(最新)研究性课题——太阳能的利用

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1、太阳能的利用黄宇翔前言随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。所谓新能源，要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。而在目前所找到的新能源中，最理想的是大阳能。因此，我们选择了太阳能的利用作为研究性课题，我们主要从5个方面来对太阳能的利用进行研究：1.太阳的基本结构及太阳能利用的概念；2.太阳能利用的发展历史；3.太阳能的利用现状；4.未来太阳能利用的展望；5.影响太阳能利用的因素一、太阳的基本结构及太阳能利用的概念太阳是一个炽热的气态球体，它的直径约为1.39×10

2、6千米，质量约为2.2×l027吨，约为地球质量的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（约占80%）和氦（约占19%）。由于太阳内部持续进行着氢聚合成氦的核聚变反应，所以不断地释放出巨大的能量，并以辐射和对流的方式由核心向表面传递着热量。太阳的结构如图中所示。太阳的半径设为R，则在太阳平均半径23％（0.23R）的区域内是太阳的内核，占太阳全部质量的40％，总体积的15％。这部分产生的能量占太阳产生总能量的90％。从0.23R～0.7R的区域称为“辐射输能区”。0.7R～1.0R之间称为“对流区”。太阳的

3、外部是一个光球层，它就是人们肉眼所看到的太阳表面，其温度为5762K，厚约500千米，密度为10-6g/cm3，太阳能绝大部分辐射都是由此向太空发射的。光球外面分布着不仅能发光，而且几乎是透明的太阳大气，称之为“反变层”，它是由极稀薄的气体组成，厚度约数百公里，它能吸收某些可见光的光谱辐射。而在“反变层”的外面是太阳大气上层，称之为“色球层”，厚约1～1.5万千米，大部分由氢和氦组成。“色球层”之外则是伸入太空的银白色日冕，温度高达1百万度，高度有时能达到几十个太阳半径。太阳能利用主要是指太阳能的直接转化和利用。利用半导体器件的光伏效应原理，把太阳辐射能转换成热

4、能称太阳能光伏技术。把太阳辐射能转换成热能的属于太阳能利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电，也属于这一技术领域。第9页共9页二、太阳能利用的发展历史20世纪50年代，太阳能利用领域出现了2项重大突破：一是1954年美国贝尔实验室研制出6%的实用型单晶硅电池；二是1955年在以色列提出了选择性吸收表面概念和理论，并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项突破既是太阳能利用进入现代发展时期的划时代标志，也是人类能源技术又一次变革时期的划时代标志，也是人类能源技术又一次变革的技术基础。70年代以来，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，世界上许多国家掀起了开发

5、利用太阳能的热潮，开发利用太阳能成为各国制定可持续发展战略的重要内容。而近30年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。包括太阳能在内的可再生能源在21世纪将会以前所未有的速度发展，逐步成为人类的基础能源之一。据预测，到本世纪中叶，可再生能源在世界能源结构中将占到50%以上。太阳能利用的发展可分为3个阶段：第一阶段（1615年～1900年），在这一阶段中比较重要的事件有：1615年，在世界上首次实现把太阳能转换为机械能，该装置是一台利用太阳能加热空气使其膨胀作功的抽水机。1774年，在巴黎进行

6、了用两块透镜聚集阳光使金属熔化的表演。1854年至1874年，世界上第一次用反射镜聚集阳光使锅炉产生蒸汽，推动一台太阳能蒸汽发动机。1878年，在巴黎世界博览会上展出了一台太阳能印刷机而轰动世界。在这一阶段中，已经初步成功地实现了将太阳能转换为机械能，但功率不大，且造价非常高，实用价值不大。第二阶段（1900年～1920年），这个阶段中有代表性的典型事例有：1901年，在美国加州建造了一台太阳能抽水装置，其聚光器是一个顶部直径约10米，底部直径为4.5米的截头圆锥，产生的蒸汽用来驱动一台蒸汽发动机，最高功率约7.36千瓦。1911年，在美国宾夕法尼亚州建造了一套

7、规模巨大的动力装置，采用上下方侧翼带反射镜的平板集热器集热。集热器总面积1920平方米，平均输出功率约11.76千瓦1913年，在埃及开罗以南建造了一个太阳能动力灌溉系统，从尼罗河中抽水。共有五个抛物槽形聚光器，每个长62.5米，宽4米，总采光面积达1280平方米。在这一阶段中，太阳能装置已从单一采用聚光器发展到采用平板集热器，同时装置逐渐扩大，最大输出功率达到73.64千瓦左右，实用目的比较明确，但其成本仍然很高。第三阶段（1920年～20世纪60年代末），一些典型的事例有：1950年，前苏联设计完成一个塔式太阳能发电站，用装在轨道上可移动的定日镜跟踪太阳，设

8、计功率为2.5×106千