太陽(yáng)能光熱系統(tǒng)

太陽(yáng)能

光熱系統(tǒng)沈陽(yáng)工程學(xué)院劉莉瑩第一章概論一.能源的概念能源：能量資源或能源資源，是自然界中能為人類提供某種形式能量的物質(zhì)資源。

可產(chǎn)生各種能源（如熱量、電能、光能和機(jī)械能等）或可做功的物質(zhì)的統(tǒng)稱。

二.能源的分類能源的分類地球上的能量來(lái)源使用類型能否再生獲得的方法能否作為燃料對(duì)環(huán)境的污染情況能否流入商品流通領(lǐng)域形態(tài)特征或轉(zhuǎn)換與應(yīng)用的層次(一)按地球上的能量來(lái)源對(duì)能源分類1.來(lái)自地球外部天體的能源。有直接來(lái)自太陽(yáng)直接照射到地球的光和熱能，還有間接地來(lái)自太陽(yáng)的能源,常見(jiàn)的煤炭、石油、天然氣，以及生物質(zhì)能、水能、海洋熱能和風(fēng)能等。2.地球本身蘊(yùn)藏的能量。其中一種是地球內(nèi)部蘊(yùn)藏著的地?zé)崮?，常?jiàn)的地下蒸汽、溫泉、火山爆發(fā)的能量都屬于地?zé)崮堋Ａ硪环N是地球上存在的鈾、釷、鋰等核燃料所蘊(yùn)有的核能。3.地球和其他天體相互作用而產(chǎn)生的能量。太陽(yáng)和月亮等星球?qū)Υ蠛５囊绷λa(chǎn)生的漲潮和落潮所擁有的巨大潮汐能。(二)按使用類型對(duì)能源分類

1.常規(guī)能源（傳統(tǒng)能源）。已被人類利用多年，目前仍在大規(guī)模使用的能源。如水能、生物能、煤炭、石油、天然氣等。占全部能源生產(chǎn)消費(fèi)總量的90％以上。2.新能源（非常規(guī)能源、替代能源）。近若干年來(lái)開始被人類利用（如太陽(yáng)能、核能）或過(guò)去已被利用現(xiàn)在又有新的利用方式（如風(fēng)能）的能源。1.可再生能源?？砷L(zhǎng)期提供或可再生的能源（10%左右）例：水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮?、潮汐能等?.不可再生能源。一旦消耗就很難再生的能源（90%左右）例：煤炭、石油、天然氣等。(三)按能否再生對(duì)能源分類(四)按獲得的方法對(duì)能源分類1.一次能源（天然能源）。是指直接取自自然界、而不改變它的形態(tài)的能源。它又分為可再生能源和非再生能源。例：泥煤、褐煤、煙煤、無(wú)煙煤、石油、天然氣、植物秸桿、水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮?、核能、海洋能等?.二次能源（人工能源）。是指一次能源經(jīng)人為加工成另一種形態(tài)的能源。例：汽油、水電、蒸汽、煤氣、焦炭、沼氣等。(五)按能否作為燃料對(duì)能源分類1.燃料型能源。包括煤炭、石油、天然氣、泥炭、木材等。2.非燃料型能源。包括水能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能等?六)按對(duì)環(huán)境的污染情況對(duì)能源分類1.清潔能源。使用時(shí)對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染或污染小的能源。例：水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能以及核能等。2.非清潔能源。對(duì)環(huán)境污染較大的能源。例：煤炭、石油等。1.商品能源。凡能進(jìn)入市場(chǎng)作為商品銷售的能源。例：煤、石油、天然氣和電等。2.非商品能源。主要指薪柴、秸稈等農(nóng)業(yè)廢料和人畜糞便等就地利用的能源。(七)按能否進(jìn)入商品流通領(lǐng)域?qū)δ茉捶诸?八)按形態(tài)特征或轉(zhuǎn)換與應(yīng)用的層次對(duì)能源分類世界能源委員會(huì)推薦的能源類型分為：固體燃料、液體燃料、氣體燃料、水能、電能、太陽(yáng)能、生物能、風(fēng)能、核能、海洋能和地?zé)崮?。前三類統(tǒng)稱化石燃料或化石能源。按使用類型分按性質(zhì)分按一、二次能源分一次能源二次能源常規(guī)能源燃料型能源泥煤（化學(xué)能）、褐煤（化學(xué)能）、煙煤（化學(xué)能）、無(wú)煙煤（化學(xué)能）、石煤（化學(xué)能）、油頁(yè)巖（化學(xué)能）、油砂（化學(xué)能）、原油（化學(xué)能）、天然氣（化學(xué)能、機(jī)械能）、生物燃料（化學(xué)能）、天然氣水合物（化學(xué)能）煤氣（化學(xué)能）、焦炭（化學(xué)能）、汽油（化學(xué)能）、煤油（化學(xué)能）、柴油（化學(xué)能）、重油（化學(xué)能）、液化石油氣（化學(xué)能）、丙烷（化學(xué)能）、甲醇（化學(xué)能）、酒精（化學(xué)能）、苯胺（化學(xué)能）、火藥（化學(xué)能）非燃料型能源水能（機(jī)械能）電（電能）、蒸汽（熱能、機(jī)械能）、熱水（熱能）、余熱（熱能、機(jī)械能）新能源燃料型能源核燃料（核能）沼氣（化學(xué)能）、氫（化學(xué)能）非燃料型能源太陽(yáng)能（輻射能）、風(fēng)能（機(jī)械能）、地?zé)崮埽崮埽?、潮汐能（機(jī)械能）、海洋溫差能（熱能、機(jī)械能）、海流、波浪動(dòng)能（機(jī)械能）激光（光能）

表1-1能源的分類能源問(wèn)題閱讀課文，討論下列問(wèn)題：1、能源、一次能源、二次能源下列屬于一級(jí)能源的是：屬于二級(jí)能源的是：A風(fēng)能B電能C氫能D陽(yáng)光E天然氣ADEBC能源：能提供能量的自然資源一次能源：來(lái)自自然界未經(jīng)轉(zhuǎn)化的能源。二次能源：一級(jí)能源經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化得到的能源形式。課堂練習(xí):1、下列哪組物質(zhì)屬于不可再生能源?(

)A、風(fēng)能、核能、太陽(yáng)能B、煤、沼氣、石油

C、石油、天然氣、煤D、太陽(yáng)能、地?zé)崮?、使用時(shí)不會(huì)給環(huán)境帶來(lái)污染的能源稱為清潔能源.下列屬于清潔能源的是()A.煤炭B.木炭C.太陽(yáng)能D.核能CC3、隨著社會(huì)的發(fā)展,能源需求越來(lái)越多,能源短缺成為阻礙社會(huì)發(fā)展的主要問(wèn)題.在日常生活中我們都應(yīng)該節(jié)約身邊的能源,下列符合節(jié)約能源且安全的做法是()A.冬天門打開后未關(guān)好B.白天盡量采用自然光

C.用煤氣灶取暖D.每次只洗一件衣服

4、永久性解決人類對(duì)能源需求的根本方法是()A.改進(jìn)工藝,提高燃料的利用率.B.充分利用地球上的化石能源

C.盡可能減少能量的使用

D.依靠科學(xué)技術(shù)進(jìn)步,不斷開發(fā)新能源.BD5、市面上出售一種裝有太陽(yáng)能電扇的帽子（如圖2所示）。在陽(yáng)光的照射下，小電扇快速轉(zhuǎn)動(dòng)，能給炎熱的夏季帶來(lái)一絲涼意。該裝置的能量轉(zhuǎn)化情況是（）A．太陽(yáng)能→電能→機(jī)械能B．太陽(yáng)能→機(jī)械能→電能C．電能→太陽(yáng)能→機(jī)械能 D．機(jī)械能→太陽(yáng)能→電能A6．大量使用下列能源能造成空氣污染加劇的是（）A．化石能源 B．太陽(yáng)能 C．風(fēng)能 D．核能A7、2009年世界環(huán)境日主題為“地球需要你：團(tuán)結(jié)起來(lái)應(yīng)對(duì)氣候變化”。世界自然基金會(huì)應(yīng)對(duì)全球氣候變化提出了“地球一小時(shí)”的倡議，希望個(gè)人，社區(qū)、企業(yè)和政府在每年3月最后一個(gè)星期六20：30一21：30熄燈一小時(shí)。下列應(yīng)對(duì)氣候變化的有關(guān)做法，不宜提倡的是（）

A．提高森林覆蓋率

B．大量使用煤、石油等化石燃料C．響應(yīng)“地球一小時(shí)”倡議D．開發(fā)新能源B太陽(yáng)能利用基本形式太陽(yáng)能利用的優(yōu)缺點(diǎn)第二章太陽(yáng)和太陽(yáng)能第二章太陽(yáng)和太陽(yáng)能太陽(yáng)是距離地球最近的恒星，有磁場(chǎng)和自轉(zhuǎn)。直徑約140萬(wàn)公里，相當(dāng)于109個(gè)地球直徑之和，是太陽(yáng)系內(nèi)最大的天體，包含了太陽(yáng)系將近98％的質(zhì)量，它的內(nèi)部則能容納超過(guò)130萬(wàn)個(gè)地球。太陽(yáng)內(nèi)部進(jìn)行著由氫聚變成氦的原子核反應(yīng)，不停的釋放出巨大的能量并向宇宙空間輻射，這就是太陽(yáng)能。太陽(yáng)能是最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風(fēng)能、潮汐能、水能都來(lái)自太陽(yáng)能。科學(xué)家研究表明，太陽(yáng)每小時(shí)輻射到地球的能量約為18萬(wàn)兆瓦，相當(dāng)于燃燒90兆噸優(yōu)質(zhì)煤的熱量。太陽(yáng)的基本參數(shù)Presentage年齡:4.5×109yearsLifeexpectancy預(yù)測(cè)年齡:10×109yearsDistancetoearth離地球距離:

Mean平均距離1.496×1011m=1.000AUAU（astronomicalunit）為天文單位Variation變化距離1.016735to0.98329AUDiameter(photosphere)直徑1.39×109mAngulardiameter(fromearth)光盤角度:9.6×10-3radians(弧度）Variation變量±1.7%Volume(photosphere):體積1.41×1027m3Mass質(zhì)量:1.987×1030kgComposition成份:

hydrogen73.46%helium24.85%oxygen0.77%carbon0.29%iron0.16%neon0.12%nitrogen,silicon,magnesium,sulfur,etc.<0.1%Density密度:

Mean平均14.1kg/m3Center中心1,600kg/m3Solarradiation太陽(yáng)輻射:

entiresun整體3.83×1026Wunitareaofsurface密度6.33×107W/m2at1AU(i.e.thesolarconstant)在一個(gè)天文單位的密度1,367W/m2Temperature溫度:

Center中心15,000,000Ksurface(photosphere)光球6,050Kchromosphere4,300-50,000KCorona日冕800,000-3,000,000KRotation自轉(zhuǎn):

solarequator赤道26.8days30olatitude（緯度）28.3days60olatitude30.8days75olatitude31.8daysEnergysource能源:Rateofmassloss質(zhì)量消耗率:4.1×109

kg/s

太陽(yáng)輻射穿過(guò)大氣層的情況70%到地表18%被吸收3%到散射到太空7%到散射到地面太陽(yáng)與地球間的距離不是一個(gè)常數(shù)，因此，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。太陽(yáng)常數(shù)實(shí)際上，由于日地間距離很大（15000萬(wàn)公里），其相對(duì)變化量很小，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)。我們使用“太陽(yáng)（能)常數(shù)”來(lái)描述大氣層上界的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。Page

35在日地平均距離時(shí)，地球大氣層上界垂直于太陽(yáng)光線表面的單位面積單位時(shí)間內(nèi)所接收到的太陽(yáng)輻射能。用Isc表示。參考值為Isc=（13677）W/m2任意時(shí)刻的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度太陽(yáng)常數(shù)Page

36大氣層對(duì)