太阳能的利用 - 江门一中

什么是太阳能•太阳能一般指太阳光的辐射能量。在太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应，不停地释放出巨大的能量，并不断向宇宙空间辐射能量，这种能量就是太阳能。太阳内部的这种核聚变反应可以维持几十亿至上百亿年的时间。太阳向宇宙空间发射的辐射功率为380000000000000000000000kW的辐射值，其中20亿分之一到达地球大气层。到达地球大气层的太阳能，30%被大气层反射，23%被大气层吸收，其余的到达地球表面，其功率为800000亿kW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。•太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。在新实际中，各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。而光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点，在我国西部广袤严寒、地形多样和居住分散的现实条件下，有着非常独特的作用。太阳能手机电池板在沪问世据悉一种能有效利用太阳能和光能充电的新一代手机电池板最近在沪问世。这种新型的太阳能手机电池板由上海山力能源科技有限公司研发成功，具有节能、无污染、充电方便、使用寿命长等优点，现已获得国家专利，并取得中国人民保险公司质量认可担保。电池板内置感光芯片，外加感光层，既可利用电源充电，又能在缺乏电源或充电器未曾携带的情况下通过感光硅电池提供电能。它采用了光电转换、升压、防逆流、过充保护等高新技术装置，充电时间可长可短，不受限制，能迅速将各种光源转换成电能，平均使用寿命比普通锂电池板长一倍。太阳能集热器•简介：太阳能热利用系统中，接受太阳能辐射并向水传递热量的部件，称为太阳能集热器。目前主要有平板型、全玻璃真空管、真空热管三种太阳能集热器，各种太阳能集热器各有优缺点，分别使用于不同的地区、不同的用途，性能价格比也不同。一、平板型太阳能集热器1.平板型太阳能集热器是金属管板式结构,热效率高，产热水量大，可承压，耐空晒，水在铜管内加热，质量稳定可靠，免维护，15年寿命。2.无抗冻能力，适合于广东、福建、云南、广西、海南等冬天不结冰地区使用，性价比高。3.规格：1×2平方米，无云晴天产55℃热水量：75－140kg/平方米。4.高吸收率：αs≥92％，低发射率：εh≤10％，日平均热效率ηd≥55％。二、全玻璃真空管太阳能集热器1.全玻璃真空管太阳能集热器有一定的抗冻能力，适合在冬天气温为0℃至-20℃的地区使用。2.不承压，使用时不能缺水空晒，否则易爆裂玻璃管。3.规格：有多种规格可供选择，无云晴天产55℃热水量：70－130kg/平方米。4.高吸收率：αs≥90％，低发射率：εh≤8％，日平均热效率ηd≥50％。三、真空热管太阳能集热器1.真空热管太阳能集热器有很强的抗冻能力，适合在冬天气温为0℃至-40℃的地区使用。2.可承压，耐空晒，不易爆管。3.热容量小，启动快，可用于产高温热水、开水。4.规格：有多种规格可供选择，无云晴天产55℃热水量：70－130kg/平方米。5.高吸收率：αs≥90％，低发射率：εh≤8％，日平均热效率ηd≥50％。太阳能资源的优点•1.数量巨大：每年到达地球表面的太阳辐射能约为130万亿吨标准煤或3600Q，即约为目前全世界所消费的各种能量总和的1×104倍。•2.时间长久：根据天文学的研究结果，可知太阳系已存在大约50亿年左右.太阳能的根源是在太阳内部的高温（～2×107K）和高压（～3×1016Pa）条件下进行的由四个氢原子核聚变成一个氦原子核的热核反应.根据目前太阳辐射的总功率以及太阳上氢的总含量进行估算，尚可继续维持1011年之久.对于人类存在的年代来说，确实可以认为是“取之不尽，用之不竭”的。•3.普照大地：太阳辐射能“送货上门”，既不需要开采和挖掘，也不需要运输.普天之下，无论大陆或海洋，无论高山或岛屿，都“一视同仁”.既无“专利”可言，也不可能进行垄断，开发和利用都极为方便。•4.清洁安全：太阳能素有“干净能源”和“安全能源”之称.它不仅毫无污染，远比常规能源清洁；也毫无危险，远比原子核能安全。太阳能资源的缺点(1)分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射的辐照度最大，在垂直于太阳光方向1m2面积上接收到的太阳能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，则只有200W左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1／5左右，这样的能流密度是很低的。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和(2)不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来以供夜间或阴雨天使用，但目前蓄能也(3)效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的利用太阳能的历史•据记载，人类利用太阳能已有3000多年的历史。将太阳能作为一种能源和动力加以利用，只有300多年的历史。真正将太阳能作为“近期急需的补充能源”，“未来能源结构的基础”，则是近来的事。20世纪70年代以来，太阳能科技突飞猛进，太阳能利用日新月异。近代太阳能利用历史可以从1615年法国工程师所罗门·德·考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起。该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀做功而抽水的机器。在1615年～1900年之间，世界上又研制成多台太阳能动力装置和一些其它太阳能装置。这些动力装置几乎全部采用聚光方式采集阳光，发动机功率不大，工质主要是水蒸汽，价格昂贵，实用价值不大，大部分为太阳能爱好者个人研究制造。第一个太阳能发电站法国奥德约太阳能发电站是世界上第一个实现太阳能发电的太阳能电站。虽然当时发电功率才64千瓦，但它为后来的太阳能电站的研究与设计奠定了基础。1982年美国建成了一座1000万千瓦的塔式太阳热中间试验电站。美国计划到2000年，太阳能发电站总装机容量将达4000万千瓦。2000年和2020年，生产的电量占总能量的百分比将是7％和25％。由于光热转换器（聚光器）需要占据较大的空间采光受热，设备偏大，以美国在加利福尼亚州计划建一座1万千瓦发电设备为例，集光装置达40万平方米，200万千瓦，则需占地50平方千米。据估计，大型太阳能发电站效率仅为30％左右。另外，太阳能发电站还需要有应付晚上和阴天用电需要的蓄电器，而所需的聚光器造价也较昂贵，发电经济性差，因此，影响了广泛地推广和应用。国内外太阳能利用概况•国外现状•国际光伏发电正在由边远农村和特殊应用向并网发电和与建筑结合供电的方向发展，光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。到目前为止，世界太阳电池年销售量己超过60兆瓦，电池转换效率提高到15％以上，系统造价和发电成本已分别降至4美元/峰瓦和25美分/度电；在太阳热利用方面，由于技术日趋成熟，应用规模越来越大，仅美国太阳能热水器年销售额就逾10亿美元。太阳能热发电在技术上也有所突破，目前已有20余座大型太阳能热发电站正在运行或建设。••国内现状•煤炭巨量消费已成为我国大气污染的主要来源。我国具有丰富的太阳能、风能、生物质能、地热能和海洋能等新能源和可再生能源资源，开发利用前景广阔。太阳能光伏发电应用始于70年代，真正快速发展是在80年代。在1983年一1987年短短的几年内先后从美国、加拿大等国引进了七条太阳电池生产线，使我国太阳电池的生产能力从1984年以前的年产200千瓦跃到1988年的4．5兆瓦。目前太阳电池主要应用于通信系统和边远无电县、无电乡村、无电岛屿等边远偏辟无电地区，年销售约1.1兆瓦，成效显著。太阳能的利用•太阳能的利用有多种方式:•1、太阳热能的利用，比如太阳能热水器，目前就用的比较多也比较普及；2、太阳能发电，是目前太阳能利用的重点研究领域，主要的普及障碍是：①用于完成光电转化的硅光电池成本太高、转化效率低、使用寿命短；②用于储存电能的蓄电池成本高、使用寿命有限、造成环境污染。国外采用电能联网的办法解决电能的储存问题，不用电池储电，直接供电，效果很好，但需要形成规模，并有政府的介入协调管理。硅光电池的技术正在快速发展和进步之中。目前太阳能发电还主要用在一些很难获得其他电力资源的地区或场所。太阳能利用中的经济问题第一，世界上越来越多的国家认识到一个能够持续发展的社会应该是一个既能满足社会需要，而又不危及后代人前途的社会。因此，尽可能多地用洁净能源代替高含碳量的矿物能源，是能源建设应该遵循的原则。随着能源形式的变化，常规能源的贮量日益下降，其价格必然上涨，而控制环境污染也必须增大投资。第二，我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭约占商品能源消费结构的76％，已成为我国大气污染的主要来源。大力开发新能源和可再生能源的利用技术将成为减少环境污染的重要措施。能源问题是世界性的，向新能源过渡的时期迟早要到来。从长远看，太阳能利用技术和装置的大量应用，也必然可以制约矿物能源价格的上涨。