太阳能利用原理复习课课件

1、在太阳能利用中，可将太阳看成是温度为6000K，波长为0.3～3μm的黑体辐射2、黄道：地球沿椭圆形轨道绕太阳公转，运行周期大约一年，该椭圆形轨道称为黄道。3、赤黄角：地球赤道平面与黄道平面的夹角称为赤黄角。它是地轴与黄道平面法线间的夹角，在一年中的任何时刻都保持23.45°4、赤纬：正午时的太阳光线与地球赤道平面的夹角，称为太阳赤纬角，简称赤纬，用δ表示；赤纬：取从赤道向北为正向南为负，赤纬变化范围在﹢23.45°～﹣23.45°之间；赤纬导致地球表面上太阳辐射入射角的变化，使白天的长短随季节有所不同。赤纬是地球绕太阳运动规律造成的，它使地球上不同的地理位置所接受到的太阳入射光线方向不同，从而使地球上一年有四季变化。一年中四个特殊日期：夏至(6月22日）、冬至(12月22日）、春分(3月21日）和秋分(9月23日）赤纬角计算公式5、太阳时：太阳视圆面中心连续两次上中天（中午）的时间间隔叫做真太阳日，真太阳日又分为24真太阳时等等。这个时间系统称为真太阳时，简称太阳时时差（E）：太阳时和平均太阳时之差。标准时：人们日常所用当地时称为标准时。太阳时角（ω）：太阳时以角度来表示，太阳午时ω=0°,上午取负值，下午取正值，没昼夜为±180°。(处于东半球取负值）Lst-制定标准时间采用的标准经度，国际上规定，每隔15°划分一个时区，全球可分为24个时区。以本初子午线为基准，从西经7.5°至东经7.5°，划分为中时区，或叫零时区每个时区的中央经线，叫做该时区的“标准子午线”

(处于东半球取负值）Lloc-当地经度6、太阳常数(Gsc:在平均日地距离处，单位时间内投射到地球大气层上界垂直于太阳辐射的单位面积上的太阳辐射能。根据1981年10月在墨西哥召开的世界气象组织仪器和观测方法委员会第八次会议通过的最新数字是：1367±7W/m27、太阳能集热器所截取的太阳直射辐射能量，主要取决于太阳入射角θ可以看出θ与太阳赤纬角δ、地理纬度φ、集热器倾角β、方位角γ及太阳时角ω有关8、太阳入射角（θ）：太阳光线与太阳集热器表面法线之间的夹角；9、太阳方位角（γ）：太阳光线在水平面上投影与正南方向夹角，向西为正10、太阳高度角（α）：太阳光线与水平面间夹角一些特殊情况下太阳能入射角简化公式：（1）集热器方位角γ=0，公式变为：一些特殊情况下太阳能入射角简化公式：（2）集热器方位角γ=0，且倾角与纬度相同，公式变为：11、太阳能入射角简化公式：一些特殊情况下太阳能入射角简化公式：（3）集热器倾角β=0，公式变为：（4）每天日出日落，α=0，2-9公式变为：利用该公式可求出任何地区、任何一天日出日落时角再利用公式2-11可算出白昼长：利用该公式可求出任何地区、任何一天日出日落时角12、任何地区、任何白天内的任何时刻，大气层外水平面上的太阳辐照度（W/m2)可由下式计算：13、一天内大气层外太阳辐照量（J/m2)H0可由下式计算：每小时内太阳辐照量（J/m2)I0可由下式计算：

14、为计算简便起见，通常用两个参数描述大气层对太阳辐射的影响：大气质量（m）和大气透明度（

τ

）15、大气透明度（

τ

）直射辐射大气透明度：2.6大气层对太阳辐射的影响散射辐射大气透明度：16、标准晴天水平面上太阳辐照量的计算：水平面上的太阳辐照度：水平面上的直射太阳辐照度：一小时内，水平面上的直射太阳辐照量：相应散射辐射计算式：一小时内，水平面上的太阳总辐照量：2.7太阳辐射量的计算例2-2求麦迪逊（φ=43°，海拔高度为270m）8月22日上午11:30（ω=-7.5°）标准晴空大气透明度（τb和τd），以及上午11:00到12:00之间，水平面上晴空条件下的小时总辐射量Ic2.7太阳辐射量的计算解：2.7太阳辐射量的计算解：低纬度：0°-30°中纬度：30°-60°高纬度：60°-90°17、直射辐射水平面与倾斜面辐射量转换公式：可用修正因子Rb表示：若集热器方位角为γ=0：可用总修正因子R表示：ρ称为地面反射率，普通地面取0.2，积雪时取0.718、按流动工质分为液体集热器和空气集热器19、按照集热器的工作温度范围，太阳集热器可分为三大类型:低温集热器:工作温度100℃以下。中温集热器:工作温度100～200℃。高温集热器:工作温度200℃以上。20、按照集热器内是否有真空空间，太阳集热器可分为两大类型:平板型集热器真空管型集热器21平板集热器基本结构：(1)吸热体吸热板是吸收太阳辐射能量并向水传递热量的关键部件(2)透明盖板（钢化玻璃）透明盖板的作用是让太阳辐射透过（0.3－3μm)而不让吸热板产生的远红外线透过(长波辐射3.0μm以上）使集热器内获得较高的温升，这种作用也称之为温室效应。(3)隔热层隔热层的作用是减少集热器向环境散热，以提高集热器的工作效率。(4)外壳（箱体）外壳的作用是将吸热体、透明盖板、保温层的材料组成一个整体，便于安装。1）内玻璃管用来作为水的流动管道；22、真空管集热器构造

2）选择性吸收涂层：高的太阳吸收比＋低的发射率。太阳6000K，0.3～3um（波长）——吸收；吸热体400K，3～30um（波长）——发射。（3）将涂有选择性涂层的内玻璃管封入罩玻璃内，然后将内外玻璃管之间抽成真空，形成真空度为0.05Pa的真空夹层，以减少由于空气对流和传导而引起的热损失，这与热水瓶的原理相似；（4）采用单端开口设计，通过一端内、外管环形熔封起来，其内管另一端是密闭半球形圆头，弹簧卡子就是用来将该圆头支承在罩玻璃管的内部端，使得内玻璃管吸收太阳辐射而温度升高时，玻璃圆头形成热膨胀的自由端，从而缓冲了热水器工作时引起真空集热管开口端部的热应力；（5）真空管在受热后，原来被吸附在管壁上的微量气体（主要是水蒸气）会释放出来，影响真空度，吸气剂和吸气膜就是用来吸收这些被释放出来的气体，以保持集热管内的高真空。

目前研究较多的光谱选择性材料主要有两大类：一类是用作集热器的透明隔热层的选择性透射材料另一类是用作集热器的吸热面的选择性吸收材料；23、太阳能光谱选择性吸收涂层24、集热器总传热系数物理意义，平板集热器总热损系数UL计算

玻璃层数1集热器宽度/m10平板发射率0.95集热器高度/m3环境温度/℃10集热器厚度/m75平均板温/℃100底部绝热层厚度/mm50集热器倾角/(°)45边缘绝热层厚度/mm25风对流换热系数/W/（m2·℃）10绝热材料导热系数/W/（m·℃）0.04525、平板集热器的瞬时效率：26、根据运行方式不同，可分为自然循环方式、强制循环方式和直流方式

它是利用温差控制器来控制水泵的开关，当集热器顶部的温度和水箱下部水温之差达到预定数值时，水泵开始运行，否则水泵关闭。逆止阀的作用是防止水倒流。排气管的作用和自然循环系统的排气管作用一样。27、强制循环式太阳热水系统

强迫循环系统的技术要求：水箱安装位置无须高于集热器，可根据需要安放在任何地方；该系统的运行可靠性主要取决于控制器和水泵的可靠性，因此应选择高质量的产品；这种循环系统需要消耗少量的电能。温差控制直接强迫循环太阳热水系统

首先设定集热器上部或下部与水箱的温度差值。当达到该温度差值时，水泵启动，开始循环，否则水泵关闭。通过一天的日照，水箱的水被加热。安装防冻阀的目的是当循环管路内水温低于某一温度时系统自动泄水。

温差控制间接强迫循环太阳热水系统

它和直接强迫循环系统的区别，就是在水箱内增加一个换热器。集热器内可以充装防冻介质，解决防冻问题。膨胀箱的作用是为了使防冻介质在加热或冷却时有一个膨胀和收缩的空间，以免造成过压或潜在真空而损坏系统。28、太阳热水系统的设计基本步骤1）太阳热水系统的技