太阳能利用技术知识点汇总-缩

第一章1.太阳参数：太阳是一个炽热的大气体球直径约为(139万)km，是地球直径的(109)倍，体积是地球的(130万)倍，质量是地球的(33万)倍，密度是地球的(1/4)。太阳可分为内球和太阳大气两大部分。从太阳球心到平均半径为1/4的范围内，含有总质量的40%，温度高达(1500万)oC，密度超过100g/cm3(克/厘米3)，在平均半径的70%处，温度降至(50万)oC，在外面的对流层中，温度进一步降至约(6000oC),密度降至1×10-8g/cm3。2.太阳的主要元素（成分）是氢和氦，其中氢约占78%，氦约占20%。3.热核反应:在异常的高温高压下，原子失去全部或大部核外电子，它们在高速运动和互相碰撞之中氢核聚合成氦核的反应，称为热核反应，太阳在热核反应中质量减少释放出大量的热。4.太阳辐射能是怎样产生的：在异常的高温高压下，原子失去全部或大部核外电子，它们在高速运动和互相碰撞之中，发生热核反应，太阳在反应中质量减少释放出大量的热，就形成了太阳辐射能。5.太阳常数：太阳常数是在日地平均距离处地球大气之层外、垂直于太阳光线的平面上，单位面积、单位时间内所接受到的太阳辐射能。6.1981年10月，太阳常数为1367±7W/m2(瓦/米2）7.太阳的物质形态：高温气体8.太阳光谱的分布：太阳表面的温度高达6000℃，它发射出由连续变化的不同波长的连续光谱，整个太阳光谱波长范围是非常广泛的，从几个埃到几十米，长波一端包括从600μm到30m的范围，短波一端包括紫外辐射到X射线段，波长0.1～300nm（1nm=10-9m）的范围。9.可见光的波长范围是0.38～0.78μm(1米=106μm)。10.太阳光谱能量分布：太阳光谱的波长范围很宽，但是辐射能的大小按波长的分配却是不均匀的，能量最大的区域在可见光部分，在波长460nm(0.46μm)附近，辐射能从最大值处向长波方向减弱较慢，向短波方向减弱较快，0.2～2.6μm这一波段的能量，几乎代表了太阳辐射的全部能量。11.太阳辐射穿过地球大气层时，由于受大气的散射、反射和吸收的影响，到达地面的太阳辐射明显地减少，光谱分布也发生生变化。12.散射：大气中的空气分子、尘埃、水滴、冰晶等粒子会改变太阳辐射的传播方向，这就是散射，气体分子对短波辐射的散射作用比对长波辐射厉害，大气的散射集中在能量比较大的可见光波段。13.大气对太阳辐射的散射：气体分子对短波辐射的散射作用比对长波辐射厉害，这也是天空呈现蓝色的原因，灰尘、水滴、冰晶等是粗粒子，较长波的散射也随之增强。大气的散射集中在能量比较大的可见光波段，因而是使太阳能辐射衰减的主要因素之一，大气的散射可在相当大范围内变化，它取决于太阳高度、云量、云厚、云状、大气透明度和海拔高度等因素，其中尤其以云的变化对散射的影响最大。14.地球作为一个整体，对太阳辐射有反射作用，它由3部分组成：大气对太阳辐射的反射是一种漫反射，约为入射辐射的8%；地球表面的反射为入射辐射的2%～3%；云层的反射随云状、云厚变化较大，平均约为入射辐射的25%。15.大气对太阳辐射的吸收：大气中水汽对太阳辐射的吸收起着十分重要的作用，其吸收带大部分集中在红外区，可见光区内也有一部分；臭氧吸收的主要是紫外线，约占入射辐射的2.1%；氧和二氧化碳对太阳辐射也有一定的吸收作用，但影响不大。16.大气质量：大气质量也叫空气质量就是直射阳光穿过地球大气层路径的长度和太阳在天顶时它穿过大气路径长度之比。17.太阳高度角：太阳高度角就是在任何时刻，从日轮中心到观测点间所连的直线和通过观测点的水平面之间的夹角。18.太阳方位角：太阳方位角就是从日轮中心到观测点间所连直线在通过观测点的水平面上的投影的观测点正南方向之间的夹角。19.太阳高度角h和太阳方位角A的计算：sinh=sinδsinΦ+cosδcosΦcoswtcoshcossinsintAΦ:观察点的地理纬度，北半球为正，南半球为负；w:地球绕轴旋转的角速度，几乎是一个常数，即15o/时t:平均太阳时，正午以前为负，正午以后为正，t=tst-(Lst-Lloc)/15-12时，其中tst为时区标准时间，Lst为标准时间根据的经度，Lloc为观察点经度δ:太阳赤纬角近似公式计算为：365284360sin45.2300nn:一年中的第几天方位角的值，正南方向为0，东南方为负，西南方为正。20.太阳直接辐射：太阳直接辐射就是通过直线路径从太阳射来的光线，它被物体遮蔽时，能在其后形成边界清楚的阴影。21.散射辐射：散射辐射太阳经过大气分子、水蒸气、灰尘和其他质点的反射，改变了方向的太阳辐射，它似乎从整个天空的各个方向来到地球表面，但大部分来自靠近太阳的天空，像在雾天或阴天那样，它不能被物体遮蔽形成边界清楚的阴影，它不能用透镜或反射镜加以聚焦。22.辐射强度：平面上每平方米接收到的太阳辐射功率瓦数，太阳辐射的大小，一般都以某一平面上的辐射强度来表示，23.(直接辐射强度)和(散射辐射强度)之和称为总辐射强度。24.直接辐射强度与太阳的位置以及接收面的方位和对地平面的倾斜度有很大的关系，如果接收平面的方位角度用α来表示，其法线和铅垂直线的夹角用γ来表示，根据太阳的高度角和方位角，可以求出直接辐射对接收平面的入射角（和平面法线的夹角）i的余弦，cosi=sinhcosγ-sinγcoshcos(A-α)这就是接收面上直接辐射强度和垂直于直接辐射的平面上直接辐射强度之比。25.太阳的吸收其实也包含转换，如太阳光照射在物体上，被物体吸收，物体的温度升高，这就使太阳光能转变成热能，也是最常见目前太阳能利用最广泛的方式。26.入射的太阳辐射能等于被材料(反射的能量)、(吸收的能量)和(透过材料能量)之和27.当一个物体的透射率等于零时，这种物体也就是不透明体。当吸收率等于1时，就是入射能完全被物体吸收，这种物体被称为黑体。28.反射分两种，一种是镜面反射，另一种是漫反射。29.选择性吸收面：所谓选择性吸收面，就是对太阳的短波辐射吸收性能好，而本身的长波热发射量很少的表面。30.根据制作方法，选择性吸收面有4种①漆②化学处理③电镀④真空蒸镀31.被选择性吸收面吸收的太阳辐射能，实际上已经转换成为热能。太阳能的另一种转换，就是直接由太阳辐射能转换为电能。太阳能的另一种重要转换方式是转换成生物质能。即：(光热转换)、(光电转换)、(光生物质能转换)。32.光敏电阻的工作原理（光敏电阻器件）：在导电性能介于金属和绝缘体之间的半导体中，电子所受的束缚力远小于绝缘体，如可见光的光子能量，就能把它从束缚状态激发到自由导电状态，从而降低了它的电阻，这就是半导体的光电效应，也是光敏电阻的工作原理，它的应用就产生了光敏电阻器件。33.光生伏特效应（光伏效应）：当半导体内局部区域存在电场时光生载流子将被电场吸附，而形成电荷积累，电场两侧由于电荷积累产生光生电压，这叫做光生伏特效应，简称光伏效应，这就是太阳电池的原理。34.半导体在阳光照射之下产生光伏效应的核心就是半导体内存在的电场。35.太阳能具有显著的不稳定性和间断性，太阳能的能量可以不同的形式储存，除热能外还可以位能、动能、电能、化学能的形式储存，或利用太阳能发电后电解水，储存氢和氧，需要时供燃料电池发电用或直接用氢为燃料。36.太阳能储热，就是将太阳能转换成热能，储存在储热介质中，保存在良好的保温条件之下，供需要时使用。太阳能储热可分为显热储热，潜热储热和可逆化学反应储热。37.按储热时间的长短可分为短期储热（一般为十几个小时）、中期储热（一般为3～5天）长期储热（可达几个月）38.根据热源和用热的情况，可以有低温储热（低于100℃）、中温储热（100℃～200℃）、高温储热（200℃以上）39.当利用太阳电池把太阳能直接转换为电能时，最方便的储能方法就是给蓄电池充电。40.太阳能的特点：太阳的能量是巨大的，是可以不断再生的，取之不尽，用之不竭的能源，太阳能又是清洁的，不需要担心它对环境产生污染和对人类造成危害，分布广阔能量密度低，不稳定性和间断性。第二章1.太阳灶基本上分为两种：①平板集热器型太阳灶(箱式太阳灶)②聚光型太阳灶。2.箱式太阳灶的特点：密封良好，结构简单，没有跟踪装置，能吸收直射和散射阳光，温度较低，120℃到130℃，能满足蒸、煮食物的要求，但不能满足所有的炊事要求，必须在室外操作。3.聚光式太阳灶：采用反射镜或透镜把入射太阳辐射聚焦在烹调用具所在的一个小区域，并提高温度的太阳灶。反射镜一般采用抛物面反射镜，透镜采用菲涅尔透镜。4.聚光式太阳灶特点(优缺点)：优点：应用比较广泛，温度在400℃以上，可满足烧、炒、蒸、煮、烤多种烹调方式的需求，缺点：要在室外操作。5.室内太阳灶特点：①主要特点采用传热介质，室内烹调食物。②温度可根据实际选用适宜的传热介质和传热系统。③成本较高。6.旋转抛物面反射器的聚光原理：平行于Z轴入射到抛物线上任意一点的光线，其反射线都经过焦点，也就是所有反射线都会聚集于抛物线的焦点，实际上我们采用的是旋转抛物面，所以只要我们把它的轴对准太阳光入射的方向，所有入射到抛物面上的阳光都会被反射，并且都会聚集在它的焦点上，这就是抛物面反射镜能够聚光的原理。7.太阳灶的聚焦f决定焦斑直径的大小。开口面积决定入射能量的多少。在开口面积相同的条件下，焦距越长，即焦斑直径越大，焦区的能量密度就越低。8.聚光比：聚光比是决定太阳灶焦斑温度的一个重要参数，它表示自然阳光经过反射面反射聚光后，能量密度可能提高的倍数。聚光比=开口面积/聚光面积=开口面半径的(平方)/聚光面半径的(平方)聚光比最大值是(11541)9.聚光式太阳灶参数的选取：①太阳高度角h，根据当地实际情况和使用条件决定；②最小投射角θ，θ可选20°左右③采光面积A，根据使用的需要，确定太阳灶的额定功率，然后估算出采光面积；④操作高度H，要使用方便，而且又能保证一定的采光面积，在太阳高度角最小时，一般选操作高度为0.9～1.2m⑤焦距F，根据经验来确定其焦距A=1.5㎡时f=0.6~0.65mA=2.0㎡时f=0.7~0.75mA=2.5㎡时f≥0.8m10.聚光式太阳灶的结构太阳灶的使用者主要是农民，因此，在满足基本功能的条件下，结构设计要尽量简单，易于制作，价格低廉，与农村用的常规能源灶相比具有竞争性。参数的选择要尽量便于使用和操作。太阳灶的采光面积确定后，在结构设计中首先要确定支点位置，目前国内对于重型灶（如水泥灶和铸铁灶），一般采用偏重心支撑。支撑点选取的原则是：①靠近重心，使调整轻便②在使用过程中，不会使操作高度超过方便的限度③在使用范围内(不包括极限位置),壳体不会触地。一天之中，太阳的高度角和方位角是在不断变化的，为了满足入射的太阳光和反射面的轴平行，就要使反射面的轴始终对准太阳，这就叫做跟踪太阳。这就有了相应的跟踪机构。由于一般炊事过程较短，同时又要使太阳灶价格低廉，目前国内太阳灶大都采用手动跟踪机构。太阳灶锅具的支撑与灶面高度角跟踪机构是相互配合的，设计时必须统一考虑。安装这种太阳灶要注意锅圈平面必须与水平面平行，灶面吊杆要选择适当，使灶面反射光的焦斑恰好落在锅圈内。11.聚光式太阳灶热性能指标和结构尺寸需要符合哪些要求：①烧水热效率不低于55%②温度在400℃以上光斑面积范围在50cm²~200cm²，边缘整齐呈圆形或椭圆形③最大操作高度≤1.25m④最大操作距离≤0.8m⑤最小使用高度角≤25°⑥最大使用高度角≥70°12.结构检测方法(1)焦距（f）当太阳灶主光轴与太阳光线平行时，锅圈中心至锅圈在灶面上投影的中心（原点）之间的距离即为焦距，可用钢圈尺和直尺测量。(2)采光面积:当太阳灶主光轴与太阳光线平行时，测出在地平面上的灶面外轮廓线投影以内的全部面积并乘以此时太阳高度角的正弦值，即为采光面。(3)使用高度角:太阳灶使用高度角可用量角器测量，测量误差≤±2°(4)最大操作高度把太阳灶锅圈调至最高位置，用钢卷尺或直尺测出锅圈中心到灶面后边缘的水平距离，即为最大操