太阳能光热系统

太阳能

光热系统沈阳工程学院刘莉莹第一章概论一.能源的概念能源：能量资源或能源资源，是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。

可产生各种能源（如热量、电能、光能和机械能等）或可做功的物质的统称。

二.能源的分类能源的分类地球上的能量来源使用类型能否再生获得的方法能否作为燃料对环境的污染情况能否流入商品流通领域形态特征或转换与应用的层次(一)按地球上的能量来源对能源分类1.来自地球外部天体的能源。有直接来自太阳直接照射到地球的光和热能，还有间接地来自太阳的能源,常见的煤炭、石油、天然气，以及生物质能、水能、海洋热能和风能等。2.地球本身蕴藏的能量。其中一种是地球内部蕴藏着的地热能，常见的地下蒸汽、温泉、火山爆发的能量都属于地热能。另一种是地球上存在的铀、钍、锂等核燃料所蕴有的核能。3.地球和其他天体相互作用而产生的能量。太阳和月亮等星球对大海的引潮力所产生的涨潮和落潮所拥有的巨大潮汐能。(二)按使用类型对能源分类

1.常规能源（传统能源）。已被人类利用多年，目前仍在大规模使用的能源。如水能、生物能、煤炭、石油、天然气等。占全部能源生产消费总量的90％以上。2.新能源（非常规能源、替代能源）。近若干年来开始被人类利用（如太阳能、核能）或过去已被利用现在又有新的利用方式（如风能）的能源。1.可再生能源。可长期提供或可再生的能源（10%左右）例：水能、风能、太阳能、地热能、潮汐能等。2.不可再生能源。一旦消耗就很难再生的能源（90%左右）例：煤炭、石油、天然气等。(三)按能否再生对能源分类(四)按获得的方法对能源分类1.一次能源（天然能源）。是指直接取自自然界、而不改变它的形态的能源。它又分为可再生能源和非再生能源。例：泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤、石油、天然气、植物秸杆、水能、风能、太阳能、地热能、核能、海洋能等。2.二次能源（人工能源）。是指一次能源经人为加工成另一种形态的能源。例：汽油、水电、蒸汽、煤气、焦炭、沼气等。(五)按能否作为燃料对能源分类1.燃料型能源。包括煤炭、石油、天然气、泥炭、木材等。2.非燃料型能源。包括水能、风能、地热能、海洋能等。(六)按对环境的污染情况对能源分类1.清洁能源。使用时对环境没有污染或污染小的能源。例：水能、风能、太阳能以及核能等。2.非清洁能源。对环境污染较大的能源。例：煤炭、石油等。1.商品能源。凡能进入市场作为商品销售的能源。例：煤、石油、天然气和电等。2.非商品能源。主要指薪柴、秸秆等农业废料和人畜粪便等就地利用的能源。(七)按能否进入商品流通领域对能源分类(八)按形态特征或转换与应用的层次对能源分类世界能源委员会推荐的能源类型分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物能、风能、核能、海洋能和地热能。前三类统称化石燃料或化石能源。按使用类型分按性质分按一、二次能源分一次能源二次能源常规能源燃料型能源泥煤（化学能）、褐煤（化学能）、烟煤（化学能）、无烟煤（化学能）、石煤（化学能）、油页岩（化学能）、油砂（化学能）、原油（化学能）、天然气（化学能、机械能）、生物燃料（化学能）、天然气水合物（化学能）煤气（化学能）、焦炭（化学能）、汽油（化学能）、煤油（化学能）、柴油（化学能）、重油（化学能）、液化石油气（化学能）、丙烷（化学能）、甲醇（化学能）、酒精（化学能）、苯胺（化学能）、火药（化学能）非燃料型能源水能（机械能）电（电能）、蒸汽（热能、机械能）、热水（热能）、余热（热能、机械能）新能源燃料型能源核燃料（核能）沼气（化学能）、氢（化学能）非燃料型能源太阳能（辐射能）、风能（机械能）、地热能（热能）、潮汐能（机械能）、海洋温差能（热能、机械能）、海流、波浪动能（机械能）激光（光能）

表1-1能源的分类能源问题阅读课文，讨论下列问题：1、能源、一次能源、二次能源下列属于一级能源的是：属于二级能源的是：A风能B电能C氢能D阳光E天然气ADEBC能源：能提供能量的自然资源一次能源：来自自然界未经转化的能源。二次能源：一级能源经过转化得到的能源形式。课堂练习:1、下列哪组物质属于不可再生能源?(

)A、风能、核能、太阳能B、煤、沼气、石油

C、石油、天然气、煤D、太阳能、地热能2、使用时不会给环境带来污染的能源称为清洁能源.下列属于清洁能源的是()A.煤炭B.木炭C.太阳能D.核能CC3、随着社会的发展,能源需求越来越多,能源短缺成为阻碍社会发展的主要问题.在日常生活中我们都应该节约身边的能源,下列符合节约能源且安全的做法是()A.冬天门打开后未关好B.白天尽量采用自然光

C.用煤气灶取暖D.每次只洗一件衣服

4、永久性解决人类对能源需求的根本方法是()A.改进工艺,提高燃料的利用率.B.充分利用地球上的化石能源

C.尽可能减少能量的使用

D.依靠科学技术进步,不断开发新能源.BD5、市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子（如图2所示）。在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉意。该装置的能量转化情况是（）A．太阳能→电能→机械能B．太阳能→机械能→电能C．电能→太阳能→机械能 D．机械能→太阳能→电能A6．大量使用下列能源能造成空气污染加剧的是（）A．化石能源 B．太阳能 C．风能 D．核能A7、2009年世界环境日主题为“地球需要你：团结起来应对气候变化”。世界自然基金会应对全球气候变化提出了“地球一小时”的倡议，希望个人，社区、企业和政府在每年3月最后一个星期六20：30一21：30熄灯一小时。下列应对气候变化的有关做法，不宜提倡的是（）

A．提高森林覆盖率

B．大量使用煤、石油等化石燃料C．响应“地球一小时”倡议D．开发新能源B太阳能利用基本形式太阳能利用的优缺点第二章太阳和太阳能第二章太阳和太阳能太阳是距离地球最近的恒星，有磁场和自转。直径约140万公里，相当于109个地球直径之和，是太阳系内最大的天体，包含了太阳系将近98％的质量，它的内部则能容纳超过130万个地球。太阳内部进行着由氢聚变成氦的原子核反应，不停的释放出巨大的能量并向宇宙空间辐射，这就是太阳能。太阳能是最重要的基本能源，生物质能、风能、潮汐能、水能都来自太阳能。科学家研究表明，太阳每小时辐射到地球的能量约为18万兆瓦，相当于燃烧90兆吨优质煤的热量。太阳的基本参数Presentage年龄:4.5×109yearsLifeexpectancy预测年龄:10×109yearsDistancetoearth离地球距离:

Mean平均距离1.496×1011m=1.000AUAU（astronomicalunit）为天文单位Variation变化距离1.016735to0.98329AUDiameter(photosphere)直径1.39×109mAngulardiameter(fromearth)光盘角度:9.6×10-3radians(弧度）Variation变量±1.7%Volume(photosphere):体积1.41×1027m3Mass质量: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太阳辐射:

entiresun整体3.83×1026Wunitareaofsurface密度6.33×107W/m2at1AU(i.e.thesolarconstant)在一个天文单位的密度1,367W/m2Temperature温度:

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

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

kg/s

太阳辐射穿过大气层的情况70%到地表18%被吸收3%到散射到太空7%到散射到地面太阳与地球间的距离不是一个常数，因此，地球大气层上界的太阳辐射强度随日地间距离的不同而不同。太阳常数实际上，由于日地间距离很大（15000万公里），其相对变化量很小，由此引起的太阳辐射强度的相对变化不超过3.4%，这就意味着地球大气层外的太阳辐射强度几乎是一个常数。我们使用“太阳（能)常数”来描述大气层上界的太阳辐射强度。Page

35在日地平均距离时，地球大气层上界垂直于太阳光线表面的单位面积单位时间内所接收到的太阳辐射能。用Isc表示。参考值为Isc=（13677）W/m2任意时刻的太阳辐射强度太阳常数Page

36大气层对