太阳能讲解课件.ppt

第二章 太阳能（Solar Energy）1 1. 1. 概论概论概论概论2. 2. 太阳集热器太阳集热器太阳集热器太阳集热器3. 3. 太阳热水器太阳热水器太阳热水器太阳热水器4. 4. 太阳灶太阳灶太阳灶太阳灶5. 5. 太阳房太阳房太阳房太阳房6. 6. 太阳能干燥太阳能干燥太阳能干燥太阳能干燥7. 7. 太阳能温室太阳能温室太阳能温室太阳能温室8. 8. 太阳能制冷与空调太阳能制冷与空调太阳能制冷与空调太阳能制冷与空调9. 9. 太阳能热发电系统太阳能热发电系统太阳能热发电系统太阳能热发电系统10. 10. 太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统11. 11. 太阳能技术发展趋势太阳能技术发展趋势太阳能技术发展趋势太阳能技术发展趋势内容提要2特点：能量密度低并高度分散压；资源丰富可再生；清洁环保；部分能源具有间歇性和随机性；利用技术难度大 2.1 2.1 概论（概论（IntroductionIntroduction）） 基本含义：以新技术和新材料为基础，使传统的可再生资源得到现代化开发利用，用取之不尽、周而复始的可再生能源来不断取代资源有限、对环境有污染的化石能源。

包括：太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能和氢能等1981年肯尼亚联合国会议） 2.1.1 新能源与可再生能源1998年世界能源消费构成世界能源存量及可开采年限石油1427亿吨40年天然气155.8E4亿立方米61年煤炭9844.5亿吨204年数据来源：BP Statistical Review of World Energy, 6 200332.1 2.1 概论（概论（IntroductionIntroduction）） 我国能源存量及可开采年限石油1427亿吨×3.4%20年天然气 155.8E4亿立方米× 1.3%49年煤炭9844.5亿吨×58.8%115年世界能源人均占有量状况世界人均占有量我国占比例石油26 吨11%天然气-4%煤炭208 吨70%2.1.1 新能源与可再生能源l新能源和可再生能源是人类社会未来能源的基石，使化石能源的替代能源l新能源和可再生能源清洁环保，是与地球的生态环境相和谐的l新能源和可再生能源是不发达国家约20亿无电人口能源供应的现实能源意义：4太阳常数：在地球大气外面正对着太阳的 1 m2面积上，每分钟接受的太阳的能量，1367 W2.1 2.1 概论（概论（IntroductionIntroduction））2.1.2 太阳和太阳能太阳结构：光球层、色球层、日冕层相当于全世界一年内消耗的能源总量的0.015%，被用为燃料和食物的仅占0.002%太阳辐射总能量3.75×1026 W到达地球173×104 亿KW大气吸收23%反射30%到地球47%，81×104亿KW到达陆地17×104亿KW太阳的能量：5第一阶段：1615-1900年，1615年的第一台太阳能抽水泵。

价格昂贵第二阶段：1901-1920年，世界将太阳能作为研究的重点，主攻太阳能动力装置，最大输出功率74 KW第三阶段：1921-1945年，太阳能开发的低潮，化石燃料大规模应用第四阶段：1946-1965年，太阳能基础理论和材料的研究第五阶段：1966-1973年，低潮，投资大，技术不成熟第六阶段：1973-1980年，中东战争爆发，石油价格上涨，太阳能研究列入各国发展计划第七阶段：1981-1991年，潮落，石油价格回落，500KW电站20多座第八阶段：1992-至今，化石能源的环境危害，光伏发电高度发展2.1 2.1 概论（概论（IntroductionIntroduction））2.1.2 太阳和太阳能太阳能利用的历史：6•光热利用：平板式集热器，真空管式集热器，聚焦型集热器•太阳能发电：光-热-电转换，光-电转换•光化作用：将光能转化为化学能，例如将水分解制氢•光生物利用：光能转化为生物质能，速生植物、油料作物、巨型海藻等2.1 2.1 概论（概论（IntroductionIntroduction））2.1.2 太阳和太阳能太阳能利用方式：72.1 2.1 概论（概论（IntroductionIntroduction））2.1.3 太阳辐射度及特点描述太阳能的常用单位：l辐射通量：太阳以辐射形式发射出的功率，亦称辐射功率，单位Wl辐照度：投射到单位面积上的辐射通量，单位W/m2l曝辐射量：从单位面积上接收到的辐射能，单位J/m2l太阳常数：影响地球表面太阳辐射能的因素：l太阳高度：入射角l大气质量：把太阳垂直照射地面时，光线所穿过的大气路径，为1大气质量l大气透明度l地理纬度l日照时间l海拔高度82.1 2.1 概论（概论（IntroductionIntroduction））2.1.4 我国太阳能的分布我国太阳能资源带的年曝辐射量资源带号资源带分类年曝辐射量/(MJ/m2)Ⅰ资源丰富带≧6700Ⅱ资源较丰富5400-6700Ⅲ资源一般带4200-5400Ⅳ资源缺乏带<4200黑吉辽重庆新疆、内蒙、甘肃、北京、云南河南、山西、两湖、两广、福建、上海西藏太阳能资源带的分类标准：9•热传导：气体中分子碰撞，绝缘体中分子震动，导体中电子热运动 Fourier热传导定律：热传导速率与温度梯度及热流通过的截面积成正比qk 热传导率W， 导热系数W/(m.K)，A 截面积m2，T 温度 K，X热流方向的距离m2.2 2.2 太阳集热器太阳集热器2.2.1 概论太阳集热器定义：吸收太阳辐射并将产生的 热能传递到传热工质的装置。

它是太阳能热利用系统的关键部件，太阳热水器、太阳灶、太阳房、太阳能温室、太阳能干燥、太阳能工业加热、太阳能热发电太阳能热利用中的传热学基础•对流：在液体或气体中流体微团在空间改变自己的位置，实现热能的传递 Newton冷却定律：对流的换热速率是跟表面与流体的温度差以及与流体接触的表面积成比例qc对流传热速率W，hc对流换热系数W/(m2.K)，A 与流体接触的面积m2，Ts，Tf表面温度 和流体温度K只能在气体或液体中进行10qR 辐射功率W， 常数 5.67 10-8W/m2.K4,  发射率，A 表面积 m2，T 表面温度K 镜反射，入射角等于反射角漫反射，物体表面均均，它对投射的太阳辐射无差别的向所有方向反射镜漫反射，既有镜反射又有漫反射2.2 2.2 太阳集热器太阳集热器2.2.1 概论太阳能热利用中的传热学基础•辐射：物体的部分热能转变为电磁波-辐射向外发射 Stefan-Boltzmann定律：物体的辐射功率是跟物体温度的4次方及物体的表面积成比例反射的类型：11按传热工质分：液体和气体集热器按传热工质分：液体和气体集热器 按是否聚光：聚光型和非聚光型按是否聚光：聚光型和非聚光型按是否跟踪太阳：跟踪和非跟踪按是否跟踪太阳：跟踪和非跟踪是否有真空：平板型和真空管是否有真空：平板型和真空管按工作温度：低温按工作温度：低温<100℃<100℃,中温100-200℃℃，高温，高温>200℃>200℃2.2 2.2 太阳集热器太阳集热器2.2.2 太阳集热器的类型2.2.3 平板型集热器结构示意图：234平板型集热器构造示意图11-透明盖板，2-吸热板，3-隔热层，4-外壳，5-流体通道5122.2 2.2 太阳集热器太阳集热器2.2.3平板型集热器吸热板的基本类型I）管板式II）扁盒式III）翼管式吸热板的类型：I）管板式，国内外使用较普遍II）扁盒式，焊接难度大III）翼管式，材料用量大，工艺较复杂Ⅳ）蛇管式，流体阻力大Ⅳ）蛇管式13最大限度地吸收太阳辐射并能将其转化成热能，呈现深色。

分选择性和非选择性吸收涂层 2.2 2.2 太阳集热器太阳集热器2.2.3平板型集热器吸热板上的涂层（关键）：各种方法制备的选择性吸收层的发射率 制备方法涂层材料举例发射率喷涂方法硫化铅、氧化钴、氧化铁、铁锰铜氧化物0.3-0.5化学方法氧化铜、氧化铁0.18-0.32电化学方法黑铬、黑镍、黑钴、铝阳极氧化0.08-0.2真空蒸发方法黑铬/铝、硫化铅/铝0.05-0.12磁控溅射方法铝-氮/铝-氮-氧/铝、铝-碳-氧/铝、不锈钢-碳/铝0.04-0.09平板型集热器的缺点：热传导-底部和侧面隔热层对流传热-吸热板与透明盖板之间的空气辐射传热-吸热板与透明盖板之间；透明盖板与天空之间14 热管式工质热容小，启动快，干性连接，易安装全玻璃真空管集热器2.2 2.2 太阳集热器太阳集热器2.2.4 真空管太阳集热器将吸热体与透明盖板之间的空间抽成真空 热管式真空管集热器1345621-内玻璃管，2-外玻璃管，3-选择性吸收涂层，4-真空，5-弹簧支架，6-消气剂123845 671-热管冷凝段，2-金属封盖，3-玻璃管，4-金属吸热板，5-热管蒸发段，6-弹簧支架，7-蒸散型消气剂，8-非蒸散型消气剂152.22.2太阳集热器太阳集热器2.2.5 太阳池定义：是一种盐的浓度随深度增加而增加的盐水池，更确切地说，是具有盐度梯度的水池。

由于浓度较大的盐水密度也较大，因此只要池内盐水的浓度梯度足够大，即使在下部温度高于上部温度时，池水也不会发生对流，所以太阳池也称为无对流的盐水池太阳池的构成上层对流区无对流区下层对流区太阳池可以利用自然现象，即自然界中存在的一些具有盐度梯度的湖泊是一种特殊形式的自然集热器162.22.2太阳集热器太阳集热器2.2.5 太阳池人工太阳池的制备方法1.自下向上分层充液的方法，先充浓度大的液体，再充浓度小的液体，即越往上其溶液浓度越低2.先充浓度低的溶液，然后从底部注入浓度较高的溶液3.对于大型太阳池，先理论计算需要盐量，再将盐一次倒入池中，并加以适量的淡水，用水泵搅动池内的水，将盐溶解制成饱和溶液，在制备好的饱和溶液上方，再加淡水直到预定的太阳池液面此时太阳池分为上、下两层，如果由上、层同时抽水，经过一个三通再从两层之间注水入池，这样，太阳池就形成了三层此后，可以在任何相邻两层之间重复这一过程，直到形成所需要的层数为止维持池内盐度的方法：经常向池底补充盐分，同时清洗表面等172.22.2太阳集热器太阳集热器2.2.5 太阳池太阳池的能量利用办法：在池底布置热交换器，工质在泵的作用下进入热交换器，从太阳池底部吸收能量，温度提高后流出。

利用池内的密度梯度实现分层流动，从下层对流区的一端抽取热的池水，在池外的热交换器中放出热能，温度降低后再从另一侧返回池的底部太阳池的应用形式，供暖、盐水淡化、制盐及太阳能热发电等方面18根据集热温度和结构：低温集热（θ+10-20℃）；中温集热（θ+20-40℃ ）；中高温集热（θ+40-70℃）；高温集热（θ+70-120℃, θ-室外温度）太阳能热水器的分类多种多样，不必拘泥于一种形式2.32.3太阳热水器太阳热水器2.3.1 太阳热水器的类型太阳热水器由集热器、储热水箱、循环水泵、管道、支架、控制系统及相关部件等组成集热器与储水箱结合方式：一体的为闷晒热水器；紧密结合为整体热水器；分离的为分离热水器根据集热工质循环特点：自然循环热水器；强迫循环热水器；直流热水器根据工质循环次数：低一次循环热水器（单回路循环）；二次循环热水器（双回路循环）根据集热温度的材料：金属；玻璃；塑料根据热水使用时间：季节性、全年性、全天候热水器19太太阳阳热热水水器器的的储储热热水水的的量量在在0.6 0.6 t t以以下下为为家家用用太太阳阳热热水水器器，，0.6 0.6 t t以以上上则为太阳热水系统或太阳热水工程。

则为太阳热水系统或太阳热水工程2.32.3太阳热水器太阳热水器2.3.2 家用太阳热水器1891年美国马兰里州的肯普发明第一台太阳能热水器2.3.3 太阳热水系统闷晒式： 特点是水在集热器中不流动，闷在其中受热升温，故称闷晒式这种热水器结构十分简单，当集热器中的水温升高到一定值时即可放水使用直流式：直流式是由集热器、蓄热水箱、补给水箱和连接管道组成的开式热虹吸系统水箱供热水管自来水管热水管上升管下降管热吸虹型直流式热水系统热虹吸型直流式热水系统的补给水位由浮球阀控制，使之与集热器出口热水管（上升管）的最高位置一致202.32.3太阳热水器太阳热水器2.3.3太阳热水系统定温放水型直流式热水系统控制器蓄水箱电接点温度计电动变流量阀自来水管供水管集热器的出口装有感温元件，通过控制器操纵集热器入口管路上的电磁阀或电动阀，使出口水温能始终满足使用要求21循环型热水器：循环型太阳能热水器,自然循环型和强迫循环型2.32.3太阳热水器太阳热水器2.3.3太阳热水系统自然循环热水系统 a) 带补给水箱 b) 不带补给水箱上循环管上循环管循环水箱下循环管下循环管补水管补水管溢水管补给水箱循环水箱22自然循环定温放水系统蓄水箱循环水箱上循环管下循环管电磁阀供热水管220V电源热水管自来水补水箱电接点压力温度计继电器2.32.3太阳热水器太阳热水器2.3.3太阳热水系统循环型热水器采用定温放水及小的循环水箱加快了热水的循环，提高了热效率，并可多产热水。

另一方面用水又需要一定压头，使蓄水箱的位置高低受到很大限制，也限制了该热水系统的使用232. 2.４太阳灶４太阳灶2.４.１概述太阳灶是利用太阳辐射能，通过聚光、传热、储热等方式获取能量，进行烹饪食物的一种方式一台截光面积为2 m2的聚光太阳灶，每年可以节省约1 t的农作物秸秆 我国目前已经推广应用的太阳灶有30万台2.４.１太阳灶的性能和结构类型具有一定的高温，耐候性能，距离可调性，与人体保持一定的距离箱式太阳灶：食物蒸煮、烘烤聚光太阳灶：可获得500℃左右的高温综合型太阳灶：箱式和聚光型的结合242.52.5太阳房太阳房2.5.1 概述利用太阳能进行采暖和空调的环保型生态建筑，必须具有辅助热源，包括煤、气、油或电能 2.5.2 太阳房的原理和类型基本上分为：主动太阳房、被动太阳房和热泵式太阳能采暖系统 主动式太阳房-是在建筑与结构按太阳房技术条例设计与建造基础上通过集热器、贮热器、管道、风机或水泵等设备来收集、贮存及输配太阳能，向建筑供暖被动太阳房-是依靠建筑物本身的合理布局，通过窗、墙、屋顶、地面及设置的建筑结构尽量多地吸收和贮存太阳能，以自然的辐射、对流和传导方式传热，它无须专门的集热器、贮热器、管道、风机或泵等设备。

252.52.5太阳房太阳房2.5.2 太阳房的原理和类型a. 直接受益式:它是利用阳光直接透过大面积的玻璃窗进入室内，照射到墙壁、地板及家具上，使其吸热，受热体温度升高，然后通过辐射与对流等换热方式加热室内空气与其他未受太阳辐射的墙、地板与物体等，提高其温度，提供采暖被动太阳房的类型b. 集热墙式:由法国学者特朗勃提出的一种集热取暖方式，故也 称为特朗勃墙式南面一层或两层玻璃板后面为一道重型结构的集热墙，墙外表面涂有黑色涂料，上下开通风口，并设有可开闭的活门玻璃板和集热墙之间留有10- 20 cm的间隙，当阳光透过玻璃板照射在集热墙上时，被墙吸收，其外表面温度升高，所吸收的热量，一部分通过玻璃板向室外散失；一部分加热夹层中的空气，从而使 空气与室内空气的密度不同，可通过上下通风口形成自然对流，由上通风口将热空气送入室内，室内的空气由下通风口流入夹层被加热，如此循环对流向室内供暖；剩下部分则通过集热墙体导热传至墙内壁，室内空气通过与之对流换热提高温度为防止在阴雨天气或晚间无太阳辐射时夹层中的空气倒循环，将上下通风口关闭262.52.5太阳房太阳房2.5.2 太阳房的原理和类型被动太阳房的类型c.附加阳光间式:在居室的南墙外建一玻璃罩着的阳光间。

阳光 间与室内空间由墙及窗隔开其供暖方式是集热墙与直接受益式的结合，这种形式的阳光间可以用来养花或培植植物，但玻璃表面积大散热损失大，因而降低了收集阳光的有效热量d.屋顶集热蓄热式:将充满水的黑色塑料袋放在屋顶上在冬天白天，太阳辐射把水 加热，由于其下的屋顶不设保温层，热量透过屋顶传入室内；在晚上，用保温板遮盖塑料水袋，以减少热水向室外环境散热水的热容量很大，可以储存较多的能量，以满足晚上室内采暖的需要e.自然对流回路式:设计的构思是，设法增加南墙的集热面积，以便提高室内温度这种太阳房白天直接依靠太阳辐射供暖，多余的热量被热容量大的建筑物本体（如墙、天花板、地基）及由碎石填充的蓄热槽吸收；夜间通过自然对流放热使室内保持一定的温度，达到采暖的目的2728热泵技术-是反向使用的制冷机，它的热能大部分来自周围环境，只有一少部分是由电能转变而成，将低温环境的热能转移到温度较高的环境中2.52.5太阳房太阳房2.5.2太阳房的原理和类型1-压缩机，2-蒸发器，3-热输入，4-节流阀，5-高压液体，6-热输出，7-冷凝管 12743561热泵性能好坏衡量指标：理想循环中，此系数与温度差成反比：卡诺循环效率例题：温度从10 ℃的热源给40℃ 的冷源，则得到的性能系数为？（系统各部件总效率为0.5）消耗1kW的能量获得5.74kW的能量292.52.5太阳房太阳房2.5.3太阳房评价指标热性能评价：一般用用太阳能保证率(SHF)和太阳房节能率(SSF)等表示。

经济评价方法：偿还年限是指太阳房采暖较常规采暖多投资的部分，用每年的经济效益回收的年限A-太阳房较对比房增加的初投资，元/m2B-太阳房较对比房每年节省的费用，元/（m2.a）i-年利率302.62.6太阳能干燥太阳能干燥2.6.1太阳能干燥的基本原理使被干燥的物料，或者直接吸收太阳能并将其转化为热能，或者通过太阳集热器所加热的空气进行对流患热而获得热量，再经过物料表面与物料内部之间的传热、传质过程，使物料中的水分逐步汽化并扩散到空气中去的过程水和物料的结合方式游离水分：存在在物料的空隙和表面的水分物化结合水：以一定的物理化学结合力与物料结合起来的水分，包括无聊的吸附水、结构水分和毛细管水分化学结合水分：按照一定的数量或比例与化合物结合而生成带结晶水的化合物中的水分常温干燥较难除去，需在高温下加热才能够除去312.62.6太阳能干燥太阳能干燥2.6.2太阳能干燥系统的分类 a. 温室型太阳能干燥系统物料主要靠吸收太阳辐射而被干燥，传热方式主要是辐射，为了排湿，需运用自然对流或风机驱动空气带走湿气，由于温室容积较大，为使物料上下层干燥均匀，采用双流通风排湿系统b. 对流式太阳能干燥系统由空气集热器和干燥室组成。

利用集热器加热空气，然后利用自然对流（常用于小型系统）或风机将热空气送入干燥室，对物料进行对流加热干燥c. 温室与对流结合型阳光透过温室顶部玻璃盖板直射框架上的物料，使之受辐射加热干燥；南墙外部有空气集热器，加热的空气由风机送入干燥室底部向上经框架上的物料，进行对流加热，吸湿后一部分从后墙顶部烟囱排出，剩余部分可回流再用32332.72.7太阳能温室太阳能温室2.7.1太阳能温室定义温室效应：就是太阳光透过透明材料进入温室内部空间，使进入温室的太阳辐射能大于温室向周围环境散失的热量，这样温室内的空气、土壤、植物的温度就会不断升高，这种过程叫做“温室效应”太阳能温室：就是根据温室效应的原理加以建造的人工暖房，以满足植物生长对温度的要求342.82.8太阳能制冷与空调太阳能制冷与空调2.8.1 概述太阳能制冷是利用太阳辐射热作动力来驱动制冷装置工作太阳能空调的优点1.太阳能空调主要以吸收式制冷为主，使用LiBr为介质，无臭、无毒、无害，十分环保2.吸收式制冷机制使用功率很小的屏蔽泵，运行安静、噪声低3.同一套太阳能吸收式空调系统，可以夏季制冷、冬季采暖和其他季节提供热水等三种功能，一机多用，四季常用4.由于越是太阳辐射强的时候，越需要制冷，其制冷能力也越强。

太阳能空调的现阶段局限性1.太阳能空调以及集热器的造价高2.自然条件下，某些地区太阳能辐照密度不高，使集热器采光面积与空调建筑面积的配比受到限制3.已处在实用化示范阶段，都是适合于单位的中央空调，小型的制冷装置尚未完全开发35太阳能制冷系统的类型2.82.8太阳能制冷与空调太阳能制冷与空调2.8.1 概述1.太阳能吸收式制冷1.太阳能吸附式制冷2.太阳能除湿式制冷3.太阳能蒸汽压缩机式制冷4.太阳能蒸汽喷射式制冷吸收和吸附的区别： 一相互溶体系，两相36间歇式太阳能吸收式制冷蒸发器水冷凝器空气冷却器平板集热器2.8.2 太阳能吸收式制冷系统间歇式NH3制冷的工作原理当受太阳照射后，氨水中的氨由于沸点低便首先蒸发随着蒸发不断进行，氨蒸汽压力升高，集热器中的氨水浓度愈来愈低，成为稀氨水氨蒸汽通过空气冷却器和水冷却器冷凝为氨溶液此时，打开阀门A，关闭阀门B、C，氨溶液流经阀门A贮存在蒸发器中，这就是白天接受太阳能获得氨溶液的过程，称之为再生过程集热器将作为散热器使用，由于向环境散热，器内温度、压力下降这时，关闭阀门A、C，打开阀门B，蒸发器中的氨溶液压力下降，氨溶液汽化吸热，使蒸发器内温度急剧下降，达到制冷目的，这就是制冷过程。

优优缺缺点点：：制冷剂氨液中常含有水，使制冷剂不纯，降低了制冷效率与单位溶液的制冷量；并且氨有泄漏，要污染环境，对人体有害但氨本身粘度低，潜热大，导热性能好，是良好的制冷剂，价格便宜372.8.2 太阳能吸收式制冷系统连续式LiBr制冷的工作原理集热器吸收太阳能加热其中的水，作为发生器中加热水—溴化锂溶液的热源水的沸点比溴化锂的沸点（1265 0C)低得多，水首先变成水蒸汽而上升到冷凝器中，被冷却后成为纯水，进入蒸发器然后由冷凝泵将蒸发器底部的水抽到上部从喷水口喷出，由于压力降低而汽化，并吸收冷冻水的热量使冷冻水冷却，以供房间空调降温用汽化的水蒸汽再流入吸收器，被从发生器流回的浓溴化锂水溶液喷淋所吸收，成为稀的溴化锂水溶液，由溶液泵将其经换热器吸热后送入发生器，完成一个制冷循环，不断利用太阳能转变的热能，制取空调用的冷冻水优缺点：若制冷温度 5-10 0C，其相应的饱和压力为 8.7 - 12.0 hPa（百帕），即达到99%左右的真空度，因此系统须在高度真空状态下工作，对结构及运行都要求很高；且制冷温度不能再低，必须在 0 0C以上，故这种制冷系统只能用于空调，不能用于冷冻，溶液对金属还有强烈的腐蚀性。

吸收器发生器蒸发器冷凝器集热器换热器连续式太阳能水-溴化锂吸收式制冷节流阀382.8.3 太阳能吸附式制冷系统将太阳集热器与吸附式制冷机联合使用，吸附剂与制冷剂可以有不同的选择,例如：沸石-水，活性炭-甲醇等辅助热水或冷却水出口吸附集热器阀1阀2冷凝器蒸发储液罐风机盘管冷媒水泵太阳能吸附式制冷系统工作原理示意图可用于冰箱或冷藏柜，较吸收式制冷应用广一些392.8.4 太阳能除湿式制冷系统利用干燥剂（除湿剂）来吸附空气中的水蒸气以降低空气的湿度进而实现降温制冷的与传统的蒸汽压缩式制冷系统相比，有如下优点：1.系统结构简单，无复杂部件2.节电效果好，电能性能系数很高3.无需氟利昂作为制冷剂，环保4.噪声低，空气品质优良5.常压下工作402.8.5 太阳能蒸汽压缩式制冷系统太阳能蒸汽压缩式制冷系统主要由太阳集热器、蒸汽轮机和蒸汽压缩式制冷机等组成即常规的蒸汽压缩式制冷系统中的压缩机采用太阳能热机来驱动2.8.6 太阳能蒸汽喷射式制冷系统太阳能蒸汽喷射式制冷系统主要由蒸汽喷射器、冷凝器、蒸发器、泵等组成低沸点工质的高压蒸汽通过蒸汽喷射器的喷嘴，因其流出速度高、压力低，就吸引蒸发器内生成的低压蒸气，进入混合室。

此混合蒸气流经扩压室后，速度降低，压力增加，然后进入冷凝器被冷凝成液体，液态的低沸点工质在蒸发器内蒸发，吸收冷媒水的热量，从而达到制冷效果412.92.9太阳能热发电系统太阳能热发电系统2.9.1 太阳能热发电系统工作原理与火力发电系统的工作原理基本相同，根本区别是热源不同，主要以太阳能为热源火力发电热源：煤炭、石油、天然气等化石燃料火力发电：将煤炭、石油和天然气等燃料所得到的热能变换成机械能，再带动发电机转动产生电能的发电方式太阳能热发电系统的总效率ηs 为集热器效率ηc、热机效率ηm和发电机效率ηe 的乘积理想热机效率（卡诺循环）：422.9.2 太阳能热发电系统的基本类型槽式线聚焦系统：利用槽形抛物面反射镜将太阳光聚焦到集热器对传热工质加热塔式系统：又称集中型系统，在很大面积的场地上装许多台大型反射镜（定日镜），把太阳光集中到一个高塔顶部的接收器上碟式系统：又称盘式系统，采用盘状抛物面镜聚光集热器塔式太阳能热发电系统示意图432.9.2 太阳能热发电系统的基本类型太阳能热发电系统历史1.20世纪90年代美国能源部认为槽式电站成本可以降低30%左右，已可以步入商业化目前，美国已有11座系统运行，装机容量在36.5万卡瓦。

2.欧洲正在研制，100-200MW槽式和塔式系统，开发1-5MW的碟式太阳能-燃油混合系统日本 、法国、以色列、意大利、西班牙、德国、前苏联、澳大利亚等国已建立实验示范系统3.我国20世纪70年代，天津大学、中科院电工研究所和上海机械学院进行了研究，并在天津和上海分别建了1KW的塔式太阳能热发电模拟装置，80年代，将碟式小型装置列入863计划442.102.10太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统2.10.1 概述通过太阳能电池将太阳辐射能转化为电能的发电系统，称为太阳能电池发电系统（太阳能光伏发电系统）2002年底，太阳能光伏发电系统的总装机容量约为2200 MW，我国40 MW左右，2002年世界太阳能电池年产量超过559.3 MW,较01年增长33.94%光伏发电系统运行方式可分为离网运行和联网运行两大类离网运行适用于远离公共电网的偏远地区和无电地区：偏僻农村、牧区、海岛、高原、沙漠的农牧渔民等；通信中继站、沿海与内河航标、输油输气管道阴极保护、气象电台、公路道班以及边防哨所等联网发电：是光伏发电的主流趋势，市场广阔，前景诱人第一个太阳电池1954年产生于美国贝尔实验室，1958年被用作“先锋 1 号”的电源上了天。

这种电池使人造卫星的电源可安全工作20年之久452.102.10太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统2.10.2 太阳能电池太阳能电池是光伏发电系统的基础和核心！1. 太阳能电池及其分类它是利用光生伏打效应把光能转变为电能的器件，又叫光伏器件光生伏打效应：物质吸收光能产生电动势的现象，在液体和固体物中都会发生，只在固体中有较高的能量转换效率半导体10-8-10-6 Ω•cm 导体-----108-1020 Ω•cm 绝缘体-----10-5-107 Ω•cm 半导体特性： 1.电阻率的变化受杂质含量的影响极大 2. 电阻率受光和热等外界条件的影响极大例：硅中参杂百万分之的硼，电阻率即从2.14×103 Ω•cm 减小到0.004 Ω•cm 锗温度从200℃到300℃ ，电阻率就降低一半左右 462.102.10太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统2.10.2 太阳能电池1. 太阳能电池及其分类半导体分类：1. 元素半导体和化合物半导体（化学成分） 2. 本征半导体和杂质半导体（是否有杂质） 3. n型半导体和p型半导体（导电类型） 4. 磁性半导体、压电半导体、铁电、有机、玻璃、气敏半导体等太阳能电池分类：1.同质结、异质结和肖特基太阳能电池（按结构分）由同一种半导体材料构成一个或多个p-n结的太阳能电池。

由两种不同禁带宽度的半导体材料在相接的界面上构成一个异质p-n结的太阳能电池用金属和半导体接触组成一个“肖特基势垒”的太阳能电池，也叫MS太阳能电池，原理为金属-半导体接触时在一定条件下产生正整流接触的肖特基效应 2. 硅太阳能电池、硫化镉和砷化镓太阳能电池（按材料分） 472.102.102.102.10太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统2.10.2 2.10.2 太阳能电池太阳能电池2. 2. 太阳能电池的工作原理、特性及制造方法太阳能电池的工作原理、特性及制造方法太阳能电池工作原理太阳能电池工作原理太太阳阳能能电电池池工工作作原原理理的的基基础础是是半半导导体体p-n结结的的光光生生伏伏打打效效应应，，即即物物体体受受到到光光照照时时，，物物体体内内的的电电荷荷分分布布状状态态 发发生生变变化化而而产产生生电电动动势势和和电电流流的的一一种种效效应应当当太太阳阳光光或或其其他他光光照照射射半半导导体体p-n结结时时，，就就会会在在p-n结结的的两两端端出出现现电压（光生电压），使电压（光生电压），使p-n结短路就会产生电流。

结短路就会产生电流p型型半半导导体体：：电电子子在在外外界界的的能能量量激激发发后后离离开开原原来来的的固固定定位位置置，，形形成成孔孔穴穴，，在在此此导导体体中中掺掺入可以捕获电子的硼、铝、镓、铟等元素，即形成了空穴型半导体，即入可以捕获电子的硼、铝、镓、铟等元素，即形成了空穴型半导体，即p型n型半导体：型半导体：如果掺入能放电子的磷、砷或锑等杂质元素，则形成电子型半导体，即如果掺入能放电子的磷、砷或锑等杂质元素，则形成电子型半导体，即n型型p-n结结：：将将两两种种半半导导体体结结合合在在一一起起，，由由于于电电子子和和空空穴穴的的扩扩散散，，在在交交界界面面处处形形成成p-n结结它它是晶体二极管的基本结构，是许多半导体器件的核心是晶体二极管的基本结构，是许多半导体器件的核心48导带导带( (空空) )禁带能隙禁带能隙(E(Eg g) )价带价带( (满满) )导电电子导电电子空穴空穴 半导体能带模型半导体能带模型a) 0Ka) 0K时的本征绝缘体或半导体时的本征绝缘体或半导体 b) T>0Kb) T>0K时的本征半导体时的本征半导体 2.102.102.102.10太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统2.10.2 2.10.2 太阳能电池太阳能电池能能带带：：在在一一个个孤孤立立的的原原子子中中，，电电子子只只能能在在一一些些特特定定的的轨轨道道上上运运动动，，不不同同轨轨道道的的电电子子能能量量不不同同。

所所以以原原子子中中的的电电子子只只能能容容许许取取一一些些特特定定的的值值，，每每个个能能量量称称为为一一个个能能级级晶晶体体中中原原子子有有规规则则排排列列组组成成的的，，使使各各原原子子的的相相同同能能级级相相互互作作用用，，略略有有差差别别，，形形成成能能带原原子子的的外外层层电电子子在在晶晶体体中中处处于于较较高高的的能能带带，，内内层层电电子子处处在在低低能能带带中中，，能能带带中中的的电电子子不不围围绕绕各各自自的的原原子子核核做做闭闭合合轨轨道道运运动动，，而而是是为为各各原原子子共共有有，，在在晶体中运动晶体中运动概念介绍概念介绍492.102.102.102.10太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统2.10.2 2.10.2 太阳能电池太阳能电池载载流流子子：：运运载载电电流流的的粒粒子子导导体体中中载载流流子子是是自自由由电电子子，，半半导导体体中中的的载载流流子子一一种是带负电的电子，一种是带正电的空穴种是带负电的电子，一种是带正电的空穴空穴空穴：：半导体中的一种载流子半导体中的一种载流子施施主主：：凡凡参参入入纯纯净净半半导导体体中中的的某某种种杂杂志志的的作作用用是是提提供供导导电电电电子子的的，，叫叫施施主主杂杂质，也叫施主。

例如，对硅而言，磷、砷、锑等质，也叫施主例如，对硅而言，磷、砷、锑等受受主主：：凡凡参参入入纯纯净净半半导导体体中中的的某某种种杂杂志志的的作作用用是是接接受受电电子子的的，，或或称称提提供供空空穴穴的，叫受主杂质，也叫受主例如，对硅而言，硼、镓、铝等的，叫受主杂质，也叫受主例如，对硅而言，硼、镓、铝等502.102.10太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统2.10.2 太阳能电池太阳能电池2. 太阳能电池的工作原理、特性及制造方法太阳能电池的工作原理、特性及制造方法太太阳阳能能电电池池的的制制造造方方法法：：电电池池都都是是由由 P 型型半半导导体体和和 N 型型半半导导体体相相接接触触形形成成 P-N 结结而而成成的的P型型区区上上的的接接点点为为正正极极，，N型型区区上上的的接接点点为为负负极极在在硅硅片片底底下下加加金金属属底底板板成成下下电电极极（（正正极极））；；在在硅硅片片上上部部设设有有栅栅格格形形线线网网，，并并用用金金属属连连接接形形成成上上电电极极（（负负极极））栅栅线线接接触触是是为为了了降低降低N型区的串联电阻型区的串联电阻。

太阳光太阳光N接接点点P接接点点 负负荷荷P型硅片型硅片N型硅片型硅片硅太阳电池基本结构硅太阳电池基本结构硅太阳电池单体在最佳负荷状态的工作电压约为硅太阳电池单体在最佳负荷状态的工作电压约为0.4-0.5V0.4-0.5V通常太阳能电池由多个单元电池串并联，并配有蓄电池和保护电路通常太阳能电池由多个单元电池串并联，并配有蓄电池和保护电路3. 3. 太太阳阳能能电电池池的的影影响响因因素素：：温温度度越越高高越越不不利利；；大大气气中中的的粒粒子子，，如如电电子子流、质子流、流、质子流、  射线和射线和X X射线引起电性能衰减射线引起电性能衰减512.102.102.102.10太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统2.10.2 2.10.2 太阳能电池太阳能电池4.4.太阳能电池的评价指标太阳能电池的评价指标填充因子填充因子FFFF: : 评价太阳能电池的输出特性评价太阳能电池的输出特性U Umpmp- -负负载载电电压压，，I Impmp- -负载电流负载电流U Uococ- -开开路路电电压压，，I Iscsc- -短路电流短路电流太太阳阳能能电电池池光光电电转转化化效效率率  : : 太太阳阳能能电电池池的的最最大大输输出出功功率率与与照照射射到到电电池池上上的的入入射射光的功率之比。

光的功率之比硅太阳能电池的理论效率上限为硅太阳能电池的理论效率上限为33%,33%,目前实际单晶硅太阳能电池转换效率一般目前实际单晶硅太阳能电池转换效率一般为为 12%-20%12%-20%太太阳阳能能电电池池的的光光谱谱响响应应 : : 太太阳阳能能电电池池在在入入射射光光中中每每一一种种波波长长的的光光能能的的作作用用下下，，所收集到的光电流与相对于入射到电池表面的该波长光子数之比，也叫光灵敏度所收集到的光电流与相对于入射到电池表面的该波长光子数之比，也叫光灵敏度522.102.102.102.10太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统2.10.2 2.10.2 太阳能电池太阳能电池5.5.太阳能电池的制造方法太阳能电池的制造方法太阳光太阳光N接接点点P接接点点 负负荷荷P型硅片型硅片N型硅片型硅片硅太阳电池基本结构硅太阳电池基本结构单晶硅太阳能电池的一般制造方法单晶硅太阳能电池的一般制造方法①①硅硅片片的的选选择择: : 考考虑虑硅硅材材料料的的导导电电性性能，电阻率、晶向等能，电阻率、晶向等②②硅硅片片表表面面准准备备：：切切好好的的硅硅片片脏脏且且不不平平，，表表面面要要经经过过浓浓硫硫酸酸化化学学清清洗洗，，酸酸性性或或碱碱性性溶溶液液腐腐蚀蚀，，王王水水等等溶溶液液再清洗。

再清洗③③扩扩散散制制结结：：p-np-n结结石石单单晶晶硅硅太太阳阳能能电电池池的的核核心心，，有有热热扩扩散散、、离离子子注注入入、、外延、激光和高频电注入等外延、激光和高频电注入等④④除除去去背背结结：：高高温温扩扩散散时时背背面面也也形形成成了了p-np-n结⑤⑤制制作作上上下下电电极极：：方方法法主主要要有有真真空空蒸蒸镀、化学镀镍、铝浆印刷烧结镀、化学镀镍、铝浆印刷烧结53⑥⑥腐蚀周边腐蚀周边: :扩散过程中，硅片的四周表面也有扩散层扩散过程中，硅片的四周表面也有扩散层 ⑦⑦蒸镀减反射膜蒸镀减反射膜：减少硅表面对光的反射，蒸镀二氧化硅、二氧化钛等减少硅表面对光的反射，蒸镀二氧化硅、二氧化钛等⑧⑧检检验验测测试试：：测测试试项项目目，，伏伏- -安安特特性性曲曲线线，，断断路路电电流流、、开开路路电电压压、、最最大大输出功率、串联电阻等输出功率、串联电阻等⑨⑨电电池池组组件件的的封封装装：：上上下下两两侧侧为为乙乙烯烯- -醋醋酸酸乙乙烯烯酯酯膜膜，，最最上上层层为为钢钢化化白白玻璃，背面为聚氟乙烯复合膜玻璃，背面为聚氟乙烯复合膜2.102.102.102.10太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统2.10.2 2.10.2 太阳能电池太阳能电池5.5.太阳能电池的制造方法太阳能电池的制造方法单晶硅太阳能电池的一般制造方法单晶硅太阳能电池的一般制造方法542.102.102.102.10太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统2.10.3 2.10.3 太阳能电池方阵太阳能电池方阵1.1.太阳能电池方阵的设计安装太阳能电池方阵的设计安装①①平板式平板式: :简单的把太阳能电池串并联起来简单的把太阳能电池串并联起来 。

②②聚聚光光式式: : 加加平平面面反反射射镜镜, ,抛抛物物镜镜等等装装置置来来聚聚光光, ,提提高高入入射射光光谱谱辐辐射射度度可靠性下降可靠性下降①①采光面采光面: :保持清洁干净保持清洁干净②②入射角入射角: :按季节变化调整向日倾角和方位角按季节变化调整向日倾角和方位角1.1.太阳能电池方阵使用与维护太阳能电池方阵使用与维护552.102.102.102.10太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统太阳能光伏发电系统2.10.4 2.10.4 联网太阳能光伏发电系统联网太阳能光伏发电系统将太阳能光伏发电系统与常规电网相联，共同承担供电任务将太阳能光伏发电系统与常规电网相联，共同承担供电任务联联网网发发电电的的优优点点：：1. 1. 清清洁洁干干净净、、可可再再生生，，无无温温室室气气体体和和污污染染物物排排放放，，符合可持续发展的战略符合可持续发展的战略 2. 2. 电电能能汇汇入入电电网网，，以以电电网网为为储储能能装装置置，，可可以以比比独独立立光伏发电系统减少投资光伏发电系统减少投资35%-45%35%-45%。

3.3.分分布布式式建建设设，，能能就就地地分分散散发发电电供供电电，，进进入入和和退退出出电网灵活，有利于条件电力系统的负荷平衡，降低线路损耗电网灵活，有利于条件电力系统的负荷平衡，降低线路损耗 4. 4. 可起到调峰作用可起到调峰作用562.11 2.11 2.11 2.11 太阳能技术发展趋势太阳能技术发展趋势太阳能技术发展趋势太阳能技术发展趋势太太阳阳能能资资源源量量远远远远大大于于人人类类对对能能源源的的总总需需求求量量，，但但是是太太阳阳能能的的特特殊殊性性有有影影响响它它的的利利用用，，大大多多数数能能源源发发展展前前景景的的研研究究报报告告均均指指出出，，太太阳阳能能应应该该发发挥挥重重大大作作用，但什么时候能发挥着一作用还难以确定用，但什么时候能发挥着一作用还难以确定三种发展方式三种发展方式：：1. 1. 未来太阳能发展的集中式方式未来太阳能发展的集中式方式把地球宏观地看作是一个大的能源体系太阳能在地球表面不同点的分布是不相同的，通过高把地球宏观地看作是一个大的能源体系。

太阳能在地球表面不同点的分布是不相同的，通过高效远距离输送能量，显然可以解决太阳能分布不均的问题效远距离输送能量，显然可以解决太阳能分布不均的问题源于超导材料的发展源于超导材料的发展还有人提出采用地球同步轨道光伏空间电站向地面矩形天线发射微波能还有人提出采用地球同步轨道光伏空间电站向地面矩形天线发射微波能2. 2. 未来太阳能发展的分散式方式：未来太阳能发展的分散式方式：许许多多发发展展中中国国家家也也在在努努力力扭扭转转人人口口从从农农村村向向大大城城市市流流动动的的趋趋势势在在这这些些 国国家家建建立立分分散散的的、、依依靠靠可可再再生生能能源源并并通通过过电电视视和和现现代代化化通通信信系系统统同同现现代代化化世世界界相相联联系系的的社社区区，，这这可能是一种有吸引力的发展思路可能是一种有吸引力的发展思路计算机互联网和通信技术的发展计算机互联网和通信技术的发展573. 3. 递增式发展趋势递增式发展趋势2.11 2.11 2.11 2.11 太阳能技术发展趋势太阳能技术发展趋势太阳能技术发展趋势太阳能技术发展趋势主主张张走走递递增增式式发发展展道道路路的的人人，，首首先先对对太太阳阳能能进进入入现现有有能能源源市市场场进进行行评评价价。

根根据据这这种种观观点点评评价价得得出出的的太太阳阳能能贡贡献献潜潜力力是是三三种种评评价价中中最最低低的的那那些些从从当当前前能能源源利利用用角角度度来来看看在在技技术术上上是是可可行行的的能能源源，，按按照照第第三三种种观观点点来来衡衡量量都都处处于于可可开开发发的的上上限限按按第第三三种种方方式式分分析析太太阳能发展前景，需要对目前和今后的需求情况进行广泛研究阳能发展前景，需要对目前和今后的需求情况进行广泛研究制约太阳能发展的因素：制约太阳能发展的因素：1. 1. 与矿物质燃料的经济竞争力；与矿物质燃料的经济竞争力；2. 2. 投资与将来运行成本间的风险等同性；投资与将来运行成本间的风险等同性；3. 3. 总的投资能力；总的投资能力；4. 4. 制造生产能力的合理增长制造生产能力的合理增长; ;5. 5. 间歇性电力进入能源市场的潜力间歇性电力进入能源市场的潜力58课后思考题课后思考题:1) 太阳能集热器的基本方式；太阳能集热器的基本方式； 2）简要阐述平板型集热器工作原理；）简要阐述平板型集热器工作原理；3）简述太阳能利用的基本方式；）简述太阳能利用的基本方式；4）太阳能热电系统的主要工作原理及基本类型；）太阳能热电系统的主要工作原理及基本类型；5）单晶硅太阳能电池的一般制造方法；）单晶硅太阳能电池的一般制造方法；6) 讲述太阳电池工作的基本工作原理及其发展趋势。

讲述太阳电池工作的基本工作原理及其发展趋势。