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太阳能综合利用

一、太阳和太阳能

        太阳是一个炽热的气态球体,它的直径约为1.39×106km,质量约为2.2×l027t,为地球质量的3.32×105倍,体积则比地球大1.3×106倍,平均密度为地球的1/4。其主要组成气体为氢(约80%)和氦(约19%)。
 
        由于太阳内部持续进行着氢聚合成氦的核聚变反应,不断地释放出巨大的能量。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量(约为3.75×1026W)的22亿分之一,但已非常大。太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤的能量。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳;即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然气等)从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能。太阳能既是一次能源,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。
 
二、太阳能的优点
 
        1、太阳能十分巨大 
        地球每小时从太阳获得的太阳能量有6.1×1020焦。目前全球年总能耗约110亿吨标准煤(中国30亿吨),约为半小时太阳照射到地球上的能量。
 
        2、太阳能供应时间长久
        根据科学家推算,太阳像现在这样不停地向外辐射能量,还可以维持50亿年以上。对于人类来说,太阳能可以说是一种取之不尽,用之不竭的永久性能源。
 
        3、太阳能分布广阔,获取方便
        只要太阳能照到的地方,就有太阳能,不用专门去寻找;只要用东西接收就可以,不需要挖掘开采。
 
        4、使用太阳能安全、不污染环境
        太阳能是最干净的能源,开发、利用太阳能不会给我们带来污染。 

三、人类直接利用太阳能有两条途径
 
        1.把太阳能转化成内能以供利用
        用太阳炉、太阳能热水器等装置把太阳能转化成内能来做饭、烧水等,也可用集热器把水加热,产生水蒸气,再推动汽轮发电机发电——这就叫太阳能热电站。
 
        2.通过光电转换装置把太阳能直接转化成电能
        用硅光电池——也叫太阳能电池,把太阳能直接转化成电能。太阳能电池的应用已很广泛,像人造卫星上的电源、太阳能汽车上的电源,小型电视机、计算器上的电源,城市道路路灯的电源等都可用太阳能电池,我国还用太阳能电池做航标灯的电源等。

四、广泛利用太阳能的困难 
 
        1.太阳能虽然十分巨大,但它太分散。经计算,垂直投射到地面每平方米面积上的太阳能只有几百瓦,所以要大规模开发利用太阳能必须设置庞大的收集和转换能量的系统,目前造价还比较高,影响推广。 
 
        2、太阳能不稳定。由于地球的自转和气候、季节等原因,太阳能的功率变化大,不稳定,给正常连续地使用造成困难 。
 
        3.目前太阳能转换器的效率不高。光热转换的效率为50~60%,而光电转换的效率只有10%左右.所以还要下大力气研制高转换效率的材料。 
 
五、在我国广阔富饶的土地上,有着十分丰富的太阳能资源。
 
        全国各地太阳年辐射总量达335-837KJ(千焦)/cm2 ,中值为586KJ(千焦)/cm2 。全国2/3以上的地区,年辐射总量大于586 KJ(千焦)/cm2,年日照时数超过了2000H(小时)。
从全国太阳年辐射总量的分布来看,内蒙古中西部地区处于二类地区,仅次于一类地区的青藏高原、甘肃北部、宁夏北部和新疆南部等地。全年日照时数为3000-3200小时,年辐射量为586-670  KJ(千焦)/cm2 ,相当于200-225kg标煤燃烧所发出的热量。我区中西部地区属于我国太阳能资源丰富或较丰富地区。我区中西部地区地域辽阔,推广太阳能综合利用,具有非常有利的条件。

六、太阳能综合利用主要包括:供热采暖、热水、制冷、发电等
 
        1、太阳能供热采暖系统是指将太阳能转换成热能,供给建筑物冬季采暖的系统。
        太阳能供热采暖系统由太阳能集热器(平板太阳能集热器、真空管太阳能集热器、U型管太阳能集热器、热管太阳能集热器等)、蓄热系统(水箱)、连接管道、控制系统、辅助加热系统等构成。它将分散的太阳能通过集热器,把太阳能转换成热水,将热水储存在水箱内,然后通过输送管道把热水输送到发热末端(例如:地板辐射采暖、散热器采暖),提供热量满足人们采暖的需要。
 
        2、在夏季需要制冷的季节将太阳能热水提供给吸收式制冷机,加热溴化锂溶液并使溶液形成汽态,蒸汽进入冷凝器中,又被冷却介质冷凝成液态,利用汽态与液态的吸放热原理产生冷水,再通过管道将冷水输送到末端(例如:地板辐射盘管),满足人们降温的需要。
 
        3、生活热水是利用太阳能直接产生的热水,满足人们日常洗浴及其他对热水的需要。
 
        4、太阳能热发电:主要是把太阳的能量聚集在一起,加热驱动汽轮机发电。
        热水低温发电的工作原理同汽轮发电机相同,只是常规的汽轮发电机使用的介质是水,而热水低温发电机使用的是有机介质。利用有机介质低沸点特性(35-65℃蒸发),当余热温度大于介质蒸发温度时,有机介质在蒸发器内汽化,变为具有一定压力的气体,推动螺杆膨胀机做功,螺杆机拖动发电机发电。做功后气体的温度和压力降到效率最低点,经冷凝器冷凝为液体,泵入蒸发器,完成一个做功循环。
 
        5、太阳能光伏发电:将太阳能电池组合在一起,大小规模随意。可独立发电,也可并网发电。

七、随着科学技术的进步,太阳能应用也将越来越广泛
 
        专家预测,到2050年,全世界消耗电量的1/4将由太阳能发电提供;到21世纪末,可能会达到50%以上。到那时候,人类居住的房屋将发展成金字塔型。因为外壁用“非晶硅太阳能砖”砌成的这种形状的住宅,可用最大面积采光发电,并用高效的贮电装置贮存起来供人们使用。人类将在宇宙空间建设大型的太阳能发电厂,卫星上的电能将通过微波输电设备,源源不断地送回地球,且损耗率低于2 ‰,人们再也不用为地球上能源枯竭和污染问题而发愁。产生工业三废(废水、废气、废渣)的大批火力发电厂也将退出历史舞台。人们综合利用太阳能的领域和范围将更加广阔,人类的家园将更加美好。
 
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