第二章-太陽(yáng)能

目錄第一章新能源緒論其次章太陽(yáng)能第三章風(fēng)能第四章生物質(zhì)能第五章海洋能第六章地?zé)崮艿谄哒職淠?學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)6學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)6學(xué)時(shí)答疑2學(xué)時(shí)考試2學(xué)時(shí)1

1.概論

2.太陽(yáng)集熱器

3.太陽(yáng)熱水器

4.太陽(yáng)灶

5.太陽(yáng)房

6.太陽(yáng)能干燥

7.太陽(yáng)能溫室

8.太陽(yáng)能制冷與空調(diào)

9.太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)

10.太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)

11.太陽(yáng)能技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)內(nèi)容提要2特點(diǎn)：能量密度低并高度分散壓；資源豐富可再生；清潔環(huán)保；部分能源具有間歇性和隨機(jī)性；利用技術(shù)難度大。2.1概論（Introduction）

基本含義：以新技術(shù)和新材料為基礎(chǔ)，使傳統(tǒng)的可再生資源得到現(xiàn)代化開(kāi)發(fā)利用，用取之不盡、周而復(fù)始的可再生能源來(lái)不斷取代資源有限、對(duì)環(huán)境有污染的化石能源。包括：太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)崮芎蜌淠艿取＃?981年肯尼亞聯(lián)合國(guó)會(huì)議）2.1.1新能源與可再生能源1998年世界能源消費(fèi)構(gòu)成世界能源存量及可開(kāi)采年限石油1427億噸40年天然氣155.8E4億立方米61年煤炭9844.5億噸204年數(shù)據(jù)來(lái)源：BPStatisticalReviewofWorldEnergy,6200332.1概論（Introduction）

我國(guó)能源存量及可開(kāi)采年限石油1427億噸×3.4%20年天然氣155.8E4億立方米×1.3%49年煤炭9844.5億噸×58.8%115年世界能源人均占有量狀況世界人均占有量我國(guó)占比例石油26噸11%天然氣-4%煤炭208噸70%2.1.1新能源與可再生能源新能源和可再生能源是人類(lèi)社會(huì)未來(lái)能源的基石，使化石能源的替代能源。新能源和可再生能源清潔環(huán)保，是與地球的生態(tài)環(huán)境相和諧的。新能源和可再生能源是不發(fā)達(dá)國(guó)家約20億無(wú)電人口能源供應(yīng)的現(xiàn)實(shí)能源。意義：4太陽(yáng)常數(shù)：在地球大氣外面正對(duì)著太陽(yáng)的1m2面積上，每分鐘接受的太陽(yáng)的能量，1367W2.1概論（Introduction）2.1.2太陽(yáng)和太陽(yáng)能太陽(yáng)結(jié)構(gòu)：光球?qū)?、色球?qū)?、日冕層相?dāng)于全世界一年內(nèi)消耗的能源總量的0.015%，被用為燃料和食物的僅占0.002%太陽(yáng)輻射總能量3.75×1026W到達(dá)地球173×104

億KW大氣吸取23%反射30%到地球47%，81×104億KW到達(dá)陸地17×104億KW太陽(yáng)的能量：5第一階段：1615-1900年，1615年的第一臺(tái)太陽(yáng)能抽水泵。價(jià)格昂貴其次階段：1901-1920年，世界將太陽(yáng)能作為探討的重點(diǎn)，主攻太陽(yáng)能動(dòng)力裝置，最大輸出功率74KW第三階段：1921-1945年，太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)的低潮，化石燃料大規(guī)模應(yīng)用第四階段：1946-1965年，太陽(yáng)能基礎(chǔ)理論和材料的探討第五階段：1966-1973年，低潮，投資大，技術(shù)不成熟第六階段：1973-1980年，中東斗爭(zhēng)爆發(fā)，石油價(jià)格上漲，太陽(yáng)能探討列入各國(guó)發(fā)展支配第七階段：1981-1991年，潮落，石油價(jià)格回落，500KW電站20多座第八階段：1992-至今，化石能源的環(huán)境危害，光伏發(fā)電高度發(fā)展。2.1概論（Introduction）2.1.2太陽(yáng)和太陽(yáng)能太陽(yáng)能利用的歷史：6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(yáng)能發(fā)電：光-熱-電轉(zhuǎn)換，光-電轉(zhuǎn)換光化作用：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、油料作物、巨型海藻等。2.1概論（Introduction）2.1.2太陽(yáng)和太陽(yáng)能太陽(yáng)能利用方式：72.1概論（Introduction）2.1.3太陽(yáng)輻射度及特點(diǎn)描述太陽(yáng)能的常用單位：輻射通量：太陽(yáng)以輻射形式放射出的功率，亦稱輻射功率，單位W輻照度：投射到單位面積上的輻射通量，單位W/m2曝輻射量：從單位面積上接收到的輻射能，單位J/m2太陽(yáng)常數(shù)：影響地球表面太陽(yáng)輻射能的因素：太陽(yáng)高度：入射角大氣質(zhì)量：把太陽(yáng)垂直照射地面時(shí)，光線所穿過(guò)的大氣路徑，為1大氣質(zhì)量大氣透明度地理緯度日照時(shí)間海拔高度82.1概論（Introduction）2.1.4我國(guó)太陽(yáng)能的分布我國(guó)太陽(yáng)能資源帶的年曝輻射量資源帶號(hào)資源帶分類(lèi)年曝輻射量/(MJ/m2)Ⅰ資源豐富帶≧6700Ⅱ資源較豐富5400-6700Ⅲ資源一般帶4200-5400Ⅳ資源缺乏帶<4200黑吉遼重慶新疆、內(nèi)蒙、甘肅、北京、云南河南、山西、兩湖、兩廣、福建、上海西藏太陽(yáng)能資源帶的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)：9熱傳導(dǎo)：氣體中分子碰撞，絕緣體中分子振動(dòng)，導(dǎo)體中電子熱運(yùn)動(dòng)Fourier熱傳導(dǎo)定律：熱傳導(dǎo)速率與溫度梯度及熱流通過(guò)的截面積成正比qk熱傳導(dǎo)率W，導(dǎo)熱系數(shù)W/(m.K)，A截面積m2，T溫度K，X熱流方向的距離m2.2太陽(yáng)集熱器2.2.1概論太陽(yáng)集熱器定義：吸取太陽(yáng)輻射并將產(chǎn)生的熱能傳遞到傳熱工質(zhì)的裝置。它是太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，太陽(yáng)熱水器、太陽(yáng)灶、太陽(yáng)房、太陽(yáng)能溫室、太陽(yáng)能干燥、太陽(yáng)能工業(yè)加熱、太陽(yáng)能熱發(fā)電太陽(yáng)能熱利用中的傳熱學(xué)基礎(chǔ)對(duì)流：在液體或氣體中流體微團(tuán)在空間變更自己的位置，實(shí)現(xiàn)熱能的傳遞Newton冷卻定律：對(duì)流的換熱速率是跟表面與流體的溫度差以及與流體接觸的表面積成比例qc對(duì)流傳熱速率W，hc對(duì)流換熱系數(shù)W/(m2.K)，A與流體接觸的面積m2，Ts，Tf表面溫度和流體溫度K只能在氣體或液體中進(jìn)行10qR輻射功率W，常數(shù)5.6710-8W/m2.K4,放射率，A表面積m2，T表面溫度K鏡反射，入射角等于反射角漫反射，物體表面均均，它對(duì)投射的太陽(yáng)輻射無(wú)差別的向全部方向反射鏡漫反射，既有鏡反射又有漫反射。2.2太陽(yáng)集熱器2.2.1概論太陽(yáng)能熱利用中的傳熱學(xué)基礎(chǔ)輻射：物體的部分熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪?輻射向外放射。Stefan-Boltzmann定律：物體的輻射功率是跟物體溫度的4次方及物體的表面積成比例反射的類(lèi)型：11按傳熱工質(zhì)分：液體和氣體集熱器

按是否聚光：聚光型和非聚光型按是否跟蹤太陽(yáng)：跟蹤和非跟蹤是否有真空：平板型和真空管按工作溫度：低溫<100℃,中溫100-200℃，高溫>200℃2.2太陽(yáng)集熱器2.2.2太陽(yáng)集熱器的類(lèi)型2.2.3平板型集熱器結(jié)構(gòu)示意圖：234平板型集熱器構(gòu)造示意圖11-透亮蓋板，2-吸熱板，3-隔熱層，4-外殼，5-流體通道5122.2太陽(yáng)集熱器2.2.3平板型集熱器吸熱板的基本類(lèi)型I）管板式II）扁盒式III）翼管式吸熱板的類(lèi)型：I）管板式，國(guó)內(nèi)外運(yùn)用較普遍II）扁盒式，焊接難度大 III）翼管式，材料用量大，工藝較困難Ⅳ）蛇管式，流體阻力大Ⅳ）蛇管式13最大限度地吸取太陽(yáng)輻射并能將其轉(zhuǎn)化成熱能，呈現(xiàn)深色。分選擇性和非選擇性吸取涂層。2.2太陽(yáng)集熱器2.2.3平板型集熱器吸熱板上的涂層（關(guān)鍵）：各種方法制備的選擇性吸收層的發(fā)射率

制備方法涂層材料舉例發(fā)射率噴涂方法硫化鉛、氧化鈷、氧化鐵、鐵錳銅氧化物0.3-0.5化學(xué)方法氧化銅、氧化鐵0.18-0.32電化學(xué)方法黑鉻、黑鎳、黑鈷、鋁陽(yáng)極氧化0.08-0.2真空蒸發(fā)方法黑鉻/鋁、硫化鉛/鋁0.05-0.12磁控濺射方法鋁-氮/鋁-氮-氧/鋁、鋁-碳-氧/鋁、不銹鋼-碳/鋁0.04-0.09平板型集熱器的缺點(diǎn)：熱傳導(dǎo)-底部和側(cè)面隔熱層對(duì)流傳熱-吸熱板與透亮蓋板之間的空氣輻射傳熱-吸熱板與透亮蓋板之間；透亮蓋板與天空之間14

熱管式工質(zhì)熱容小，啟動(dòng)快，干性連接，易安裝全玻璃真空管集熱器2.2太陽(yáng)集熱器2.2.4真空管太陽(yáng)集熱器將吸熱體與透亮蓋板之間的空間抽成真空熱管式真空管集熱器1345621-內(nèi)玻璃管，2-外玻璃管，3-選擇性吸取涂層，4-真空，5-彈簧支架，6-消氣劑123845671-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152.2太陽(yáng)集熱器2.2.5太陽(yáng)池定義：是一種鹽的濃度隨深度增加而增加的鹽水池，更準(zhǔn)確地說(shuō)，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，即使在下部溫度高于上部溫度時(shí)，池水也不會(huì)發(fā)生對(duì)流，所以太陽(yáng)池也稱為無(wú)對(duì)流的鹽水池。太陽(yáng)池的構(gòu)成上層對(duì)流區(qū)無(wú)對(duì)流區(qū)下層對(duì)流區(qū)太陽(yáng)池可以利用自然現(xiàn)象，即自然界中存在的一些具有鹽度梯度的湖泊。是一種特殊形式的自然集熱器。162.2太陽(yáng)集熱器2.2.5太陽(yáng)池人工太陽(yáng)池的制備方法自下向上分層充液的方法，先充濃度大的液體，再充濃度小的液體，即越往上其溶液濃度越低。先充濃度低的溶液，然后從底部注入濃度較高的溶液。對(duì)于大型太陽(yáng)池，先理論計(jì)算須要鹽量，再將鹽一次倒入池中，并加以適量的淡水，用水泵攪動(dòng)池內(nèi)的水，將鹽溶解制成飽和溶液，在制備好的飽和溶液上方，再加淡水直到預(yù)定的太陽(yáng)池液面。此時(shí)太陽(yáng)池分為上、下兩層，假如由上、層同時(shí)抽水，經(jīng)過(guò)一個(gè)三通再?gòu)膬蓪又g注水入池，這樣，太陽(yáng)池就形成了三層。此后，可以在任何相鄰兩層之間重復(fù)這一過(guò)程，直到形成所須要的層數(shù)為止。維持池內(nèi)鹽度的方法：常常向池底補(bǔ)充鹽分，同時(shí)清洗表面等。172.2太陽(yáng)集熱器2.2.5太陽(yáng)池太陽(yáng)池的能量利用方法：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(yáng)池底部吸取能量，溫度提高后流出。利用池內(nèi)的密度梯度實(shí)現(xiàn)分層流淌，從下層對(duì)流區(qū)的一端抽取熱的池水，在池外的熱交換器中放出熱能，溫度降低后再?gòu)牧硪粋?cè)返回池的底部。太陽(yáng)池的應(yīng)用形式，供暖、鹽水淡化、制鹽及太陽(yáng)能熱發(fā)電等方面。18依據(jù)集熱溫度和結(jié)構(gòu)：低溫集熱（θ+10-20℃）；中溫集熱（θ+20-40℃）；中高溫集熱（θ+40-70℃）；高溫集熱（θ+70-120℃,θ-室外溫度）。太陽(yáng)能熱水器的分類(lèi)多種多樣，不必拘泥于一種形式2.3太陽(yáng)熱水器2.3.1太陽(yáng)熱水器的類(lèi)型太陽(yáng)熱水器由集熱器、儲(chǔ)熱水箱、循環(huán)水泵、管道、支架、限制系統(tǒng)及相關(guān)部件等組成。集熱器與儲(chǔ)水箱結(jié)合方式：一體的為悶曬熱水器；緊密結(jié)合為整體熱水器；分別的為分別熱水器。依據(jù)集熱工質(zhì)循環(huán)特點(diǎn)：自然循環(huán)熱水器；強(qiáng)迫循環(huán)熱水器；直流熱水器。依據(jù)工質(zhì)循環(huán)次數(shù)：低一次循環(huán)熱水器（單回路循環(huán)）；二次循環(huán)熱水器（雙回路循環(huán)）。依據(jù)集熱溫度的材料：金屬；玻璃；塑料依據(jù)熱水運(yùn)用時(shí)間：季節(jié)性、全年性、全天候熱水器19太陽(yáng)熱水器的儲(chǔ)熱水的量在0.6t以下為家用太陽(yáng)熱水器，0.6t以上則為太陽(yáng)熱水系統(tǒng)或太陽(yáng)熱水工程。2.3太陽(yáng)熱水器2.3.2家用太陽(yáng)熱水器1891年美國(guó)馬蘭里州的肯普獨(dú)創(chuàng)第一臺(tái)太陽(yáng)能熱水器2.3.3太陽(yáng)熱水系統(tǒng)悶曬式：特點(diǎn)是水在集熱器中不流淌，悶在其中受熱升溫，故稱悶曬式。這種熱水器結(jié)構(gòu)特別簡(jiǎn)潔，當(dāng)集熱器中的水溫上升到確定值時(shí)即可放水運(yùn)用。直流式：直流式是由集熱器、蓄熱水箱、補(bǔ)給水箱和連接管道組成的開(kāi)式熱虹吸系統(tǒng)水箱供熱水管自來(lái)水管熱水管上升管下降管熱吸虹型直流式熱水系統(tǒng)熱虹吸型直流式熱水系統(tǒng)的補(bǔ)給水位由浮球閥限制，使之與集熱器出口熱水管（上升管）的最高位置一樣。202.3太陽(yáng)熱水器2.3.3太陽(yáng)熱水系統(tǒng)定溫放水型直流式熱水系統(tǒng)控制器蓄水箱電接點(diǎn)溫度計(jì)電動(dòng)變流量閥自來(lái)水管供水管集熱器的出口裝有感溫元件，通過(guò)限制器操縱集熱器入口管路上的電磁閥或電動(dòng)閥，使出口水溫能始終滿足運(yùn)用要求。21循環(huán)型熱水器：循環(huán)型太陽(yáng)能熱水器,自然循環(huán)型和強(qiáng)迫循環(huán)型2.3太陽(yáng)熱水器2.3.3太陽(yáng)熱水系統(tǒng)自然循環(huán)熱水系統(tǒng)

a)帶補(bǔ)給水箱b)不帶補(bǔ)給水箱上循環(huán)管上循環(huán)管循環(huán)水箱下循環(huán)管下循環(huán)管補(bǔ)水管補(bǔ)水管溢水管補(bǔ)給水箱循環(huán)水箱22自然循環(huán)定溫放水系統(tǒng)蓄水箱循環(huán)水箱上循環(huán)管下循環(huán)管電磁閥供熱水管220V電源熱水管自來(lái)水補(bǔ)水箱電接點(diǎn)壓力溫度計(jì)繼電器2.3太陽(yáng)熱水器2.3.3太陽(yáng)熱水系統(tǒng)循環(huán)型熱水器接受定溫放水及小的循環(huán)水箱加快了熱水的循環(huán)，提高了熱效率，并可多產(chǎn)熱水。另一方面用水又須要確定壓頭，使蓄水箱的位置凹凸受到很大限制，也限制了該熱水系統(tǒng)的運(yùn)用232.４太陽(yáng)灶2.４.１概述太陽(yáng)灶是利用太陽(yáng)輻射能，通過(guò)聚光、傳熱、儲(chǔ)熱等方式獲得能量，進(jìn)行烹飪食物的一種方式。一臺(tái)截光面積為2m2的聚光太陽(yáng)灶，每年可以節(jié)約約1t的農(nóng)作物秸稈。我國(guó)目前已經(jīng)推廣應(yīng)用的太陽(yáng)灶有30萬(wàn)臺(tái)。2.４.１太陽(yáng)灶的性能和結(jié)構(gòu)類(lèi)型具有確定的高溫，耐候性能，距離可調(diào)性，與人體保持確定的距離。箱式太陽(yáng)灶：食物蒸煮、烘烤。聚光太陽(yáng)灶：可獲得500℃左右的高溫綜合型太陽(yáng)灶：箱式和聚光型的結(jié)合242.5太陽(yáng)房2.5.1概述利用太陽(yáng)能進(jìn)行采溫煦空調(diào)的環(huán)保型生態(tài)建筑，必需具有協(xié)助熱源，包括煤、氣、油或電能。2.5.2太陽(yáng)房的原理和類(lèi)型基本上分為：主動(dòng)太陽(yáng)房、被動(dòng)太陽(yáng)房和熱泵式太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)

主動(dòng)式太陽(yáng)房-是在建筑與結(jié)構(gòu)按太陽(yáng)房技術(shù)條例設(shè)計(jì)與建立基礎(chǔ)上通過(guò)集熱器、貯熱器、管道、風(fēng)機(jī)或水泵等設(shè)備來(lái)收集、貯存及輸配太陽(yáng)能，向建筑供暖。被動(dòng)太陽(yáng)房-是依靠建筑物本身的合理布局，通過(guò)窗、墻、屋頂、地面及設(shè)置的建筑結(jié)構(gòu)盡量多地吸取和貯存太陽(yáng)能，以自然的輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)方式傳熱，它無(wú)須特地的集熱器、貯熱器、管道、風(fēng)機(jī)或泵等設(shè)備。252.5太陽(yáng)房2.5.2太陽(yáng)房的原理和類(lèi)型a.干脆受益式:它是利用陽(yáng)光干脆透過(guò)大面積的玻璃窗進(jìn)入室內(nèi)，照射到墻壁、地板及家具上，使其吸熱，受熱體溫度上升，然后通過(guò)輻射與對(duì)流等換熱方式加熱室內(nèi)空氣與其他未受太陽(yáng)輻射的墻、地板與物體等，提高其溫度，供應(yīng)采暖。被動(dòng)太陽(yáng)房的類(lèi)型b.集熱墻式:由法國(guó)學(xué)者特朗勃提出的一種集熱取暖方式，故也稱為特朗勃墻式。南面一層或兩層玻璃板后面為一道重型結(jié)構(gòu)的集熱墻，墻外表面涂有黑色涂料，上下開(kāi)通風(fēng)口，并設(shè)有可開(kāi)閉的活門(mén)。玻璃板和集熱墻之間留有10-20cm的間隙，當(dāng)陽(yáng)光透過(guò)玻璃板照射在集熱墻上時(shí)，被墻吸取，其外表面溫度上升，所吸取的熱量，一部分通過(guò)玻璃板向室外散失；一部分加熱夾層中的空氣，從而使空氣與室內(nèi)空氣的密度不同，可通過(guò)上下通風(fēng)口形成自然對(duì)流，由上通風(fēng)口將熱空氣送入室內(nèi)，室內(nèi)的空氣由下通風(fēng)口流入夾層被加熱，如此循環(huán)對(duì)流向室內(nèi)供暖；剩下部分則通過(guò)集熱墻體導(dǎo)熱傳至墻內(nèi)壁，室內(nèi)空氣通過(guò)與之對(duì)流換熱提高溫度。為防止在陰雨天氣或晚間無(wú)太陽(yáng)輻射時(shí)夾層中的空氣倒循環(huán)，將上下通風(fēng)口關(guān)閉。262.5太陽(yáng)房2.5.2太陽(yáng)房的原理和類(lèi)型被動(dòng)太陽(yáng)房的類(lèi)型c.附加陽(yáng)光間式:在居室的南墻外建一玻璃罩著的陽(yáng)光間。陽(yáng)光間與室內(nèi)空間由墻及窗隔開(kāi)。其供暖方式是集熱墻與干脆受益式的結(jié)合，這種形式的陽(yáng)光間可以用來(lái)養(yǎng)花或培植植物，但玻璃表面積大散熱損失大，因而降低了收集陽(yáng)光的有效熱量。d.屋頂集熱蓄熱式:將充溢水的黑色塑料袋放在屋頂上。在冬天白天，太陽(yáng)輻射把水加熱，由于其下的屋頂不設(shè)保溫層，熱量透過(guò)屋頂傳入室內(nèi)；在晚上，用保溫板遮蓋塑料水袋，以削減熱水向室外環(huán)境散熱。水的熱容量很大，可以儲(chǔ)存較多的能量，以滿足晚上室內(nèi)采暖的須要。e.自然對(duì)流回路式:設(shè)計(jì)的構(gòu)思是，設(shè)法增加南墻的集熱面積，以便提高室內(nèi)溫度。這種太陽(yáng)房白天干脆依靠太陽(yáng)輻射供暖，多余的熱量被熱容量大的建筑物本體（如墻、天花板、地基）及由碎石填充的蓄熱槽吸取；夜間通過(guò)自然對(duì)流放熱使室內(nèi)保持確定的溫度，達(dá)到采暖的目的。2728熱泵技術(shù)-是反向運(yùn)用的制冷機(jī)，它的熱能大部分來(lái)自四周環(huán)境，只有一少部分是由電能轉(zhuǎn)變而成，將低溫環(huán)境的熱能轉(zhuǎn)移到溫度較高的環(huán)境中。2.5太陽(yáng)房2.5.2太陽(yáng)房的原理和類(lèi)型1-壓縮機(jī)，2-蒸發(fā)器，3-熱輸入，4-節(jié)流閥，5-高壓液體，6-熱輸出，7-冷凝管

12743561熱泵性能好壞衡量指標(biāo)：志向循環(huán)中，此系數(shù)與溫度差成反比：卡諾循環(huán)效率例題：溫度從10℃的熱源給40℃的冷源，則得到的性能系數(shù)為？（系統(tǒng)各部件總效率為0.5）消耗1kW的能量獲得5.74kW的能量292.5太陽(yáng)房2.5.3太陽(yáng)房評(píng)價(jià)指標(biāo)熱性能評(píng)價(jià)：一般用用太陽(yáng)能保證率(SHF)和太陽(yáng)房節(jié)能率(SSF)等表示。經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法：償還年限是指太陽(yáng)房采暖較常規(guī)采暖多投資的部分，用每年的經(jīng)濟(jì)效益回收的年限。A-太陽(yáng)房較對(duì)比房增加的初投資，元/m2B-太陽(yáng)房較對(duì)比房每年節(jié)約的費(fèi)用，元/（m2.a）i-年利率。302.6太陽(yáng)能干燥2.6.1太陽(yáng)能干燥的基本原理使被干燥的物料，或者干脆吸取太陽(yáng)能并將其轉(zhuǎn)化為熱能，或者通過(guò)太陽(yáng)集熱器所加熱的空氣進(jìn)行對(duì)流患熱而獲得熱量，再經(jīng)過(guò)物料表面與物料內(nèi)部之間的傳熱、傳質(zhì)過(guò)程，使物料中的水分逐步汽化并擴(kuò)散到空氣中去的過(guò)程。水和物料的結(jié)合方式游離水分：存在在物料的空隙和表面的水分。物化結(jié)合水：以確定的物理化學(xué)結(jié)合力與物料結(jié)合起來(lái)的水分，包括無(wú)聊的吸附水、結(jié)構(gòu)水分和毛細(xì)管水分?；瘜W(xué)結(jié)合水分：依據(jù)確定的數(shù)量或比例與化合物結(jié)合而生成帶結(jié)晶水的化合物中的水分。常溫干燥較難除去，需在高溫下加熱才能夠除去。312.6太陽(yáng)能干燥2.6.2太陽(yáng)能干燥系統(tǒng)的分類(lèi)

a.溫室型太陽(yáng)能干燥系統(tǒng)物料主要靠吸取太陽(yáng)輻射而被干燥，傳熱方式主要是輻射，為了排濕，需運(yùn)用自然對(duì)流或風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空氣帶走濕氣，由于溫室容積較大，為使物料上下層干燥勻整，接受雙流通風(fēng)排濕系統(tǒng)。b.對(duì)流式太陽(yáng)能干燥系統(tǒng)由空氣集熱器和干燥室組成。利用集熱器加熱空氣，然后利用自然對(duì)流（常用于小型系統(tǒng)）或風(fēng)機(jī)將熱空氣送入干燥室，對(duì)物料進(jìn)行對(duì)流加熱干燥。c.溫室與對(duì)流結(jié)合型陽(yáng)光透過(guò)溫室頂部玻璃蓋板直射框架上的物料，使之受輻射加熱干燥；南墻外部有空氣集熱器，加熱的空氣由風(fēng)機(jī)送入干燥室底部向上經(jīng)框架上的物料，進(jìn)行對(duì)流加熱，吸濕后一部分從后墻頂部煙囪排出，剩余部分可回流再用。32332.7太陽(yáng)能溫室2.7.1太陽(yáng)能溫室定義溫室效應(yīng)：就是太陽(yáng)光透過(guò)透亮材料進(jìn)入溫室內(nèi)部空間，使進(jìn)入溫室的太陽(yáng)輻射能大于溫室向四周環(huán)境散失的熱量，這樣溫室內(nèi)的空氣、土壤、植物的溫度就會(huì)不斷上升，這種過(guò)程叫做“溫室效應(yīng)”。太陽(yáng)能溫室：就是依據(jù)溫室效應(yīng)的原理加以建立的人工暖房，以滿足植物生長(zhǎng)對(duì)溫度的要求。342.8太陽(yáng)能制冷與空調(diào)2.8.1概述太陽(yáng)能制冷是利用太陽(yáng)輻射熱作動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)制冷裝置工作。太陽(yáng)能空調(diào)的優(yōu)點(diǎn)太陽(yáng)能空調(diào)主要以吸取式制冷為主，運(yùn)用LiBr為介質(zhì)，無(wú)臭、無(wú)毒、無(wú)害，特別環(huán)保吸取式制冷機(jī)制運(yùn)用功率很小的屏蔽泵，運(yùn)行安靜、噪聲低。同一套太陽(yáng)能吸取式空調(diào)系統(tǒng)，可以夏季制冷、冬季采溫煦其他季節(jié)供應(yīng)熱水等三種功能，一機(jī)多用，四季常用由于越是太陽(yáng)輻射強(qiáng)的時(shí)候，越須要制冷，其制冷實(shí)力也越強(qiáng)。太陽(yáng)能空調(diào)的現(xiàn)階段局限性太陽(yáng)能空調(diào)以及集熱器的造價(jià)高。自然條件下，某些地區(qū)太陽(yáng)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。已處在好用化示范階段，都是適合于單位的中心空調(diào)，小型的制冷裝置尚未完全開(kāi)發(fā)。35太陽(yáng)能制冷系統(tǒng)的類(lèi)型2.8太陽(yáng)能制冷與空調(diào)2.8.1概述太陽(yáng)能吸取式制冷太陽(yáng)能吸附式制冷太陽(yáng)能除濕式制冷太陽(yáng)能蒸汽壓縮機(jī)式制冷太陽(yáng)能蒸汽噴射式制冷吸取和吸附的區(qū)分：一相互溶體系，兩相。36間歇式太陽(yáng)能吸收式制冷蒸發(fā)器水冷凝器空氣冷卻器平板集熱器2.8.2太陽(yáng)能吸取式制冷系統(tǒng)間歇式NH3制冷的工作原理當(dāng)受太陽(yáng)照射后，氨水中的氨由于沸點(diǎn)低便首先蒸發(fā)。隨著蒸發(fā)不斷進(jìn)行，氨蒸汽壓力上升，集熱器中的氨水濃度愈來(lái)愈低，成為稀氨水。氨蒸汽通過(guò)空氣冷卻器和水冷卻器冷凝為氨溶液。此時(shí)，打開(kāi)閥門(mén)A，關(guān)閉閥門(mén)B、C，氨溶液流經(jīng)閥門(mén)A貯存在蒸發(fā)器中，這就是白天接受太陽(yáng)能獲得氨溶液的過(guò)程，稱之為再生過(guò)程集熱器將作為散熱器運(yùn)用，由于向環(huán)境散熱，器內(nèi)溫度、壓力下降。這時(shí)，關(guān)閉閥門(mén)A、C，打開(kāi)閥門(mén)B，蒸發(fā)器中的氨溶液壓力下降，氨溶液汽化吸熱，使蒸發(fā)器內(nèi)溫度急劇下降，達(dá)到制冷目的，這就是制冷過(guò)程。優(yōu)缺點(diǎn)：制冷劑氨液中常含有水，使制冷劑不純，降低了制冷效率與單位溶液的制冷量；并且氨有泄漏，要污染環(huán)境，對(duì)人體有害。但氨本身粘度低，潛熱大，導(dǎo)熱性能好，是良好的制冷劑，價(jià)格便宜。372.8.2太陽(yáng)能吸取式制冷系統(tǒng)連續(xù)式LiBr制冷的工作原理集熱器吸取太陽(yáng)能加熱其中的水，作為發(fā)生器中加熱水—溴化鋰溶液的熱源。水的沸點(diǎn)比溴化鋰的沸點(diǎn)（12650C)低得多，水首先變成水蒸汽而上升到冷凝器中，被冷卻后成為純水，進(jìn)入蒸發(fā)器。然后由冷凝泵將蒸發(fā)器底部的水抽到上部從噴水口噴出，由于壓力降低而汽化，并吸取冷凍水的熱量使冷凍水冷卻，以供房間空調(diào)降溫用。汽化的水蒸汽再流入吸取器，被從發(fā)生器流回的濃溴化鋰水溶液噴淋所吸取，成為稀的溴化鋰水溶液，由溶液泵將其經(jīng)換熱器吸熱后送入發(fā)生器，完成一個(gè)制冷循環(huán)，不斷利用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變的熱能，制取空調(diào)用的冷凍水。優(yōu)缺點(diǎn)：若制冷溫度5-100C，其相應(yīng)的飽和壓力為8.7-12.0hPa（百帕），即達(dá)到99%左右的真空度，因此系統(tǒng)須在高度真空狀態(tài)下工作，對(duì)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行都要求很高；且制冷溫度不能再低，必需在00C以上，故這種制冷系統(tǒng)只能用于空調(diào)，不能用于冷凍，溶液對(duì)金屬還有猛烈的腐蝕性。吸收器發(fā)生器蒸發(fā)器冷凝器集熱器換熱器連續(xù)式太陽(yáng)能水-溴化鋰吸收式制冷節(jié)流閥382.8.3太陽(yáng)能吸附式制冷系統(tǒng)將太陽(yáng)集熱器與吸附式制冷機(jī)聯(lián)合運(yùn)用，吸附劑與制冷劑可以有不同的選擇,例如：沸石-水，活性炭-甲醇等協(xié)助熱水或冷卻水出口吸附集熱器閥1閥2冷凝器蒸發(fā)儲(chǔ)液罐風(fēng)機(jī)盤(pán)管冷媒水泵太陽(yáng)能吸附式制冷系統(tǒng)工作原理示意圖可用于冰箱或冷藏柜，較吸取式制冷應(yīng)用廣一些392.8.4太陽(yáng)能除濕式制冷系統(tǒng)利用干燥劑（除濕劑）來(lái)吸附空氣中的水蒸氣以降低空氣的濕度進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降溫制冷的。與傳統(tǒng)的蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，無(wú)困難部件節(jié)電效果好，電能性能系數(shù)很高無(wú)需氟利昂作為制冷劑，環(huán)保噪聲低，空氣品質(zhì)優(yōu)良常壓下工作402.8.5太陽(yáng)能蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)太陽(yáng)能蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)主要由太陽(yáng)集熱器、蒸汽輪機(jī)和蒸汽壓縮式制冷機(jī)等組成。即常規(guī)的蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)中的壓縮機(jī)接受太陽(yáng)能熱機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)2.8.6太陽(yáng)能蒸汽噴射式制冷系統(tǒng)太陽(yáng)能蒸汽噴射式制冷系統(tǒng)主要由蒸汽噴射器、冷凝器、蒸發(fā)器、泵等組成。低沸點(diǎn)工質(zhì)的高壓蒸汽通過(guò)蒸汽噴射器的噴嘴，因其流出速度高、壓力低，就吸引蒸發(fā)器內(nèi)生成的低壓蒸氣，進(jìn)入混合室。此混合蒸氣流經(jīng)擴(kuò)壓室后，速度降低，壓力增加，然后進(jìn)入冷凝器被冷凝成液體，液態(tài)的低沸點(diǎn)工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)，吸取冷媒水的熱量，從而達(dá)到制冷效果。412.9太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)2.9.1太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)工作原理與火力發(fā)電系統(tǒng)的工作原理基本相同，根本區(qū)分是熱源不同，主要以太陽(yáng)能為熱源?；鹆Πl(fā)電熱源：煤炭、石油、自然氣等化石燃料?；鹆Πl(fā)電：將煤炭、石油和自然氣等燃料所得到的熱能變換成機(jī)械能，再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能的發(fā)電方式。太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的總效率ηs

為集熱器效率ηc、熱機(jī)效率ηm和發(fā)電機(jī)效率ηe

的乘積。志向熱機(jī)效率（卡諾循環(huán)）：422.9.2太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的基本類(lèi)型槽式線聚焦系統(tǒng)：利用槽形拋物面反射鏡將太陽(yáng)光聚焦到集熱器對(duì)傳熱工質(zhì)加熱塔式系統(tǒng)：又稱集中型系統(tǒng)，在很大面積的場(chǎng)地上裝很多臺(tái)大型反射鏡（定日鏡），把太陽(yáng)光集中到一個(gè)高塔頂部的接收器上。碟式系統(tǒng)：又稱盤(pán)式系統(tǒng)，接受盤(pán)狀拋物面鏡聚光集熱器。塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)示意圖。432.9.2太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的基本類(lèi)型太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)歷史20世紀(jì)90年頭美國(guó)能源部認(rèn)為槽式電站成本可以降低30%左右，已可以步入商業(yè)化。目前，美國(guó)已有11座系統(tǒng)運(yùn)行，裝機(jī)容量在36.5萬(wàn)卡瓦。歐洲正在研制，100-200MW槽式和塔式系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)1-5MW的碟式太陽(yáng)能-燃油混合系統(tǒng)。日本、法國(guó)、以色列、意大利、西班牙、德國(guó)、前蘇聯(lián)、澳大利亞等國(guó)已建立試驗(yàn)示范系統(tǒng)。我國(guó)20世紀(jì)70年頭，天津高校、中科院電工探討所和上海機(jī)械學(xué)院進(jìn)行了探討，并在天津和上海分別建了1KW的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電模擬裝置，80年頭，將碟式小型裝置列入863支配。442.10太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)2.10.1概述通過(guò)太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電系統(tǒng)，稱為太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)（太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)）2002年底，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的總裝機(jī)容量約為2200MW，我國(guó)40MW左右，2002年世界太陽(yáng)能電池年產(chǎn)量超過(guò)559.3MW,較01年增長(zhǎng)33.94%。光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行方式可分為離網(wǎng)運(yùn)行和聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行兩大類(lèi)。離網(wǎng)運(yùn)行適用于遠(yuǎn)離公共電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)和無(wú)電地區(qū)：偏僻農(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)、輸油輸氣管道陰極愛(ài)護(hù)、氣象電臺(tái)、馬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(shì)，市場(chǎng)廣袤，前景迷人。第一個(gè)太陽(yáng)電池1954年產(chǎn)生于美國(guó)貝爾試驗(yàn)室，1958年被用作“先鋒1號(hào)”的電源上了天。這種電池使人造衛(wèi)星的電源可平安工作20年之久。452.10太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)2.10.2太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心！1.太陽(yáng)能電池及其分類(lèi)它是利用光生伏打效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷纸泄夥骷?。光生伏打效?yīng)：物質(zhì)吸取光能產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，在液體和固體物中都會(huì)發(fā)生，只在固體中有較高的能量轉(zhuǎn)換效率。半導(dǎo)體10-8-10-6

Ω?cm導(dǎo)體-----108-1020

Ω?cm絕緣體-----10-5-107

Ω?cm半導(dǎo)體特性：1.電阻率的變更受雜質(zhì)含量的影響極大2.電阻率受光和熱等外界條件的影響極大例：硅中參雜百萬(wàn)分之的硼，電阻率即從2.14×103Ω?cm減小到0.004Ω?cm

鍺溫度從200℃到300℃，電阻率就降低一半左右。462.10太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)2.10.2太陽(yáng)能電池1.太陽(yáng)能電池及其分類(lèi)半導(dǎo)體分類(lèi)：1.元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體（化學(xué)成分）

2.本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體（是否有雜質(zhì)）

3.n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體（導(dǎo)電類(lèi)型）

4.磁性半導(dǎo)體、壓電半導(dǎo)體、鐵電、有機(jī)、玻璃、氣敏半導(dǎo)體等太陽(yáng)能電池分類(lèi)：1.同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)和肖特基太陽(yáng)能電池（按結(jié)構(gòu)分）由同一種半導(dǎo)體材料構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)p-n結(jié)的太陽(yáng)能電池。由兩種不同禁帶寬度的半導(dǎo)體材料在相接的界面上構(gòu)成一個(gè)異質(zhì)p-n結(jié)的太陽(yáng)能電池。用金屬和半導(dǎo)體接觸組成一個(gè)“肖特基勢(shì)壘”的太陽(yáng)能電池，也叫MS太陽(yáng)能電池，原理為金屬-半導(dǎo)體接觸時(shí)在確定條件下產(chǎn)生正整流接觸的肖特基效應(yīng)。2.硅太陽(yáng)能電池、硫化鎘和砷化鎵太陽(yáng)能電池（按材料分）

472.10太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)2.10.2太陽(yáng)能電池2.太陽(yáng)能電池的工作原理、特性及制造方法太陽(yáng)能電池工作原理太陽(yáng)能電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體p-n結(jié)的光生伏打效應(yīng)，即物體受到光照時(shí)，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變更而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電流的一種效應(yīng)。當(dāng)太陽(yáng)光或其他光照射半導(dǎo)體p-n結(jié)時(shí)，就會(huì)在p-n結(jié)的兩端出現(xiàn)電壓（光生電壓），使p-n結(jié)短路就會(huì)產(chǎn)生電流。p型半導(dǎo)體：電子在外界的能量激發(fā)后離開(kāi)原來(lái)的固定位置，形成孔穴，在此導(dǎo)體中摻入可以捕獲電子的硼、鋁、鎵、銦等元素，即形成了空穴型半導(dǎo)體，即p型。n型半導(dǎo)體：假如摻入能放電子的磷、砷或銻等雜質(zhì)元素，則形成電子型半導(dǎo)體，即n型。p-n結(jié)：將兩種半導(dǎo)體結(jié)合在一起，由于電子和空穴的擴(kuò)散，在交界面處形成p-n結(jié)。它是晶體二極管的基本結(jié)構(gòu)，是很多半導(dǎo)體器件的核心。48導(dǎo)帶(空)禁帶能隙(Eg)價(jià)帶(滿)導(dǎo)電電子空穴半導(dǎo)體能帶模型a)0K時(shí)的本征絕緣體或半導(dǎo)體b)T>0K時(shí)的本征半導(dǎo)體

2.10太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)2.10.2太陽(yáng)能電池能帶：在一個(gè)孤立的原子中，電子只能在一些特定的軌道上運(yùn)動(dòng)，不同軌道的電子能量不同。所以原子中的電子只能容許取一些特定的值，每個(gè)能量稱為一個(gè)能級(jí)。晶體中原子有規(guī)則排列組成的，使各原子的相同能級(jí)相互作用，略有差別，形成能帶。原子的外層電子在晶體中處于較高的能帶，內(nèi)層電子處在低能帶中，能帶中的電子不圍繞各自的原子核做閉合軌道運(yùn)動(dòng)，而是為各原子共有，在晶體中運(yùn)動(dòng)。概念介紹492.10太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)2.10.2太陽(yáng)能電池載流子：運(yùn)載電流的粒子。導(dǎo)體中載流子是自由電子，半導(dǎo)體中的載流子一種是帶負(fù)電的電子，一種是帶正電的空穴?？昭ǎ喊雽?dǎo)體中的一種載流子。施主：凡參入純凈半導(dǎo)體中的某種雜志的作用是供應(yīng)導(dǎo)電電子的，叫施主雜質(zhì)，也叫施主。例如，對(duì)硅而言，磷、砷、銻等。受主：凡參入純凈半導(dǎo)體中的某種雜志的作用是接受電子的，或稱供應(yīng)空穴的，叫受主雜質(zhì)，也叫受主。例如，對(duì)硅而言，硼、鎵、鋁等。502.10太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)2.10.2太陽(yáng)能電池2.太陽(yáng)能電池的工作原理、特性及制造方法太陽(yáng)能電池的制造方法：電池都是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體相接觸形成P-N結(jié)而成的。P型區(qū)上的接點(diǎn)為正極，N型區(qū)上的接點(diǎn)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)，并用金屬連接形成上電極（負(fù)極）。柵線接觸是為了降低N型區(qū)的串聯(lián)電阻。太陽(yáng)光N接點(diǎn)P接點(diǎn)負(fù)荷P型硅片N型硅片硅太陽(yáng)電池基本結(jié)構(gòu)硅太陽(yáng)電池單體在最佳負(fù)荷狀態(tài)的工作電壓約為0.4-0.5V。通常太陽(yáng)能電池由多個(gè)單元電池串并聯(lián)，并配有蓄電池和愛(ài)護(hù)電路。3.太陽(yáng)能電池的影響因素：溫度越高越不利；大氣中的粒子，如電子流、質(zhì)子流、射線和X射線引起電性能衰減。512.10太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)2.10.2太陽(yáng)能電池4.太陽(yáng)能電池的評(píng)價(jià)指標(biāo)填充因子FF:評(píng)價(jià)太陽(yáng)能電池的輸出特性Ump-負(fù)載電壓，Imp-負(fù)載電流Uoc-開(kāi)路電壓，Isc-短路電流太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率:太陽(yáng)能電池的最大輸出功率與照射到電池上的入射光的功率之比。硅太陽(yáng)能電池的理論效率上限為33%,目前實(shí)際單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率一般為12%-20%。太陽(yáng)能電池的光譜響應(yīng)

:太陽(yáng)能電池在入射光中每一種波長(zhǎng)的光能的作用下，所收集到的光電流與相對(duì)于入射到電池表面的該波長(zhǎng)光子數(shù)之比，也叫光靈敏度。522.10太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)2.10.2太陽(yáng)能電池5.太陽(yáng)能電池的制造方法太陽(yáng)光N接點(diǎn)P接點(diǎn)負(fù)荷P型硅片N型硅片硅太陽(yáng)電池基本結(jié)構(gòu)單晶硅太陽(yáng)能電池的一般制造方法硅片的選擇:考慮硅材料的導(dǎo)電性能，電阻率、晶向等。硅片表面準(zhǔn)備：切好的硅片臟且不平，表面要經(jīng)過(guò)濃硫酸化學(xué)清洗，酸