能源利用新技术-太阳能热利用-110227-3

第一章 太阳能的利用,地球轨道上的平均太阳辐射强度为1367kw/m2。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达172,500TW。也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。,第一章 太阳能的利用,第一章 太阳能的利用,光热转换光电转换光化学转换,直接利用太阳辐射能的方式,第一章 太阳能的利用,1.1 太阳能光热转换技术低温（500） 低温（500） 高温太阳灶（热处理）、高温太阳能热发电、太阳能焊机,1.1 光热转换技术一、基本概念,1.1 太阳能光热转换技术太阳角：1、赤维角：地球中心和太阳中心的连线与地球赤道平面的夹角。2、时角：单位时间地球自转的角度。正午角度为0，下午为正。3、太阳高度角：地球表面上的某点和太阳的连线与地平线之间 的夹角。4、太阳方位角：太阳至地面上某点的连线在地面上的投影与南向之间的夹角。,太阳辐射能,太阳辐射是值太阳光球想宇宙空间发射的电磁波。太阳对流区的外层称为光球。温度6000K受空气、水汽、和灰尘所散射氧、臭氧、水、CO2所吸收太阳总辐射：直辐射和漫射辐射,太阳能的特点,优点：取之不尽、用之不竭；是可再生的，且使用后不产生也不残留任何污染的最洁净能源。太阳能是遍布全球、遍地皆是的不受任何集团或国家垄断的自然能源。太阳能产品如太阳能热水器不像燃气热水器和电热水器那样存在中毒、爆炸等隐患，它是最安全、卫生的环保产品。,太阳能的特点,缺点：分散性；能量密度低，1kW/m2，要获得较大能量，集热器面积大、聚光。间歇性；阴天下雨，太阳辐射能量甚微，若要连续使用太阳能，必须考虑能量储存，利用常规能源作为辅助。变化性；由于地球的自转、公转及自转轴与轨道面之间存在夹角，需要考虑自动跟踪等问题。,传热方式,1、热传导温度不同的物体各部分之间不发生相对位移，仅仅依靠物质的分子等微粒的热运动而进行的热量传递现象。2、热对流流体（气体或液体）中温度不同的各部分发生相对位移而引起热量传递的现象。自然对流和强制对流，流体冷热密度不同引起的，泵、风机3、热辐射由于温度或热运动的原因，直接依靠物体表面发射可见和不可见的射线在空间传递能量的现象。,传热方式,热辐射和导热、热对流的区别辐射不仅可以在介质而且可以在真空中传播，冷热物体不需要直接接触，而导热和热对流只有当存在着气体、液体或固体等介质才能进行热量传递。导热或热对流在能量传递过程中未发生能量形式的改变，而辐射常常伴有能量形式的转变。,1.1 光热转换技术二、太阳集热器,1、按工质分：液体集热器和空气集热器2、按收集光的方式分：平板型集热器和聚焦型集热器抛物面聚光器球形聚光器锥形聚光器折射或反射菲尼尔集热器塔式集热器复合抛物面集热器,太阳集热器,收集太阳辐射射能，並转换成热能（热水、热空气）输出,太陽輻射能,集熱器,熱能輸出,工作流體輸入,太阳集热器,集热器种类平板式 Flat Plate Collector真空管式 Evacuated Tubular Collector集中式 Concentrating Collector,太陽能集熱器的種類,低、中温应用储置式太阳能集热器金属平板集热器（板管式、鰭管式）非金属平板集热器（高分子材质）真空管集熱器（全玻璃式、铜管/鰭片式）真空管热管集热器高温应用聚焦式集热器集中塔式(集热器反射器)拋物线槽体碟型,1.1 光热转换技术二、太阳集热器,平板型集热器管板式、全湿型（全不锈钢集热器、真空管集热器、热管集热器）,平板集热器,玻璃面盖(透明材质)： 高强度、低反射率、高透射率。 单层或多层低铁玻璃 太阳能安全玻璃 合成透明板或薄膜(PE,Teflon)吸热板(黑色材质)：高吸热性材质，制程-烤漆、电镀或镀选择性吸收膜 (高吸收率、低放射率) 。 金属(铜 、铝、 钢) 合成材料(PP,PE,EPDM)外框：铝 、镀锌钢板、 合成材料、 木材保温材：玻璃棉 、矿物棉、 聚氨酯(PUR)热媒：水、 空气,金属平板集热器,板管式、鰭管式,真空管集熱器,全玻璃式,太阳能家用热水系统,利用热虹吸原理,冷水補充,輔助電熱器,熱水供應,其他元件,储水槽：分内外桶，隔层充满保温材料，如：PU发泡、保丽龙；国内水压低。辅助加热器：家用型多使用电热棒，放置于最后一个桶或另外一 个独立小桶内，亦可用瓦斯。大型系统则用锅炉，烧 重油或用电力。需另装定时器与温控装置。管路：小系统常用铜管与PB管。中大型系统常用镀锌钢管或不锈钢管。热水管皆越短越好，一定要有保温外覆材。其它：循环泵、温差控制器和水垢防制装置。,1.1 光热转换技术三、太阳热水系统,太阳热水系统又称太阳热水器，是利用太阳辐射能把水加热的装置。系统组成：太阳集热器、储热水箱、上下循环管、支架及附件组成。工作原理：冷热水的密度差和储热水箱与集热器之间的水压差,太阳热水器系统,太阳热水器系统,太阳热水器系统,循环式：自然循环式、强制循环式直流式：综合式：非流动式：,太阳热水器系统,按循环系统分类自然循环式系统強制循环式系统,自然循环式系统,強制循环式系统,太阳能热水系统,依工作流体加热循环形式直接循环加热间接循环加热,直接循环加热,间接循环加热,太阳能热水器的性能,提高效能之基本作法：如何提高吸热能力吸热板导热特性（热传导材质）选择性吸收膜（热辐射吸收率）面盖光学性质（透射率、折射度）管路导热特性（热传导、热对流、材质、接合）,太阳能热水器安装,安装注意事项：集热板之方位角及倾斜角、无遮荫、水质状况、热水管保温、辅助加热器。保养注意事项：板面清洗、黄水排放、定温定时辅助加热、注意漏水。,太阳能热水器优点,具有以下特点节能 属再生(绿色)能源，可减少化石燃料能源使用环保 可抑制温室气体二氧化碳产生及环境污染安全 无爆炸灾害货瓦斯中毒等潜在危险经济效益 使用寿命在十年以上，甚至可达二十年可节省可观的电费或瓦斯费支出,1.1 光热转换技术四、太阳能与建筑一体化设计,天窗式：壁挂式：分体式：,2008北京奥运会主会场-国家体育场,2008北京奥运会篮球馆-五棵松体育馆,2008北京奥运会举重馆-北航体育馆,2008北京奥运会足球场-奥体中心体育场,1.1 光热转换技术五、太阳能干燥,1、太阳温室型干燥装置2、太阳集热器型干燥装置3、太阳集热器-温室型干燥装置,1.1 光热转换技术六、太阳游泳池,由太阳能集热器、循环管道、循环泵、毛发过滤器、自动控制装置、辅助加温装置及阀门等组成。,北京水立方美丽的夜景,北京水立方绿色环保游泳池,1.1 光热转换技术七、太阳能海水淡化,太阳蒸馏器：浅盆型、斜盆型、多效型优点：设备结构简单、容易制作、适应于小