新能源技術袁芳能源與動力工程學院工程熱物理系RenewableEnergyTechnology2025/2/262能源科學能源技術：研究各種能源的開發、生產、轉換、儲存和綜合利用。研究目的：

1.提高現有能源的利用效率

2.尋找新的能源及其利用方式研究再生能源技術的目標：尋找實現能量的高效率低成本的轉換技術2025/2/263本課程主要內容風能利用技術核能利用技術氫能利用技術太陽能利用技術海洋能利用技術地熱能利用技術生物質能利用技術2025/2/264補充基礎知識：傳熱學、流體力學、熱力學、半導體物理、電化學反應基礎相關專業：能源、電氣、材料、交通、物理、化學、建筑、光電、……2025/2/265§1.太陽能基礎知識§2.太陽能的熱利用§3.太陽能的熱發電§4.太陽能光伏發電§5.太陽能熱氣流發電太陽能利用技術

TechnologyofSolarEnergyUtilization2025/2/266§1.太陽能基礎知識§1-1.熱輻射的基本概念§1-2.太陽能的基本概念2025/2/267太陽基本參數日地距離約：1.5×108km。從地球上望：太陽的張角0.0093弧度。太陽直徑：1.4×106km(地球的109倍)太陽體積：地球體積的1302500倍太陽質量：1.99×1030kg(地球的33萬倍)平均密度：1.4×103kg/m3(地球的0.25倍)太陽溫度:5770℃(表面)1560萬℃(核心)總輻射功率:3.83×1026J/s太陽年齡:約50億年§1-2.太陽能的基本概念2025/2/268太陽能太陽能是一種清潔的可再生能源。從廣義上講：太陽能不僅包括直接投射到地球表面的輻射能，還包括像生物質能、水能、風能、海浪能等同樣起源于太陽輻射的間接的太陽能量；而且像現在廣泛使用的石油、天然氣和煤炭等化石能源，也都是古代太陽能資源的產物。從狹義上講：太陽能指的是直接投射到地球表面的太陽輻射能。可再生能源技術領域講述的太陽能指的是狹義的太陽能。太陽能兩個主要缺點：一是能流密度低；二是能流波動大。2025/2/269太陽構造內部大氣內核中介層對流層光球層色球層日冕層0~0.23R，T=4×107K，P=3×1014Pa，

=1×105kg/m3，物質處于等離子體狀態，熱核反應，產生能量占太陽產生能量的90%。0.23R~0.7R，輻射輸能區，T=1.3×105K，

=79kg/m3。0.7R~1R，T=6000K，

=1kg/m3。肉眼所見太陽表面，T=6000K，

=10-3kg/m3，厚度500km，由強烈電離的氣體組成，能吸收和發射連續的輻射光譜，太陽能的絕大部分能量由此輻射到天空。厚度約1×104~1.5×104km，大部分由氫和氦組成。溫度為5000K，

=10-5kg/m3。有時出現極猛烈的日焰，此時太陽輻射量最大，有些太陽上的電子流到太空，形成太陽風，打擊到地球大氣層上緣，產生磁暴和極光。伸入太空的銀白色日冕，溫度1×106K，高度達幾十個太陽半徑2025/2/2610太陽輻射能太陽物質組成：氫占78.4%，氦占19.8%，金屬和其他元素占1.8%。兩種熱核反應：質子-質子循環，碳-氦循環。太陽輻射功率：3.74×1026W，相當于每秒鐘燃燒1.28×1015噸標煤放出的能量。太陽輻射波長范圍：自0.1nm以下的宇宙射線~無線電波。太陽輻射具有波動性和粒子性。2025/2/2611太陽常數太陽本身的活動會引起太陽輻射強度發生波動。觀測表明，太陽活動峰值年比太陽活動寧靜年的輻射量大2.5%。在一般的太陽輻射計算中，可近似認為太陽輻射穩定，在地球大氣層外的太陽輻射強度為一個常數。太陽常數：指在平均日地距離，垂直于太陽輻射的大氣外層平面上，單位時間、單位面積上所接受的太陽輻射能，單位為W/m2。太陽常數取值：1357W/m2。具有平均值意義2025/2/2612大氣層外太陽輻射強度計算大氣層外，單位時間、單位垂直面積上所接受到的太陽輻射能I隨地球與太陽的距離而變化。計算方法：D為日地距離；D0為日地平均距離；Ic為太陽常數；n為從元旦算起的天數。2025/2/2613大氣質量設A為地球表面海平面上的一點，當太陽在天頂位置S時，太陽垂直入射，太陽輻射穿過大氣層到達A點的路徑OA。當太陽位于任一位置S’時，其穿過大氣層到達A點的路徑為OA’。大氣質量定義為兩者之比：設定在1atm和0℃，海平面上太陽垂直入射，此時大氣質量AM=1，簡稱AM1。2025/2/2614太陽高度角太陽高度角：定義為太陽輻射到達海平面A點的入射線和海平面A點切線方向的夾角h，則有：當h=90°時，AM=1；當h=30°時，AM=2。2025/2/2615太陽輻射強度太陽輻射強度I：定義為單位時間地球表面上單位面積上所入射的太陽輻射功率，單位為W/m2。I0為大氣質量為AM=1的海平面上的太陽輻射強度。結論：到達地球表面任意一點的太陽輻射強度與該點的大氣質量成反比。大氣質量越大，到達該點的太陽輻射強度越小。2025/2/2616大氣透明度太陽輻射強度除了與大氣質量有關外，大氣中含有的各種氣體和固體塵埃都會影響太陽光的透過量。定義P為大氣透明度。當大氣質量AM=m時，太陽直接輻射強度可表示為：P1為大氣質量為1時的大氣透明度，Pm為大氣質量為m時的大氣透明度。P值越大，大氣越透明。P永遠小于1，一般為0.3~0.85。0.85相當于大氣最清凈時的透明程度。最好的晴天，P1=0.85；一般的晴天，P1=0.65；較差的晴天P1=0.532。海拔越高，P1大，反之則越小。2025/2/2617太陽高度角h的計算太陽高度角：定義為太陽輻射到達海平面A點的入射線和海平面A點切線方向的夾角h。Ψ為當地的緯度角；ω為時角，每小時的時角為15°，即地球每小時自轉15°。δ為赤緯角。2025/2/2618赤緯角δ赤緯角δ的變化范圍：δ為赤緯角，定義為正午時太陽-地球連線與地球赤道平面所夾的圓心角。當太陽垂直照射在地球赤道上時，赤緯角為0°，從赤道向北δ取正值，向南則δ取負值。太陽赤緯角δ的計算：n表示一年從元旦算起的第幾天。冬至日2025/2/2619太陽入射角太陽入射角：定義為太陽光線與被照射的平面法線之間的夾角。對于傾斜平面，該平面上太陽輻射能與太陽入射角之間的計算關系：若已知Ψ為緯度角；δ為赤緯角；ω為時角，則：2025/2/2620經驗：為了接受更多的太陽能，在北半球實際太陽能集熱面都是朝南傾斜的，在春天和秋天，如果集熱面傾角等于地球緯度角，則太陽輻射正好與集熱面垂直。一般來說，在夏天集熱面要更水平一些，在冬季要更垂直一些，這樣可接受更多的太陽輻射。若集熱面朝向正南，與水平面的傾角為，則該斜面上太陽輻射的入射角計算：正午時刻，ω=0，太陽入射角為：2025/2/2621我國太陽能資源分布類型地區年日照時數（h/a）年輻射總量（kWh/m2?a）

1西藏西部、新疆東南部、寧夏北部、青海西部、甘肅北部3200～33001856～2333

2西藏東南部、新疆南部、寧夏南部、青海東部、甘肅中部、內蒙古南部、河北西北部3000～32001626～1856

3新疆北部、甘肅東南部、山西南部、陜西北部、河北東南部、山東、河南、吉林、遼寧、云南、廣東南部、江蘇北部、安徽北部

2200～3000

5000～5850

4湖南、湖北、廣西、江西、浙江、福建北部、廣東北部、陜西南部、江蘇南部、安徽南部

1400～2200

4200～5000

5四川、貴州1000～14003350～4200我國西部的太陽能非常豐富，多數地區的年日照時數在3000小時以上我國的太陽能資源是風力資源的1400倍、水力資源的3300倍2025/2/2622太陽能的利用歷史中國是世界上最早利用太陽能的國家之一。遠在3000多年前的西周時代（公元前11世紀），就已有了“陽燧取火”技術的記載，所謂“陽隧”，就是形似凹面鏡的金屬圓盤，對著太陽聚光，在聚光點點燃艾絨等易燃物，取得火種。這是一種最古老的太陽能聚光器。1990年第11屆亞運會火炬的火種，就是于8月7日下午，在距拉薩市以北100多公里的念青唐古拉峰下，由15歲的藏族少女達娃央宗用木柴從拋物面聚光太陽灶上獲得的。原理與古代陽燧差不多，唯聚光所用的材料有較大的差別。陽燧取火技術在世界太陽能利用科學史上占有重要的地位。2025/2/2623國外認為阿基米德是利用太陽能最早的人之一。公元前215～210年，古羅馬帝國的艦隊侵占了西西里島，派了一支艦隊攻打希庫扎港，著名學者阿基米德為了保衛家鄉，他讓每個士兵用擦亮的銅盾，排列在城堡上，把太陽光聚集反射到入侵的羅馬艦船上，結果使艦船起火，敵人倉惶逃跑。1973年希臘科學家薩克斯博士，雇了50多名水手，各持一塊長方形銅鏡，聚焦一只木船，結果木船起火。此可證明阿基米德用銅盾燒敵艦是可能的。以上說明太陽能利用技術古已存在。但人類自覺地把太陽能作為一種能源利用，還是起于1615年。法國考克斯是世界上第一個把太陽能轉化為機械能的人。從此，太陽能利用進入了一個新的歷史時期。2025/2/2624太陽能利用的主要形式人類直接利用太陽能有四大技術領域，即光熱轉換、光電轉換、光化學轉換和儲能技術。太陽光熱轉換技術的產品最多。例如熱水器、開水器、干燥器、采暖和制冷、溫室與太陽房、太陽灶和高溫爐、海水淡化裝置、水泵、熱力發電裝置及太陽能醫療器具。太陽光電轉換，主要是各種規格類型的太陽電池板和供電系統。太陽電池的應用范圍很廣。例如人造衛星、無人氣象站、通訊站、電視中繼站、太陽鐘、電圍桿、黑光燈、航標燈、鐵路信號燈等。太陽能化學轉換包括：光合作用、光電化學作用、光敏化學作用及光分解反應，目前該技術領域尚處在實驗研究階段。2025/2/2625§2.太陽能的熱利用§2-1.平板型集熱器§2-2.真空管集熱器§2-3.太陽能熱水器§2-4.太陽房太陽灶§2-5.太陽能干燥§2-6.太陽能儲存2025/2/2626§2-1.平板型集熱器太陽能集熱器的分類按集熱方式分類：平板型集熱器和聚光型集熱器按所能達到的集熱溫度分類：低溫集熱器（集熱溫度<100℃）；中溫集熱器（集熱溫度100~500℃）；高溫集熱器（集熱溫度>500℃）按結構分類：直曬式平板集熱器（溫升0~10℃）；透明蓋板式集熱器（水溫升0~50℃）；透明蓋板集熱器（空氣溫升0~50℃）；真空管集熱器（溫升10~150℃）；點聚焦集熱器（溫升>150℃）；線聚焦集熱器（溫升50~150℃）2025/2/2627聚光集熱器(小補充)提高入射陽光的能量密度，使之聚焦在較小的集熱面上，以獲得較高的集熱溫度，并減少散熱損失。聚光集熱器通常由三部分組成：聚光器、吸收器和跟蹤系統。工作原理：自然陽光經聚光器聚焦到吸收器上，并加熱吸收器內流動的集熱介質；跟蹤系統則根據太陽的方位隨時調節聚光器的位置，以保證聚光器的開口面與入射太陽輻射總是互相垂直的。2025/2/26282025/2/2629平板型集熱器的基本結構基本結構：(1)集熱板(2)選擇性吸收涂層(3)透明蓋板(4)隔熱層和外殼平板集熱器是非聚光類集熱器中最簡單且應用最廣的集熱器。它吸收太陽輻射的面積與采集太陽輻射的面積相等，能利用太陽的直射和漫射輻射。2025/2/2630隔熱層透明蓋板集熱板選擇性吸收涂層外殼2025/2/2631集熱器內吸收太陽輻射能并向傳熱工質傳遞熱量的器件。它包括吸熱面板和與吸熱面板有良好結合的液體管道或通道。集熱板的技術要求：

可以最大限度地吸收太陽輻射；傳熱性能好，高效傳遞太陽能給工作介質；好的力學和耐腐蝕性能；加工簡單，造價低廉。集熱板的材料：銅、鋁合金、鍍鋅銅、銅鋁復合板、不銹鋼和塑料。其表面涂有選擇性或非選擇性涂層。(1)集熱板2025/2/2632集熱板結構形式2025/2/2633為提高集熱板吸收太陽輻射的能力，在集熱板上都覆蓋一層黑色涂層，成為太陽能吸收涂層。太陽能吸收涂層分類：選擇性；非選擇性。選擇性涂層的吸收特性隨輻射波長而改變。對太陽短波輻射具有高的吸收比，而本身所在溫度的長波發射比卻很低的一種涂層。這種涂層既可使吸熱面板吸收更多的太陽輻射能，又可減少吸熱面板向環境的輻射損失。非選擇性涂層對太陽輻射的吸收特性和輻射波長無關。在一定溫度下，物體的吸收比等于其發射比。一般平板型集熱采用非選擇性涂層。只有當工質需要較高的溫度或環境溫度較低時，才采用選擇性涂層。(2)選擇性吸收涂層2025/2/2634平板集熱器的重要部件。主要功能：(1)透過太陽輻射；(2)保護集熱板不受外界灰塵和雨雪侵蝕；(3)形成溫室效應。技術要求：(1)太陽輻射的透射率較高；(2)紅外輻射的透射率低；(3)導熱性能差；(4)耐腐蝕耐沖擊性能好。常用材料：

平板玻璃：紅外輻射透射率低，導熱性能差和耐腐蝕性能好，太陽透射率已達0.9~0.91，但耐沖擊性能較差。

玻璃鋼板：一種玻璃纖維增強型塑料板，太陽透射率高，導熱性能差，耐沖擊易加工，但耐蝕性能較差。

透明蜂窩：一種新型透明隔熱材料，太陽透射率高，隔熱性能最好。一般用聚碳酸酯薄膜(PC)，氟化乙丙烯薄膜(FEP)，聚氯乙烯和薄壁玻璃管制成。(3)透明蓋板2025/2/2635隔熱層：在集熱板的底面和側面充填有保溫材料以減少集熱板對周圍環境的散熱損失。技術要求：保溫性能好；性能穩定；不易老化和揮發；不產生有害氣體，價格低廉。從傳熱學角度考慮，設計時一般要求底面的散熱是上蓋板散熱的1／10。常用材料：巖棉、礦棉、聚氨酯泡沫、聚苯乙烯殼體：固定集熱器、透明蓋板和隔熱層，對集熱器起保護作用。常用材料：鋁合金、不銹鋼和玻璃鋼等。(4)隔熱層和外殼2025/2/2636平板型集熱器的數學模型分析思路：認為管道溫度均勻，管與管之間用集熱板連接，將集熱板的一半以及與之連接的管道抽取出來分析。可將上述模型視為肋片的導熱問題。建立肋片的傳熱數學模型，同時考慮輻射和對流。計算肋片的效率。平板集熱器的傾斜度影響集熱板表面的對流換熱系數。能源專業2025/2/2637問題描述設玻璃蓋板的透過率τ，集熱板的吸收率α，太陽輻射強度為I透過玻璃蓋板照在翼板表面上，冷卻流體通過管道吸收熱量，環境溫度ta為常數，假定沿集熱板方向的導熱可以忽略不計，材料的導熱系數，集熱板與環境的對流換熱系數為UL，集熱板厚度δ，兩相鄰冷卻流體管道之間的距離為2W（非管道中心距離而是邊緣距離），流體通道直徑為D，流體管道的溫度tb0，求集熱板溫度tp。2025/2/2638平板集熱器的效率集熱器效率：定義為在穩定工況下，集熱器工作介質在單位時間內輸出的熱量和單位時間入射到集熱器的太陽輻射能之比。cp

：流體的比熱容：流體進口溫度：流體質量流量：流體出口溫度A：集熱板面積I：太陽輻射強度2025/2/2639§2.太陽能的熱利用§2-1.平板型集熱器§2-2.真空管集熱器§2-3.太陽能熱水器§2-4.太陽房太陽灶§2-5.太陽能干燥§2-6.太陽能儲存2025/2/2640§2-2.真空管集熱器平板集熱器的缺點散熱損失太大；熱效率不高，集熱溫度不高將集熱板與蓋板、側壁與地板之間抽真空；將集熱板做成圓管形狀。由此形成了真空管集熱器真空管集熱器按材料分類：全玻璃真空管集熱器金屬真空管集熱器改進方法2025/2/2641全玻璃真空管集熱器的結構集熱管由內外兩同心圓玻璃管制成。兩玻璃管之間的夾層抽成高度真空，在內管外壁沉積有選擇性吸收膜，外管為透明玻璃。兩管尾部之間用不銹鋼彈簧卡子將內管自由端支撐，卡子頂部帶有消氣劑，消氣劑的作用是吸收集熱管在長期使用中產生的氣體，以維持夾層內的真空度。2025/2/2642熱損失計算以單支真空管集熱器為例：qL為單位面積上真空集熱管的散熱熱流密度；UL為熱損失系數，Tr為真空集熱管溫度，Ta為環境溫度。UL的計算方法：(注意，有些專著描述有誤)UL為從內管外壁面到外部環境流體這個散熱損失過程的傳熱系數。2025/2/2643散熱損失過程的三個熱阻環節1.集熱管對保護套管（外層玻璃管）的輻射熱阻r1；2.外層玻璃管的導熱熱阻r2；3.外層玻璃管與環境之間的輻射和對流復合熱阻r3。下標r表示集熱管參數；下標e表示外管參數，eo表示外管外壁面，ei表示外管內壁面；a表示環境；R表示半徑。2025/2/2644真空集熱管實際得到的熱流密度：若令qu=0，則集熱器開始運行的最小太陽輻射：2025/2/2645熱管式真空集熱管熱管式真空集熱管是金屬吸熱體真空集熱管的一種，它由熱管、金屬吸熱板、玻璃管、金屬封蓋、彈簧支架、蒸散型消氣劑和非蒸散型消氣劑等部分構成，其中熱管又包括蒸發段和冷凝段兩部分。2025/2/2646熱管式真空集熱管工作原理太陽輻射穿過玻璃外管后，投射在有涂層的金屬集熱管4上，集熱管將熱量傳給與其緊密結合的熱管蒸發段5，供蒸發段內的工質汽化。工質蒸汽流向熱管冷凝段1凝結，凝結放出的熱量加熱集熱器的工作介質。凝結后的液體工質在重力作用下回流到熱管蒸發段循環工作。2025/2/2647熱管采用熱管技術是熱管式真空管換熱器的最大特點。熱管是利用汽化潛熱高效傳遞熱能的強化傳熱元件。在熱管式真空集熱管中使用的熱管一般都是重力熱管，也稱為熱虹吸管。重力熱管的特點是管內沒有吸液芯，冷凝后的液態工質依靠其自身的重力流回到蒸發段，因而結構簡單，制造方便，工作可靠，傳熱性能優良。目前國內大都使用銅-水熱管，國外也有使用有機物質作為熱管工質的，但必須滿足工質與熱管材料的相容性。2025/2/2648熱管式真空集熱管的優點1.真空集熱管內沒有水，因而耐冰凍，即使在零下40℃的環境溫度下也不凍壞;2.熱管工質的熱容量小，因而真空集熱管啟動快;3.熱二極管效應：熱量只能從下部傳遞到上部而不能從上部傳遞到下部，因而真空集熱管保溫好。注意事項：由于熱管的液態工質是依靠其自身的重力流回到蒸發段，所以在安裝時要求熱管式真空集熱管與地面保持一定的傾角。2025/2/2649玻璃-金屬封接采用金屬吸熱板是熱管式真空管集熱器第二大特點。由于金屬和玻璃的熱膨脹系數差別很大，所以存在玻璃與金屬之間如何實現氣密封接的技術難題。玻璃-金屬封接技術大體可分為兩種:一種是熔封，也稱為火封，它是借助一種熱膨脹系數介于金屬和玻璃之間的過渡材料，利用火焰將玻璃熔化后封接在一起;第二種是熱壓封，也稱為固態封接，它是利用一種塑性較好的金屬作為焊料，在加熱加壓的條件下將金屬封蓋和玻璃管封接在一起。2025/2/2650目前國內玻璃-金屬封接大都采用熱壓封技術，熱壓封使用的焊料有鉛、鋁等。與傳統的火封技術相比，熱壓封技術具有以下幾個優點:①封接溫度低，封接是在玻璃的應變溫度以下進行，封接后不需要經過退火;②封接速度快，封接過程在幾分鐘內完成，明顯提高了生產效率;

③封接材料匹配要求低，對金屬封蓋和玻璃管之間熱膨脹系數的差別要求降低，比較容易找到替代材料。2025/2/2651真空度與消氣劑由于熱管式真空集熱管采用金屬吸熱板，因而在制造過程中的真空排氣工藝不同于全玻璃真空集熱管，有其自身獨特的真空排氣規律。為了使真空集熱管長期保持良好的真空性能，熱管式真空集熱管內一般應同時放置蒸散型消氣劑和非蒸散型消氣劑兩種。蒸散型消氣劑在高頻激活后被蒸散在玻璃管的內表面上，像鏡面一樣，其主要作用是提高真空集熱管的初始真空度;非蒸散型消氣劑是一種常溫激活的長效消氣劑，其主要作用是吸收管內各部件工作時釋放的殘余氣體，保持真空集熱管的長期真空度。2025/2/2652§2.太陽能的熱利用§2-1.平板型集熱器§2-2.真空管集熱器§2-3.太陽能熱水器§2-4.太陽房太陽灶§2-5.太陽能干燥§2-6.太陽能儲存2025/2/2653§2-3.太陽能熱水器

SolarcollectorforheatingwaterAhomeinCaliforniain19062025/2/2654PopularapplicationsintheUnitedStatesincludefacilitiesthatuseagreatdealofhotwater,suchasthisarmylaundryinMassachusetts.ThesolarwaterheaterontheroofofthishouseinIsraelistypicalofthesystemsusedinmanypartsoftheworld.Itconsistsofasolarpanelthatheatsthewaterandatankthatstoresit.2025/2/2655SimplesolarwaterheatersarealsoverycommoninChina.NotethatthestoragetankismountedhorizontallyontheroofofthishomeinBeijing.Twenty-fourrooftopsolarcollectorsprovideabout45percentofthehotwaterusedbythisfast-foodrestaurantinAustralia.2025/2/26562025/2/2657太陽能熱水器通常由平板集熱器、蓄熱水箱和連接管道組成。按照流體流動的方式分類，可將太陽能熱水器分成三大類：

悶曬式、直流式和循環式。2025/2/2658太陽能游泳池悶曬式：水在集熱器中不流動，悶在其中受熱升溫。2025/2/2659由集熱器、蓄熱水箱和管道組成。水在這種系統中不循環。當屋頂上集熱器的水溫高于屋內的儲罐水溫時，電子控制裝置接通水泵向儲罐供水。直流式直流式太陽能集熱器2025/2/2660循環式：又分為自然循環型和強迫循環型兩種形式。(1)自然循環熱水系統自然循環太陽能熱水系統的儲水箱置于集熱器上方，水在集熱器中由于太陽輻射而被加熱，溫度升高，形成集熱器及儲水箱中水溫不同。由于密度差而引起浮升力，產生熱虹吸現象，使水在儲水箱及集熱器中作自然流動。2025/2/26612025/2/26622025/2/2663(2)強迫循環熱水系統這種系統利用水泵迫使水在集熱器與儲水箱之間循環。當集熱器頂端水溫高于儲水箱底部水溫若干度時，控制裝置啟動水泵使水流動。水泵入口處裝有止回閥，以防止夜間水由集熱器逆流，產生熱損失。有數學模型和分析，可自學2025/2/2664全玻璃真空管太陽能熱水器的優點真空管熱水器一年四季均可使用，其采用高真空雙層玻璃管結構，熱損失小，保溫性能好。集熱管為圓形，集熱能力受一天中太陽位置變化的影響較小，因而集熱時間長。水質清潔，可做生活用水。耐冷熱沖擊性能好，并可抗冰雹。2025/2/2665§2.太陽能的熱利用§2-1.平板型集熱器§2-2.真空管集熱器§2-3.太陽能熱水器§2-4.太陽房太陽灶§2-5.太陽能干燥§2-6.太陽能儲存2025/2/2666太陽房§2-4.太陽房太陽灶

太陽房是一種直接利用太陽能進行采暖和空氣調節的環保型節能建筑，它能使建筑物在一定程度上具有冬暖夏涼的功能。1931年美國麻省理工學院建成了世界上第一座太陽能采暖房。太陽房獲取太陽能的基本原理是溫室效應。太陽房可分為主動式太陽房和被動式太陽房兩類。2025/2/2667補充：溫室效應溫室效應是指由于玻璃和透明材料對不同波長的電磁波具有選擇性吸收和透過能力所導致的熱量蓄積的現象。玻璃和透明材料可以讓波長較短的太陽輻射透過，而阻擋波長較長的熱輻射。這樣，用玻璃和透明材料為頂做成的溫室，可以讓太陽輻射進入溫室內部，而室內的長波熱輻射則被玻璃阻擋住。進入溫室內的能量就大于從溫室向外散發的能量，溫室內的溫度就會逐漸升高而大于環境溫度。2025/2/2668大氣層溫室效應大氣層溫室效應是指大氣中的二氧化碳、甲烷等溫室氣體對于短波輻射是透明的，但可以顯著地吸收長波輻射（紅外線）。而太陽輻射的能量主要集中在可見光和波長更短的輻射，所以大氣中的二氧化碳并不顯著影響太陽對地球的輻射。而地球表面溫度較低，它向太空的輻射幾乎全部是紅外輻射。大氣中的二氧化碳可以吸收地球向太空的紅外輻射，大氣被加熱，其中部分熱量又重新輻射回地面，從而產生了地面的保溫作用。近兩百年以來，研究發現大氣中的二氧化碳由于人類活動的影響而異乎尋常的增加，而地面溫度也急劇上升，為此人們正在急迫尋找采取措施控制大氣層的溫室效應。2025/2/2669主動式太陽房與常規能源采暖的區別：以太陽集熱器作為熱源代替以煤、石油、天然氣等常規能源作為燃料的鍋爐。主要設備：太陽集熱器、儲熱水箱、輔助熱源以及管道、閥門、風機、水泵、控制系統等。原理：太陽集熱器獲取太陽能，通過配熱系統送至室內。過剩熱量儲存于水箱內，當收集的太陽能小于采暖負荷時，由儲存的熱量來補充，熱量不足時由備用的輔助熱源提供。或稱主動太陽能采暖系統2025/2/2670日本多層太陽能住宅日本在主動式太陽房的研究應用領域處于世界前列。從上世紀70年代開始，日本便按計劃建造了數幢典型太陽能采暖空調試驗建筑，而且多年來日本的太陽能采暖、空調建筑一直穩步發展，并已應用于大型建筑物上。2025/2/2671主動式太陽房的特點區別：用太陽集熱器代替采暖系統中的鍋爐（與常規采暖不同之處）。但是，由于地表面上每平方米能夠接收到的太陽能量有限，故集熱器的面積就要足夠大。一般要求太陽能利用率在60%以上，集熱采光面積占采暖建筑面積的10~30%，（該比例數大小與當地太陽能資源、建筑物的保溫性能、采暖方式、集熱器熱性能等因素有關）。

蓄熱裝置：太陽輻射受季節、晝夜、天氣的影響。因此，太陽能不能成為連續、穩定的獨立能源，要滿足連續采暖的需求，系統中必須有貯存熱量的設備和輔助熱源裝置。儲熱設備通常按可維持2~3天的能量來計算。儲熱設備一種是貯熱水箱，另一種是用卵石槽（工質為空氣）。結構簡單：太陽房所采用的集熱器要求構造簡單、性能可靠、價格便宜。由于集熱器的集熱效率隨集熱溫度升高而降低，因此盡可能降低集熱溫度，如采用太陽能天棚或地板輻射采暖的集熱溫度在30~40℃之間就可以了，而采用散熱器采暖集熱溫度必須達到60℃以上。2025/2/2672被動式太陽房被動式太陽房的特點是不需要專門的集熱器、熱交換器、水泵（或風機）等主動式太陽能采暖系統中所必需的部件，只是依靠建筑方位的合理布置，通過窗、墻、屋頂等建筑物本身構造和材料的熱工性能，以自然交換的方式（輻射、對流、傳導）使建筑物在冬季盡可能多吸收和儲存熱量，以達到采暖的目的。簡而言之，被動式太陽房就是根據當地的氣象條件，在基本上不添置附加設備的條件下，只在建筑構造和材料性能上下工夫，使房屋達到一定采暖效果的一種方法。因此，這種太陽能采暖系統構造簡單、造價便宜。2025/2/2673被動式太陽房的分類直接受益式：利用南窗直接照射的太陽能集熱蓄熱墻式：利用南墻進行集熱蓄熱綜合式：溫室和前兩種相結合的方式屋頂集熱蓄熱式：利用屋頂進行集熱蓄熱自然循環式：利用熱虹吸作用進行加熱循環2025/2/26742025/2/2675直接受益式這是被動式太陽房中最簡單的一種形式。就是把房間朝南的窗擴大，或做成落地式大玻璃墻，讓陽光直接進到室內加熱房間。在冬季晴朗的白天，陽光通過南向的（墻）透過玻璃直接照射到室內的墻壁、地板和家具上，使它們的溫度升高，并被用來儲存熱量，夜間，在窗（墻）上加保溫窗簾，當室外和房間溫度都下降時、墻和地貯存的熱能，通過輻射、對流和傳導被釋放出來，使室溫維持在一定的水平。2025/2/26762025/2/26772025/2/2678集熱—蓄熱墻式1集熱蓄熱墻是間接受益太陽能采暖系統的一種。太陽光照射到南向、外面有玻璃的深黑色蓄熱墻體上，蓄熱墻吸收太陽的輻射熱后、通過傳導把熱量傳到墻內一側，再以對流和熱輻射方式向室內供熱。另外，在玻璃和墻體的夾層中，被加熱的空氣上升，由墻上部的通氣孔向室內送熱，而室內的冷空氣則由墻下部的通氣孔進入夾層，如此形成向室內輸送熱風的對流循環。以上是冬天工作的情況。夏天，關閉墻上部的通風孔，室內熱空氣隨設在墻外上端的排氣孔排出，使室內得到通風，達到降溫的效果。2025/2/26792025/2/2680集熱—蓄熱墻式2第二種形式是在玻璃后面設置一道“水墻”。特點是墻上不需要開進氣口與排氣口。“水墻”的表面吸收熱量后，由于對流作用，吸收的熱量很快地在整個“水墻”內部傳播。然后由“水墻”內壁通過輻射和對流，把墻中的熱量傳到室內。“水墻”內充滿水，具有加熱快、貯熱能力強及均勻的優點。“水墻”也可以用塑料或金屬制作，有些設計采用充滿水的塑料或金屬容器堆積而成，使建筑別具一格。2025/2/26812025/2/2682綜合（陽光間）式“綜合式被動太陽房”是指附加在房屋南面的溫室，既可用于新建的太陽房，又可在改建的舊房上附加上去。實際它是直接受益式（南向的溫室部分）和集熱—蓄熱墻式（后面有集熱墻的房間）兩種形式的綜合。由于溫室效應，使室內有效獲熱量增加，同時減小室溫波動。溫室可做生活間，也可作為陽光走廊或門斗，溫室中種植蔬菜和花草、美化環境增加經濟收益，縮短回收年限。附加溫室外觀立面增加了建筑的造型美、熱效率略高于集蓄熱墻式，但是溫室造價較高，在溫室內種植物，濕度大，有氣味，使溫室的利用受到限制。2025/2/26832025/2/2684屋頂蓄熱集熱式屋頂做成一個淺池（或將水裝入密封的塑料袋內）式集熱器，在這種設計中，屋頂不設保溫層，只起承重和圍護作用，池頂裝一個能推拉開關的保溫蓋板。該系統在冬季取暖，夏季降溫。冬季白天打開保溫板，讓水（或水袋）充分吸收太陽的輻射熱；晚間關上保溫板，水的熱容大，可以儲存較多的熱量。水中的熱量大部分從屋頂輻射到房間內，少量從頂棚到下面房間進行對流散熱以滿足晚上室內采暖的需要。夏季白天把屋頂保溫板蓋好，以隔斷陽光的直射，由前一天暴露在夜間、較涼爽的水（或水袋）吸收下面室內的熱量，使室溫下降；晚間打開保溫蓋板，借助自然對流和向涼爽的夜空進行輻射，冷卻了池（水袋）內的水，又為次日白天吸收下面室內的熱量做好了準備。該系統適合于武漢夏季較熱、冬天又十分寒冷的地區，為一年冬夏兩個季節提供冷、熱源。2025/2/2685用屋頂作集熱和貯熱的方法，不受結構和方位的限制。用屋頂作室內散熱面，能使室溫均勻，也不影響室內的布置。2025/2/2686自然循環（熱虹吸）式自然循環被動太陽房的集熱器、貯熱器是和建筑物分開獨立設置的，它適用于建在山坡上的房屋。集熱器低于房屋地面，貯熱器設在集熱器上面，形成高差，利用流體的熱對流循環。白天太陽集熱器中的空氣（或水）被加熱后，借助溫差產生的熱虹吸作用，通過風道（用水時為水管），上升到它的上部巖石貯熱層，熱空氣被巖石堆吸收熱量而變冷，再流回集熱器的底部，進行下一次循環。夜間巖石貯熱器通過送風口向采暖房間以對流方式采暖。該類型太陽房有氣體采暖和液體采暖兩種，由于其結構復雜，應用受到一定的限制。2025/2/26872025/2/2688太陽灶2025/2/2689太陽灶的基本概念太陽灶是利用太陽輻射能，通過聚光、傳熱、儲熱等方式獲取熱量，從而進行炊事烹飪食物的一種裝置，應能滿足燒開水、煮飯及煎、炒、蒸、炸的功能。太陽灶溫度要求：如蒸煮或燒開水、要求溫度100~150℃；如果需要煎、炒、炸，則需要提供500~600℃的高溫。太陽灶功率要求：要根據用戶的需求。一般家庭使用的太陽灶，其功率大多為500~1500W之間，截光面積約1~3㎡。太陽灶的熱效率：太陽灶提供的有效熱能與它接收太陽的能量之比。通過試驗和檢測，約為50%左右。其他要求：操作方便，如鍋灶的高度、它與人體的距離以及便于定時調整角度和方位。耐火性能和抗風載。結構類型：箱式太陽灶、聚光太陽灶和綜合型太陽灶。2025/2/2690箱式太陽灶箱式太陽灶的基本結構為一箱體，如圖所示。箱體上面有1~3層玻璃（或透明塑料膜）蓋板，箱體四周和底部采用保溫隔熱層，其內表面涂以太陽吸收率比較高（應大于0.9）的黑色涂料，此外還有外殼和支架。2025/2/2691蒸、煮食物可以放在箱內預制好的木架或鉛絲彎成的托架上。使用時，將箱體蓋板與太陽光垂直方向放置、預熱一定時間后，使箱內溫度達到100℃時，放入食物，箱子封嚴后即開始進行蒸煮食物，使用時要進行幾次箱體角度的調整，一般1~2小時后即熟。箱式太陽灶可以蒸饅頭、包子、燜米飯、燉肉、熬菜和煮紅薯等。此外還可以用它蒸煮醫療器具和消毒滅菌之用。2025/2/2692為提高箱式太陽灶的熱性能，人們又在箱式太陽灶朝陽玻璃面四周加裝平面反射鏡1~4塊。這樣太陽光照射到反射鏡后，有很大一部分能量會進入玻璃面，使箱式太陽灶有效能量提高1~2倍。反射式太陽灶2025/2/2693聚光太陽灶

聚光太陽灶是利用拋物面聚光的特性，大大提高了太陽灶的功率和聚光度，使鍋圈溫度可達500℃以上，大大縮短了炊事作業時間。聚光式太陽灶又可以根據聚光方式的不同，分為旋轉拋物面太陽灶、球面太陽灶、拋物柱面太陽灶、圓錐面太陽灶和菲涅耳聚光太陽灶等。由于旋轉拋物面太陽灶具有較強的聚光特性、能量大，可獲得較高的溫度，因此使用最廣泛。2025/2/2694提供足夠的能量和溫度，能烹煮所需種類和數量的食物；堅固耐用，能承受頻繁的操作使用以及風和其他外來影響；被社會所接受，適應人們的烹飪和飲食習慣，例如能在蔽蔭處做飯，最好在沒有太陽時也能烹飪；制造方便，能利用當地的人力和物力；價格應能與其他灶具競爭。聚光太陽灶的設計與制造（略）太陽灶必須具備的條件2025/2/2695§2.太陽能的熱利用§2-1.平板型集熱器§2-2.真空管集熱器§2-3.太陽能熱水器§2-4.太陽房太陽灶§2-5.太陽能干燥§2-6.太陽能儲存2025/2/2696太陽能儲存的三個含義：§2-6.太陽能儲存將白天接收到的太陽能儲存到晚間使用；將晴天接收到的太陽能儲存到陰雨天使用；將夏天接收到的太陽能儲存到冬天使用。目前的技術發展水平僅限于第一層含義上的儲存。太陽能儲存的三種方式：顯熱儲存潛熱儲存化學儲存2025/2/2697利用蓄熱材料的熱容量，通過升高或降低材料的溫度而實現熱量的儲存或釋放的過程。對于一定量的蓄熱材料，其比熱容越大，溫度變化越大，儲存的熱量越多。蓄熱材料液體介質：水、油和各種有機溶劑。水的比熱容最大，無毒無臭方便易得，價格便宜。固體介質：卵石、磚塊、混凝土、土壤等。顯熱儲存2025/2/26982025/2/2699利用蓄熱材料在熱作用下發生相變而產生的熱量儲存過程。由于相變潛熱比顯熱變化大得多，因此，潛熱儲存具有很高的儲熱密度。一般材料的相變有三種：固氣相變、液氣相變、固液相變固液相變最常用，固液相變材料常以英文縮小字母PCM表示（Phasechangematerials）。固液相變儲能系統包括三個部分：具有適當相變溫度范圍的相變材料；裝載相變材料的容器；換熱器。PCM：要求熔化熱大、熔點合適、導熱性能好、化學性質穩定、無腐蝕、無毒無污染、不易燃燒、價格低廉、容易獲得。常用材料：CaCl2.6H2O、Na2CO.10H2O、Na2SO4.10H2O等。潛熱儲存2025/2/261002025/2/26101利用化學反應熱的形式來儲存熱能。化學儲能和釋能由兩個獨立的步驟完成：一是通過化學反應（一般在高溫下進行），產生含能的反應產物；二是反應產物發生逆向化學反應又恢復到原先的物質而放出熱量。化學能比相變潛熱大得多，所以化學儲能的能量密度最高。用熱水做顯熱儲能的儲能密度：58W.h/kg冰的溶解熱儲能密度：93W.h/kg金屬氫化物中輕的化學儲能密度：600~2500W.h/kg液態氫的化學儲能密度：3300W.h/kg利用太陽能聚焦后的高溫進行熱分解制氫（溫度3000K），將太陽能變成化學能儲存與氫中，氫氣燃燒可釋放大量熱能。化學儲存2025/2/26102§1.太陽能基礎知識§2.太陽能的熱利用§3.太陽能的熱發電§4.太陽能光伏發電§5.太陽能熱氣流發電太陽能利用技術

TechnologyofSolarEnergyUtilization2025/2/26103§3.太陽能的熱發電§1-1.太陽能熱發電技術概況§1-2.太陽能熱電站基本系統§1-3.各種太陽能熱發電系統§1-4.太陽能熱發電技術前景2025/2/26104§1-1.太陽能熱發電技術概況太陽能熱發電技術：將吸收到的太陽輻射熱能轉換成電能的發電技術。分類：1.利用太陽熱能直接發電。例：半導體或金屬材料的溫差發電、真空器件中的熱電子和熱離子發電、堿金屬熱電轉換、磁流體發電。特點：發電裝置本體沒有活動部件，但目前發電量小，尚處于原理性試驗階段。2.將太陽能通過熱機帶動發電機發電。例：塔式發電站、槽式發電站、蝶式發電站，熱氣流發電站特點：基本組成與常規發電設備類似，所不同的是熱能通過太陽能轉換而來。2025/2/26105太陽能熱發電站的7個發展時期2025/2/261061期1878年，巴黎建立了一個小型太陽能動力系統，盤式拋物面反射鏡將太陽光聚焦到置于其焦點處的蒸汽鍋爐，由此產生的蒸汽驅動一個很小的交互式蒸汽機運行。1901年，美國研制成功7350W的太陽能蒸汽機，采用70m2的太陽能聚光集熱器，該裝置安裝在美國加州做實驗運行。1907~1913年，美國研制成由太陽能驅動的水泵。1913年，研制成36.8kW太陽能動力機，安裝在埃及開羅附近，從尼羅河提水灌溉，該裝置采用長的槽型拋物面反射鏡將太陽光聚焦到中心管上，聚光比為4.5：1。2025/2/261071950年，原蘇聯設計了世界上第一座塔式太陽能熱發電站小型試驗裝置，對太陽能熱發電技術進行了廣泛、基礎性的探索和研究。1973年，石油危機。再次興起太陽能技術研究。20世紀80年代初，以色列和美國聯合組建了LUZ太陽能熱發電國際有限公司。從成立開始，該公司就一刻不停的集中力量研究開發槽式拋物面反射鏡熱發電系統。1981~1991年，全世界建造了裝機容量為MW級的太陽能熱發實驗電站20余座，最大發電功率為80MW，其中最主要的形式是塔式電站。2期2025/2/261082025/2/261093期20世紀80年代，對已建成的太陽能發電站進行大量的實驗研究和分析后，發表了很多技術總結報告，得出基本結論：太陽能熱發電在技術上雖然可行，但單位容量投資過大，且降低造價十分困難。之后，關于太陽能熱發電站逐漸遭到冷落。美國原計劃擬在1983~1995年間，分別建50~100MW和100~300MW的太陽能熱電站，結果都沒有實現。2025/2/261104期正當人們開始疑慮太陽能熱發電前景時，LUZ公司1985~1991年間，在美國加州沙漠相繼建成9座槽式太陽能熱發電站，總裝機容量353.8MW，并投入并網運行。經過努力，電站的初次投資由1號電站的4490美元/kW降到8號電站的2650美元/kW，發電成本從24美分/kWh降至8美分/kWh。計劃到2000年，在加州簡稱總裝機容量800MW的槽式太陽能熱發電站，將發電成本降至5~6美分/kWh。美國政府和州政府與1991年限后取消對太陽能電站的投資減免稅政策，迫使10號電站停建，同年，LUZ公司宣告破產，所有計劃全部終止。2025/2/261115期：星星之火對塔式太陽能熱發電的研究開發，人們并未因此完全終止，1980年美國在加州建成的太陽Ⅰ號塔式太陽能熱發電站，裝機容量10MW，經過一段時間試驗運行，及時做了技術總結。在此基礎上，郵件稱了太陽Ⅱ號，并于1996年1月投入試驗運行。1992年，德國一家工程公司開發的一種蝶式斯特林太陽能熱發電站的發電功率為9kW，到1995年3月底，累計運行了17000小時，峰值凈效率20%，月凈效率16%，該公司計劃用100臺這樣的發電系統建成一座1MW的蝶式太陽能熱發電示范電站。同時產生了一種新型太陽能熱發電站稱之為：太陽能熱氣流發電站。1981年建成，1991~1999年美國、以色列、印度、德國、巴西、加拿大都對其產生了研究興趣。2025/2/261126期進入本世紀以來，許多研究者對太陽能熱發電站又開始投入新的熱情。2001年，澳大利亞創建SolarMission公司，計劃于2003年在澳大利亞Midura建成世界上最高大的太陽能電站——太陽能熱氣流發電站，發電功率200MW。該電站由集熱棚、導流塔（習慣稱之為煙囪）、蓄熱層和透平發電機組四個關鍵部件組成。電站導流塔高1000m，外直徑170m。集熱棚直徑7公里。透平葉片長65m。同時，想建200MW太陽能熱氣流發電站的國家和地區有：南非、巴基斯坦、印度、美國（兩度）、巴西、中國。2025/2/261137期？想建200MW太陽能熱氣流發電站的國家和地區。南非——研究再加研究巴基斯坦——怕打仗印度——還沒想好美國（兩度）——先霸占了石油再說巴西——目前也就玩玩而已中國——慢慢等決策吧2025/2/26114§3.太陽能的熱發電§1-1.太陽能熱發電技術概況§1-2.太陽能熱電站基本系統§1-3.各種太陽能熱發電系統§1-4.太陽能熱發電技術前景2025/2/26115§1-2.太陽能熱電站基本系統一、電站熱系統二、太陽能熱發電系統組成2025/2/26116一、電站熱系統常規熱力發電廠朗肯循環系統2025/2/26117朗肯循環之再熱循環2025/2/26118朗肯循環之回熱循環2025/2/26119典型太陽能熱發電站熱力循環系統2025/2/26120太陽能熱發電站與常規電站的區別汽輪機發電部分完全一樣，都是產生過熱蒸汽驅動汽輪發電機組發電。不同點在于：常規電廠燃燒礦物燃料，太陽能熱電站收集太陽輻射能為能源。因此，結構上，太陽能熱發電站以太陽能收集器代替常規電廠中的普通鍋爐。此外，由于太陽輻射能的間斷性及周期性特點，需要再設置蓄熱子系統或輔助能源子系統。2025/2/26121

冬天太陽輻射低，白天短。因此，早上較晚（8時）系統開始集熱，下午較早（17時）停機。白天太陽能只能供給機組滿載運行80%的能量，其余由輔助能源供給。2025/2/26122

夏天太陽輻射高，白天長。因此，早上較早（7時）系統開始集熱，下午較晚（22時30分）停機。白天太陽能不僅可供給機組滿載運行，還有多余能量蓄于儲熱槽中，留待晚上與輔助熱源共同供給機組運行，維持到深夜停機。2025/2/26123二、太陽能電站發電系統的組成典型太陽能熱發電系統主要由4各部分組成：聚光集熱子系統蓄熱子系統輔助能源子系統汽輪發電子系統2025/2/26124聚光集熱子系統聚光集熱子系統包括聚光器、接收器和跟蹤裝置。聚光器用于收集陽光并將其聚集到一個有限尺寸面上，以提高單位面積上的太陽輻照度，從而提高被加熱工質的工作溫度。聚光方法：平面反射鏡、曲面反射鏡和菲涅爾透鏡，在太陽能熱發電系統中，最常用的聚光方式有兩種：平面反射鏡和曲面反射鏡。聚光器是太陽能熱發電系統的一個關鍵部件，入射陽光首先經過它反射到接收器，其性能的優劣明顯影響到太陽熱發電系統的總體性能。2025/2/26125聚光器的性能要求1.光學性能聚光器的鏡面反射率越高越好，一般采用蒸鍍銀或鋁的玻璃或高分子板，為防止氧化，可采用噴涂一層透明硅膠的方法對反射面加以保護。問題：反射鏡暴露于環境，保持鏡面清潔是難題。2.機械性能反射鏡有很好的平整度；具有較高的機械強度和穩定性，能抗大風；發射鏡面和保護膜有很強的粘合度。3.化學穩定鏡面具有很強的耐腐蝕性能。2025/2/26126接收器接收器是通過接受經過聚焦的陽光，將太陽輻射能轉變為熱能，并傳遞給工質的部件。在這里，工質被太陽輻射能加熱，變成過熱蒸汽，再經管道送往汽輪機。根據不同的聚光方式，接收器的結構有很大的差別。接收器的關鍵技術，是其接受陽光的表面必須涂覆選擇性吸收膜，使對太陽輻射的吸收率比較高，而在接收器表面溫度下發射率較低。2025/2/26127跟蹤裝置為了使一天所有時刻的太陽輻射能都能通過反射鏡面反射到固定不動的接收器上，反射鏡必須設置跟蹤裝置。太陽聚光器的跟蹤方式有兩種：單軸跟蹤和雙軸跟蹤（反射鏡面繞一根軸還是兩根軸轉動）。實現跟蹤的方式：程序控制方式和傳感器控制方式程序控制方式：計算太陽運動規律來控制跟蹤機構的運動。缺點是存在累積誤差。傳感器跟蹤方式：由傳感器瞬時測出入射太陽輻射的方向，一次控制跟蹤機構的運動。缺點是多云條件下難以準確定位反射鏡的方向。最終方式：結合二者，以程序控制為主，以傳感器瞬時測量做反饋，對程序進行累積誤差修正。2025/2/26128蓄熱子系統蓄熱子系統是太陽能熱發電系統中必不可少的組成部分。早晚和白天云遮間歇的時間內，都必須依靠儲存的太陽能來維持正常運行。夜間和陰雨天一般考慮采用常規燃料作輔助能源，否則由于蓄熱容量需求太大，將明顯加大整個太陽能熱發電系統的初投資。蓄熱器就是采用真空或隔熱材料做良好保溫的儲熱容器。蓄熱器中儲放蓄熱材料，通過特種設計的換熱器對蓄熱材料進行儲熱和取熱。儲熱方式：顯熱儲熱、潛熱儲熱、化學儲能2025/2/26129輔助能源子系統配置輔助能源子系統的目的就是維持電站能夠持續運行。太陽能熱發電系統要求的蓄熱子系統容量太大，以致投資巨大，所以在其中配以常規燃料做輔助能源，是極其可取的方案。輔助能源子系統就是在太陽能熱發電系統中增設常規燃料鍋爐，用于陰雨天和夜間啟動。常規能源根據當地能源資源選定，可選天然氣、石油或煤。現代太陽能熱發電系統的最新設計概念是建造太陽能和天然氣雙能源發電站。2025/2/26130汽輪發電子系統太陽能熱發電系統的動力發電裝置，可選如下幾種：現代汽輪機、燃氣輪機、低沸點工質汽輪機、斯特林發動機動力發電裝置根據太陽能集熱系統可能提供的工質參數選定。現代汽輪機和燃氣輪機工作參數高，適用于大型塔式或槽式太陽能熱發電系統。斯特林發動機的單機容量小，通常在幾十千瓦以下，適用于蝶式拋物面反射鏡發電系統。低沸點工質汽輪機適合于太陽池太陽能熱發電系統。2025/2/26131§3.太陽能的熱發電§1-1.太陽能熱發電技術概況§1-2.太陽能熱電站基本系統§1-3.各種太陽能熱發電系統§1-4.太陽能熱發電技術前景2025/2/26132§1-3.各種太陽能熱發電系統兩種類型的太陽能發電系統分散型發電系統：將拋物面聚光器配置成很多組，然后把這些集熱器串聯和并聯起來，以滿足所需的供熱溫度。集中型發電系統也稱為塔式接受器系統，它由平面鏡、跟蹤機構、支架等組成定日鏡陣列，這些定日鏡始終對準太陽，把入射光反射到位于場地中心附近的高塔頂端的接受器上。2025/2/26133集中型發電系統——塔式2025/2/26134PowerTower2025/2/26135它是在地面挖一個球形大坑，坑壁貼上許多小反射鏡，使大坑成一個巨大的凹面半球鏡，它將太陽能聚焦到接受器，以獲得高溫蒸氣。為了降低塔式太陽能熱動力系統的投資，發展了一種太陽坑發電技術。2025/2/26136ParabolicTroughConcentratorsAphotovoltaictroughconcentratorsystemattheAustralianNationalUniversity分散型發電系統2025/2/26137ParabolicDishConcentrator

Parabolicdishsystemsarethemostefficientofallsolartechnologies,atapproximately25%efficient,comparedtoaround20%forothersolarthermaltechnologies.

2025/2/26138另一種有前途的太陽能熱動力發電技術是太陽能煙囪發電。它是在一大片圓形土地上蓋滿玻璃，圓中心建一高大的煙囪，煙囪底部裝有風力透平機。透明玻璃蓋板下被太陽加熱的空氣通過煙囪被抽走，驅動風力透平機發電。這種發電裝置簡單可靠，在西班牙已建有一座容量為100kW的試驗電站。顯然這種發電方式非常適合于我國廣大的西部地區。2025/2/261392025/2/261402025/2/26141依山而建的太陽能煙囪2025/2/26142太陽能煙囪的綜合利用2025/2/26143§3.太陽能的熱發電§1-1.太陽能熱發電技術概況§1-2.太陽能熱電站基本系統§1-3.各種太陽能熱發電系統§1-4.太陽能熱發電技術前景2025/2/26144§1-4.太陽能熱發電技術前景2025/2/261452025/2/261462025/2/261472025/2/26148太陽能熱電站發展潛力海洋能利用技術

Oceanenergy明廷臻能源與動力工程學院2025/2/26150海洋能概述各種海洋能2025/2/26151一、海洋能概述一望無際的汪洋大海，不僅為人類提供航運、水產和豐富的礦藏，而且還蘊藏著巨大的能量。2025/2/26152海洋能分類海洋能源通常指海洋中所蘊藏的可再生的自然能源，主要為潮汐能、波浪能、海流能（潮流能）、海水溫差能和海水鹽差能。更廣義的海洋能源還包括海洋上空的風能、海洋表面的太陽能以及海洋生物質能等。潮汐能和潮流能來源于太陽和月亮對地球的引力變化，其他均源于太陽輻射。2025/2/26153海洋能源按儲存形式又可分為機械能、熱能和化學能。其中，潮汐能、海流和波浪為機械能，海水溫差為熱能，海水鹽差為化學能。各種海洋能的蘊藏量是巨大的，據估計有750多億千瓦，其中波浪能700億千瓦，溫度差能20億千瓦，海流能10億千瓦，鹽度差能10億千瓦。2025/2/26154海洋能的特點蘊藏量巨大，而單位體積、單位面積、單位長度所擁有的能量較小。即要想得到大能量，就得從大量的海水中獲得。具有可再生性。來源于太陽輻射能與天體間的萬有引力，因而取之不盡，用之不竭。2025/2/26155有較穩定與不穩定能源之分。溫度差能、鹽度差能和海流能較穩定，潮汐能與潮流能不穩定但變化有規律，波浪能既不穩定又無規律。海洋能屬于清潔能源，一旦開發后，其本身對環境污染影響很小。2025/2/26156二、各種海洋能潮汐能波浪能海洋溫差能海洋鹽差能海流能2025/2/26157潮汐能潮汐現象是由地球和天體運動以及它們之間的相互作用而引起的。在海洋中，月球的引力使地球的向月面和背月面的水位升高。2025/2/26158潮汐能：因海水漲落及潮水流動所產生的能量。是以位能形態出現的海洋能。潮汐中蘊藏著的巨大能量：漲潮過程中巨大的動能，隨著海水水位的升高，就轉化為勢能，在落潮的過程中，水位逐漸降低，勢能又轉化為動能。2025/2/26159潮汐電站的優點清潔、可再生能源；雖然有周期性間歇，但具有準確的規律，可用計算機預報，有計劃地納入電網運行；一般離用電中心近，不必遠距離輸電；無淹沒損失、移民等問題；水庫內可發展水產養殖、圍墾和旅游綜合效益。2025/2/26160潮汐電站的缺點發電具有間歇性，這種間歇性周期變化又和日夜晝夜變化不一致；潮汐屬于低水頭，故發電效率不高；由于涉及大量海工建筑，單位千瓦的造價較常規水電站高。2025/2/26161全球海洋中所蘊藏的潮汐能約有27億千瓦，若能充分利用起來，其每年的發電量可達33480萬億度。我國海岸線曲折，漫長的海岸蘊藏著十分豐富的潮汐能資源。理論蘊藏量達1.1×108kW，其中浙江、福建兩省蘊藏量最大。2025/2/26162我國主要港口潮差概況（單位：m）

大潮差小潮差湛江4.872.18（平均）黃浦2.500.30高雄0.400.20基隆1.200.30廈門4.602.90福州5.703.60上海3.002.00青島3.481.91天津

2.48秦皇島

1.00大連2.561.392025/2/26163中國主要潮汐電站表站名潮差（米）容量(MW)投運時間江廈5.13.21980白沙口2.40.641978幸福洋4.51.281989岳浦3.60.151971海山4.90.151975沙山5.10.0419612025/2/26164潮汐能利用的主要方式是發電。通過貯水庫，在漲潮時將海水貯存在貯水庫內，以勢能的形式保存，然后，在落潮時放出海水，利用高、低潮位之間的落差，推動水輪機旋轉，帶動發電機發電。2025/2/26165潮汐能利用可分為兩種形式：一是利用潮汐的動能，直接利用潮流前進的力量來推動水車、水泵或水輪機發電。二是利用潮汐的位能，在電站上下游有落差時引水發電。由于利用潮汐的動能比較困難，效率又低，所以潮汐發電多采用后一種形式，即利用潮汐的位能。潮汐電站的幾種類型2025/2/26166單庫單向電站單庫雙向電站雙庫連續發電電站潮汐位能電站的分類2025/2/26167在海灣出口或河口處，建造堤壩、發電廠房和水閘，將海灣與外海分隔，形成水庫。在漲潮時開啟閘門將潮水充滿水庫。落潮時當外海潮位下降，控制水庫水位與潮位保持一定落差，利用該落差水流流經廠房時推動機組發電。這種電站只建造一個水庫，而且只在落潮時發電，稱為單庫單向發電。單庫單向電站2025/2/26168沖水工況：開啟水閘，機組停電，上漲的潮水經水閘進入水庫，至庫內外水位齊平為止。等候工況：水閘關閉，機組停電，水庫內水位保持不變，庫外水位因落差逐步下降，待庫內外水位差達到一定水頭時，啟動水輪機發電。發電工況：機組發電，庫水位水流外泄，庫水位下降，直至與外海潮位的水位差小于機組發電需要的最小水頭為止。等候工況：機組停電，庫水位保持不變，待庫內外水位齊平后，轉入下一循環。單庫單向電站運行工況2025/2/26169單庫單向電站每晝夜發電兩次，停電兩次，平均每日發電約9~11小時。由于采用單向機組，機組結構簡單，發電水頭較大，機組效率較高。也可采用漲潮時發電充水，落潮時泄水的形式。多用于小型潮汐電站。電站評述2025/2/26170單庫雙向電站為了在漲落潮時都能發電，須建造單庫雙向電站。這種電站一般有兩種形式，一種是設置雙向發電的水輪發電機組；一種是仍采用單向發電機組，但從水工建筑物布置上使流道在漲潮和或落潮時，都能使水流按同一方向進入和流出水輪機，從而使漲落潮兩向均能發電。2025/2/26171單庫雙向電站每晝夜發電4次，停電4次，平均每日發電約14~16小時。發電小時數約增長1/3，發電量約增加1/5。由于兼顧正反兩向發電，所以發電平均水頭較單向發電小，相應機組單位千瓦造價比單向發電為高。設備制造和操作運行技術要求高，宜在大中型電站中采用。電站評述2025/2/26172雙庫連續發電電站上述單庫單向電站和單庫雙向電站都出現停機狀況，給用戶和系統帶來很大不便。為保證連續供電，可建造雙庫連續發電電站。在海灣或河口處建造相鄰的兩個水庫，各與外海用一個水閘相通，一個水庫專門進潮（稱高水庫），一個水庫專門出潮（稱低水庫），在兩個水庫之間設置發電廠房并相連通，在潮汐漲落中，控制進水閘和出水閘，是高水庫與低水庫間始終保持一定落差，從而在水流由高水庫流向低水庫時連續不斷發電。2025/2/26173電站評述雙庫連續發電電站的優點十分明顯，但缺點時工程建筑物多、分散，工程投資高。由于把海灣或河口分隔成兩個水庫，使原來一個大水庫與外海交換的水量變成兩個水庫之間的水量交換，因此發電利用的水量約減少了一半，發電量也相應減少較多。雙庫連續發電宜建設在地形條件十分優越的地方，如何利用天然地形不增建中間堤壩，布置廠房、水閘較方便。一般情況下這種電站單位造價比較昂貴。2025/2/26174是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能。與波高的平方、波浪的運動周期以及迎波面的寬度成正比。是海洋能源中能量最不穩定的一種能源。波浪能2025/2/26175波浪能分布全世界波浪能功率資源：2×1012W，對應于年可利用能源1.75×1013kWh電，相當于全世界一年的用電量。愛爾蘭具有歐洲最好的波浪能，近岸波浪能達到每年4.8×1010kWh電，但卻有超過90%的能源需要進口。2025/2/26176我國有愈18000km的海岸線，7000多個大小島嶼，我國沿岸和海島附近的波浪能理論年平均功率約為12.85GW。我國沿海波浪功率可達17~39kW/m，渤海灣更高達42kW/m，利用前景誘人。我國波浪能資源主要分布在經濟發達而常規能源缺乏的東南沿海，主要是浙江、福建和廣東沿海，以及臺灣沿岸。開發波浪能資源，對于我國東南沿海地區的經濟發展具有極為重要的意義。2025/2/26177與太陽能、風能等技術相比，波浪能相對較為年輕，目前經濟上無法與之競爭。能流密度在可再生能源中最高。波浪發電是波浪能利用的主要方式。此外，波浪能還可以用于抽水、供熱、海水淡化以及制氫等。波浪能利用裝置的種類繁多，有關波能裝置的發明專利超過千項，獲得專利證書的也達數百件。波浪能利用被稱為“發明家的樂園”。2025/2/26178波浪是由于風吹過海面引起。由于風與海面的相互作用，一部分風的能量傳給了海水，變成了波浪的動能和勢能。動能有海水的運動速度來描述，勢能時偏離平均海平面的海水質量的函數。風傳給海水的能量取決于風的速度、風與海水作用的路程長度和時間長度。波浪的速度取決于它們的波長——波長愈長，波浪運動愈快。這種現象在颶風中可以看到，此時風暴引起的長波長的波浪傳播得比風暴更快，因此風暴前首先到來的是巨大的浪涌。波浪的形成2025/2/26179

波浪發生的三個過程開始時，空氣吹過海水表面，由于粘性作用，對海水施加一個切向力。而水的表面張力提供了一個彈簧的恢復力，使水面產生一層微小的漣漪，它是波浪形成的前奏，此時的波稱為表面張力波；靠近水表面的湍動的空氣流引起剪切力和壓力的波動，當這些波動與已有的波浪同相位時，波浪進一步加強；波浪繼續受風的剪切力作用，與風共振，從風中吸取能量。波高逐漸加高，波長逐漸加長，最后到達波瀾壯闊的情況，此時，迫使水面復原的恢復力為重力，故稱為重力波。2025/2/26180波浪分類表面波或漣漪（capillarywave）：當微風吹拂海面或擲一小石子于湖中，水面上一層層漣漪，波長僅數厘米，周期1~2s。恢復力是表面張力。微弱的漣漪是海浪形成的開始。重力波（gravitywave）：一般在海邊看到的波浪，其周期從數秒至十數秒，波長由數米之數百米，波高亦可達十數米。恢復力是重力。引起波浪的外力是風，在刮風區的浪稱為風浪wave，波浪傳遞遠離刮風區后稱之為涌浪swell。涌浪較平滑單周期和波長較長。俗語說：小船怕浪，大船怕涌。即是因為涌浪的波長長之故。2025/2/26181海嘯（Tsunami）：因海底地震所引起的波浪，此類波在大洋中并不很可怕，但在近岸淺水海域，波浪因淺化而波高劇增，可造成嚴重災害。此波在大洋中傳遞極快，每秒速度可超過200m，時速逾700km，接近飛機速度