第二讲-太阳能课件

第二讲太阳能太阳辐射太阳能热利用太阳能光利用太阳能化学利用太阳能生物利用能源动力与机械工程学院华北电力大学第二讲太阳能太阳辐射能源动力与机械工程学院华北电力大学1能源动力与机械工程学院华北电力大学能源动力与机械工程学院华北电力大学2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。能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳——众星之母太阳是太阳系的中能源动力与机械工程学院华北电3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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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4太阳的内部构造能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳的内部构造能源动力与机械工程学院华北电力大学5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0.3～3μm的黑体。能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳的构造

从太阳的构造可见，太阳并不是一个温度恒定的黑体，6太阳辐射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1.39×106km，是地球的109倍，质量约为2.2×l027t，为地球质量的3.32×105倍，体积则比地球大1.3×106倍，平均密度为地球的1/4。其主要组成气体为氢（约71％）和氦（约27％）。能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳辐射太阳是一个炽热的气态球体，没有固体的星体或核心。能源7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，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。能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳——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8能源动力与机械工程学院华北电力大学能源动力与机械工程学院华北电力大学9太阳光谱能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳光谱能源动力与机械工程学院华北电力大学10太阳能光谱能量分布紫外线占3%波长在200-370nm（纳米）谱带为紫外线谱带，它的穿透性强，可以到达人体皮肤的深处并引起皮肤黑色素沉着、物品老化褪色等。可见光占42%波长在380-780nm为可见光谱带，它对人体没有直接伤害。红外线占55%。波长在850-4000nm为红外线谱带，它的热量高。能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能光谱能量分布紫外线占3%能源动力与机械工程学院华北电力11

太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。太阳煤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，分布广泛，维护方便，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。能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。太阳煤秒钟照射到地球上12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。

太阳辐射能源动力与机械工程学院华北电力大学人类对太阳能的利用有悠久的历史。太阳辐射能源动力与13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，各地太阳年辐射量大致在930～2330kW·h/m2之间。能源动力与机械工程学院华北电力大学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14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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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、15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130～150千卡／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110～130千卡／平方公分。

能源动力与机械工程学院华北电力大学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16太阳能量巨大由核聚变可知，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。能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能量巨大由核聚变可知，氢聚合成氦在释放巨大能量的同时，每17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.1901年美国建成太阳能抽水装置1913年埃及建成太阳能水泵能源动力与机械工程学院华北电力大学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18太阳能的利用太阳能利用涉及的技术问题太阳能采集太阳能转换太阳能贮存太阳能传输能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能的利用太阳能利用涉及的技术问题能源动力与机械工程学院华19太阳能的实际利用光热利用太阳能光电利用太阳能1太阳能热发电a热电直接转换（半导体温差发电、磁流体）b蒸气热动力发电2太阳能光发电a光伏发电b光化学发电c光生物发电d光感应发电能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能的实际利用能源动力与机械工程学院华北电力大学20太阳能光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。能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能光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21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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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22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。

能源动力与机械工程学院华北电力大学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23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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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24上海世博会主体建筑屋顶上的太阳能装置能源动力与机械工程学院华北电力大学上海世博会主体建筑屋顶上的太阳能装置能源动力与机械工程学院华25太阳能热水器能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能热水器能源动力与机械工程学院华北电力大学26太阳灶能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳灶能源动力与机械工程学院华北电力大学27太阳炉太阳灶能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳炉太阳灶能源动力与机械工程学院华北电力大学28利用小型太阳能装置为房屋采暖供热能源动力与机械工程学院华北电力大学利用小型太阳能装置为房屋采暖供热能源动力与机械工程学院华北电29典型的平板集热器

能源动力与机械工程学院华北电力大学典型的平板集热器能源动力与机械工程学院华北电力大学30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。能源动力与机械工程学院华北电力大学平板集热器集热板。作用是吸收太阳能并将其内的介质加热。能源动31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。

能源动力与机械工程学院华北电力大学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32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-选择性涂层能源动力与机械工程学院华北电力大学全玻璃真空集热管1-内玻璃管2-外玻璃管333聚光集热器

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。

能源动力与机械工程学院华北电力大学聚光集热器聚光集热器通常由三部分组成：聚光器、吸收器和跟踪34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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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35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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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。36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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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37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。

能源动力与机械工程学院华北电力大学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38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。

能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能采暖太阳能采暖可以分为主动式和被动式两大类。能源动力与39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。能源动力与机械工程学院华北电力大学被动式太阳房的示意图这种太阳房构造能源动力与机械工程学院华40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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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41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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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42无辅助锅炉的主动式太阳房能源动力与机械工程学院华北电力大学无辅助锅炉的主动式太阳房能源动力与机械工程学院华北电力大学43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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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44太阳能干燥的优点节约燃料。采用吸热干燥的方法，煤蒸发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。

能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能干燥的优点节约燃料。采用吸热干燥的方法，煤蒸发1kg的45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—温室型干燥器能源动力与机械工程学院华北电力大学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46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。

能源动力与机械工程学院华北电力大学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47集热器型干燥器能源动力与机械工程学院华北电力大学集热器型干燥器能源动力与机械工程学院华北电力大学48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。

能源动力与机械工程学院华北电力大学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49集热器—温室型干燥器能源动力与机械工程学院华北电力大学集热器—温室型干燥器能源动力与机械工程学院华北电力大学50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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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51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。

能源动力与机械工程学院华北电力大学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18752太阳能池式蒸馏器能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能池式蒸馏器能源动力与机械工程学院华北电力大学53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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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54平板型多效太阳能蒸馏器能源动力与机械工程学院华北电力大学平板型多效太阳能蒸馏器能源动力与机械工程学院华北电力大学55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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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56太阳能咸水淡化温室能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能咸水淡化温室能源动力与机械工程学院华北电力大学57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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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58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。

能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能制冷和空调太阳能制冷可以分为两大类，能源动力与机械工程59太阳能吸收式空调能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能吸收式空调能源动力与机械工程学院华北电力大学60太阳能氨水吸收式制冷系统能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能氨水吸收式制冷系统能源动力与机械工程学院华北电力大学61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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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62太阳能热水、采暖、空调

综合系统示意图能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能热水、采暖、空调

综合系统示意图能源动力与机械工程学63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。

能源动力与机械工程学院华北电力大学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64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。（槽式）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。

碟式（抛物面/斯特林）系统能源动力与机械工程学院华北电力大学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，65塔式太阳能热动力发电的示意图

能源动力与机械工程学院华北电力大学塔式太阳能热动力能源动力与机械工程学院华北电力大学66能源动力与机械工程学院华北电力大学能源动力与机械工程学院华北电力大学67能源动力与机械工程学院华北电力大学能源动力与机械工程学院华北电力大学68能源动力与机械工程学院华北电力大学能源动力与机械工程学院华北电力大学69能源动力与机械工程学院华北电力大学能源动力与机械工程学院华北电力大学70能源动力与机械工程学院华北电力大学能源动力与机械工程学院华北电力大学71太阳池发电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。能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳池发电太阳池是一种人造盐水池。它利用具有一定盐浓度梯度的72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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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73太阳池工作原理能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳池工作原理能源动力与机械工程学院华北电力大学74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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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75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。

能源动力与机械工程学院华北电力大学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76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。能源动力与机械工程学院华北电力大学环境问题任何动物(包含人)，若是误闯入太阳池，将有致命的危险77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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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，78太阳坑发电示意图能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳坑发电示意图能源动力与机械工程学院华北电力大学79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，非常适合于我国广大的西部地区。

能源动力与机械工程学院华北电力大学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80太阳能烟囱发电示意图能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能烟囱发电示意图能源动力与机械工程学院华北电力大学81太阳能光发电利用太阳光发电是人类梦寐以求的愿望。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。能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能光发电利用太阳光发电是人类梦寐以求的愿望。从二十世纪五82太阳能光利用太阳能半导体温差发电（塞贝克效应）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。

能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能光利用太阳能半导体温差发电（塞贝克效应）能源动力与机械83能源动力与机械工程学院华北电力大学能源动力与机械工程学院华北电力大学84能源动力与机械工程学院华北电力大学能源动力与机械工程学院华北电力大学85西班牙的太阳能电站能源动力与机械工程学院华北电力大学西班牙的太阳能电站能源动力与机械工程学院华北电力大学86

上海鲜花港太阳能电站能源动力与机械工程学院华北电力大学上海鲜花港太阳能电站能源动力与机械工程学院华北电力大学87能源动力与机械工程学院华北电力大学能源动力与机械工程学院华北电力大学88能源动力与机械工程学院华北电力大学能源动力与机械工程学院华北电力大学89美国军用太阳能发电帐篷能源动力与机械工程学院华北电力大学美国军用太阳能发电帐篷能源动力与机械工程学院华北电力大学90能源动力与机械工程学院华北电力大学能源动力与机械工程学院华北电力大学91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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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92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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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93

P型单晶硅太阳电池结构能源动力与机械工程学院华北电力大学P型单晶硅太阳电池结构能源动力与机械工程学院华北电力大学94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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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95太阳能电池发电原理能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能电池发电原理能源动力与机械工程学院华北电力大学96单晶硅太阳电池生产过程能源动力与机械工程学院华北电力大学单晶硅太阳电池生产过程能源动力与机械工程学院华北电力大学97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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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98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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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99薄如纸片的太阳电池能源动力与机械工程学院华北电力大学薄如纸片的太阳电池能源动力与机械工程学院华北电力大学100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，预计到下个世纪初将建成空间电站，以解决日益紧张的能源问题。能源动力与机械工程学院华北电力大学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101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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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102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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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103太阳空间电站太空太阳电站是十分巨大的，据计算一座8×1010W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2.6km2。能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳空间电站太空太阳电站是十分巨大的，据计算一座8×1010104在近地轨道

直接组装太阳能电站能源动力与机械工程学院华北电力大学在近地轨道

直接组装太阳能电站能源动力与机械工程学院华北电力105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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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106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％。能源动力与机械工程学院华北电力大学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107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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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108太阳能发电系统太阳能发电系统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。能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能发电系统太阳能发电系统是由太阳能电池发电，经蓄电池贮109太阳供电系统能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳供电系统能源动力与机械工程学院华北电力大学110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。能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能供电系统的特点1.不必拉设电线，不必挖开马路，111直流供电系统能源动力与机械工程学院华北电力大学直流供电系统能源动力与机械工程学院华北电力大学112交直流供电系统

能源动力与机械工程学院华北电力大学交直流供电系统能源动力与机械工程学院华北电力大学113太阳能供电系统能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能供电系统能源动力与机械工程学院华北电力大学114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，近两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。能源动力与机械工程学院华北电力大学我国光伏工业现状、发展前景在国家实施西部大开发战略和国内绿115生物转换利用太阳能通过光合作用使太阳能吸收和储存在生物质内经过化学和生物处理，制成液体或固体燃料。将糖类作物、谷物和植物纤维作原料，生产燃料酒精，渗到汽油中合成酒精汽油，例如巴西已从甘蔗中提炼酒精和汽油合成汽车用油。能源动力与机械工程学院华北电力大学生物转换利用太阳能通过光合作用使太阳能吸收和储存在生物质内1163、光－化学能转化运用：选择芒硝晶体(十水合硫酸钠晶体)白天吸收热量溶解,晚上放出热量结晶.能源动力与机械工程学院华北电力大学3、光－化学能转化运用：选择芒硝晶体(十水合硫酸钠晶体)白天1174、光－生物质能转换原理：通过地球上众多植物的光合作用，将太阳辐射转化为生物质能化学方程式：6H2O+6CO2C6H12O6+6O2光叶绿素能源动力与机械工程学院华北电力大学4、光－生物质能转换原理：通过地球上众多植物的光合作用，将太1186H2O+6CO2C6H12O6+6O2光叶绿素（C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6催化剂C6H12O6+6O26H20+6CO2原理:光能→化学能能源动力与机械工程学院华北电力大学6H2O+6CO2C6H12O6+6O2光叶绿素（C6H10119生物转换利用太阳能发展薪炭林。烧炭是一种古老的生物能利用方式，若有计划的植林，不仅可作燃料以及作为酒精沼气原料，而且还能保护环境，防止水土流失。将高等有机废物进行分解，在厌氧微生物作用下，可产生沼气。尚在研究利用藻类和某些微生物的光合作用，在阳光下分解制氢，提供燃料。能源动力与机械工程学院华北电力大学生物转换利用太阳能发展薪炭林。烧炭是一种古老的生物能利用方式120光热转换利用太阳能利用太阳辐射能加热集热器，把吸收的热能转换为机械能或电能。例如太阳能烘干机可以烘干粮食、烟叶、干果、农副产品及木材等；主动和被动的太阳房是利用太阳能采暖，是空调的一种简单、经济、有实效的项目；可利用太阳能蒸馏器，用于海水淡化。能源动力与机械工程学院华北电力大学光热转换利用太阳能利用太阳辐射能加热集热器，把吸收的热能转121光电转换利用太阳能即通过半导体材料直接将太阳辐射能转变为电能(直流电)。目前太阳能电池的种类主要有硅、硫化镉、砷化镓等电池。电池技术较成熟，主要用于航天、无人灯塔、无线电中继站、无人气象站、浮标和电围栏等作为电源。能源动力与机械工程学院华北电力大学光电转换利用太阳能即通过半导体材料直接将太阳辐射能转变为电122光化学转换利用太阳能通过光解或电解作用的热化学方法制造氢气，是对未来能源发展具有战略意义的一个途径。意大利和瑞士发明了一种有效地利用太阳能分解水中氢气的方法，从生态角度上看，氢气一直被认为是理想的燃料，因为氢不产生有害废弃物，它燃烧后的唯一副产品是水，所以氢是一种清洁的燃料。

能源动力与机械工程学院华北电力大学光化学转换利用太阳能通过光解或电解作用的热化学方法制造氢气123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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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124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。

能源动力与机械工程学院华北电力大学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：能源125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。能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能间接传输间接传输适用于各种不同距离。能源动力与机械工程126太阳能的家族太阳能热发电：主要是把太阳的能量聚集在一起，加热来驱动汽轮机发电。太阳能光伏发电：将太阳能电池组合在一起，大小规模随意。可独立发电，也可并网发电。太阳能水泵：正在取代太阳能热动力水泵，九十年代我国研制的2.5kw光伏水泵在新疆运用。能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能的家族太阳能热发电：主要是把太阳的能量聚集在一起，加热127太阳能的家族太阳能热水器：我国自从1958年研制出第一台热水器后，经过四十多年的努力，我国太能热水器产销量均占世界首位。太阳能建筑：太阳能建筑有三种形式：

（1）被动式：结构简单，造价低，以自然热交换方式来获得能量；

（2）主动式：结构较复杂，造价较高，需要电做辅助能源；

（3）“零能建筑”结构复杂，造价高，全部建筑所需要的能量都由“太阳屋顶”来提供。能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能的家族太阳能热水器：我国自从1958年研制出第一台热水128太阳能的家族太阳能干燥：70年代后，太阳能干燥器迅速发展，尤其在农村，对许多农副产品做了太阳能干燥的试验。太阳灶：太阳灶可分为热箱式和聚光式两类，我国是世界上推广应用太阳灶最多的国家。

能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能的家族太阳能干燥：70年代后，太阳能干燥器迅速发展，尤129太阳能的家族太阳能制冷与空调：是节能型的绿色空调，无噪声，无污染，可很快地投入商业化的生产。太阳能其它：可淡化海水，利用太阳光催化治理环境，培养能源植物，在通信、运输、农业、防灾、阴极保护、消费、电子产品等诸多方面，都有广泛的应用。能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能的家族太阳能制冷与空调：是节能型的绿色空调，无噪声，无130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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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131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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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132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3～4小时。能源动力与机械工程学院华北电力大学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133太阳能空调器能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能空调器能源动力与机械工程学院华北电力大学134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。能源动力与机械工程学院华北电力大学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135太阳能换气扇能源动力与机械工程学院华北电力大学太阳能换气扇能源动力与机械工程学院华北电力大学136能源动力与机械工程学院华北电力大学能源动力与机械工程学院华北电力大学137能源动力与机械工程学院华北电力大学能源动力与机械工程学院华北电力大学138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。能源动力与机械工程学院华北电力大