农村太阳能的开发与利用

农村太阳能的开发与利用信息工程学院10光伏应用技术范秋莉联合国最新公布的研究结果显示，在过去30年中，虽然国际社会在环保领域取得了一定成绩，但全球整体环境状况持续恶化。全球环境恶化主要表现在大气和江海污染加剧、大面积土地退化、森林面积急剧减少、淡水资源日益短缺、大气层臭氧空洞扩大、生物多样性受到威胁等多方面，同时温室气体的过量排放导致全球气候变暖，使自然灾害发生的频率和强度大幅增加。20世纪80年代中期，在南极上空发现了臭氧空洞，它与地球变暖及所谓的温室效应和酸雨沉降问题构成全球性的大气环境问题，明显地危及全人类的生存和繁衍，引起了国际社会的高度关注，使当今的世界环境问题具有明显的时代特征。1999年发现的臭氧空洞是有史以来观测到的最大一次，达到2600万km2的面积。而且，很多能源在使用的过程中可能会对人类产生或多或少的影响。世界性的能源问题主要反映在能源短缺及供需矛盾所造成的能源危机。世界能源面临的另一问题是，随着经济的发展和生活水平的提高，人们对环境质量的要求也越来越高，相应的环保标准和环保法规也越来越严格。所以，一种种的新能源被发现出来了。太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能等可再生能源，以及氢能、核能等是通常所说的新能源。太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.75×l026W）的22亿分之一，但已高达1.73×1017W，换句话说，太阳每秒钟辐射到地球上的能量就相当于500万吨煤。太阳能是取之不尽的能源，使用太阳能不会排放有毒的污染物，这对保护人类生存条件和进行可持续发展生产十分有利。太阳能作为一种能源，与煤炭、石油、天然气、核能等矿物燃料相比，具有以下明显的优点：（1）、普遍：太阳光普照大地，无论陆地或是海洋，无论高山或是岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，而且无须开采和运输。（2）、无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。（3）、巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能相当于越130万亿吨标煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。（4）、长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的储量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年。虽然天阳能有很多的优点，但是万事并不是绝对的，有优点也有缺点。太阳能的缺点主要有两点：（1）、能流密度低；（2）、其强度受各种因素的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。我国年太阳能分布总量受太阳高度角、纬度位置、海拔、地形和气候影响，所以分布特点总的来说是从东南到西北逐步增加。高值的中心在青藏高原，低值的中心在四川盆地。北纬30º～40º地区，随纬度增高太阳辐射能增加，北纬40º以北，由东向西太阳辐射能逐渐增加，新疆呈东西向分布。根据我国年辐射总量的分布图来看、从太阳能资源开发利用的角度看，可以将全国分成丰富区、较丰富区、良好区、可用区、贫乏区五个区域，我们浙江属于太阳能的可利用区。浙江的衢州，海宁等地充分利用太阳能的有限资源，发展成为光伏产业基地。太阳能的利用方式分为光能转化热能、电能、生物质能和化学能。在太阳能热水器和太阳灶中是将太阳能转化成热能，太阳能发电上是将太阳能转化成为电能。但是，现在太阳能的利用几乎还只用在太阳能热水器和太阳灶上，还有少部分用在太阳能发电上，但这些也只是用在城市中的，而农村里太阳能的利用还少之又少。一、太阳能热水器太阳能热水器是利用太阳能辐射能把水加热的装置它是太阳能利用装置中技术较成熟，使用较为广泛的一类。太阳能热水器装置一般是由集热器、贮水箱、循环管道及辅助装置组成。太阳能热水器的基本原理：利用真空管集热，促使管内水温高于水箱水温，热水比冷水轻，形成对流，最终使水箱中的温度达到使用所需的温度。优质的太阳能热水器应该满足以下技术要求：（一）、性能要求1、热性能2、承压力3、耐空晒4、耐淋雨5、强度和刚度6、耐冻（二）、结构要求（三）、材料要求（四）、外观要求太阳能热水器利用太阳的直接照射，将冷水变成热水，省去了许多家庭没时间烧水来洗澡的烦恼。浙江几乎所有的城镇居民都使用了太阳能，也有一些农村居民也在使用太阳能热水器。随着经济的发展和能源的开发，这种方便、快捷、环保的装置将成为居家必备了。二、太阳灶我国在研制低成本的实用太阳能灶方面已经取得了一定的进展。在热效率方面已达到60%左右的较高水平。由于太阳灶结构简单，制作方便，成本较低，在农村特别是在气候干燥、燃料匮乏的地区，深受广大群众的欢迎。目前，推广使用的太阳灶主要有箱式太阳能灶和聚光式太阳能灶。箱式太阳灶可以利用太阳辐射的直射与散射两部分，但灶温低于200℃，不能用于炒菜；而聚光式太阳灶只太阳辐射能储热桶热水供应冷水补充集热器太阳辐射能辅助电热器能利用太阳能的直射部分，温度可达400℃以上，除用于煮饭炒菜外还可以用来烧开水，是农村使用得最多的一种太阳灶。（一）、箱式太阳灶箱式天阳能灶是利用黑体吸收太阳辐射能的原理制造的，它的主要结构为一个箱体，四周用绝热材料保温，内表面涂以吸收率大的物质，上面由3层玻璃板组成透光兼保温的盖板，这样投射进箱内的太阳辐射能被黑体吸收，并贮存在箱内使温度不断上升。当投入热量与散出热量平衡时，箱内温度就不再升高，达到平衡状态。1、普通式太阳能灶2、加装平面反射镜箱式太阳灶3、抛物柱面聚光箱式太阳能灶（二）、聚光式太阳能灶箱式太阳能灶虽然构造简单、成本低廉、使用方便，但聚光度低，功率有限，箱温不高，只适合于蒸烤食物且蒸煮时间较长，在使用上受到一定限制。聚光式太阳灶利用了抛物面聚光的特性，大大地提高了太阳灶的功率和聚光度，锅底可达500℃左右的高温，便于煮、炒食物及烧开水等各种炊事作业，缩短而来煮食时间。只是聚光式太阳灶较之箱式太阳灶设计制造较复杂，而且成本较高。太阳能灶的出现，缓解了气候干燥、燃料匮乏地区的压力。这样可以发挥各个地方的能源优势。三、太阳能路灯1994年，北京市华基电脑公司在国内已率先研制成功技术经济性能先进的系列太阳能路灯。太阳能路灯有太阳电池板、蓄电池、灯具、控制器及安装杆等五部分组成。灯具由灯泡、逆变器及灯杆组成。灯泡采用荧光灯或低压钠灯。逆变器可将直流低压逆变成灯泡所需的高频高压脉冲电。低压钠灯相比常用光源,同样的光通量及照度，节电可达50%以上。由于低压钠灯的发光管密封在高真空并涂有红外线反射膜的玻璃壳中,它的发光效率基本不受部环境温度的影响,其辐射光谱纯正、稳定、无杂散光，该波长光线透雾性强，再配上远东优质电子镇流器，使低压钠灯更易于使用在各种电源条件下，尤其适合太阳能路灯、隧道照明及高原高寒等特殊环境地区使用。在白天太阳能电池接受阳光照射产生电能，通过充电控制器给蓄电池充电，将电能存储在蓄电池中。当天黑时，即太阳能停止充电，充电控制器开启光源，并延时8小时后关闭。蓄电池内电能可供光源持续工作40小时，按每日8小时工作时间，可持续5天。此种太阳能路灯结构简单，性能可靠，在连续7天阴雨情况下仍能正常发光。太阳能路灯照明灯安装简便：不用铺设复杂的线路，只要做一个水泥基座，然后用不锈钢螺丝固定就可。太阳能照明灯具无需电费：是一次性投入，无任何运行成本，长期受益。太阳能照明没有安全隐患：是低压产品，运行安全可靠。太阳能路灯照明节能无消耗、绿色环保、安装简便、自动控制免维护等固有的特性为市政工程的建设直接带来明显可利用的优势。而且，目前我市的电力还是比较紧缺的（特别是夏天），所以我觉得我们的路灯应该改成太阳能路灯，这样，既能环保，还能节约电量。虽然一盏路灯的电量是微小的，但是，成千上万盏路灯一年、两年甚至多年能节约的电量那就是相当巨大的。在节能方面，太阳能路灯不消耗常规电力。而常规路灯照明耗电量占全国照明总耗电量的30％。通过比较分析，一套400瓦的常规路灯一年耗电超过1000度，相当于消耗标准煤400多公斤。若用1000套照明效果相当的150瓦太阳能路灯替换常规路灯，一年可间接节电上百万度，节约标准煤达400多吨。四、光伏水泵光伏水泵系统的基本原理是利用太阳电池将太阳能直接转换为电能，然后驱动各类电动机带动水泵从深井、江、河、湖、塘等水源提水。它具有无噪声、全自动、高可靠、供水量与蒸发量适配性好等许多优点。光伏水泵系统的基本原理是利用太阳电池将太阳能直接转换为电能，然后驱动各类电动机带动水泵从深井、江、河、湖、塘等水源提水。它具有无噪声、全自动、高可靠、供水量与蒸发量适配性好等许多优点。迄今为止我国仍有2800多万无电人口，分散居住在边远落后的贫困地区。由于能源短缺，至今没有解决引水和灌溉问题，特别是西北地区，由于气候干旱，土地荒漠化，草原退化的情况越来越严重，生态环境日益恶化，严重阻碍了农村经济的发展。西北地区地下水资源丰富，但利用率不高。主要原因是缺乏电力供应。同时西北地区的太阳辐射强，日照时间长，太阳能资源非常丰富。因此，利用太阳能光伏扬水与照明综合系统开发丰富的地下水资源，解决这些贫困无电地区的饮水，农牧业用水及照明问题，是一条既经济又可行的途径。农村地区太阳资源丰富，土地面积宽广，可以大力发展太阳能能源。目前，居民用电趋于紧张，环境污染日益严重，居民生活受到了比较严重的影响。所以，发展太阳能能源已经迫在眉睫。太阳能发电也将慢慢成为人们用电的来源，将在人们的生活中扮演重要的角色。