太阳能热水器原理(论文).doc

物理学论文 题目：太阳能热水器原理 学院：机 械 学 院 专业：机械设计制造及其自动化 班级：机制C132 姓名：段 玉 学号：2013544202摘 要 太阳能热水器作为三大热水器之一，因其无污染、使用方便、长期投入成本低等特点，而越来越受到人们的青睐，但是很多的人要么不懂他的原理，要么就不懂它的构成。关键词：太阳能的发展；太阳能工作原理；半导体；新能源1绪论1.1太阳能的发展世界镀膜之父”是澳大利亚国家科学工程院杰夫瑞.哈丁博士。上个世纪七十年代，出现了石油危机，发达国家纷纷寻找可再生能源，太阳热水器在那个时候出世。澳大利亚悉尼大学在泰伯先生选择性吸收涂层的基础之上，于1977年发明了渐变膜，渐变膜膜分九层，由里到外膜吸收光线的性能逐渐变高，在一定温度下有很好的集热防热损功能。1991年，悉尼大学又创出了“干涉膜”，耐高温多年不老化，性能又进一步提高。1983年哈丁博士和同事S.克雷格博士发明了有着喷溅A1/A1N选择性吸收的薄膜，这种选择性膜层目前已在中国多家公司大规模生产。1984年清华大学殷志强教授发明了渐变“AlN/Al”选择性吸收涂层技术，以出色的性能奠定了中国太阳能热利用行业大发展的基础，开创了中国太阳真空管的产业化；80年代末，章其初先生进入悉尼大学物理系从事材料物理研究工作，他在渐变膜的基础上发明了三靶干涉膜，性能再度提高。1.2太阳能热水器的应用众所周知，太阳能是取之不尽，用之不竭，没有污染的巨大能源。随着世界上煤、油、气的储量日益减少，能源危机已日益增长，环境污染的危机已威胁着生态平衡，太阳能开发利用的课题已提到人类的面前。热水器是最常见的常用的电器，这样一来节能观念得以升华。2. 太阳能热水器的组成及工作原理2.1太阳能热水器的组成 太阳能热水器是由真空集热管、保温水箱、支架、连接管道等组成的。2.2太阳能热水器集热器吸热原理太阳能热水器的集热器表面有一特殊的涂层，此涂层对太阳能可见光范围具有很大的吸收率，吸收为热以后，集热器的散热热辐射波长在长波范围，该涂层对长波的发射率很低，这样就有效的“滞留”了太阳能的热量。2.3太阳能热水器循环原理 利用冷水比热水密度大，冷水下沉，热水上升，形成自然对流循环、使水箱中的水逐渐变热，达到顾客满意的水温为止。当太阳强度不足以满足循环需要的时候，可以在水循环闭路加一水泵，实现强制循环。2.4太阳能热水器保温原理太阳能保温水箱和其它保温水箱一样，是储存热水的容器。因为太阳能热水器只能白天工作，而人们一般在晚上才使用热水，为了使白天生产的热水在到晚上或隔天使用时保持一定的温度，所以必须通过保温水箱把热水储存起来。2.5太阳能吸收层根据吸收太阳光的原理和涂层的构造不同,可将选择性吸收涂层分为半导体涂层、光干涉涂层、米氏散射涂层、多孔涂层四类。半导体涂层是利用半导体物质的电子结构中适当能隙Eg,吸收能量大于Eg的太阳辐射光子,从而使材料的价电子产生跃迁进入导带,而对能量小于Eg的光子透过所以要求半导体物质能隙最好为0.62ev。它吸收可见光而不吸收红外线,Si、Ge是最常见的半导体材料。过渡金属的氧化物、硫化物都属化合物半导体,如黑铬(CrxOy)、黑镍(NiS-ZnS)、氧化铜黑(CuxOy)和氧化铁(Fe3O4)等。 3.关于半导体的介绍3.1半导体的概念电阻率介于金属和绝缘体之间并有负的电阻温度系数 的物质。半导体自室温时电阻率约在10-5107欧米之间，在一般情况下，半导体电导率随温度的升高而增大，这与金属导体恰好相反。凡具有上述两种特征的材料都可归入半导体材料的范围。反映半导体内在基本性质的却是各种外界因素如光、热、磁、电等作用于半导体而引起的物理效应和现象，这些可统称为半导体材料的半导体性质。电阻率特性、导电特性、光电特性、负的电阻率温度特性和整流特性是半导体的五大特性。3.2半导体材料的种类半导体材料可按化学组成来分，可将半导体材料分为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体。按照其制造技术可以分为集成电路器件，分立器件、光电半导体、逻辑IC、模拟IC、储存器等大类。4.使用太阳能热水器的意义 随着人口的增长，人类对食物、能源和水资源的需求也随之增加。地球在几千万年积累下来的能源（如石油、煤炭、天然气等），人类在短短的几百年内将会消耗掉，面对能源危机和生态危机，各国正在寻求新的出路，开发可再生能源被世界各国认为是可以缓解能源和生态危机的一种有效途径。太阳能既是一次性能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。太阳能热水器是一种节能、环保、经济、安全、方便的绿色能源产品，是解决我国广大居民生活热水和工农业生产低温热水现实和有效的途径，具有广