陽(yáng)能的來(lái)源 太陽(yáng)外部結(jié)構(gòu)表層層次次位位置置概念概念厚厚度度亮亮度度溫溫度度太陽(yáng)活動(dòng)太陽(yáng)活動(dòng)光光球球由由里里到到外外明亮發(fā)光的明亮發(fā)光的太陽(yáng)表面太陽(yáng)表面逐逐漸漸變變厚厚逐逐漸漸變變?nèi)跞踔鹬饾u漸變變高高黑子黑子太太陽(yáng)陽(yáng)活活動(dòng)動(dòng)主主要要標(biāo)標(biāo)志志色色球球光球外呈玫光球外呈玫瑰色的大氣瑰色的大氣耀斑耀斑日珥日珥太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)地球的影太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)地球的影響響活動(dòng)活動(dòng)形式形式太陽(yáng)太陽(yáng)大氣大氣層層對(duì)地球的影響對(duì)地球的影響黑子黑子耀斑、耀斑、日珥日珥太陽(yáng)太陽(yáng)風(fēng)風(fēng)光球?qū)犹?yáng)活動(dòng)高峰年、太陽(yáng)活動(dòng)低峰年，11年為周期。地球氣候變化。色球?qū)哟疟?，影響短波通訊，干擾電子設(shè)備，甚至威脅宇航器。日冕層極光太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)地球的影

8、響出現(xiàn)時(shí)出現(xiàn)時(shí)間間太陽(yáng)活動(dòng)的影響太陽(yáng)活動(dòng)的影響產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因黑子、黑子、耀斑增耀斑增多時(shí)多時(shí)無(wú)線電短波受干無(wú)線電短波受干擾甚至中斷擾甚至中斷太陽(yáng)活動(dòng)發(fā)射的太陽(yáng)活動(dòng)發(fā)射的電磁波擾動(dòng)地球電磁波擾動(dòng)地球大氣層大氣層( (其中的其中的電離層電離層) )出現(xiàn)出現(xiàn)“磁暴磁暴”現(xiàn)現(xiàn)象象太陽(yáng)大氣拋出的太陽(yáng)大氣拋出的高能帶電粒子擾高能帶電粒子擾動(dòng)地球磁場(chǎng)動(dòng)地球磁場(chǎng)兩極高空出現(xiàn)極兩極高空出現(xiàn)極光光太陽(yáng)大氣拋出的太陽(yáng)大氣拋出的高能帶電粒子與高能帶電粒子與極地高空大氣碰極地高空大氣碰撞產(chǎn)生撞產(chǎn)生 1 太陽(yáng)能的來(lái)源 二、太陽(yáng)的主要成分太陽(yáng)的主要成分氫：78氦 :20地球除自轉(zhuǎn)外并以橢圓形軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行地球與太陽(yáng)之間的

9、距離不是一個(gè)常數(shù)地球大氣層上界的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度隨日地間距離的不同而不同 由于日地間的距離很大，其相對(duì)變化量是很小的，由此引起的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的相對(duì)變化不超過(guò)3.4%。這就意味著地球大氣層外的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度幾乎是一個(gè)常數(shù)。太陽(yáng)常數(shù) 2 太 陽(yáng) 常 數(shù) 太陽(yáng)常數(shù)Isc：在平均日地距離時(shí)，地球大氣層上界垂直于太陽(yáng)光線表面的單位面積上單位時(shí)間內(nèi)所接收到的太陽(yáng)輻射能。其參考值為Isc = (13677) W/m2。0scsc210.034cos365nIII r Isc：平均日地距離時(shí)的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度I0：大氣層上界某一任意時(shí)刻的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度n：距離1月1日地天數(shù)r：日地間距引起的修正值 2 太 陽(yáng) 常 數(shù) 太

10、陽(yáng)輻射和太陽(yáng)常數(shù)太陽(yáng)常數(shù)由于地球是沿一橢圓軌道圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的，所以太陽(yáng)到地球的距離是隨時(shí)間也就是隨地球在橢圓軌道上的位置不同而有所差異的，如下圖所示。 2 太 陽(yáng) 常 數(shù) 2 太 陽(yáng) 常 數(shù) 由此可見(jiàn)，在一年當(dāng)中，日地之間的距離變化可達(dá)千米，這個(gè)數(shù)字的絕對(duì)值雖然很大，但是與日地之間的平均距離相比，卻只有的變化，如圖所示。 因此，這種距離變化所引起的到達(dá)地球大氣上界的太陽(yáng)能的變化量最多也只有。 2 太 陽(yáng) 常 數(shù) 此外，太陽(yáng)本身的活動(dòng)也會(huì)引起太陽(yáng)輻射能的波動(dòng)。但是，多年來(lái)在世界各地的觀測(cè)結(jié)果表明，太陽(yáng)活動(dòng)峰值年比太陽(yáng)活動(dòng)寧?kù)o年的輻射量只不過(guò)增大左右。因此，在一般情況下，可以認(rèn)為太陽(yáng)輻射量是比較穩(wěn)

11、定的，從而提出了“太陽(yáng)常數(shù)”這一概念。 所謂太陽(yáng)常數(shù)，就是指在日地平均距離處垂直于太陽(yáng)光線的平面上，在單位時(shí)間內(nèi)單位面積上所接收到的太陽(yáng)輻射能。它的單位可以用毫瓦厘米或者瓦米。 2 太 陽(yáng) 常 數(shù) 1957年，國(guó)際輻射委員建議在整個(gè)國(guó)際地球物理年觀測(cè)資料中，將太陽(yáng)常數(shù)的值取為.毫瓦厘米或者瓦米。隨著測(cè)量技術(shù)的不斷提高，太陽(yáng)常數(shù)的觀測(cè)值也越來(lái)越精確了。 近年來(lái)，利用人造衛(wèi)星、火箭和高空氣球觀測(cè)的結(jié)果，已將太陽(yáng)常數(shù)的值測(cè)定為.毫瓦厘米或者瓦米。 上述結(jié)果表明，太陽(yáng)常數(shù)只具有平均值的意義，而并非通常意義下的“常數(shù)”。太陽(yáng)光譜：太陽(yáng)發(fā)射的電磁輻射在大氣頂上隨波長(zhǎng)度分布叫做太陽(yáng)光譜。到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射光

12、譜分布是地外太陽(yáng)光譜和大氣成分的函數(shù)，它對(duì)于地面太陽(yáng)電池系統(tǒng)及其他一些應(yīng)用是十分重要的。 3 太 陽(yáng) 光 譜 太陽(yáng)光譜是連續(xù)的，且輻射特性與絕對(duì)黑體輻射近似；能量各波段所占比例不同，近紫外、可見(jiàn)光、近紅外和中紅外部分約占太陽(yáng)總輻射的84.62%；X射線、射線、遠(yuǎn)紫外、遠(yuǎn)紅外及微波波段的總能量不到1%。地表接受的太陽(yáng)輻射曲線與大氣外的曲線不同，差異主要由大氣引起。吸收：水、氧、臭氧、二氧化碳等；散射。 3 太 陽(yáng) 光 譜 太陽(yáng)輻照度分布曲線教材參考1calcm-2min-1m-1 = 697.8 Wm-2表1-2：太陽(yáng)光譜輻 照度的積分值表1-3：沒(méi)有大氣時(shí)地表水平面上 太陽(yáng)輻照日總量月平均值

13、3 太 陽(yáng) 光 譜 任何物體當(dāng)處于絕對(duì)溫度(K)零度(即-273oC)以上時(shí)，具有內(nèi)外輻射熱能的能力；同時(shí)也在吸收來(lái)自其他物體的輻射熱能。物體輻射能力的強(qiáng)弱，取決于物體本身溫度的高低。即斯特藩-玻耳茲曼(Stefan-Boltzmann)光輻射定律：黑體輻射的能量正比于其絕對(duì)溫度的四次方：E = T4E 單位時(shí)間輻射的能量 斯特藩-玻耳茲曼常數(shù) 5.669710-8W/K4m2T 絕對(duì)溫度。輻射的波長(zhǎng)范圍十分寬廣，從波長(zhǎng)10-10m的宇宙射線到波長(zhǎng)達(dá)幾千米的無(wú)線電波。物體輻射最大能力的波長(zhǎng)與其溫度成反比；溫度愈高，輻射最大能力的波長(zhǎng)就愈短，反之亦然。 3 太 陽(yáng) 光 譜 實(shí)線是大氣上界的太陽(yáng)輻

14、射光譜； 虛 線 是 溫 度 在6000K時(shí)的黑體輻射光譜。太陽(yáng)輻射能隨波長(zhǎng)的分布曲線。太陽(yáng)輻射波長(zhǎng)的范圍很廣，波長(zhǎng)從0。不同波長(zhǎng)的輻射能力差異很大。波長(zhǎng)在很長(zhǎng)和很短的部分內(nèi)，能量都很小，絕大部分能量集中在0.204m之間，占太陽(yáng)輻射總能量的99。 3 太 陽(yáng) 光 譜 月份大氣層外太陽(yáng)輻射(W/m2)大氣層外太陽(yáng)輻射能與月份變化規(guī)律 3 太 陽(yáng) 光 譜 地球外太陽(yáng)輻射光譜 (太陽(yáng)常數(shù)1353W/m2) 3 太 陽(yáng) 光 譜 太陽(yáng)輻射光譜及波長(zhǎng)范圍與能量比率 3 太 陽(yáng) 光 譜 3 太 陽(yáng) 光 譜 色彩波長(zhǎng)范圍紫0.400.43m藍(lán)0.430.47m青0.470.50m綠0.500.56m黃0.5

15、60.59m橙0.590.62m紅0.620.76m不同電磁波的具體波長(zhǎng)范圍可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍紅外線微波名稱(chēng)波長(zhǎng)范圍紫外線1000.4m可見(jiàn)光0.4m0.76m近紅外0.76m3.0m中紅外3.0m6.0m遠(yuǎn)紅外6.0m15m超遠(yuǎn)紅外15m1mm毫米波110毫米厘米波110厘米分米波10厘米1米 3 太 陽(yáng) 光 譜 紫 藍(lán) 青 綠 黃 橙 赤0.4 微米 0.76微米 你能從圖中獲得哪些信息？太陽(yáng)輻射最強(qiáng)的波段為？ 3 太 陽(yáng) 光 譜 太陽(yáng)輻射是電磁輻射的一種，它是物質(zhì)的一種形式，既具有波動(dòng)性，也具有粒子性，在本質(zhì)上與無(wú)線電波沒(méi)有什么差異，只是波長(zhǎng)和頻率不同而已。太陽(yáng)輻射光譜的主要波長(zhǎng)范圍為.微米

16、，而地面和大氣輻射的主要波長(zhǎng)范圍則為微米。在氣象學(xué)中，就根據(jù)波長(zhǎng)的不同，常把太陽(yáng)輻射叫做短波輻射，而把地面和大氣輻射叫做長(zhǎng)波輻射。 太陽(yáng)輻射的光譜可以劃分為幾個(gè)波段。波長(zhǎng)短于.微米的稱(chēng)為紫外波段，從.微米到.7微米的稱(chēng)為可見(jiàn)光波段，而波長(zhǎng)長(zhǎng)于.微米的則稱(chēng)為紅外波段， 它還可以細(xì)分為近紅外.微米和遠(yuǎn)紅外微米兩個(gè)波段。 在可見(jiàn)光譜的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，不同波長(zhǎng)的電磁輻射對(duì)于人眼產(chǎn)生不同的顏色感覺(jué)。 3 太 陽(yáng) 光 譜 3 太 陽(yáng) 光 譜 表列出了各種顏色的波長(zhǎng)及其光譜范圍。 1957年，國(guó)際輻射委員建議在整個(gè)國(guó)際地球物理年觀測(cè)資料中，將太陽(yáng)常數(shù)的值取為毫瓦厘米或者瓦米。隨著測(cè)量技術(shù)的不斷提高，太陽(yáng)常數(shù)的觀

17、測(cè)值也越來(lái)越精確了。近年來(lái)，利用人造衛(wèi)星、火箭和高空氣球觀測(cè)的結(jié)果，已將太陽(yáng)常數(shù)的值測(cè)定為毫瓦厘米或者瓦米。上述結(jié)果表明，太陽(yáng)常數(shù)只具有平均值的意義，而并非通常意義下的“常數(shù)”。 4 太陽(yáng)高度角和方位角 日照的基本原日照的基本原理理日照的作用與建筑對(duì)日照的要求日照的作用與建筑對(duì)日照的要求 日照日照: :就是物體表面被太陽(yáng)光直接照就是物體表面被太陽(yáng)光直接照射的現(xiàn)象射的現(xiàn)象 . . 日照時(shí)數(shù)日照時(shí)數(shù): :是表示太陽(yáng)照射的時(shí)數(shù)是表示太陽(yáng)照射的時(shí)數(shù) . . 日照率日照率: :是以實(shí)際日照時(shí)數(shù)與同時(shí)間是以實(shí)際日照時(shí)數(shù)與同時(shí)間內(nèi)內(nèi) ( (如年、月、日等如年、月、日等) )的最大可照時(shí)的最大可照時(shí)數(shù)的百分比

18、。數(shù)的百分比。 日照的作用日照的作用: :促進(jìn)生物機(jī)體的新陳代促進(jìn)生物機(jī)體的新陳代謝謝; ;防病防病; ;殺菌殺菌; ;供熱供熱; ;立體立體. . 建筑對(duì)日照的要求：是根據(jù)建筑的不建筑對(duì)日照的要求：是根據(jù)建筑的不同使用性質(zhì)而定同使用性質(zhì)而定 .2h;3h.2h;3h 4 太陽(yáng)高度角和方位角 地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的規(guī)律地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的規(guī)律 公轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn): :地球按一定的軌道繞太陽(yáng)的地球按一定的軌道繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng) . . 黃道面黃道面: :地球公轉(zhuǎn)軌道地球公轉(zhuǎn)軌道. .由于地軸是由于地軸是傾斜的，它與黃道面約成傾斜的，它與黃道面約成6666。3333的交角的交角. . 太陽(yáng)赤緯角太陽(yáng)赤緯角:太陽(yáng)光線與地

19、球赤太陽(yáng)光線與地球赤道面所夾的圓心角來(lái)表示道面所夾的圓心角來(lái)表示 . . 4 太陽(yáng)高度角和方位角 時(shí)時(shí)角角:地球自轉(zhuǎn)一周為地球自轉(zhuǎn)一周為360360o o，因而，因而每小時(shí)的時(shí)角為每小時(shí)的時(shí)角為15 15 o o . .即時(shí)角即時(shí)角=15t, t=15t, t表示時(shí)數(shù)表示時(shí)數(shù) . . 4 太陽(yáng)高度角和方位角 計(jì)算太陽(yáng)角高度、方位角、日照時(shí)間 4 太陽(yáng)高度角和方位角 太陽(yáng)光線與地球赤道面的交角就是太陽(yáng)的赤緯角，以表示。在一年當(dāng)中，太陽(yáng)赤緯角每天都在變化，但不超過(guò)23o27的范圍。夏天最大變化到夏至日的+23o27；冬天最小變化到冬至日的-23o27。太陽(yáng)赤緯隨季節(jié)變化，即庫(kù)珀（Cooper）方程

20、：28423.45sin 360365n 式中，n為一年中的天數(shù)，如：在春分，n=81，則=0，自春分日起的第d天地太陽(yáng)赤緯為：223.45sin365d 4 太陽(yáng)高度角和方位角 太陽(yáng)角的計(jì)算太陽(yáng)SnThZnZ北東傾斜面水平面太陽(yáng)角的定義天頂角Z：指向太陽(yáng)的向量 與天頂Z的夾角。S 太陽(yáng)高度角h：向量 與地平面的夾角。S 太陽(yáng)方位角： 在地面上的投影線與南北方向線之間的夾角。S 太陽(yáng)的時(shí)角：在正午時(shí)=0，每隔一小時(shí)增15o，上午為正，下午為負(fù)。太陽(yáng)角的計(jì)算1、太陽(yáng)高度角sinh = sin sin + cos cos 地理緯度 太陽(yáng)赤緯 太陽(yáng)時(shí)角2、太陽(yáng)方位角sin sinsincoscos

21、coshh cossinsincosh 或 根據(jù)地理緯度、太陽(yáng)赤緯及觀測(cè)時(shí)間可求出任何地區(qū)、任何季節(jié)某一時(shí)刻的太陽(yáng)方位角。太陽(yáng)角的計(jì)算3、日照時(shí)間 太陽(yáng)在地平線的出沒(méi)瞬間，其太陽(yáng)高度角h=0。若不考慮地表曲率及大氣折射的影響，根據(jù)太陽(yáng)高度角公式，可得出日出日沒(méi)時(shí)角表達(dá)式：cos = tan tan式中，為日出或日沒(méi)時(shí)角，以度表示，正為日沒(méi)時(shí)角；負(fù)為日出時(shí)角。太陽(yáng)角的計(jì)算24節(jié)氣太陽(yáng)赤緯及日變化值 對(duì)于地球上的某個(gè)地點(diǎn)，太陽(yáng)高度角是指太陽(yáng)光的入射方向和地平面之間的夾角,專(zhuān)業(yè)上講太陽(yáng)高度角是指某地太陽(yáng)光線與該地作垂直于地心的地表切線的夾角。 太陽(yáng)高度角和方位角的確定太陽(yáng)高度角和方位角的確定 太陽(yáng)光

22、線與地平面間的太陽(yáng)光線與地平面間的 夾角夾角h hs s稱(chēng)為太陽(yáng)高度角稱(chēng)為太陽(yáng)高度角. . 太陽(yáng)光線在地平面上的太陽(yáng)光線在地平面上的 投射線與地平面正南線投射線與地平面正南線 所夾的角所夾的角AsAs稱(chēng)為太陽(yáng)方稱(chēng)為太陽(yáng)方 位角位角。 4 太陽(yáng)高度角和方位角 太陽(yáng)高度角的計(jì)算太陽(yáng)高度角的計(jì)算 4 太陽(yáng)高度角和方位角 4 太陽(yáng)高度角和方位角 地方時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)地方時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí) 4 太陽(yáng)高度角和方位角 散射輻射：接收到的被大氣層反射和散射后方向改變的太陽(yáng)輻射地面太陽(yáng)輻射直接輻射：直接接收到的、不改變方向的太陽(yáng)輻射 太陽(yáng)輻射穿過(guò)地球大氣層時(shí)，不僅受到大氣層中的空氣分子、水汽及灰塵所散射，而且受到大氣中氧、臭

23、氧、水和CO2的吸收，所以經(jīng)過(guò)大氣而達(dá)到地面的太陽(yáng)直接輻射顯著衰減。 5 太陽(yáng)直接輻射和散射輻射 到達(dá)地面的太陽(yáng)到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射輻射有兩部分：有兩部分：直接輻射直接輻射：太陽(yáng)以平行光線的形式：太陽(yáng)以平行光線的形式直直 接投射到地面上。接投射到地面上。散射輻射散射輻射：經(jīng)過(guò)散射輻射后自天空：經(jīng)過(guò)散射輻射后自天空投射到地面上。投射到地面上。二者之和稱(chēng)為二者之和稱(chēng)為總輻射總輻射。 5 太陽(yáng)直接輻射和散射輻射 1、直接輻射：太陽(yáng)高度（角）、大氣透明度（1）太陽(yáng)高度角（h）：太陽(yáng)光線與水平面間的 夾角；h不同，地表單位面積上所獲得的太陽(yáng)輻射也就不同。a，h越小，等量的太陽(yáng)輻射散越小，等量的太陽(yáng)輻射散布

24、的面布的面 積就越大，地表單位積就越大，地表單位面積上所獲得的太陽(yáng)輻射就面積上所獲得的太陽(yáng)輻射就越小。越小。B ACSSh 設(shè)AB單位面積上每分鐘所受到的太陽(yáng)輻射能為 I 垂直 I則 IS = IS而 S/S = AC/AB = sinh所以 I = S/S I = I sinh 朗伯（白）特定律I 一定，地面獲得的輻射量大小I 與 h 有關(guān)。b，h越小，太陽(yáng)輻射穿過(guò)的大氣層越厚地球O點(diǎn)的地平線OACh2h1h1 h2AO CO太陽(yáng)輻射被減弱也較多（吸收、反射、散射等），到達(dá)地面的直接輻射就較少。 一個(gè)大氣質(zhì)量：地面為標(biāo)準(zhǔn)氣壓（1013hpa）時(shí)，太陽(yáng)光垂直投射到地面所經(jīng)路程中，單位截面積的空

25、氣柱的質(zhì)量。 h 不同，大氣質(zhì)量數(shù)不同；大氣質(zhì)量數(shù)隨h減小而增大。不同太陽(yáng)高度角時(shí)的大氣質(zhì)不同太陽(yáng)高度角時(shí)的大氣質(zhì)量數(shù)量數(shù)h90 60 30 10 5310 m11.152.05.610.415.427.035.4太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減 5 太陽(yáng)直接輻射和散射輻射 1、吸收作用 氧、臭氧、水汽和CO2氣體成分氣體成分強(qiáng)吸收波段強(qiáng)吸收波段弱吸收波段弱吸收波段氧氧200nm的紫外光的紫外光690760nm的可的可見(jiàn)光見(jiàn)光臭氧臭氧200320nm的紫外的紫外光光600nm的可見(jiàn)光的可見(jiàn)光水汽水汽9301500nm的紅外的紅外光光（三個(gè)強(qiáng)吸收帶）（三個(gè)強(qiáng)吸收帶）600700nm的可的可見(jiàn)光見(jiàn)光（三個(gè)弱

26、吸收帶）（三個(gè)弱吸收帶） 主要的吸收成分 各成分的吸收波段 5 太陽(yáng)直接輻射和散射輻射 2、散射作用 由入射輻射波長(zhǎng)與散射質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)大小r，將散射分為瑞利（Rayleigh）散射、米氏（Mie）散射和無(wú)選擇性散射。 r 時(shí)，無(wú)選擇性散射（Non-selective Scattering） 5 太陽(yáng)直接輻射和散射輻射 由大氣中原子、分子，如氮、二氧化碳、臭氧和氧分子等引起。(1) 瑞利散射條件：粒子直徑比波長(zhǎng)小很多。特點(diǎn)：散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的四次方成反比，即 I-4入射光波長(zhǎng)越短，散射能力越強(qiáng)。瑞利散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系 5 太陽(yáng)直接輻射和散射輻射 大氣中的微粒如煙、塵埃、小水滴及氣溶膠等引起的散射，

27、這種散射的強(qiáng)度受氣候影響大。(2) 米氏散射條件：粒子直徑與輻射的波長(zhǎng)相當(dāng)。特點(diǎn)：散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的平次方成反比，即 I-2且散射光的向前方向比向后方向的散射強(qiáng)度更強(qiáng)，方向性較明顯。云、霧的粒子大小與紅外線的波長(zhǎng)（0.7615m）接近，所以云霧對(duì)紅外線的散射以米氏散射為主。 5 太陽(yáng)直接輻射和散射輻射 當(dāng) 大 氣 混 濁（ 質(zhì) 點(diǎn) 半 徑 10m），大氣粒子的直徑比輻射波長(zhǎng)大得多時(shí)。散射的特點(diǎn)是散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，即任何波長(zhǎng)的散射強(qiáng)度相同，散射系數(shù)不再隨波長(zhǎng)改變，也稱(chēng)之為漫射。(3) 無(wú)選擇性散射 5 太陽(yáng)直接輻射和散射輻射 大氣質(zhì)量大氣質(zhì)量：是一個(gè)無(wú)量綱量，它是太陽(yáng)光線穿過(guò)地球大氣的路徑與太陽(yáng)

28、光線在天頂角方向時(shí)穿過(guò)大氣路徑之比，并假定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（1atm）和氣溫（0oC）時(shí)，海平面上太陽(yáng)光線垂直入射的路徑為1。顯然，地球大氣上界的大氣質(zhì)量為零。當(dāng)天頂角為60oC時(shí)，m=2。在各太陽(yáng)高度時(shí)的大氣質(zhì)量h(度)906030105310m11.152.05.610.415.427.035.4 大氣質(zhì)量m隨太陽(yáng)高度的增高而減小，當(dāng)太陽(yáng)高度低時(shí)，m值的增大特別迅速。大氣質(zhì)量大氣質(zhì)量示意圖A為地球海平面上一點(diǎn)，O，O為大氣上界的點(diǎn)。太陽(yáng)在天頂位置時(shí)，太陽(yáng)光線路程O(píng)A為大氣質(zhì)量。太陽(yáng)位于S點(diǎn)時(shí)，大氣質(zhì)量為：Z1( )secsinOAm hOAh 上式是從三角函數(shù)關(guān)系推導(dǎo)出來(lái)，是以地表為水平面，忽

29、略了大氣的曲率及折射因素的影響。大氣質(zhì)量h30o時(shí)，計(jì)算值與大氣質(zhì)量的觀測(cè)值非常接近，其精度達(dá)0.01；當(dāng)h30o時(shí)，由于折射和地面曲率的影響增大，計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確。在太陽(yáng)電池應(yīng)用系統(tǒng)工程計(jì)算中，可采用下式計(jì)算：1/22( )1229(614sin )614sinm hhh 在中國(guó)日射觀測(cè)站，當(dāng)h20o時(shí)，采用教材表1-4查算大氣質(zhì)量m值。大氣質(zhì)量溫度對(duì)m的影響一般可以忽略不計(jì)；對(duì)于海拔高度較大的地區(qū)，應(yīng)對(duì)大氣壓力進(jìn)行訂正，即( )( , )( )760P zm z hm h z 觀測(cè)地點(diǎn) 的海拔高度P(z) 觀測(cè)地點(diǎn) 的大氣壓(Pa)大氣透明度 由于太陽(yáng)輻射觀測(cè)站很稀疏，靠觀測(cè)站提供的資料遠(yuǎn)不

30、能滿足需要。所以借助理論計(jì)算是十分必要的。有人提出用下式計(jì)算太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣后的強(qiáng)度：I = ISCpmp 大氣透明度m 大氣質(zhì)量大氣透明度p：透過(guò)一個(gè)大氣質(zhì)量(m1)后的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度 (S1)與透過(guò)前的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度(S0)之比，即：110mmSSpSS 影響因素： 海拔、水汽、微塵、云霧大氣透明度布克-蘭貝特(Bonguer-Lambert)定律 當(dāng)波長(zhǎng)為的太陽(yáng)輻射Io,經(jīng)過(guò)dm厚的大氣層后，輻射衰減量為：I = I0,e -amI = I0, pm積分得：或dI = -aI0,dm(a為大氣消光系數(shù)) p 單色光譜的透明度或“透明系數(shù)”Io, 波長(zhǎng)為的輻射的初始強(qiáng)度 I 通過(guò)大氣的波長(zhǎng)為的

31、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大氣透明度 設(shè)投射到地表法向單色光的光譜輻射強(qiáng)度為In,，則對(duì)全色太陽(yáng)光（即波長(zhǎng)從0）有：1/scmnmIprI pm與m有著復(fù)雜的關(guān)系，它表征著大氣對(duì)太陽(yáng)輻射能的衰減程度。參考教材表1-5：各種大氣透明度下太陽(yáng)直接輻射的平均強(qiáng)度與大氣質(zhì)量的關(guān)系。mo,0dmnIprI (pm為整個(gè)太陽(yáng)輻射光譜范圍內(nèi)單色透明度的平均值)大氣透明度大氣透明度 用用透明系數(shù)（透明系數(shù)（p p）表示表示 指透過(guò)一個(gè)大氣質(zhì)量的輻射強(qiáng)度與進(jìn)入該指透過(guò)一個(gè)大氣質(zhì)量的輻射強(qiáng)度與進(jìn)入該大氣的輻射強(qiáng)度之比。大氣的輻射強(qiáng)度之比。 即當(dāng)太陽(yáng)位于天頂處，在大氣上界太陽(yáng)輻即當(dāng)太陽(yáng)位于天頂處，在大氣上界太陽(yáng)輻射通量為射通量為

32、I I0 0，而到達(dá)地面后為，而到達(dá)地面后為I I，則：，則： p = I / Ip = I / Io o P P 表明輻射通過(guò)大氣后的削弱程度，如：表明輻射通過(guò)大氣后的削弱程度，如：p = 0.7p = 0.7，表示削弱了，表示削弱了30%30% P P決定于大氣中所含決定于大氣中所含水汽水汽、水汽凝結(jié)物水汽凝結(jié)物和和塵粒雜質(zhì)塵粒雜質(zhì)的多少；多，大氣透明度差，的多少；多，大氣透明度差， P P小，太陽(yáng)輻射被減弱得多，到達(dá)地面的太小，太陽(yáng)輻射被減弱得多，到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射相應(yīng)減少。陽(yáng)輻射相應(yīng)減少。 直接輻射有明顯的年變化、日直接輻射有明顯的年變化、日變化和隨緯度的變化。變化和隨緯度的變化。 主

33、要由主要由 h h 決定：決定： 隨緯度的變化隨緯度的變化：低緯地區(qū)一年：低緯地區(qū)一年四季四季 h h 都很大，地表得到的直都很大，地表得到的直接輻射比中、高緯地區(qū)大得多。接輻射比中、高緯地區(qū)大得多。 日變化日變化：日出、日落時(shí)，：日出、日落時(shí)，h h最小，最小，直接輻射最弱；中午，直接輻射最弱；中午，h h最大，最大，直接輻射最強(qiáng)。直接輻射最強(qiáng)。 年變化年變化：夏季最強(qiáng)，冬季最弱。：夏季最強(qiáng)，冬季最弱。垂直于太陽(yáng)光線的地 表上的直接輻射強(qiáng)度 為了簡(jiǎn)化，通常將大氣透明度訂正到某一給定的大氣質(zhì)量，如將pm修正到m=2的透明度p2，這時(shí)，計(jì)算垂直于太陽(yáng)光表面的直接輻射強(qiáng)度Ib,n公式為：Ib,n

34、= rIsc p2m 對(duì)于大多數(shù)地區(qū)而言，直接根據(jù)日射觀測(cè)資料來(lái)確定p2是可能的。只要近似地確定p2值，便可計(jì)算出到達(dá)地表法線方向入射的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度 為了應(yīng)用方便，將m換成太陽(yáng)高度角。參考教材表1-6：各種大氣透明度下太陽(yáng)直接輻射強(qiáng)度與太陽(yáng)高度角的關(guān)系。水平面上的直接太陽(yáng)輻射CABzInhz水平面 AB面代表水平面，AC面代表垂直于太陽(yáng)光線的表面，H代表太陽(yáng)直接入射到AC和AB平面上的能量，IH,b代表水平面上太陽(yáng)直接輻射強(qiáng)度。IH,b = Ib,nsinh = Ib,ncosz = rIsc pmmsinh從日出至日沒(méi)對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分,scm0sin dtmH bHrI ph t scm0(s

35、in sincos coscos)dtmrIpt 直接太陽(yáng)輻射強(qiáng)度與太陽(yáng)高度角的關(guān)系水平面上的直接太陽(yáng)輻射00H,bscm(sin sincos coscos)d2mTHrIp 若dt用時(shí)角來(lái)表示，dd2Tt 則，T 晝夜長(zhǎng)，24h；0，-0 日出和日沒(méi)時(shí)角 上式只是一種數(shù)學(xué)表達(dá)式。實(shí)際上，由于pmm很復(fù)雜，不便直接積分，所以通常的辦法是按一個(gè)小時(shí)一個(gè)小時(shí)計(jì)算，而每個(gè)小時(shí)內(nèi)的直接太陽(yáng)輻射總通量可根據(jù)其平均太陽(yáng)高度角查表通過(guò)計(jì)求得。日總量年總量月總量散射輻射散射輻射：太陽(yáng)高度角、大氣太陽(yáng)高度角、大氣透明度透明度 天空散射輻射就是大氣對(duì)空中的太陽(yáng)直接天空散射輻射就是大氣對(duì)空中的太陽(yáng)直接輻射進(jìn)行散射

36、及反射而產(chǎn)生的。輻射進(jìn)行散射及反射而產(chǎn)生的。 h 大大，到達(dá)近地面的直接輻射增強(qiáng)，散射，到達(dá)近地面的直接輻射增強(qiáng)，散射輻射也相應(yīng)增輻射也相應(yīng)增強(qiáng)強(qiáng)；h小小，弱弱。（與直接輻。（與直接輻射射同向同向） 大氣透明度，大氣透明度，不好不好，參與散射作用的質(zhì)點(diǎn)，參與散射作用的質(zhì)點(diǎn)增多，散射輻射增多，散射輻射增強(qiáng)增強(qiáng)；好好，減弱減弱。（與直。（與直接輻射接輻射反向反向） 云：能強(qiáng)烈地增大散射輻射。云：能強(qiáng)烈地增大散射輻射。P29圖圖211 日、年變化，也主要決定于日、年變化，也主要決定于h的變化，一的變化，一日內(nèi)正午前后最強(qiáng)，一年內(nèi)夏季最強(qiáng)。日內(nèi)正午前后最強(qiáng)，一年內(nèi)夏季最強(qiáng)?？傒椛?變化規(guī)律，比太陽(yáng)直接

37、輻射和散射輻射要復(fù)雜些，它是二者變化規(guī)律的綜合。但在晴朗的日子里，它的強(qiáng)弱主要由太陽(yáng)直接輻射決定。年變化與直接輻射基本一致，夏季最大，冬季最小。 日變化日出前：散射輻射日出后：h增大，直接輻射和散射輻射 逐漸增加，直接輻射增加快h=8o： 直接輻射=散射輻射h=50o ： 散射輻射：1020%； 直接輻射：8090%中午： 直接輻射和散射輻射均達(dá)最大值中午后；二者按相反次序變化云的影響可使這種規(guī)律受到破壞。工程中常用的計(jì)算太陽(yáng)輻射的方法 5 太陽(yáng)直接輻射和散射輻射 斜面太陽(yáng)輻射量 確定朝向赤道傾斜面上的太陽(yáng)輻射量，通常采用Klein提出的計(jì)算方法：傾斜面上的太陽(yáng)輻射總量Ht由直接太陽(yáng)輻射量Hb

38、t、天空散射輻射量Hdt和地面反射輻射量Hrt三部分所組成，即Ht = Hbt + Hdt + Hrt 對(duì)于確定的地點(diǎn)，知道全年各月水平面上的平均太陽(yáng)輻射資料（總輻射量、直接輻射量或散射輻射量）后，便可算出不同傾斜角的斜面上全年各月的平均太陽(yáng)輻射量。斜面太陽(yáng)輻射量Rb為傾斜面上直接輻射量Hbt與水平面上Hb直接輻射量之比bcos()cossinsin()sin180cos cossinsin sin180ssssshhsRhh s為光伏陣列傾角；為太陽(yáng)赤角；hs為水平面上日落時(shí)角；hs為傾斜面上日落時(shí)角；為光伏供電系統(tǒng)的當(dāng)?shù)鼐暥?。斜面太?yáng)輻射量?jī)A斜面上日落時(shí)角hs的表達(dá)式： 1smin,cos

39、 tan()tan shhs 天空散射Hay模型：傾斜面上天空散射輻射量是由太陽(yáng)光盤(pán)的輻射量和其余天空穹頂均勻分布的散射輻射量?jī)刹糠纸M成，可表達(dá)為：bbdtdboo0.5 1(1cos )HHHHRsHH Hb和Hd分別為水平面上直接和散射輻射量；Ho為大氣層外水平面太陽(yáng)輻射量。斜面太陽(yáng)輻射量s0scs2243601 0.033coscos cos sinsin sin365360hnHIh 大氣層外水平面上太陽(yáng)輻射量Ho計(jì)算公式：Isc為太陽(yáng)常數(shù)，可以取Isc = 1367 W/m2對(duì)于對(duì)面反射輻射量Hrt，其公式如下：Hrt = 0.5H(1-coss)H為水平面上總輻射量；為地物表面反射

40、率。一般情況下，地面反射輻射量很小，只占Ht的百分之幾，參加教材表1-7。斜面太陽(yáng)輻射量因此，傾斜面上太陽(yáng)輻射量公式可總結(jié)為：bbtbbdboo0.5 1(1 cos )0.5(1 cos )HHHH RHRsHsHH 根據(jù)該公式可將水平面上的太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成斜面上太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)，基本計(jì)算步驟如下： (1) 確定所需的傾角s和系統(tǒng)所在地的緯度。 (2) 找到按月平均的水平面上的太陽(yáng)能輻射資料Ho。 (3) 確定每個(gè)月中有代表性的一天的水平面上日落時(shí)間角hs和傾斜面上的日落時(shí)間角hs，這兩個(gè)幾何參量只和緯度和日期有關(guān)。斜面太陽(yáng)輻射量 (4) 確定地球外水平面上的太陽(yáng)輻射，也就是大氣層外的太陽(yáng)輻射

41、Ho，該參量取決于地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道。 (5) 計(jì)算傾斜面與水平面上直接輻射量之比Rb。 (6) 計(jì)算直接太陽(yáng)輻射量Hbt。 (7) 計(jì)算天空散射輻射量Hdt。 (8) 確定地物表面反射率，計(jì)算地面反射輻射量Hrt。 (9) 將直接太陽(yáng)輻射量Hbt、天空散射輻射量Hdt和地面反射輻射量Hrt相加得到太陽(yáng)輻射總量Ht。2.2 熱傳遞基本知識(shí)熱傳遞基本知識(shí)2.3 太陽(yáng)能集熱器太陽(yáng)能集熱器4.3真空管型太陽(yáng)能集熱器的結(jié)構(gòu)尺寸和產(chǎn)品命名4.3.3全玻璃真空太陽(yáng)集熱管技術(shù)要求1.空曬性能參數(shù) 定義：空曬溫度與環(huán)境溫度之差與太陽(yáng)輻照度的比值。 本參數(shù)表示在特定的日照強(qiáng)度（太陽(yáng)輻照度G800W/m2，并在

42、15分鐘內(nèi)，太陽(yáng)輻照度變化不大于30W/m2）和特定的環(huán)境溫度（8Ta30）下，真空集熱管內(nèi)不充水空曬，即以空氣為傳熱工質(zhì)，在規(guī)定的時(shí)間（每隔5分鐘記錄一次，共記錄4次，取平均值）內(nèi)，溫度的升高與輻照量的比值。公式：空曬性能Y=(Ts-Ta)/G；國(guó)標(biāo)GB/T170492005規(guī)定：Y190m2/kW。空曬性能參數(shù)在一定程度上表示集熱性能的高低。空曬性能參數(shù)Y值大于或等于190m2/kW，方為合格，Y值越大越好。 2.悶曬太陽(yáng)輻照量 定義：充滿真空集熱管的水的溫度升高一定溫度范圍所需的太陽(yáng)輻照量。 本參數(shù)的測(cè)量是在特定的太陽(yáng)輻照度G800W/m2，并在15分鐘內(nèi)，太陽(yáng)輻照度變化不大于30W/m

43、2下，真空集熱管內(nèi)充滿水，當(dāng)真空集熱管內(nèi)水溫從低于環(huán)境溫度的條件下開(kāi)始逐步升溫，并在達(dá)到環(huán)境溫度時(shí)開(kāi)始測(cè)量。當(dāng)真空集熱管內(nèi)水溫升高35時(shí)，其所需的太陽(yáng)輻照量為該測(cè)量管的H值。也就是說(shuō)，H值所表示的是該真空集熱管內(nèi)水溫升高35所需的太陽(yáng)輻照量。當(dāng)然，所需的太陽(yáng)輻照量越少越好。因此，在某種意義上說(shuō)，H值表示的就是與真空集熱管的集熱效能有關(guān)的參數(shù)，H值越低，集熱效能就越好。 5.5 家用太陽(yáng)能熱水器安裝5.5.1 平板單機(jī)太陽(yáng)能熱水器安裝 設(shè)計(jì)知識(shí)設(shè)計(jì)知識(shí)主要內(nèi)容主要內(nèi)容1 1、太陽(yáng)熱水系統(tǒng)的組成、太陽(yáng)熱水系統(tǒng)的組成2 2、太陽(yáng)熱水系統(tǒng)的分類(lèi)、太陽(yáng)熱水系統(tǒng)的分類(lèi)3 3、太陽(yáng)熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的主要方面、

44、太陽(yáng)熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的主要方面4 4、太陽(yáng)熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的詳細(xì)內(nèi)容、太陽(yáng)熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的詳細(xì)內(nèi)容太陽(yáng)熱水系統(tǒng)的組成太陽(yáng)熱水系統(tǒng)的組成 設(shè)備與管道支架設(shè)備與管道支架 太陽(yáng)集熱器太陽(yáng)集熱器 貯水箱貯水箱 管路、泵、閥管路、泵、閥 設(shè)備防腐與保溫設(shè)備防腐與保溫 自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 輔助能源設(shè)備輔助能源設(shè)備特征特征類(lèi)型類(lèi)型類(lèi)型1類(lèi)型2類(lèi)型3有無(wú)輔助熱源純太陽(yáng)能加熱式太陽(yáng)能預(yù)熱式太陽(yáng)能加輔助熱源式按儲(chǔ)水箱水被加熱方式直接式間接式按傳熱工質(zhì)與大氣相通敞開(kāi)式開(kāi)口式封閉式按集熱器內(nèi)介質(zhì)狀況充滿式回流式排放式按加熱工質(zhì)循環(huán)動(dòng)力自然循環(huán)強(qiáng)制循環(huán)按加熱工質(zhì)流動(dòng)方式循環(huán)式直流式接集熱器與儲(chǔ)水箱位置分離式緊湊式悶曬

45、式太陽(yáng)熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要方太陽(yáng)熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要方面面 1 1、用戶情況與要求、用戶情況與要求 2 2、系統(tǒng)運(yùn)行方式確定、系統(tǒng)運(yùn)行方式確定 3 3、太陽(yáng)集熱器選型、太陽(yáng)集熱器選型 4 4、太陽(yáng)集熱器面積確定、太陽(yáng)集熱器面積確定 5 5、貯水箱設(shè)計(jì)、貯水箱設(shè)計(jì) 6 6、輔助熱源選擇與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、輔助熱源選擇與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 7、系統(tǒng)布局、系統(tǒng)布局 8 8、太陽(yáng)集熱器傾角與前后排間距確定、太陽(yáng)集熱器傾角與前后排間距確定 9 9、泵、閥及管路選型與管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、泵、閥及管路選型與管路系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1010、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 11、管路與設(shè)備的保溫與防凍、管路與設(shè)備的保溫與防凍 121

46、2、系統(tǒng)安全防護(hù)（防雷、系統(tǒng)安全防護(hù)（防雷/ /防雨防雨/ /防漏電防漏電/ /防腐蝕防腐蝕/ /抗抗風(fēng)雪等）風(fēng)雪等） 用戶情況與要求（用戶情況與要求（1 1） -原始資料收集原始資料收集 （1 1）用戶所處地理位置和環(huán)境條件）用戶所處地理位置和環(huán)境條件 （2 2）水源情況）水源情況 （3 3）電力供應(yīng)情況）電力供應(yīng)情況 （4 4）安裝場(chǎng)地情況）安裝場(chǎng)地情況 獲取以上資料的方法：獲取以上資料的方法：與客戶勾通，向用戶了解有無(wú)特殊情況；（如安裝現(xiàn)場(chǎng)與客戶勾通，向用戶了解有無(wú)特殊情況；（如安裝現(xiàn)場(chǎng)是否在風(fēng)口、易發(fā)生雷擊的地方等）是否在風(fēng)口、易發(fā)生雷擊的地方等）查閱當(dāng)?shù)貧庀筚Y料；查閱當(dāng)?shù)貧庀筚Y料；實(shí)

47、地勘察現(xiàn)場(chǎng)。實(shí)地勘察現(xiàn)場(chǎng)。用戶情況與要求用戶情況與要求 -太陽(yáng)能系統(tǒng)的要求太陽(yáng)能系統(tǒng)的要求（1 1）安裝太陽(yáng)能系統(tǒng)的用途：）安裝太陽(yáng)能系統(tǒng)的用途： 用于生活熱水供應(yīng)用于生活熱水供應(yīng)/工業(yè)用熱水工業(yè)用熱水/游泳池加熱游泳池加熱/采暖、制冷等。采暖、制冷等。 太陽(yáng)能全年工作太陽(yáng)能全年工作/季節(jié)性工作。季節(jié)性工作。 （2 2）用水方式：）用水方式： 定時(shí)用熱水定時(shí)用熱水/ /全天全天24 24 小時(shí)用熱水小時(shí)用熱水用水溫度用水溫度/ /全天總用水量全天總用水量/ /用水流量用水流量/ /用水壓力。用水壓力。（3 3）輔助能源情況）輔助能源情況 ：是否要求配置輔助能源是否要求配置輔助能源/ /配置輔助

48、能源的種類(lèi)（電配置輔助能源的種類(lèi)（電/ /燃油燃油/ /燃?xì)馊細(xì)? /蒸汽蒸汽/ /暖氣暖氣/ /熱泵等）熱泵等）如果使用原有的輔助能源設(shè)備，應(yīng)了解設(shè)備的型號(hào)、類(lèi)別，供熱方式等。如果使用原有的輔助能源設(shè)備，應(yīng)了解設(shè)備的型號(hào)、類(lèi)別，供熱方式等。（4 4）其它要求）其它要求 ： 管理方式，有無(wú)專(zhuān)人管理管理方式，有無(wú)專(zhuān)人管理/ /是否要求全自動(dòng)控制是否要求全自動(dòng)控制/ /是否要求自動(dòng)計(jì)是否要求自動(dòng)計(jì)量計(jì)費(fèi)等。量計(jì)費(fèi)等。 用戶情況與要求用戶情況與要求-原始資料核實(shí)原始資料核實(shí)太陽(yáng)能系統(tǒng)的技術(shù)性相對(duì)比較專(zhuān)業(yè)，用戶可能不能全面、太陽(yáng)能系統(tǒng)的技術(shù)性相對(duì)比較專(zhuān)業(yè)，用戶可能不能全面、清楚地表達(dá)其要求清楚地表達(dá)其

49、要求。有些用戶所表達(dá)的要求與其實(shí)際上真正有些用戶所表達(dá)的要求與其實(shí)際上真正的需要不一致的需要不一致;有些用戶所提的要求可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。有些用戶所提的要求可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)人員必須對(duì)用戶所提供的情況進(jìn)行分析判斷，或者進(jìn)設(shè)計(jì)人員必須對(duì)用戶所提供的情況進(jìn)行分析判斷，或者進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察核實(shí)，以便掌握真實(shí)客觀的第一手資料。行現(xiàn)場(chǎng)考察核實(shí)，以便掌握真實(shí)客觀的第一手資料。在了解了實(shí)際情況后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將其了解的情況向用戶在了解了實(shí)際情況后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將其了解的情況向用戶反饋。雙方認(rèn)可后，設(shè)計(jì)人員才能根據(jù)雙方已經(jīng)確認(rèn)的設(shè)反饋。雙方認(rèn)可后，設(shè)計(jì)人員才能根據(jù)雙方已經(jīng)確認(rèn)的設(shè)計(jì)條件和要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。計(jì)條件和要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

50、 用戶情況與要求用戶情況與要求-正確處理客戶要求正確處理客戶要求客戶要求是我們?cè)O(shè)計(jì)太陽(yáng)熱水系統(tǒng)的依據(jù)之一，有些要客戶要求是我們?cè)O(shè)計(jì)太陽(yáng)熱水系統(tǒng)的依據(jù)之一，有些要求盡量去實(shí)現(xiàn)，求但有的是無(wú)法實(shí)現(xiàn)，應(yīng)細(xì)仔地溝通解釋?zhuān)蟊M量去實(shí)現(xiàn)，求但有的是無(wú)法實(shí)現(xiàn)，應(yīng)細(xì)仔地溝通解釋?zhuān)荒芤晃洞饝?yīng)。不能一味答應(yīng)。要引導(dǎo)用戶，公正客觀地向用戶解釋太陽(yáng)熱水系統(tǒng)所能要引導(dǎo)用戶，公正客觀地向用戶解釋太陽(yáng)熱水系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的效果。實(shí)現(xiàn)的效果。太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式 -基本的運(yùn)行方式基本的運(yùn)行方式按工質(zhì)的流動(dòng)方式分類(lèi)：自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)直流系統(tǒng)直流系統(tǒng)太陽(yáng)熱水系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用

51、中是以上某一種基本運(yùn)太陽(yáng)熱水系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中是以上某一種基本運(yùn)行方式或某種方式為主的為主的多種運(yùn)行方式的組行方式或某種方式為主的為主的多種運(yùn)行方式的組合，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況不同和用戶的具體要求，在設(shè)合，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況不同和用戶的具體要求，在設(shè)計(jì)中要靈活應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、計(jì)中要靈活應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的目的。節(jié)能的目的。太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式-自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)類(lèi)型1 由水箱、支架、管路和多個(gè)集熱器由水箱、支架、管路和多個(gè)集熱器等部件在工程現(xiàn)場(chǎng)連接成一個(gè)較大的自等部件在工程現(xiàn)場(chǎng)連接成一個(gè)較大的自然循環(huán)系統(tǒng)。然循環(huán)系統(tǒng)。類(lèi)型

52、2 以多臺(tái)家用太陽(yáng)熱水器組成的熱水系以多臺(tái)家用太陽(yáng)熱水器組成的熱水系統(tǒng)。由于每臺(tái)家用太陽(yáng)熱水器實(shí)際上也是統(tǒng)。由于每臺(tái)家用太陽(yáng)熱水器實(shí)際上也是一個(gè)小型的自然循環(huán)系統(tǒng)，因此，這種設(shè)一個(gè)小型的自然循環(huán)系統(tǒng)，因此，這種設(shè)計(jì)方式也屬于以自然循環(huán)系統(tǒng)中的一類(lèi)。計(jì)方式也屬于以自然循環(huán)系統(tǒng)中的一類(lèi)。太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式 -自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)(1-1)(1-1)1、多個(gè)集熱器與一個(gè)水箱連接組成的系統(tǒng)、多個(gè)集熱器與一個(gè)水箱連接組成的系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)是不需要外來(lái)動(dòng)力，依靠系統(tǒng)流體本身的是不需要外來(lái)動(dòng)力，依靠系統(tǒng)流體本身的密度差實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)的太陽(yáng)能系統(tǒng)。密度差實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)

53、的太陽(yáng)能系統(tǒng)。自然循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)水箱底必須高于太陽(yáng)集熱器頂自然循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)水箱底必須高于太陽(yáng)集熱器頂0.30m0.30m至至0.5m0.5m；由于系統(tǒng)流體本身的密度差形成的動(dòng)力很小，因此必須采由于系統(tǒng)流體本身的密度差形成的動(dòng)力很小，因此必須采取多種措施減小系統(tǒng)循環(huán)阻力（如：選用較大的管徑，管路取多種措施減小系統(tǒng)循環(huán)阻力（如：選用較大的管徑，管路盡量短，盡量少拐彎）；盡量短，盡量少拐彎）；防止出現(xiàn)反坡，造成氣堵等；防止出現(xiàn)反坡，造成氣堵等；自然循環(huán)系統(tǒng)的規(guī)模一般較小，較大規(guī)模的自然循環(huán)系自然循環(huán)系統(tǒng)的規(guī)模一般較小，較大規(guī)模的自然循環(huán)系統(tǒng)常常分解成多個(gè)并聯(lián)的小系統(tǒng)統(tǒng)常常分解成多個(gè)并聯(lián)的小系統(tǒng) 。

54、太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式-自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)(1-2)(1-2)落水使用的系統(tǒng)落水使用的系統(tǒng)水 箱自 來(lái) 水集 熱 器在白天太陽(yáng)能加熱期間，由在白天太陽(yáng)能加熱期間，由于水箱內(nèi)的水溫達(dá)不到使用溫于水箱內(nèi)的水溫達(dá)不到使用溫度，所以不能使用。度，所以不能使用。儲(chǔ)熱水箱上部水溫高，下部?jī)?chǔ)熱水箱上部水溫高，下部水溫低，若水箱下部水溫未達(dá)水溫低，若水箱下部水溫未達(dá)到使用溫度，則使用熱水時(shí)，到使用溫度，則使用熱水時(shí)，需將下部未達(dá)到溫度的溫水放需將下部未達(dá)到溫度的溫水放掉，才能用上部達(dá)到溫度的熱掉，才能用上部達(dá)到溫度的熱水，因此存在能量和水資源的水，因此存在能量和水資源的浪費(fèi)問(wèn)題

55、。浪費(fèi)問(wèn)題。太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式-自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)(1-3)(1-3)頂水使用的系統(tǒng)頂水使用的系統(tǒng)自 來(lái) 水水 箱補(bǔ) 水 箱集 熱 器使用時(shí)，冷水從水箱下部進(jìn)入水使用時(shí)，冷水從水箱下部進(jìn)入水箱，而將熱水從上部頂出。箱，而將熱水從上部頂出。避免了落水系統(tǒng)的缺點(diǎn)，可以隨避免了落水系統(tǒng)的缺點(diǎn)，可以隨時(shí)使用熱水，而且冷水上水也是自時(shí)使用熱水，而且冷水上水也是自動(dòng)完成，因此管理也很方便。動(dòng)完成，因此管理也很方便。如果冷水供應(yīng)慢，熱水下水快，如果冷水供應(yīng)慢，熱水下水快， 就會(huì)造成斷斷續(xù)續(xù)出熱水就會(huì)造成斷斷續(xù)續(xù)出熱水如果沒(méi)有冷水，就無(wú)法將熱水頂如果沒(méi)有冷水，就無(wú)法將熱水頂

56、出。出。存在冷熱水混水問(wèn)題，造成熱水存在冷熱水混水問(wèn)題，造成熱水使用率下降。使用率下降。太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式 -自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)(1-4)(1-4)自來(lái)水循環(huán)水箱M儲(chǔ)水箱補(bǔ)水箱集熱器感溫頭定溫放水式定溫放水式 當(dāng)太陽(yáng)能貯水箱上部水溫當(dāng)太陽(yáng)能貯水箱上部水溫達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，熱水出水管達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，熱水出水管上的電磁閥自動(dòng)打開(kāi)，熱水自上的電磁閥自動(dòng)打開(kāi)，熱水自動(dòng)流入另外一個(gè)儲(chǔ)熱水箱，同動(dòng)流入另外一個(gè)儲(chǔ)熱水箱，同時(shí)，冷水自動(dòng)補(bǔ)入循環(huán)水箱下時(shí)，冷水自動(dòng)補(bǔ)入循環(huán)水箱下部；當(dāng)水箱上部水溫低于設(shè)定部；當(dāng)水箱上部水溫低于設(shè)定溫度時(shí)，電磁閥自動(dòng)關(guān)閉。溫度時(shí)，電磁閥自動(dòng)關(guān)閉。這

57、種系統(tǒng)必須解決儲(chǔ)熱水箱這種系統(tǒng)必須解決儲(chǔ)熱水箱水滿溢流的問(wèn)題水滿溢流的問(wèn)題 ；適用于全天供熱水要求。適用于全天供熱水要求。太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式 -自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)(1-5)(1-5)水箱M自來(lái)水蒸汽電加熱鍋爐感溫頭集熱器帶輔助加熱的系統(tǒng)帶輔助加熱的系統(tǒng)當(dāng)陰雨天或太陽(yáng)能不足時(shí)，用當(dāng)陰雨天或太陽(yáng)能不足時(shí)，用輔助能源將水箱內(nèi)的水加熱到所輔助能源將水箱內(nèi)的水加熱到所需溫度。輔助能源系統(tǒng)可以用電需溫度。輔助能源系統(tǒng)可以用電加熱，加熱， 也可以用蒸汽加熱，也可以用蒸汽加熱， 還還可以用燃油（氣）鍋爐加熱?？梢杂萌加停猓╁仩t加熱。帶輔助加熱的自然循環(huán)系統(tǒng)，帶輔助加熱的自

58、然循環(huán)系統(tǒng)，可以解決僅靠太陽(yáng)能加熱存在的可以解決僅靠太陽(yáng)能加熱存在的熱水供應(yīng)受天氣影響的問(wèn)題，達(dá)熱水供應(yīng)受天氣影響的問(wèn)題，達(dá)到天天有熱水供應(yīng)到天天有熱水供應(yīng) 。太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式 -自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)(1-6)(1-6)自來(lái)水水箱集熱器集熱器共一個(gè)貯熱水箱的系統(tǒng)共一個(gè)貯熱水箱的系統(tǒng)可以解決因一個(gè)系統(tǒng)采光面積過(guò)大，造成管徑過(guò)大、可以解決因一個(gè)系統(tǒng)采光面積過(guò)大，造成管徑過(guò)大、循環(huán)管過(guò)長(zhǎng)、不便安裝的問(wèn)題。循環(huán)管過(guò)長(zhǎng)、不便安裝的問(wèn)題。太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式 -自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)(2-1)(2-1)多臺(tái)家用熱水器組成的系統(tǒng)多臺(tái)家用熱水器

59、組成的系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1、安裝簡(jiǎn)單，施工方便，不需要大型號(hào)儲(chǔ)熱水箱，省去了因儲(chǔ)熱水箱的承重、安放、吊裝或制作帶來(lái)的麻煩；2、工程成本相對(duì)較低。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1、多個(gè)小儲(chǔ)熱水箱帶來(lái)的管理和用水不便，故障點(diǎn)多；2、多個(gè)小儲(chǔ)熱水箱單位體積的散熱面積是大水箱的好幾倍甚至十幾倍，在同等保溫條件下，小水箱的散熱量明顯較大，系統(tǒng)總熱效率低；3、輔助加熱系統(tǒng)不便與整個(gè)系統(tǒng)匹配等。太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式 -自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)(2-2)(2-2)多臺(tái)家用熱水器并聯(lián)組成的落水系統(tǒng)多臺(tái)家用熱水器并聯(lián)組成的落水系統(tǒng)自來(lái)水家用熱水器水箱上部水溫高，下部水溫低，若水箱下部水溫未達(dá)到使用水箱上部

60、水溫高，下部水溫低，若水箱下部水溫未達(dá)到使用溫度，需將下部未達(dá)到溫度的溫水放掉，才能用上部的熱水，溫度，需將下部未達(dá)到溫度的溫水放掉，才能用上部的熱水，存在能量和水資源的浪費(fèi)問(wèn)題存在能量和水資源的浪費(fèi)問(wèn)題. 各個(gè)獨(dú)立熱水器上冷水時(shí)的水力不易平衡，會(huì)出現(xiàn)有些熱水各個(gè)獨(dú)立熱水器上冷水時(shí)的水力不易平衡，會(huì)出現(xiàn)有些熱水器溢流。器溢流。太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式太陽(yáng)能系統(tǒng)常見(jiàn)的運(yùn)行方式 -自然循環(huán)系統(tǒng)自然循環(huán)系統(tǒng)(2-3)(2-3)多臺(tái)家用熱水器并聯(lián)組成的頂水系統(tǒng)多臺(tái)家用熱水器并聯(lián)組成的頂水系統(tǒng)自來(lái)水補(bǔ)水箱 a) 如果冷水供應(yīng)慢，熱水下水快，就會(huì)造成斷斷續(xù)續(xù)出熱水； b) 如果沒(méi)有冷水，就無(wú)法將熱水頂出。